Nghiên cứu các quá trình đông tụ và oxy hóa nâng cao fenton trong xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm phong phú hòa khánh

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG TR N PHƯ C GIANG Cơng trình đư c hồn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS BÙI XUÂN V NG NGHIÊN C U CÁC Q TRÌNH ĐƠNG T VÀ OXY HÓA Ph n bi n 1: GS.TS Đào Hùng Cư ng NÂNG CAO FENTON TRONG X Ph n bi n 2: PGS.TS Đ ng Minh Nh t LÝ NƯ C TH I NHÀ MÁY D T NHU M PHONG PHÚ HỊA KHÁNH Chun ngành: Hóa h u Mã s : 60 44 27 Lu n văn s ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ khoa h c t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 30 tháng 12 năm 2011 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C Đà N ng – Năm 2011 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Thư vi n trư ng Đ i h c Sư ph m, Đ i h c Đà N ng M Đ U Tính c p thi t c a đ tài Hi n v n ñ x lý ngu n nư c nhi m q trình d t nhu m h t s c c n thi t Ư c tính có 70.000.000 t n thu c nhu m ñư c s n xu t hàng năm Trong q trình nhu m có đ n 12-15% t ng lư ng thu c nhu m không ph n ng g n màu, th t thoát theo nư c th i sau nhu m Theo quy ñ nh c a EU hi n nay, thu c nhu m t ng h p d a benzindine, 3, 3’-dimethoxybenzidine 3, 3’-dimethylbenzidine ñã ñư c phân lo i ch t gây ung thư, th m t v n ñ nh c nh i cho xã h i địi h i ph i có m t phương pháp hi u qu đ lo i b nh ng đ c tính Hi n nay, ñ x lý ngu n nư c th i t trình d t nhu m, ngư i ta s d ng nhi u phương pháp khác như: phương pháp sinh h c, phương pháp hóa h c, phương pháp hóa lý Trong n i b t c vi c x lý nư c th i b ng q trình đơng t oxy hóa nâng cao Q trình đơng t làm gi m hàm lư ng ch t r n lơ l ng, ch t r n hịa tan COD có nư c th i Tuy nhiên, vi c x lý nư c th i b ng phương pháp đơng t v n cho hi u qu chưa cao, trình x t o r t nhi u bùn Vì v y, vi c k t h p gi a q trình đơng t q trình oxy hóa nâng cao đư c ch n đ nâng cao hi u qu x lý V i nh ng lý trên, chúng tơi ti n hành đ tài: “Nghiên c u q trình đơng t oxy hóa nâng cao Fenton x lý nư c th i nhà máy d t nhu m Phong Phú – Hịa Khánh” M c đích nghiên c u - Nghiên c u trình keo t t o nư c th i d t nhu m v i ch t keo t l n lư t FeCl3/Bentonit Thu n H i, FeCl3/Cacbon ho t tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation - Nghiên c u trình phân h y ch t ô nhi m nư c th i d t nhu m v i tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/UV m t tr i Đ i tư ng ph m vi nghiên c u Đ tài ñư c th c hi n t i phịng thí nghi m c a trư ng Đ i h c Sư ph m Đà N ng m u nư c th i d t nhu m nhà máy Phong Phú – Hòa Khánh Phương pháp nghiên c u Kh o sát q trình đơng t oxy hóa nâng cao Fenton b ng phương pháp ño quang UV-VIS Ch s COD c a dung d ch ñư c xác ñ nh b ng phương pháp Bicromat Cr2O72-/Cr3+ Ý nghĩa khoa h c th c ti n c a ñ tài Nghiên c u q trình keo t t o bơng oxy hóa Fenton đ tìm m t gi i pháp x lý nư c th i ñ t hi u su t cao nh t K t c u lu n văn: Ngồi ph n m đ u, k t lu n ki n ngh , n i dung lu n văn g m chương: Chương T ng quan Chương Th c nghi m Chương K t qu bàn lu n CHƯƠNG - T NG QUAN 1.1 GI I THI U V CÔNG NGH D T NHU M 1.1.1 S phát tri n c a ngành d t th gi