Nghiên cứu quá trình oxy hóa nâng cao fenton trong xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm phong phú hòa khánh

1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, với lên không ngừng xã hội phát triển ngành công nghiệp Song song với lợi ích to lớn ngành công nghiệp mang lại tạo phát triển cho đất nước, công ăn việc làm cho hàng ngàn người lao động…chính nhiễm mơi trường Chủ đề chất thải bảo vệ môi trường chủ đề bật hội nghị cấp quốc gia, quốc tế môi trường Lượng chất thải chứa chất độc hại ngành công nghiệp tạo tăng liên tục nhanh Điển ngành cơng nghiệp cao su, hóa chất, luyện kim, xi mạ, giấy, thuốc bảo vệ thực vật đặc biệt ngành công nghiệp dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ chiếm kim ngạch xuất lớn Việt Nam Công nghiệp dệt nhuộm Việt Nam năm qua ln có tăng trưởng lớn Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích tạo giá trị thặng dư đóng góp cho phát triển kinh tế xã hội, tác hại gây ô nhiễm môi trường đem lại nhỏ Do đặc điểm nước thải dệt nhuộm có nhiệt độ cao, chứa nhiều chất độc hại, chất màu, sơ sợi lượng lớn hợp chất hữu khó phân hủy nên xử lí nước thải dệt nhuộm khơng phải vấn đề đơn giản Hầu hết nhà máy, xí nghiệp dệt nhuộm nước ta có hệ thống xử lí nước thải, nhiên chưa xử lí triệt để chưa đạt QCVN 13: 2008/BTNMT gây ảnh hưởng khơng đến mơi trường sinh thái, sức khỏe người đời sống sinh vật Để xử lí, cần phải kết hợp nhiều phương pháp Trong phạm vi thành phố Đà Nẵng có nhiều nhà máy dệt nhuộm lớn nhỏ, số có nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hịa Khánh Đây nhà máy dệt nhuộm lớn, vậy, lượng nước thải mà nhà máy xả vào môi trường theo khơng phải nhỏ Mảng nghiên cứu việc xử lí nước thải nhà máy gồm hai phần đơng tụ oxy hóa nâng cao Fenton Vì q trình đơng tụ sinh viên khác nghiên cứu thực hiện, nên đề tài này, xin chọn phương pháp đơng tụ tối ưu để xử lí, sau tiến hành lọc phần nước để làm hệ Fenton Tuy nhiên, theo chúng tơi biết q trình oxi hóa nâng cao nhà máy dệt nhuộm Phong Phú sử dụng chất oxy hóa ozon tạo từ máy tạo ozon Đây thiết bị phức tạp, đắt tiền lại phải cần nguồn lượng cao để vận hành làm kinh phí xử lí cao, chiếm giá thành lớn tổng giá thành xử lí Với mong muốn tìm phương pháp có khả làm giảm giá thành xử lí mang lại hiệu xử lí cao, nên đề tài này, chúng tơi tiến hành nghiên cứu q trình oxi hóa nâng cao Fenton oxalat sử dụng nguồn lượng ánh sáng mặt trời, đồng thời kết hợp áp dụng hóa chất dễ tìm, gần gũi với sống Phương pháp mang lại hiệu cao xử lí đặc biệt kinh tế Chính lí trên, tiểu luận chúng tơi tiến hành trình bày đề tài: “Nghiên cứu q trình oxy hóa nâng cao Fenton xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu q trình phân hủy chất ô nhiễm nước thải dệt nhuộm với tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/UV mặt trời Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Nước thải dệt nhuộm nhà máy Phong Phú – Hòa Khánh 3.2 Phạm vi nghiên cứu Trong đề tài này, tập trung nghiên cứu nội dung sau: - Sử dụng phương pháp oxy hóa nâng cao Fenton để xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình với thơng số pH, nồng độ H2O2, nồng độ C2O42-, lượng xúc tác sử dụng Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu tài liệu có sẵn Việt Nam hay báo nước kết hợp nghiên cứu thêm tài liệu tìm thơng qua mạng xã hội 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Sử dụng phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV-VIS để xác định hiệu suất xử lý độ màu nước thải - Sau oxy hóa hợp chất hữu nước thải trước sau xử lý Fenton chất oxy hóa mạnh K2Cr2O7, sử dụng phương pháp chuẩn độ dung dịch FAS để xác định lượng dư K2Cr2O7 Phương pháp sử dụng để xác định hiệu suất xử lý COD nước thải Ý Nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: - Nghiên cứu trình oxy hóa Fenton để tìm phương pháp xử lí nước thải đạt hiệu suất cao - Nghiên cứu