Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh để loại bỏ thành phần hữu cơ và độ màu trong nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm là một trong những loại nước thải có hàm lượng các chất hữu cơ cao và tính chất phức tạp. Nghiên cứu ứng dụng plasma lạnh trong xử lý nước thải dệt nhuộm, với quy mô phòng thí nghiệm đã chứng tỏ được tính ưu việt của công nghệ này về hiệu quả, thời gian xử lý và tính không chọn lọc đối với chất ô nhiễm, đặc biệt là các thành phần hữu cơ bền khó phân hủy.

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ĐỂ LOẠI BỎ THÀNH PHẦN HỮU CƠ VÀ ĐỘ MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Nguyễn Thị Thanh Phượng (1) Nguyễn Hoàng Lâm TÓM TẮT Nước thải dệt nhuộm loại nước thải có hàm lượng chất hữu cao tính chất phức tạp Nghiên cứu ứng dụng plasma lạnh xử lý nước thải dệt nhuộm, với quy mơ phòng thí nghiệm chứng tỏ tính ưu việt cơng nghệ hiệu quả, thời gian xử lý tính khơng chọn lọc chất ô nhiễm, đặc biệt thành phần hữu bền khó phân hủy Kết thử nghiệm với nước thải dệt nhuộm cho thấy, hiệu xử lý phụ thuộc vào yếu tố như: Giá trị pH, thời gian xử lý, nguồn cấp khí - lưu lượng dòng khí giá trị hiệu điện Hiệu suất khử độ màu nồng độ COD nước thải dệt nhuộm lên đến 90,09% 85,75% điều kiện tối ưu vận hành khảo sát Song song với đó, cơng nghệ plasma lạnh cho thấy hiệu cao khâu khử trùng, diệt khuẩn Nghiên cứu xác định nồng độ ôzôn, hydrogen peroxide gốc hydroxyl tự sinh trình xử lý – chất trình xử lý cơng nghệ plasma lạnh Từ khóa: Plasma lạnh, nước thải dệt nhuộm Mở đầu Nước thải dệt nhuộm, xét hai yếu tố lượng nước thải thành phần chất ô nhiễm nước thải, đánh giá ô nhiễm số ngành công nghiệp Các chất nhiễm chủ yếu có nước thải dệt nhuộm hợp chất hữu khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, hợp chất halogen hữu (AOX - Adsorbable Organohalogens), muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp 40°C) pH nước thải cao từ - 12, lượng kiềm nước thải lớn Trong số chất nhiễm có nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt thuốc nhuộm azo không tan - loại thuốc nhuộm sử dụng phổ biến nay, chiếm 60 - 70% thị phần Thông thường, chất màu có thuốc nhuộm khơng bám dính hết vào sợi vải trình nhuộm mà lại lượng dư định tồn nước thải Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm lên đến 50% tổng lượng thuốc nhuộm sử dụng ban đầu Đây nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao nồng độ chất ô nhiễm lớn Trong năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng plasma lạnh vào trình xử lý nước thải chứa thành phần phức tạp độ ô nhiễm cao thúc Viện Môi trường Tài nguyên, ĐHQG TP.HCM 64 Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 đẩy Plasma lạnh tạo thành có phần nhỏ phân tử khí bị ion hóa, nhiệt độ điện tử đạt giá trị lớn dù nhiệt độ ion chất khí xấp xỉ với mơi trường [1] Trong q trình hình thành plasma, tác nhân ơxy hóa sinh biểu diễn phương trình [1]: Quá trình hình thành ôzôn tác động tia lửa điện: O2 + hv → O + O O + O2 → O3 Q trình hình thành hydrơxyl tự ơzơn hòa tan nước: O3 + OH- → O3•- + gOH O3•- → O•- + O2 O•- + H2O ↔ gOH + OHQ trình hình thành hydrơxyl tự điện tử lượng ôxy nguyên tử va đập vào phân tử nước: e- + H2O → gOH + Hg + eO + H2O → gOH + gOH Với khả hình thành nên tác nhân ơxy