i Vi t Nam 1.1.2 Công ngh s n xu t ngu n phát sinh nư c th i d t nhu m 1.1.3 Đ c ñi m nư c th i d t nhu m tác ñ ng c a nư c th i ñ n mơi trư ng 1.1.3.1 Đ c m nư c th i d t nhu m 1.1.3.2 Tác ñ ng c a nư c th i đ n mơi trư ng 1.2 THU C NHU M TRONG CÔNG NGH D T NHU M 1.2.1 Khái quát v thu c nhu m 1.2.2 Phân lo i, ñ c ñi m thu c nhu m 1.2.2.1 Phân lo i theo c u trúc hóa h c 1.2.2.2 Phân lo i theo đ c tính áp d ng 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP X LÝ NƯ C TH I D T NHU M 1.3.1 Phương pháp sinh h c 1.3.2 Phương pháp hóa lý 1.3.2.1 L c qua song ch n rác 1.3.2.2 Phương pháp đơng t keo t 1.3.2.3 Tuy n n i 1.3.2.4 H p ph 1.3.2.5 Trao ñ i ion 1.3.3 Phương pháp n hóa 1.3.4 Phương pháp hóa h c 1.3.4.1 Phương pháp trung hịa 1.3.4.2 Phương pháp oxy hóa kh 1.3.5 Các q trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs) 1.3.5.1 Ozon 1.3.5.2 Ozon + H2O2 1.3.5.3 Ơxy hóa quang hóa 1.3.5.4 Ph n ng Fenton 1.3.5.5 Ph n ng Fenton s d ng h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng m t tr i Fe(III)- oxalat h p th ánh sáng m nh bư c sóng λ = 550 nm t o g c OH• v i hi u su t lư ng t cao FeIII(C2O4)33- + hν → Fe2+ + 2C2O42- + C2O4• − C2O4• − → CO2• − + CO2 CO2• − + FeIII(C2O4)33- → Fe2+ + CO2 + 3C2O42T ba ph n ng trên, có th thu g n l i thành m t ph n ng sau: 2FeIII(C2O4)33- + hν → 2Fe2+ + 5C2O42- + 2CO2 Và v y Fe2+ s ñư c t o thành ph n ng v i H2O2 có dung d ch đ t o g c OH• b ng ph n ng Fenton Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH• Cơ ch ph n ng c a h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng m t tr i s ñư c tóm t t sơ đ sau đây: CHƯƠNG - TH C NGHI M 2.1 NGUYÊN LI U, D NG C VÀ HÓA CH T 2.1.1 Nguyên li u hóa ch t 2.1.2 D ng c thi t b nghiên c u 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 2.2.1 Phương pháp l y m u 2.2.2 Phương pháp chu n b hóa ch t 2.2.3 Phương pháp ño quang Cơ s c a phương pháp d a tính ch t h p ph m t ph n lư ng ánh sáng c a dung d ch mang màu vùng quang ph kh ki n Đ h p th tuân theo ñ nh lu t Lambert Beer: D = log( Io/I) = ε.l.C Trong đó: D: đ h p th ánh sáng Io, I: cư ng ñ b c x ñi n t trư c sau ñi qua ch t phân tích ε: h s h p th , Lmol-1cm-1 l: chi u dày cuvet, cm C: n ng đ ch t phân tích, mol.L -1 Máy UV-VIS s quét t mi n ph t ngo i ñ n mi n ph h ng ngo i T i bư c sóng mà dung d ch h p th c c đ i g i bư c sóng c c ñ i λmax ñư c th hi n b i giá tr m t ñ quang c c ñ i Dmax Sau ñã xác ñ nh ñư c λmax, ta xác ñ nh m t ñ quang trư c (Dt) m t ñ quang sau (Ds) x lý, t tính hi u su t kh màu 2.2.4 Phương pháp x lý keo t 2.2.5 Phương pháp x lý Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng m t tr i 2.2.6 Phương pháp xác ñ nh COD 2.2.6.1 Nguyên t c 2.2.6.2 Pha thu c th 2.2.6.3 Cách ti n hành 2.2.6.4 Tính k t qu COD c a nư c th i đư c tính theo cơng th c: 2.2.7 Phương pháp ñánh giá hi u qu x lý 2.2.7.1 Hi u su t kh màu Hi u su t kh màu đư c tính theo cơng th c: Dt - Ds Hmàu (Dgi m)= x 100% Dt Trong Dt, Ds m t đ quang c a dung d ch trư c sau x lý 2.2.7.2 Hi u su t kh COD Hi u su t kh COD đư c tính theo cơng th c: CODt - CODs HCOD = x 100% CODt Trong ñó CODt, CODs COD c a dung d ch