trình oxy hóa nâng cao Fenton nhằm đưa đến phương án xử lý nước thải mới: đơn giản, rẻ tiền, hiệu cao Kết cấu: Nội dung báo cáo trình bày chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết - Bàn luận Cuối phần kết luận CHƯƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Vài nét sơ lược ngành công nghiệp dệt nhuộm Việt Nam 1.1.1 Sự phát triển ngành dệt nhuộm [3] Ngành dệt may ngành đóng vai trị quan trọng thiếu sống người từ họ có ý thức nhu cầu may mặc đan lát thứ cỏ làm thành nguyên liệu Trong năm gần phát triển mạnh mẽ ngành cơng nghiệp dệt nhuộm góp phần lớn vào phát triển kinh tế chung nước ta ngành đáp ứng nhu cầu lớn nước thu lượng ngọai tệ lớn nhờ xuất Mặt khác ngành dệt nhuộm giải việc làm cho số lượng lớn lao động Hiện công nghiệp dệt nhuộm trở thành ngành mũi nhọn chiến lược phát triển kinh tế xã hội nước ta, quan tâm mạnh mẽ nhà nước Ngày nay, ngành dệt may gia tăng sản lượng mà gia tăng thêm chất lượng sản phẩm, đạt mức độ tinh vi tạo sản phẩm đa dạng mẫu mã màu sắc.Các sản phẩm ngành không dừng lại vật dụng quen thuộc vải vóc, quần áo, khăn, chăn, drap gối nệm, mũ nón, rèm… mà cịn đạt mức độ tân tiến cho đời vật dụng hữu ích cho ngành nghề khác lều, lưới bắt các, loại dây nhợ, bao bì, vịng dây cua roa, khâu, bơng băng ngành y tế vật liệu cần thiết khác Năm 2000, giá trị kinh doanh xuất sản phẩm dệt may đạt gần 1,9 tỉ USD năm 2008 tăng lên 9,1 tỉ USD tăng 17,5% so với năm 2007 Năm 2009, kim ngạch xuất toàn ngành đạt 9,1 tỷ USD, trở thành ngành xuất dẫn đầu nước, Vinatex đạt 1,7 tỷ USD, tăng 3% so kỳ năm 2008 Hai tháng đầu năm 2010, ngành Dệt May Việt Nam mang tỷ 510 triệu USD kim ngạch xuất khẩu, tăng 16,8% so với kỳ năm 2009, kim ngạch xuất tháng ước tính 700 triệu USD Song với phát triển trình phát sinh sản xuất Đây ln vấn đề khiến cho nhà quản lí nhà khoa học quan tâm Hàng năm ngành dệt nhuộm sử dụng lượng nước lớn để sản xuất sau thải mơi trường chưa xử lí xử lí chưa đạt tiêu chuẩn mơi trường Do việc xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm ngày trở thành vấn đề cấp thiết để bảo đảm sức khỏe cộng đồng đảm bảo phát triển bền vững lành mạnh 1.1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm [3] 1.1.2.1 Độ pH Độ pH tiêu cần kiểm tra chất lượng nước cấp nước thải Giá trị pH cho phép ta định xử lý theo phương pháp thích hợp điều chỉnh lượng hóa chất q trình xử lí nước thải phương pháp sinh học Sự thay đổi giá trị pH nước dẫn tới thay đổi thành phần chất nước 1.1.2.2 Màu sắc Màu sắc nước chất bẩn có nước gây nên Màu sắc nước cụ thể chất hữu phần chiết thực vật gọi màu thực Ngồi ra, chất vơ hạt rắn có màu gây gọi màu biểu kiến 1.1.2.3 Tổng lượng chất rắn (TS) Tổng lượng chất rắn trọng lượng khơ tính mg phần cịn lại sau bay lít mẫu nước nồi cách thủy, sấy khô 103 oC trọng lượng không đổi (đơn vị mg/L) 1.1.2.4 Chất rắn huyền phù (SS) Là chất rắn dạng lơ lửng nước Hàm lượng chất rắn huyền phù SS trọng lượng phần chất rắn lại giấy lọc sợi thủy tinh lọc lít mẫu nước qua nhiều phễu sấy khô (đơn vị: mg/L) 1.1.2.5 Chất rắn hòa tan (DS) Hàm lượng chất rắn hịa tan hiệu số tổng lượng chất rắn hàm lượng chất rắn huyền phù (đơn vị: mg/L) 1.1.2.6 Hàm lượng oxy hòa tan nước (DO) Là lượng oxy khơng khí hịa tan vào nước điều kiện nhiệt độ áp suất xác định Chỉ số DO thấp có nghĩa nước có nhiều chất hữu cơ, nhu cầu oxy hóa tăng nên tiêu thụ nhiều oxy nước Chỉ số DO cao, chứng tỏ nước có nhiều rong tảo tham gia vào q trình q trình quang hợp giải phóng oxy Chỉ số DO quan trọng để trì điều kiện hiếu khí sở để xác định nhu cầu oxy hóa sinh học 1.1.2.7 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) Là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật tiêu thụ q trình oxy hóa chất hữu nước Chỉ số BOD số quan trọng ô nhiễm nước thải, số mức độ ô nhiễm nước ô nhiễm dựa chất hữu 1.1.2.8 Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) Là