hóa mạnh O3, H2O2 •OH, việc ứng dụng plasma lạnh vào xử lý loại nước thải có hàm lượng nhiễm cao KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ có ưu điểm so với phương pháp khác như: Không phụ thuộc nhiều vào hóa chất, mang lại hiệu cao, không chọn lọc thời gian xử lý ngắn [2] Theo nhiều nghiên cứu công bố gần đây, công nghệ plasma lạnh có tiềm ứng dụng cao xử lý nước thải nhờ khả khử mùi, tiêu diệt bất hoạt vi sinh vật gây hại ơxy hóa chất hữu cơ, vơ tồn nước, làm giảm mạnh nồng độ COD độ màu nước, đồng thời chi phí xử lý thấp, thân thiện với mơi trường [1,3,4] Chính thế, công nghệ ngày thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học giới không lĩnh vực xử lý nước thải [5,6,7,8] mà xử lý nhiễm đất khơng khí [9,10,11,12] Dựa tính ưu việt nêu cơng nghệ plasma lạnh, nghiên cứu tập trung vào mục tiêu đánh giá hiệu suất xử lý độ màu COD nước thải dệt nhuộm, đồng thời khảo sát xác định giá trị vận hành tối ưu thông qua phương pháp thử nghiệm mơ hình plasma lạnh quy mơ phòng thí nghiệm, với chế độ vận hành khác (thay đổi lưu lượng cấp khí, pH, hiệu điện nguồn cấp khí) Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu nghiên cứu Mẫu nước thải dệt nhuộm lấy giai đoạn trước xử lý (bể điều hòa) sau xử lý sinh học hệ thống xử lý nước thải Công ty Dệt may Thành Công Nước thải sau lấy đem tiến hành phân tích để xác định nồng độ sở ban đầu làm so sánh với kết sau tiến hành thí nghiệm hiệu xử lý độ màu chất hữu khó phân hủy nước thải dệt nhuộm công nghệ plasma lạnh Mẫu nước thải sau đem tiến hành thí nghiệm Đối với mẫu nước thải chưa tiến hành thí nghiệm bảo quản phòng lạnh Phòng thí nghiệm Phân tích Kỹ thuật cơng nghệ Viện Mơi trường Tài nguyên nhiệt độ dao động từ 5oC - 9oC, vòng tối đa 48 để đảm bảo tính đồng tối đa, bị biến tính mẫu nước thải đồng thời giảm sai số kết phân tích Nước thải đầu vào Cơng ty Dệt may Thành Cơng có nồng độ nhiễm COD 639 mg/L độ màu 1,635 Pt-Co, so sánh với QCVN 13-MT:2015/BTNMT, loại B cho phép nồng độ COD 200 mg/L vượt 3,195 lần với độ màu 200 Pt-Co, tương ứng vượt 8,175 lần 2.2 Mơ hình nghiên cứu Bảng Tính chất nước thải đầu vào Kết Mẫu đầu vào pH Độ màu (Pt-Co) COD (mg/L) 9,87 1.635 639 Sơ đồ mô hình thực nghiệm thể Hình Bể phản ứng làm nhựa cách điện, cách nhiệt, có cấu tạo hình chóp cụt với thể tích 1.500 mL Bể thiết kế có đầu đầu vào Đầu vào nước đặt bên dưới, đầu nước đặt bể, nước đầu vào từ lên Trên bể nắp khóa ren nhựa, cách điện, dùng để cố định hai điện cực Bể chứa nước thải nhựa mica có dạng hình hộp chữ nhật thể tích 1.500 mL ▲Hình Sơ đồ mơ hình thực nghiệm Bản cực điện nơi hình thành plasma, gồm hai cực anode, cathode, làm thép không gỉ (inox 304) đặt ngập nước Cực anode thiết kế nhọn đầu Cực cathode thiết kế dạng hình vng, kích thước 30 cm × 30 cm, dày 0,5 cm khoan lỗ tròn Khoảng cách hai đầu cực thiết kế cách 20 cm Hai cực đặt ngập nước, cách đáy bể phản ứng 1,5 cm Cực anode nối trực tiếp với đầu điện dương đầu chỉnh lưu, cực cathode nối với đầu điện âm Hệ thống bao gồm biến áp, có chức thay đổi điện áp đầu vào, cung cấp điện cho hai cực để sinh plasma, thay đổi từ - 250V Bộ chỉnh lưu có chức chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng chiều Đầu chỉnh lưu có hai đầu điện âm dương Hai đầu nối trực tiếp hai cực đặt bể phản ứng