trư c sau x lý 2.2.8 Các thí nghi m kh o sát q trình đơng t 2.2.8.1 Kh o sát FeCl3/Bentonite Thu n H i 2.2.8.2 Kh o sát FeCl3/C ho t tính 2.2.8.3 Kh o sát FeCl3/Polime Anion (PA) 2.2.8.4 Kh o sát FeCl3/Polime Cation (PC) 2.2.9 Các thí nghi m kh o sát h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng m t tr i 2.2.9.1 Kh o sát pH 2.2.9.2 Kh o sát n ng ñ Fe3+ 2.2.9.3 Kh o sát n ng ñ H2O2 2.2.9.4 Kh o sát n ng ñ C2O42 − COD = (A - B).N.S.1000 V (mg/l) Trong đó: A: th tích dung d ch FAS chu n cho m u tr ng (ml) B: th tích dung d ch FAS chu n cho m u nư c th i (ml) N: n ng ñ dung d ch FAS (N) V: th tích m u ñem phân tích (ml) S: ñương lư ng gam c a oxy (g) 10 CHƯƠNG - K T QU VÀ TH O LU N Hình 3.1 Dung d ch nư c th i ban ñ u s COD; BOD; TSS; TDS, ño hàm lư ng m t s kim lo i n ng có nư c th i Các q trình keo t s đư c l n lư t kh o sát v i h sau: FeCl3/Bentonite Thu n H i, FeCl3/C ho t tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation 3.1.1 Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/Bentonite Thu n H i 3.1.1.1 Kh o sát FeCl3 Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng bentonit = 600 ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 200 ppm ñ n 600 ppm Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,2242 K t qu đư c trình bày hình 3.5 Hình 3.2 Dung d ch nư c th i keo t 1,4 25 20 0,8 15 0,6 10 % M t ñ quang 1,2 D %D 0,4 0,2 0 200 300 400 500 600 N ng đ (mg/l) Hình 3.3 Nư c th i l c sau Hình 3.4 Nư c th i x lý b ng keo t Fenton 3.1 QUÁ TRÌNH KEO T Trư c th c hi n trình keo t , ph i ti n hành kh o sát ch tiêu ban ñ u c a nư c th i như: m t đ quang D, pH, ch Hình 3.5 nh hư ng c a n ng ñ FeCl3 K t qu hình 3.5 cho th y vi c tăng n ng ñ FeCl3 s làm hi u su t h p ph màu gi m xu ng Đi u có th gi i thích tăng n ng đ FeCl3 k t t a Fe(OH)3 s hình thành nhi u hơn, kéo ch t r n lơ l ng xu ng làm cho kh h p ph màu c a bentonite b gi m xu ng Do n ng đ FeCl3 = 300 ppm s cho hi u su t phân h y màu t t nh t 3.1.1.2 Kh o sát Bentonit Thu n H i Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng FeCl3 = 300 ppm, n ng ñ c a bentonit thay ñ i t 300 ppm ñ n 1000 ppm Giá 11 12 20 15 0,4 10 D % 0,6 %D 300 400 600 800 1000 N ng ñ (mg/l) 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 30 25 20 15 % M t đ quang Hình 3.6 nh hư ng c a n ng đ Bentonit K t qu hình 3.6 cho th y vi c tăng n ng ñ Bentonit s làm hi u su t h p ph màu tăng lên Đi u có th gi i thích tính ch t quan tr ng c a Bentonit – tính ch t h p ph , tăng n ng ñ bentonit s làm tăng kh h p ph h p ch t h u mang màu Vi c s d ng k t h p gi a FeCl3 bentonit góp ph n nâng cao hi u qu x lý, FeCl3 ch t keo t cịn bentonit đóng vai trị ch t tr keo t Bentonit có nhi m v h p ph ch t màu, FeCl3 s th y phân t o k t t a Fe(OH)3, s quét cu n h t keo dung d ch t o thành h t l n l ng xu ng N ng ñ bentonit 800 ppm s ñư c ch n cho trình x lý ti p theo 3.1.1.3 Kh o sát pH Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 = 300 ppm, bentonit = 800 ppm, pH thay ñ i t ñ n 10 Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,3072 K t qu đư c trình bày hình 3.7 10 10 pH Hình 3.7 nh hư ng c a