lượng oxy cần thiết cho q trình oxy hóa học chất hữu nước thành CO2 H2O COD biểu thị lượng chất hữu oxy hóa hóa học Việc xác định BOD địi hỏi thời gian lâu xác định COD nên thực tế thường xác định COD để đánh giá mức độ ô nhiễm 1.1.3 Các nguồn phát sinh, đặc tính ảnh hưởng nước thải dệt nhuộm [3], [5] Do yêu cầu phong phú mẫu mã, màu sắc chủng loại nên q trình sản xuất sử dụng nhiều cơng nghệ, nguồn nguyên liệu hóa chất đa dạng Các cơng đoạn q trình dệt nhuộm: * Làm nguyên liệu: Nguyên liệu bông, xơ nhân tạo,len, tơ tằm đóng thành kiện chứa sợi có kích thước khác bị đánh tung, làm trộn nhằm loại bỏ tuyến xơ, cặn bẩn * Chải, kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: Các sợi chải song song tạo thành sợi thơ kéo để giảm kích thước sợi, tăng độ bền quấn sợi thành ống thích hợp cho việc dệt vải Các ống sợi máy mắc mắc thành trục sợi rẽ thành sợi với số lượng sợi chiều dài theo yêu cầu mặt hàng * Công đoạn hồ: Sợi hồ hoá hồ tinh bột tinh bột biến tính để tạo màng hồ xung quanh sợi nhằm tăng thêm tính cho sợi, đảm bảo cho quy trình dệt thuận lợi Sau dệt thành tấm, vải đem tẩy tinh bột thực công đoạn khác (như nấu, nhuộm…) * Dệt vải: Các trục dệt tẩm hồ đem sang máy dệt để thực công đoạn dệt nên sản phẩm, dệt vải qúa trình kết hợp sợi ngang với sợi dọc mắc để hình thành vải mộc * Giũ hồ: Vải mộc kiểm tra đốt lông giũ nhằm loại bỏ lông xù thành phần hồ bám vải phương pháp enzim ( 1% enzim, muối chất ngấm) axit ( dung dịch H2SO4 0,5 %) * Nấu vải: Công đoạn nấu để loại trừ phần hồ lại tạp chất thiên nhiên xơ xợi dầu mỡ, sáp… Sau nấu, vải có khả thấm ướt cao, hấp thụ hoá chất, thuốc nhuộm cao hơn, vải mềm mại trắng đẹp Sau vải giặt lại nhiều lần * Tẩy trắng: Tẩy trắng nhằm mục đích tẩy màu tự nhiên vải, làm vết bẩn làm cho vải có độ trắng yêu cầu chất lượng Các chất tẩy thường dùng natri cloxit (NaClO2), natri hypoclorit (NaOCl) hyđro peroxide (H2O2) chất phụ trợ Sau vải giặt lại nhiều lần nhằm tẩy trắng vải theo yêu cầu chất lượng * Làm bóng: Làm bóng vải bơng thường dung dịch kiềm NaOH Sau vải giặt nhiều lần.( Đối với vải nhân tạo khơng cần làm bóng) * In hoa, nhuộm vải: Trong giai đoạn ta sử dụng hóa chất như: NaOH hay Axit (chất tạo mơi trường kiềm hay axit), phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất khử, H2O2, chất điện ly Để tăng hiệu q trình nhuộm, sử dụng hóa chất như: axit (H2SO4, CH3COOH), muối (Na2SO4, muối amon), chất cầm màu Syntephix, tinofix * Tẩy giặt: Sau nhuộm in, vải giặt nóng, giặt lạnh nhiều lần nhằm làm vải, loại bỏ tạp chất, màu thuốc nhuộm thừa Phần thuốc nhuộm không gắn vào vải hoá chất vào nước thải thu gom vào bể xử lý dệt nhuộm * Hồn tất: cơng đoạn cuối tạo vải có chất lượng tốt theo yêu cầu như: chống mốc, chống cháy, mềm, chống nhàu Sau cơng đoạn có lượng nước thải thải ra, thành phần tính chất lượng nước thải tùy thuộc vào loại hóa chất cần dùng cho cơng đoạn Nhìn chung cơng nghệ dệt nhuộm tương đối đa dạng phụ thuộc vào loại sản phẩm, loại vải nguyên liệu, loại thuốc nhuộm 1.1.4 Đặc tính ảnh hưởng nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường [5] 1.1.4.1 Đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm Đặc trưng ngành dệt nhuộm sử dụng nhiều nước hoá chất nên tạo lượng nước thải với mức độ ô nhiễm cao, yêu cầu đặt cho công tác nghiên cứu phải thiết lập hệ thống xử lý hiệu tác nhân gây ô nhiễm tính kiềm, hàm lượng kim loại nặng Theo kết nghiên cứu nhà khoa học giới, lượng nước sử dụng cho công đoạn dệt nhuộm: Tẩy mở len: 20 40 m3/tấn thành phẩm; hoàn thiện nhuộm len: 70 - 200 m3/tấn thành phẩm Các kết phân tích đặc điểm nước thải dệt nhuộm cho thấy, nước thải có chất dễ phân giải vi sinh bột sắn dùng hồ sợi dọc, chất khó phân giải vi sinh polyvinyl axetat, thuốc nhộm phân tán, thuốc nhuộm hoạt tính chất dùng tẩy trắng vải Nước thải tẩy giặt có pH dao động lớn từ – 12, hàm lượng chất hữu