Trên thiết bị chỉnh lưu có ampe kế để theo dõi cường độ dòng điện, nút vặn điều chỉnh hiệu điện cấp vào Cuối hệ thống điện máy bơm nước bơm thổi khí Hai bơm gắn khung mơ hình bật tắt thơng qua hai cơng tắc Bơm có chức bơm nước từ bể chứa nước đến bể phản ứng Bơm thổi khí chức cấp khí vào bể phản ứng Cả bơm khí, bơm nước điều chỉnh lưu lượng cấp thông qua van gắn đường ống kiểm soát lưu lượng kế Quá trình thực nghiệm Nước thải cần xử lý chứa ngăn hút nước, theo bơm hút nước vào ngăn phản ứng sau qua đồng hồ đo lưu lượng Song song với q trình trên, khơng khí khí trơ bơm hút khí cấp vào ngăn phản ứng Tại ngăn phản ứng, hai cực inox đặt ngăn tiếp xúc với nước thải Ngăn phản ứng làm nhựa cứng Hai Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 65 cực nối với nguồn chuyển điện AC → DC điều chỉnh điện áp Trước nối với nguồn điện, hệ thống đo điện kế nhằm xác định điện tiêu thụ trình hoạt động hệ thống Nước tràn từ ngăn phản ứng tuần hoàn lại ngăn chứa nước thải tiếp tục bơm hút đưa đến ngăn phản ứng Quá trình xử lý phát sinh nhiệt, vậy, ngăn chứa nước thải có bổ sung thiết bị làm mát giúp giảm nhiệt độ nước thải nhằm bảo vệ đường ống thiết bị xử lý Thí nghiệm thực theo phương pháp yếu tố (one factor at a time) để khảo sát tính hiệu mơ hình xác định giá trị thơng số vận hành tối ưu cho mơ hình Thí nghiệm tiến hành thay đổi điều kiện vận hành đánh giá hiệu hoạt động mơ hình xử lý hiệu điện thế, pH, thời gian xử lý khác nhau, đông thời xác định lượng O3, H2O2, •OH q trình xử lý Trong trình thực nghiệm, sau kết thúc giai đoạn, mẫu lấy cốc đong, lắng bùn thời gian giờ, sau lấy nước sau lắng để đánh giá hiệu suất phân hủy Các tiêu theo dõi bao gồm độ màu COD xác định nồng độ ơzơn, sinh q trình xử lý Các thơng số phân tích theo phương pháp trong Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Hiệu loại bỏ tính theo cơng thức: Trong đó, H hiệu suất loại bỏ (%), C0, Ct nồng độ chất ô nhiễm thời điểm ban đầu sau thời gian t Các liệu thu thập tổng hợp, xử lý biểu diễn đồ thị phần mềm Microsoft Excel ▲Hình Ảnh hưởng lưu lượng cấp khí đến hiệu xử lý độ màu COD Jiang cs (2012) tiến hành nghiên cứu tác động vận tốc dòng khí lên phân hủy Metyl Orange (MO) công nghệ plasma lạnh Việc tăng vận tốc khí từ 0,02 m3/h đến 0,12 m3/h nâng hiệu xử lý MO [13].Hiệu khử màu MO cao đạt 93,7% vận tốc khí 0,12 m3/h, nhiều 6,4% so với hiệu vận tốc khí 0,02 m3/h Sự gia tăng vận tốc khí khiến nhiều phân tử khí qua vùng phản ứng chia nhỏ electron lượng Mặt khác, tốc độ dòng khí lớn làm gia tăng chuyển động hỗn loạn chất lỏng, tăng độ khuyếch tán khí vào chất lỏng tăng bề mặt tiếp xúc Tuy nhiên, vận tốc khí 0,12 m3/h, thời gian lưu khí ngăn phản ứng bị rút ngắn, dẫn đến hiệu phản ứng giảm [14] 3.2 Ảnh hưởng giá trị pH Kết bàn luận 3.1 Ảnh hưởng lưu lượng cấp khí Với thông số vận hành U = 100 V, pH giữ nguyên pH nước thải nguồn thay đổi lưu lượng cấp khí từ 10, 20 30 l/phút, hiệu suất xử lý độ màu COD tăng dần tăng giá trị pH (Hình 2) Từ kết đồ thị nhận thấy, nồng độ COD nước thải đầu vào giảm tương ứng theo thời gian xử lý điều kiện cấp khí Tuy nhiên, thời điểm phút xử lý lưu lượng khí 30 l/phút giảm chậm điều kiện lại Tại thời điểm phút xử lý, kết phân tích COD lưu lượng 20 l/phút đạt 266 mg/L Tuy nhiên, kéo dài thời gian xử lý