pH D %D 1,4 40 1,2 35 30 25 0,8 20 0,6 % 25 0,8 0,2 M tñ 30 quang 1,2 Khi mà giá tr pH th p s mang n tích dương, pH cao mang n tích âm S th y phân mang n tích dương s h p th b m t h t keo làm m t tính n đ nh c a Cơ ch đư c g i s trung hịa n tích Khi n ng ñ FeCl3 tăng lên k t t a Fe(OH)3 s đư c hình thành s qt cu n h t keo dung d ch t o thành h t l n l ng xu ng K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/Bentonit Thu n H i thu ñư c k t qu t t nh t là: pH=7, FeCl3 = 300 ppm, bentonit Thu n H i = 800 ppm, %D = 25,80% 3.1.2 Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/C ho t tính 3.1.2.1 Kh o sát FeCl3 Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng C ho t tính cho vào m i c c 400 ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 100 ppm ñ n 500 ppm Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,3218 K t qu đư c trình bày hình 3.8 M t ñ quang tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,1238 K t qu ñư c trình bày hình 3.6 D %D 15 0,4 10 0,2 0 100 200 300 400 500 N ng ñ (mg/l) Hình 3.8 nh hư ng c a n ng ñ FeCl3 Khi lư ng FeCl3 cho vào chưa ñ ñ phá v hoàn toàn ñ b n c a h huy n phù → Kh k t dính gi a h t huy n phù nư c th i Fe(OH)3 h n ch , nư c v n cịn đ c N u lư ng FeCl3 cho vào vư t li u c n thi t đ trung hịa n tích huy n phù gây b n, lúc tương tác gi a h t huy n phù gây b n hydroxit t o thành mà ñi n tích h t keo thay đ i t âm sang dương 14 13 30 25 0,8 % 20 0,6 15 0,4 D %D 10 0,2 0 200 300 400 500 600 N ng đ (mg/l) Hình 3.9 nh hư ng c a C ho t tính K t qu hình 3.9 cho th y vi c tăng n ng đ C ho t tính s làm hi u su t h p ph màu tăng lên, ñi u có th gi i thích C ho t tính có di n tích b m t ngồi r t l n, di n tích b m t c a than ho t tính n u tính ñơn v kh i lư ng t 500 ñ n 2500 m2/g V i di n tích b m t l n v y ph n l n v t r ng – mao qu n vi m ch c a C ho t tính đ u có tính h p ph r t m nh, ch t h u mang màu s b h p ph theo l r ng cacbon khu ch tán b m t, sau đư c h p ph b m t cacbon Vi c s d ng k t h p v i FeCl3 s nâng cao hi u qu x lý, k t t a Fe(OH)3 s quét cu n h t keo dung d ch t o thành h t l n l ng xu ng sau trình h p ph x y 3.1.2.3 Kh o sát pH Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 cho vào m i c c 400 ppm, C ho t tính 500 ppm, pH thay đ i t ñ n 10 Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,1630 K t qu ñư c trình bày hình 3.10 25 20 1,05 15 D % M t ñ quang 30 1,1 %D 10 0,95 0,9 10 pH Hình 3.10 nh hư ng c a pH K t qu hình 3.10 cho th y giá tr pH=7 hi u su t phân h y màu t t nh t (38,56%) Đi u đư c gi i thích tương t kh o sát Bentonit K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/C ho t tính thu đư c k t qu t t nh t là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C ho t tính = 500 ppm, %D = 38,56% 3.1.3 Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/Polime Anion (PA) 3.1.3.1 Kh o sát FeCl3 Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng polime anion cho vào m i c c ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 200 ppm ñ n 1000 ppm Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,2045 K t qu đư c trình bày hình 3.11 1,2 50 45 40 35 