cao (COD = 1000 – 3000 mg/l) thành phần chất tẩy gây nên Độ màu nước thải lớn giai đoạn tẩy ban đầu lên đến 10.000 Pt -Co, hàm lượng cặn lơ lửng SS đạt đến trị số 2000 mg/l, nồng độ giảm dần cuối chu kỳ xả giặt Thành phần chủ yếu nước thải bao gồm: thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, chất oxy hóa, cellulose, xáp, xút, chất điện ly… Cịn thành phần nước thải nhuộm thường không ổn định đa dạng, thay đổi nhà máy nhuộm loại vải khác nhau, chí loại vải với loại thuốc nhuộm khác Mơi trường nhuộm acid kiềm, trung tính Ngồi ra, thành phần phẩm nhuộm thường chứa gốc như: R-SO3Na, R-SO3H, N-OH, R-NH2, R-Cl… pH nước thải thay đổi từ – 14, độ màu cao lên đến 50.000 Pt-Co, hàm lượng COD thay đổi từ 80 – 18000 mg/l Bên cạnh đó, thành phần nước thải chứa nhóm hịa tan như: acid axetic, formic, chất oxy hóa (NaClO, H2O2), phẩm nhuộm trực tiếp, crom, hoạt tính, acid, 10 bazơ, chất tẩy giặt, chất khử…và nhóm khơng tan là: phẩm nhuộm azo, aniline black, naphtine, phẩm nhuộm phân tán, tinh bột… dẫn đến độ màu, hàm lượng chất hữu cơ, độ pH, hàm lượng cặn không ổn định 1.1.4.2 Ảnh hưởng nước thải đến môi trường: Nước thải công nghệ dệt nhộm phát sinh từ công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu tẩy, nhuộm hoàn tất, lượng nước thải chủ yếu q trình giặt sau công đoạn Hàm lượng chất gây ô nhiễm nước thải loại hình công nghệ loại sản phẩm thường khác ,… Độ kiềm cao làm tăng độ pH nước, gây độc hại với lồi thủy sinh, gây ăn mịn cơng trình nước hệ thống xử lý nước thải Độ màu cao lượng thuốc nhuộm dư vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới q trình quang hợp lồi thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan Đa số loại thuốc nhuộm có tính bền vững coi khơng manh tính sinh thái nguy hiểm môi trường Nhiều loại thuốc nhuộm cho cấu trúc hố học có số chất gây ung thư hợp chất di, tri poly-azo Một số loại thuốc nhuộm chứa kim loại nặng đồng, crom cobalt Các loại thuốc nhuộm phản ứng mầu thuốc nhuộm trực tiếp thường không độc Các chất mang độc tố tìm thấy phần dư bồn nhuộm nước thải; nhiên chất coi độc tổ chức nước nhiên có tính bền vững Các chất độc sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu có khả tích tụ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn hệ sinh thái nguồn nước, gây số bệnh mãn tính hay ung thư người động vật 1.2 Thuốc nhuộm 1.2.1 Giới thiệu thuốc nhuộm [16] Thuốc nhuộm tên chung hợp chất hữu có màu đa dạng màu sắc chủng loại, chúng có khả nhuộm màu nghĩa gắn màu hay bắt màu trực tiếp cho vật liệu khác Nguồn gốc thuốc nhuộm từ tự nhiên người tổng hợp Hiện nay, sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm bật 42 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ [Fe3+] o đến hiệu suất xử lý màu (%) Thời gian [Fe3+]o phút 10 phút 15 phút 20 phút 25 phút 30 phút 0,1 mM 45,69 60,67 71 73,57 74,21 76,11 0,3 mM 58,36 75,18 77,66 79,23 83,28 85,16 0,5 mM 63,43 78,47 84,19 86,76 87,38 89,48 0,7 mM 65,32 73,65 80,16 84,57 85,18 86,23 0,9 mM 64,6 73,98 79,69 83,76 84,79 85,12 Hình Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o đến hiệu suất xử lý màu (%) Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ [Fe3+] o đến hiệu suất xử lý COD (%) Thời gian 10 phút 20 phút 30 phút 0,1 mM 35,79 41,17 48,12 0,5 mM 44,25 55,63 68,12 0,9 mM 42,57 53,72 61,45 [Fe3+]o 43 Hình 3.8 Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o đến hiệu suất xử lý COD (%) Fe3+ xúc tác cho q trình phân hủy có khả làm tăng đáng kể phân hủy thuốc nhuộm Các kết hình 3.7 3.8 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu COD có xu hướng tăng tăng nồng độ Fe3+ từ 0,1 đến 0,5 mM, cao giá trị nồng độ 0.5 mM hiệu suất xử lý màu đạt 89,48% hiệu xuất xử lí COD đạt 68,12% sau 30 phút xử lý Nhưng tăng 0.5 mM hiệu xử lý tăng khơng đáng kể Đó việc tăng nồng độ Fe3+ thúc đẩy trình hình thành phức sắt oxalate tạo nhiều