lên 10 phút đạt 265 mg/l tức giảm 01 Pt-Co Kéo dài thêm thời gian xử lý lên 10 phút, hiệu lưu lượng 10 l/phút 30 l/phút đạt giá trị gần 281 Pt-Co 280 Pt-Co cao so với lưu lượng 20 l/ phút tương ứng 16 Pt-Co 15 Pt-Co Dựa đồ thị ta nhận thấy, giảm độ màu kéo theo suy giảm nồng độ COD tương ứng mốc thời gian phản ứng 66 Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 ▲Hình Ảnh hưởng pH đến hiệu xử lý độ màu COD Dựa vào kết phân tích thí nghiệm 1, nhận thấy: Thời gian xử lý giảm khoảng thời gian từ phút - phút, với thời gian 10 phút số trường hợp cho thấy dấu hiệu hiệu xử lý tương đồng với thời gian phút xử lý Hiệu xử lý lưu lượng 20 l/phút 30 l/phút đồng đều, vào thời điểm phút xử lý Để đảm bảo đánh giá đến mức tối đa khả xử lý công nghệ, nghiên cứu lựa chọn KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ thơng số vận hành với thời gian xử lý phút lưu lượng cấp khí 20 l/phút Thay đổi giá trị pH nước thải mức pH 8, pH 9, pH 10, pH 11 NaHCO3 dạng tinh thể bột trắng Hiệu điện điều chỉnh giữ mức 100 V Tương tự, suy giảm độ màu thay đổi giá trị pH nước thải đầu vào kéo theo suy giảm nồng độ COD, giá trị pH cao hiệu xử lý COD tăng theo So với khả khử màu ảnh hưởng pH đến khả xử lý COD mơ hình có hiệu thấp hơn, nồng độ COD giảm dần theo thời gian, nhiên độ chênh lệch giá trị nồng độ giá trị pH khác đồng Hiệu giảm nồng độ COD rõ rệt pH đến pH 9,87 tương ứng đạt 286 mg/l 266 mg/l (giảm 20 mg/l) Khi tăng pH, nồng độ COD tiếp tục giảm, nhiên mức độ giảm không đáng kể, cụ thể sau: pH 10 261 mg/l pH11 260 mg/l Trong môi trường pH cao hiệu suất xử lý độ màu COD tốt môi trường pH thấp, điều phù hợp với lý thuyết nghiên cứu khác Cheng et al (2007) [15] Theo Cheng et al (2007), thay đổi pH yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý, pH 3, pH pH 10 cho hiệu loại bỏ phenol 18%, 25% 35% [15] Trong báo cáo Chen (2004), hình thành ơzơn bong bóng khí điện áp cao [16] Trong nước, ôzôn phản ứng với phân tử nước để tạo •OH Tuy nhiên, mật độ •OH cao mơi trường trung tính kiềm so với mơi trường axit điều kiện thí nghiệm [17] Vì vậy, nhiều gốc •OH hình thành pH cao Điều giải thích tỷ lệ phân hủy chất hữu độ màu tốt Theo Sun (1997) báo cáo kết tương tự khả ơxy hóa plasma có xu hướng mạnh mẽ điều kiện có tính axit phóng điện hồ quang tạo xạ tia cực tím mạnh môi trường kiềm [18] Kể từ ôzôn tạo q trình plasma, xạ tia cực tím làm giảm nồng độ hợp chất hữu O3 hình thành gốc •OH với phản ứng sau: O2 + •O → O3 O3 + hv + H2O → H2O2 + O2 H2O2 + hv → 2OH 2O3 + H2O2 → 2OH + 3O2 Giá trị pH ảnh hưởng đến thành phần hóa học O3 Ví dụ gốc •OH hình thành cách phân hủy O3 pH cao [19], nồng độ O3 không thay đổi pH thấp Theo Yang cs [3], O3 ơxy hóa 2,07V •OH có tiềm ơxy hóa 2,80V Do đó, q trình ơxy hóa trực tiếp •OH nhanh so với q trình ơxy hóa O3, từ đó, phân hủy hợp chất hữu tăng lên điều kiện dung dịch kiềm Ngoài sau xử lý, giá trị pH có xu hướng giảm so với ban đầu, nguyên nhân thành phần nước thải dệt nhuộm có nhiều ion kim loại đặc biệt chất giặt Na2SO4, chất tẩy trắng NaClO, NaClO2, H2O2, ion Na+ phân ly bám vào hạt bơng bùn trái dấu điện tích, lắng xuống đáy ngăn phản ứng, ion SO42-, ClO-, Cl-, kết hợp với ion H+ phân ly từ H2O H2O2 tồn tự nước phóng điện hồ quang, phân tử C tồn nước thải, hay S- thuốc nhuộm lưu