phức sắt oxalate xúc tác cho H2O2 tạo thành gốc HO• làm độ phân hủy màu tăng, nồng độ Fe3+ tăng lên đủ lớn có lượng gốc tự HO• hình thành phản ứng với Fe2+ phản ứng sau: HO + Fe2+ → Fe3+ + HO- (k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1) Vì vậy, nồng độ Fe3+ phải tối ưu để thu hiệu phân hủy mong muốn lại vừa giảm chi phí xử lí 0,5 mM nồng độ tối ưu Fe3+ cho trình 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng C2O42 * Điều kiện tiến hành: Cố định nồng độ dung dịch [Fe3+]o = 0.5 mM, [H2O2]o = 15 mM, pH = 5, thay đổi nồng độ C2O42 cốc 5mM, 10mM, 15mM, 20mM, 25mM Giá trị mật độ quang ban đầu 0.6237 bước sóng λ = 450nm, đồng thời giá trị COD sau xử lí keo tụ 557 mg/L Sau thực trình Fenton xong, nước thải mang đo quang tiến hành xử 44 lí COD Kết khảo sát ảnh hưởng C2O42 thể bảng hình sau: Bảng 3.7 Ảnh hưởng [C2O42]o đến hiệu suất xử lý màu (%) Thời gian phút [C2O42]o 10 phút 15 phút 20 phút 25 phút 30 phút mM 58,49 71,45 87,39 88,56 89,78 90,04 10 mM 73,37 84,22 91,12 96,23 97,49 100 15 mM 67,84 89,7 100 100 100 100 20 mM 65,31 81,25 90,89 92,18 95,12 95,87 25 mM 68,58 86,42 92,35 94,15 95,13 96,38 Hình 3.9 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O42]o đến hiệu suất xử lý màu (%) Bảng 3.7 Ảnh hưởng [C2O42]o đến hiệu suất xử lý COD (%) Thời gian 10 phút 20 phút 30 phút mM 56,18 61,37 68,12 15 mM 69,12 70,34 73,07 25 mM 67,12 69,19 71,23 [C2O42]o 45 Hình 3.10 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O42-]o đến hiệu suất xử lý COD (%) Kết hình 3.9 3.10 cho thấy nồng độ oxalat tăng từ đến 15 mM, hiệu suất chuyển hóa màu tăng nhanh, đặc biệt nồng độ oxalat 15 mM hiệu xuất xử lý màu đạt đến 100% sau 15 phút xử lý Đồng thời, hiệu suất xử lý COD đạt giá trị cao 73,07% nồng độ oxalat 15 mM sau 30 phút xử lý Như oxalat vai trò quan trọng xử lý nước thải ánh sáng mặt trời Nếu dùng hệ Fenton Fe(III) mà khơng có oxalat việc tạo gốc tự HO chậm xảy theo phản ứng sau: Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+ (k = 3.1×10-3 M-1s-1 ) Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO- (k = 53 M-1s-1) Nếu tăng nồng độ oxalat lên nồng độ FeII(C2O4) tăng lên, FeII(C2O4) bị oxy hóa H2O2 với số tỉ lệ k = × 104 M-1s-1 nên gốc HO tạo nhiều theo phản ứng sau: FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII(C2O4)+ + HO + HO- (k = × 104 M-1s-1) Mặt khác, nồng độ oxalat cho vào phức Fe(III)- oxalat chủ yếu tồn dạng FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2do khả quang hoạt cịn thấp Khi nồng độ oxalat lên FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2 bị chuyển thành FeIII(C2O4)33 quang hoạt tốt xảy theo phản ứng sau: FeIII(C2O4)+ + C2O42 → FeIII(C2O4)2 (k = 3.31×106 M-1s-1 ) FeIII(C2O4)2+ C2O42 → FeIII(C2O4)33 (k = 2.75×104 M-1s-1 ) 46 Ngồi phức oxalat có khả quang hoạt cao điều kiện ánh sáng mặt trời, nguyên nhân sắt oxalat có hệ số hấp thụ phân tử cao bước sóng dài (  = 550 nm) tạo gốc HO với hiệu suất lượng tử cao FeIII(C2O4)33- + hFe2+ + 2C2O42- + C2O4 C2O4  CO2+ CO2 C2O4hoặc CO2+ O2 O2 + hoặc CO2 + O2 2H+ H2O2 + O2 Bên cạnh đó, axit oxalic cịn điều chỉnh pH dung dịch thuốc nhuộm Do đó, axit oxalic khơng nâng cao hiệu suất xử lý thuốc nhuộm mà giảm giá thành xử lý Tuy nhiên, hiệu suất xử lí có xu hướng giảm nồng độ oxalat tăng 15mM Bởi CO2 tạo nhiều phương trình trên, chuyển thành CO32- HCO3- môi trường axit: HO + CO32- → CO3 k = 4.2108M-1s-1) HO + HCO3- → CO3 + H2O (k = 1.5107M-1s-1) Ngoài ra, ion C2O42 nhiều phản ứng với gốc HO theo phương trình: C2O42HO → CO2 + CO2 k = 7.7106M-1s-1) Số lượng gốc HO giảm hiệu suất phân hủy màu tăng chậm Như vậy, oxalat đóng vai trò quan trọng việc tạo gốc HO , phức Fe(III) - oxalat bị quang hóa tốt so với Fe(III), phức Fe(II) – oxalat bị oxy hóa tốt Fe(II) đặc biệt phức oxalat có khả quang hóa tốt ánh sáng mặt trời Hình 3.11 Nước thải lọc sau Hình 3.12 Nước thải xử