huỳnh, gốc metyl thuốc nhuộm dễ dàng kết hợp với phân tử O OH• tạo thành axit H2CO3, H2SO4, HCl, HClO nguyên nhân làm giảm giá trị pH nước thải sau xử lý H2O2 + e- → HO2- + H+ Na2SO4 → Na+ + SO42SO42- + 2H+ → H2SO4 NaClO → Na+ + ClOClO- + H+ → HClO C2- + O + HO2- → H2CO3 S- + 2O + HO2- → H2SO4 Điều tương đồng nguyên cứu Mohammadivà cs (2016) [20], giá trị pH thuốc nhuộm thay đổi thời điểm khác trình xử lý Mặc dù kết cho thấy giá trị pH tất phân tử thuốc nhuộm giảm, thay đổi giá trị pH tương đồng với suy giảm phân tử thuốc nhuộm Trong thực tế, trình xử lý dẫn đến phân ly phân tử nước làm tăng nồng độ H+ dung dịch H2O + hv → e- + H2O• H2O• → •OH + H+ 3.3 Ảnh hưởng hiệu điện Thay đổi giá trị hiệu điện mức 125 V, 150 V, 175 V, 200 V Thông số vận hành với thời gian xử lý 08 phút; lưu lượng cấp khí 20 l/phút (tại thí nghiệm 1) Với kết trình bày thí nghiệm ảnh hưởng giá trị pH đến hiệu xử lý COD độ màu nước thải dệt nhuộm, ta thấy, pH tăng hiệu xử lý cao, nhiên giá trị pH 10 pH 11 có kết chênh lệch không cao Để vừa đảm bảo đánh giá hết khả xử lý công nghệ, độ bền thiết bị chi phí hóa chất cho việc thay đổi giá trị pH, nghiên cứu lựa chọn điều chỉnh giá trị thành pH 10 để tiến hành thí nghiệm (Hình 4) Dựa vào đồ thị, nhận thấy rằng, tăng hiệu điện thế, độ màu nước thải đầu vào giảm dần Ở điện 100 V đến 150 V, suy giảm độ màu diễn rõ rệt từ 457 Pt-Co xuống 218 Pt-Co tương đương 53% (tại 125 V độ màu đạt 351 Pt-Co) Tuy nhiên, tăng hiệu điện lên 175 V 200 V độ màu tiếp tục giảm nhẹ đạt 173 Pt-Co 175V 162 Pt-Co 200V Từ nhận thấy, giá trị hiệu điện có ảnh hưởng lớn đến hiệu xử lý độ màu mơ hình nước thải đầu vào từ 457 Pt-Co xuống 162 Pt-Co, tức giảm 295 Pt-Co Với hiệu điện cao hơn, hình thành cặn lắng nhiều hơn, kích thước cặn to dễ dàng lắng xuống đáy Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 67 ▲Hình Ảnh hưởng hiệu điện đến hiệu xử lý độ màu COD Tương tự với độ màu tăng hiệu điện thế, nồng độ COD nước thải đầu vào giảm tương ứng Ở điện 100 V đến 150 V, suy giảm diễn rõ rệt từ 261 mg/L xuống 112 mg/L tương đương 57% Tuy nhiên, tăng hiệu điện lên 175 V 200 V, nồng độ COD có dấu hiệu giảm nhẹ đạt 96 mg/L 91 mg/L tương ứng 175V 200V Lý tăng hiệu điện thế, nồng độ hạt e- sinh nhiều hơn, xáo động cao hơn, nhiệt độ nước thải tăng, hạt va chạm liên tục làm đứt gãy liên kết hóa học phức tạp, khó phân hủy để tạo thành hợp chất đơn giản Theo Y.C Chen (2008) thay đổi giá trị điện áp cao để quan sát hiệu ứng khử màu 10 ppm Methyl Orange (MO) Kết cho thấy, với việc tăng điện áp phóng điện plasma, khử màu metyl da cam tăng cường nhiều Tại điều kiện 35 kV/35 mA, 10 phút xử lý hiệu khử màu đạt tới gần 100% Ngay làm việc điện áp thấp nhiều 21 kV, tỷ lệ loại bỏ khử màu đạt tới 80% thời gian phút [14] Tỷ lệ loại bỏ chậm phút đầu tiên, sau 10 phút hiệu tăng lên đến 80% 96% tương ứng 21 kV 35 kV Nghiên cứu HsuHui Cheng (2007) rằng, với hiệu điện cao (thay đổi từ - 74kV), electron tạo dễ dàng dẫn đến hiệu xử lý cao [15] 3.4 Ảnh hưởng nguồn cấp khí Với thơng số xử lý tối ưu thí nghiệm 1, 3, thay đổi nguồn khí cấp từ nguồn khơng khí khí trơ (N2) thiết bị ESA Nitrogen Generator đánh giá hiệu xử lý Bảng Kết phân tích COD độ màu thí nghiệm nước thải đầu vào Nguồn cấp khí Kết Độ màu (Pt-Co) COD (mg/L) Thí nghiệm 162 ± 91 ± (khơng khí) 164 ± 93 ± Khí trơ, N2 68 Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 Dựa vào kết phân tích Bảng 2, nhận thấy, thay đổi nguồn cung cấp khí từ khơng khí sang khí N2 hiệu xử lý nước đầu vào có xu hướng giảm Điều khẳng định kết luận thí nghiệm O2 đóng vai trò tác nhân quan trọng dẫn đến hình thành O3, H2O2 gốc •OH cơng nghệ plasma lạnh Phản ứng với nguồn cấp khí N2 diễn theo phương trình sau [21]: N2 + e- → 2N• + eO2 + e- → 2O• + eN• + O• → NO NO + O• → NO2 NO2 + OH• → HNO3 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3 Theo L.O.B Benetoli (2012), phân hủy Metylene Blue (MB) không phụ thuộc nhiều vào khí nguồn dòng điện hệ thống giữ nguyên Đối với tất loại khí, hiệu tăng lên dòng điện áp tăng [40] Nồng độ H2O2 sinh từ loại khí khác (Ar, O2 N2) dòng điện áp, nồng độ H2O2 tối đa (4,18 ± 0,0001 mmol/L) đạt sử dụng O2 sau 40 phút cao 4,8 lần so với giá trị tối đa trường hợp Ar tương ứng 5,4 lần với N2 Khi N2 sử dụng, nồng độ H2O2 đạt tối đa sau 15 phút sau biến Về việc sử dụng Ar, nồng độ H2O2 tăng theo thời gian có xu hướng hướng tới trạng thái cân hóa học hình thành triệt tiêu q trình sau 60 phút Ngồi ra, nghiên cứu khác Hsu-Hui Cheng (2010) so sánh nguồn khơng khí nguồn khí Argon Kết cho thấy, hiệu suy thoái phenol catechol nguồn khơng khí cao so với nguồn Argon điều kiện thí nghiệm [22] Lý hiệu xử lý cao nguồn cấp khí khơng khí lượng ơzơn sinh q trình phóng điện cao Trong đó, ơzơn nước có khả chuyển đổi electron tự H+ vào gốc •OH mà sau phản ứng với hai loại phenol Do đó, phenol catechol gần bị phân hủy hoàn toàn sau 50 phút 30 phút Báo cáo trước cho thấy tổng lượng ôzôn sinh có mối quan hệ với tỷ lệ khí cấp, có tỷ lệ cấp khí tối ưu cho việc sản sinh ôzôn Hơn nữa, pha lỏng phóng điện, tia UV sinh nhiều, dẫn đến hình thành gốc hydrơxyl thơng qua việc phân hủy phân tử nước Những gốc tự ơxy hóa phenol catechol nước [22] 3.5 Khảo sát hình thành ơzơn q trình xử lý mơ hình Thay đổi nguồn cấp khí từ khơng khí để đạt nồng độ ơzơn cao nhằm đánh giá hiệu xử lý công nghệ Thử nghiệm khảo sát nồng độ ôzôn tạo q trình vận hành mơ hình khoảng thời gian 02, 04, 06, 08, 10 phút pH giữ giá trị 10, hiệu điện 200 V, nguồn khí cấp khơng khí lưu lượng cấp khí 20l/phút KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ P = U.I = (100 ÷ 200) x = 500W ÷ 1.000W Trong đó, U (V) hiệu điện thế, I (A) cường độ dòng điện Năng lượng cần thiết để xử lý COD nước thải đầu vào từ nồng độ 639 mg/L xuống 91 mg/L: ▲Hình Diễn biến nồng độ ơzơn hình thành trình xử lý Qua đồ thị nhận thấy, ôzôn sản sinh trình xử lý Khoảng thời gian từ phút đến phút, nồng độ ơzơn đo thấp Lý mơ hình hoạt động chưa ổn định, lượng ơzơn sinh thấp; lượng ơzơn vừa tạo tức tham gia vào trình phản ứng Sau phút xử lý, lượng ôzôn đo tăng lên đến phút lượng ơzơn nhanh chóng giảm từ 84,56 mg/m3 xuống 54,56 mg/ m3 Nguyên nhân lượng ôzôn tạo nhiều mô hình hoạt động ổn định tham gia mạnh mẽ vào trình ôxy hóa chất hữu có nước thải, nên nồng độ ơzơn ngồi thấp Đến mốc 10 phút, hàm lượng chất ô nhiễm giảm, ôzôn tiếp tục sinh tham gia vào phản ứng, tính ổn định theo dòng khí bên ngồi Kết có xu hướng phù hợp với nhiều nghiên cứu khác Theo D Piroi (2009), vài phút gần tất ơzơn tạo q trình tiêu thụ với nồng độ Metylene Red(MR) giảm đột ngột [25] Đối