lý hệ keo tụ Fenton Fe3+/C2O42-/ H2O2/Mặt trời 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau thời gian tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu q trình đơng tụ oxy hóa nâng cao Fenton xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh” rút số kết luận sau: - Đã khảo sát ảnh hưởng yếu tố pH, H 2O2, Fe3+, C2O42- đến phân hủy màu COD nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú: + Khi tăng giá trị pH từ - hiệu suất xử lý màu hiệu xuất xử lý COD tăng nhanh đạt giá trị lớn giá trị pH = 92.01% 71.19% sau 30 phút xử lý Nhưng tăng giá trị pH lên hiệu suất xử lý có xu hướng giảm + Khi tăng nồng độ H2O2 từ – 15 mM hiệu suất xử lý màu hiệu xuất xử lý COD tăng nhanh đạt giá trị lớn nồng độ H2O2 = 15 mM 95.31% 72.92% sau 30 phút xử lý Nhưng tăng nồng độ H 2O2 lên 15mM hiệu suất xử lý có xu hướng giảm + Khi tăng nồng độ Fe3+ từ 0.1 - 0.5 mM hiệu suất xử lý màu hiệu xuất xử lý COD tăng nhanh đạt giá trị lớn nồng độ Fe3+ = 0.5 mM 89.48% 68.12% sau 30 phút xử lý Nhưng tăng nồng độ Fe3+ 0.5mM hiệu suất xử lý có xu hướng giảm + Khi tăng nồng độ C2O42- từ – 15 mM hiệu suất xử lý màu gần hoàn toàn, hiệu xuất xử lý COD tăng nhanh đạt giá trị lớn nồng độ C2O42- = 15mM 73.07% sau 30 phút xử lý Nhưng tăng nồng độ C2O42- 15mM hiệu suất xử lý có xu hướng giảm - Điều kiện tốt cho việc xử lí nước thải ánh sáng mặt trời là: + pH = + [H2O2]o = 15mM + [Fe3+]o = 0.5mM + [C2O42-]o = 15mM - Dưới điều kiện hiệu suất phân hủy màu gần hoàn toàn độ giảm COD khoảng 73,07% sau 30 phút xử lý 48 KIẾN NGHỊ: - Với nhiều ưu điểm vượt trội hạ giá thành xử lí, thân thiện với mơi trường nên phương pháp Fenton Fe3+/C2O42-/ H2O2/Mặt trời thay hệ Fenton truyền thống trình áp dụng hệ Fenton xử lí nước thải Q trình đặc biệt hữu ích cho xử lí nước thải vùng nhiệt đới , xích đạo dồi ánh sáng mặt trời Trong điều kiện khí hậu Việt Nam, tận dụng nguồn lượng mặt trời để ứng dụng xử lí nước thải khả thi - Từ kết thu qua thí nghiệm sở quan trọng góp phần xây dựng cơng nghệ xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm đạt hiệu khử màu tốt với giá thành hợp lí Sau đây, chúng tơi xin đề xuất sơ đồ hệ thống phản ứng Fenton Fe3+/C2O42-/ H2O2/Mặt trời dùng để xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú sau: Nước thải vào Ánh sáng mặt trời Fe2(SO4)3 Song chắn rác H2C2O4 H2SO4 Bể phản ứng Fenton (pH=5) Bể lắng FeCl3 pH=8 H2 O2 Ca(OH)2 Polime Cation Bể trung hòa (pH = 78) Bể keo tụ Bể lắng Bùn cặn Nước thải xử lí Hình 3.13 Sơ đồ đề nghị cơng nghệ xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Hoàng Kim Cơ, Trần Hữu Uyển, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dương Đức Hồng (2001), Kỹ thuật Mơi trường, NXB KHKT HN [2] Phan Anh Đào (2004), Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm, An Giang [3] Phạm Thị Lan Hương (2010), Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy dệt nhuộm công suất 300 M3/ngày đêm, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội [4] Lưu Cẩm Lộc (2001), Hóa học xử lý mơi trường, Trung tâm KHTN CNQG, Tp.HCM [5] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ Thuật [6] Đặng Trấn Phòng (1998), Nghiên cứu khử màu nước thải thuốc nhuộm có chứa thuốc nhuộm hoạt tính, Bộ nơng nghiệp, Viện kinh tế - Kỹ thuật dệt may [7] Nguyễn Thị Minh Trang (2011), Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình phân hủy Nitrobenzen 2,4 – Dichlorophenol hệ xúc tác quang hóa đồng thể Fe2+/H2O2/UV, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học Đà Nẵng [8] Cao Hữu Trượng, Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [9] Nguyễn Đức Trung, (2009), Nghiên cứu xử lí chất màu hữu nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ điện hóa, Luận văn thạc sĩ hóa học, Đại học Đà Nẵng Tiếng Anh: [10] EFA (1993), “Standard methods for the determination of chemical oxigen demand by semi-automated colorimetry, method 