với t > 12 phút, khoảng 50 - 600 ppm ôzôn tiêu thụ phản ứng với sản phẩm thu từ q trình ơxy hóa MR nồng độ trì thời gian xử lý 20 phút Theo Y.C Chen (2008), nồng độ O3 giảm đáng kể sau xử lý plasma 20 phút nước cất với vận tốc 0,06 m3/h [14] 3.6 Tính kinh tế - kỹ thuật cơng nghệ Mối quan hệ tuyến tính nồng độ COD nước thải đầu vào từ nồng độ 639 mg/l xuống 91 mg/l với thời gian xử lý thể số tốc độ phản ứng, tính tốn theo cơng thức [23]: Thời gian suy giảm 1/2 giá trị nồng độ COD nước thải đầu vào xác định theo công thức [23]: Vậy với thời gian xử lý phút để giảm nồng độ COD từ 639 mg/l xuống 91 mg/l, nhiên 2,8875 phút nồng độ COD giảm 50% từ 639 mg/l xuống 319,5 mg/l Công suất tối thiểu điều chỉnh hiệu điện mức vận hành 100 V tối đa mức 200 V: Hiệu xử lý COD lượng cần thiết nước thải đầu vào: Với giá điện vào khoảng 1.800 đồng cho KWh, để giảm 12,33 g chất hữu khó phân hủy nước thải đầu vào cần 1.800 đồng Như vậy, ta nhận thấy, áp dụng công nghệ plasma lạnh cho nước thải đầu vào (nước thải chưa qua xử lý) có đem lại giá trị kinh tế (chi phí điện tiêu thụ) Vì vậy, với tính chất khơng bị giới hạn nồng độ nước thải đầu vào công nghệ plasma lạnh thực đem lại hiệu áp dụng cho loại nước thải có nồng độ nhiễm cao không cần qua công đoạn xử lý Theo kết nghiên cứu D Piroi (2009), hiệu xử lý Metyl Red nồng độ 10 mg/L có Y = 33 g/KWh, 25 mg/L có Y = 44 g/KWh 50 mg/L có Y = 58 g/KWh [23], kết D Piroi (2009) cho hiệu cao lý nghiên cứu cụ thể loại thuốc nhuộm, đề tài tổng hợp nước thải công đoạn xử lý nên hiệu thấp Kết luận Mơ hình plasma lạnh nghiên cứu tỏ có tiềm lớn việc ứng dụng vào hệ thống xử lý nước thải, cụ thể loại nước thải phức tạp nước thải dệt nhuộm Ưu lớn mơ hình plasma lạnh so với công nghệ phổ biến khác khả xử lý chất ô nhiễm nước với tốc độ nhanh mạnh, không chọn lọc bổ sung hố chất q trình xử lý Đối với công nghệ plasma xử lý nước thải dệt nhuộm chưa qua công đoạn xử lý cho hiệu đạt 90,09% độ màu 85,75% giảm nồng độ COD cho thấy hiệu tốt để xử lý thành phần chất hữu có màu, khó phân hủy sinh học Khi so sánh với số công nghệ truyền thống tiên tiến, cơng nghệ plasma lạnh hồn tồn đáp ứng yêu cầu hiệu xử lý công nghệ Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh (ĐHQG - HCM) khuôn khổ Đề tài mã số C2017-24-04 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh xử lý nước thải dệt nhuộm cồn rượu”■ Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Dũng (2015), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh xử lý nước: Tổng hợp tài liệu, Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ 36, 106 – 111 Yang Y., Cho Y.I., Fridman A., Plasma discharge in liquid – Water treatment and applications, CRC Press, USA, pp 22, 2012 Jiang B., Zheng J., Liu Q., Wu M., “Degradation of azo dye using non-thermal plasma advanced oxidation process in a circulatory airtight reactor system”, Chemical Engineering Journal, 204-206, pp 32-39, 2012 Chen Y.C., Lee H.M., Huang M.H., Chen S.H., Yan J.M., Yang M.S., “A discharge reactor with water-gas mixing for methyl orange removal”, International Journal of Plasma Environmental Science and Technology, 2(2), pp.113-118 Hsu-Hui Cheng, Shiao-Shing Chen, Yu-Chi Wu and DinLit Ho, “Non-thermal plasma technology for degradation of organic compounds in wastewater