410.4”, U.S.environmental projection agency,Cincinnati, Ohio 45268 50 [11] Huaili Zheng, Yunxia Pan, Xinyi Xiang (2007), “Oxidation of acidic dye Eosin Y by the solar photo-Fenton processes”, Water research, 32, pp.458 – 463 [12] Malay Chaudhuri and Toh YewWei (2009), “Decolourisation of Reactive Dyes by Modified Photo-Fenton Process Under IrradiationWith Sunlight”, Department of Civil Engineering, Universiti Teknologi Petronas,Bandar Seri Iskandar, 31750 Tronoh, Perak Darul Ridzuan,Malaysia [13] Pooja Tripathi and Malay Chaudhuri (2004), “Decolourisation of metal complex azo dyes and treatment of a dyehouse waste by modified photo-Fenton (UV-vis/ferrioxalate/H2O2) process”, Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology, Kanpur 208 016, India [14] S.Stasinakis (2008), “ Use of selected advanced oxidation processes (AOPs) for waste water treatment – a mini review”, Global NEST Journal, 10(3), pp.376 – 385 [15] Xiaoli Dong, Wei Ding, Xiufang Zhang, Xinmiao Liang (2007), “Mechanism and kinetics model of synthetic dyes by UV – VIS/H2O2/Ferrioxalate complexes”, Dyes and Pigment, 74, pp 470 – 476 [16] Y.Zou, J Holgne (1992), “Formation of hydrogen peroxide anh depletion of oxalic acid in atmospereic water by photolysis of Iron (III) – oxalate complexes”, Emviron.Sci.Technol., 26, pp 1014 – 1022 Các trang web: [17] http://tailieu.vn/tag/tai-lieu/h%E1%BA%A5p%20ph%E1%BB%A5.html [18].http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/phuong-phap-keo-tu-trong-xu-ly-nuocthai.581357.html [19].http://www.scribd.com/doc/43975633/ph%C6%B0%C6%A1ng-phapFENTON [20] http://vi.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%ADt_oxalic MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Vài nét sơ lược ngành công nghiệp dệt nhuộm Việt Nam 1.1.1 Sự phát triển ngành dệt nhuộm 1.1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm 1.1.2.1 Độ pH 1.1.2.2 Màu sắc 1.1.2.3 Tổng lượng chất rắn (TS) 1.1.2.4 Chất rắn huyền phù (SS) 1.1.2.5 Chất rắn hòa tan (DS) 1.1.2.6 Hàm lượng oxy hòa tan nước (DO) 1.1.2.7 Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) 1.1.2.8 Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) 1.1.3 Các nguồn phát sinh, đặc tính ảnh hưởng nước thải dệt nhuộm 1.1.4 Đặc tính ảnh hưởng nước thải ngành dệt nhuộm đến mơi trường 1.1.4.1 Đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm 1.1.4.2 Ảnh hưởng nước thải đến môi trường: 10 1.2 Thuốc nhuộm 10 1.2.1 Giới thiệu thuốc nhuộm 10 1.2.2 Phân loại, đặc điểm thuốc nhuộm 11 1.2.2.1 Thuốc nhuộm hòa tan 11 1.2.2.2 Thuốc nhuộm khơng hịa tan nước 13 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 15 1.3.1 Phương pháp học 15 1.3.1.1 Lọc qua song chắn rác 15 1.3.1.2 Bể lắng 15 1.3.2 Phương pháp sinh học 15 1.3.3 Phương pháp hóa lí 16 1.3.3.1 Phương pháp keo tụ 16 1.3.3.2 Phương pháp tuyển 17 1.3.3.3 Phương pháp hấp phụ 17 1.3.3.4 Phương pháp trao đổi ion 18 3.1.4 Phương pháp hóa học 18 3.1.4.1 Phương pháp trung hòa 18 1.3.4.2 Phương pháp oxi hóa-khử 19 1.3.5 Phương pháp điện hóa 20 1.4 Các q trình oxy hóa nâng cao Fenton 21 1.4.1 Ozon 21 1.4.2 Ozon + H2O2 22 1.4.3 Oxy hóa quang hóa 22 1.4.4 Phản ứng Fenton 23 1.4.5 Phản ứng Fenton sử dụng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời 24 1.4.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ Fenton Fe(III)-Oxalat/H2O2/Vis 26 1.4.7 Ưu điểm nhược điểm phương pháp Fenton 27 1.4.8 Ứng dụng phương pháp Fenton 27 1.4.9 Tình hình nghiên cứu áp dụng trình Fenton Việt Nam 28 CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM 30 2.1 Nguyên liệu , hóa chất dụng cụ 30 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 30 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 30 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Phương pháp lấy mẫu 30 2.2.2 Phương pháp chuẩn bị hóa chất 30 2.2.3 Phương pháp đo quang 31 