control: A critical review”, J Environ Eng Manage, 17(6), 427 – 433, 2007 María Hijosa-Valseroa, Ricardo Molinab, Anna Montràsc, Michael Müllerd, Joseph M Bayonaa, “Decontamination of waterborne chemicalpollutants by using atmospheric pressure nonthermal plasma: A review”,Environmental Technology Reviews 3(1), 71–91, 2014 Sun, B., M Sato and J S Clement, “Optical study of active speciesproduced by a pulsed streamer corona discharge in water”, J.Electrostat.,39(3), 189-202, 1997 Bahareh Mohammadi, Ali Akbar Ashkarran, “Cold atmospheric plasmadischarge induced fast decontamination of a wide range of organiccompounds suitable for environmental applications”, Journal of Water ProcessEngineering, 9, 195–200, 2016 Hsu-Hui Cheng, Shiao-Shing Chen, Yung-Chih Chen, YuChi Wu, Wei Luen 10 Tseng, Yi-Hui Wang, Min-Pei Ling, “Liquid- phase non-thermal plasmatechnology for degradation of two high strength phenols in aqueous solution”,Institute of Engineering Technology, National Taipei University ofTechnology, Taipei, 2010 11 D Piroi, M Magureanu, N.B Mandache, V.I Parvulescu, “Decomposition of organic dyes in water using non-thermal plasma”, 12 Department for Plasma Physics and Nuclear Fusion, National Institute forLasers, Plasma and Radiation Physics, Bucharest-Magurele, Romania, 2009 A STUDY ON THE APPLICATION OF NON-THERMALPLASMA TO REMOVE ORGANIC MATTER AND COLOR IN TEXTILE DYEING WASTEWATER Nguyễn Thị Thanh Phượng, Nguyễn Hoàng Lâm, Đinh Đức Anh Institute for Environment and Resources, VNU-HCMC ABSTRACT Textile wastewater is one of the heavy polluted wastewater, high organic matter content and complexity Research on the application of cold plasma in textile wastewater treatment with laboratory scale demonstrates the superiority of this technology in terms of efficiency, treatment time and non-selectivity for pollutants Especially organic components are durable The test results for textile wastewater show that the treatment effect depends on factors such as pH value, treatment time, gas supply - air flow and voltage value Color removal efficiency and COD concentration in textile wastewater up to 90.09% and 85.75% in optimum operating conditions were investigated Simultaneously, cold plasma technology shows high efficiency in sterilization and sterilization The study also determined the levels of ozone, hydrogen peroxide and free hydroxyl radicals generated during the process the nature of the cold plasma treatment process Key words: Non-thermal plasma, textile dyeing wastewater 70 Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 ... C2017-24-04 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh xử lý nước thải dệt nhuộm cồn rượu”■ Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2018 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Dũng (2015), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma. .. lý nghiên cứu cụ thể loại thuốc nhuộm, đề tài tổng hợp nước thải công đoạn xử lý nên hiệu thấp Kết luận Mơ hình plasma lạnh nghiên cứu tỏ có tiềm lớn việc ứng dụng vào hệ thống xử lý nước thải, ... lý Đối với cơng nghệ plasma xử lý nước thải dệt nhuộm chưa qua công đoạn xử lý cho hiệu đạt 90,09% độ màu 85,75% giảm nồng độ COD cho thấy hiệu tốt để xử lý thành phần chất hữu có màu, khó phân