2.2.4 Phương pháp xử lý keo tụ 32 2.2.5 Phương pháp xử lý Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời 32 2.2.6 Phương pháp xác định COD 32 2.2.6.1 Định nghĩa 32 2.2.6.2 Nguyên tắc 32 2.2.6.3 Pha thuốc thử 33 2.2.6.4 Cách tiến hành 33 2.2.6.5 Tính kết 34 2.2.7 Phương pháp đánh giá hiệu xử lý 34 2.2.7.1 Hiệu suất khử màu 34 2.2.7.2 Hiệu suất khử COD 34 2.2.8 Các thí nghiệm khảo sát hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời 34 2.2.8.1 Khảo sát pH 34 2.2.8.2 Khảo sát nồng độ Fe3+ 35 2.2.8.3 Khảo sát nồng độ H2O2 35 2.2.8.4 Khảo sát nồng độ C2O42 35 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36 3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 36 3.2.Kết khảo sát ảnh hưởng H2O2 39 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng Fe3+ 41 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng C2O42 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý màu (%) 37 Bảng 3.2 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử COD (%) 37 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nồng độ [H2O2]o đến hiệu suất xử lý màu (%) 39 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ [H2O2]o đến hiệu suất xử lý COD (%) 40 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ [Fe3+]o đến hiệu suất xử lý màu (%) 42 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ [Fe3+]o đến hiệu suất xử lý COD (%) 42 Bảng 3.7 Ảnh hưởng [C2O42]o đến hiệu suất xử lý màu (%) 44 Bảng 3.7 Ảnh hưởng [C2O42]o đến hiệu suất xử lý COD (%) 44 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ chế phản ứng xoay vòng hệ mặt trời 26 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm 35 Hình 3.1 Dung dịch nước thải ban đầu 375 Hình 3.2 Nước thải lọc sau keo tụ 37 Hình 3.3 Đồ thị thể ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý màu (%) 37 Hình 3.4 Đồ thị thể ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD (%) 38 Hình 3.5 Đồ thị thể ảnh hưởng [H2O2]o đến hiệu suất xử lý màu (%) 39 Hình 3.6 Đồ thị thể ảnh hưởng [H2O2]o đến hiệu suất xử lý COD (%) 40 Hình 3.7 Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o đến hiệu suất xử lý màu (%) 42 Hình 3.8 Đồ thị thể ảnh hưởng [Fe3+]o đến hiệu suất xử lý COD (%) 43 Hình 3.9 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O42]o đến hiệu suất xử lý màu (%) 44 Hình 3.10 Đồ thị thể ảnh hưởng [C2O42-]o đến hiệu suất xử lý COD (%)45 Hình 3.12 Nước thải xử lý hệ Fenton Fe3+/C2O42-/ H2O2/Mặt trời 45 Hình 3.13 Sơ đồ đề nghị cơng nghệ xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh 48 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG KHÓA LUẬN AOPs (Advanced oxidation processes) : Các q trình oxy hóa nâng cao BOD (Biochemical oxygen demand) : Nhu cầu oxy sinh hóa BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường COD (Chemical oxygen demand) : Nhu cầu oxy sinh học DO (Dissolved oxygen) : Hàm lượng oxy nước DS (Dissolved solids) : Chất rắn hòa tan PC : Polime cation QCVN : Quy chuẩn Việt Nam SS (Suspended solids) : Chất rắn huyền phù TOC (Total organic carbon) : Tổng lượng Cacbon hữu TS (Total solids) : Tổng lượng chất rắn UV (Ultra violet) : Tia cực tím VIS (Visible light) : Ánh sáng khả kiến ... Chính lí trên, tiểu luận chúng tơi tiến hành trình bày đề tài: ? ?Nghiên cứu trình oxy hóa nâng cao Fenton xử lí nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh? ?? Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu q trình. .. hiệu suất xử lý COD nước thải Ý Nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: - Nghiên cứu trình oxy hóa Fenton để tìm phương pháp xử lí nước thải đạt hiệu suất cao - Nghiên cứu trình oxy hóa nâng cao Fenton. .. nước thải dệt nhuộm với tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/UV mặt trời Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Nước thải dệt nhuộm nhà máy Phong Phú – Hòa Khánh 3.2 Phạm vi nghiên cứu Trong