0,8 30 0,6 25 % 35 M t ñ quang 1,2 1,15 M t ñ quang (hi n tư ng ñ o d u n tích) h huy n phù b n tr l i, nư c s ñ c Vi c s d ng k t h p gi a FeCl3 v i C ho t tính góp ph n nâng cao hi u qu x lý, làm gi m chi phí hóa ch t keo t 3.1.2.2 Kh o sát C ho t tính Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng FeCl3 cho vào m i c c 300 ppm, n ng ñ c a cacbon ho t tính thay đ i t 200 ppm đ n 600 ppm Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,1862 K t qu đư c trình bày hình 3.9 D %D 20 0,4 15 10 0,2 0 200 400 600 800 1000 N ng ñ (mg/l) Hình 3.11 nh hư ng c a n ng ñ FeCl3 K t qu hình 3.11 cho th y tăng n ng đ FeCl3 hi u su t h p ph màu tăng lên ñ t hi u qu t t nh t n ng ñ FeCl3 = 800 ppm (44,90 %) Tuy nhiên n ng đ FeCl3 tăng q cao 15 16 hi u su t h p ph màu b t ñ u gi m, n ng ñ FeCl3 = 1000 ppm hi u su t b t đ u gi m (42,32 %) Lúc tương tác gi a h t huy n phù gây b n hydroxit t o thành mà n tích h t keo thay ñ i t âm sang dương h huy n phù b n tr l i 3.1.3.2 Kh o sát Polime Anion Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng FeCl3 cho vào m i c c 800 ppm, n ng ñ c a polime anion thay ñ i t ppm ñ n ppm Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,3103 K t qu ñư c trình bày hình 3.12 3.1.3.3 Kh o sát pH Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 cho vào m i c c 800 ppm, polime anion ppm, pH thay ñ i t ñ n 10 Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,2981 K t qu ñư c trình bày hình 3.13 1,2 45 % M t đ quang % M t ñ quang 30 0,6 D %D 20 10 30 25 40 0,8 35 0,6 50 0,2 40 0,8 60 1,2 0,4 50 1,4 D 10 pH %D 20 0,4 15 10 0,2 0 N ng đ (mg/l) Hình 3.12 nh hư ng c a n ng ñ Polime Anion K t qu hình 3.12 cho th y tăng n ng ñ polime lên hi u su t h p ph màu b t ñ u gi m xu ng M t đ n tích kh i lư ng phân t c a polime đóng vai trị quan tr ng q trình keo t Ngồi tương tác ñ c thù gi a polime h t keo cịn x y gi a nhóm ch c c a polime v i trung tâm ho t ñ ng b m t ch t r n lơ l ng Trong q trình đó, ch t tr keo t có vai trị phá v tính b n c a h t keo, giúp trình liên k t h t m t tính b n l i v i Do l c h p ph có tính c ng h p nên tương tác gi a polime h t keo r t t t làm cho trình l ng d dàng Tuy nhiên n ng đ cao đ nh t c a dung d ch tăng, polime s bao b c h t keo l i làm tái n ñ nh h keo d n ñ n hi u su t kh màu b gi m Hình 3.13 nh hư ng c a pH K t qu hình 3.13 cho th y giá tr pH=7 pH=8 hi u su t phân h y màu cao nh t v i giá tr l n lư t 48,00% 45,24% Tuy nhiên pH tăng lên đ b n c a bơng keo gi m, bơng keo t nh d n đ n hi u qu x lý gi m K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/Polime Anion thu ñư c k t qu t t nh t là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 48 % 3.1.4 Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/Polime Cation (PC) 3.1.4.1 Kh o sát FeCl3 Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng polime cation cho vào m i c c ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 200 ppm ñ n 1000 ppm Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,3238 K t qu đư c trình bày hình 3.14 18 17 40 0,6 30 0,4 20 0,2 10 D % 0,8 %D 200 400 600 800 1000 N ng đ (mg/l) Hình 3.14 nh hư ng c a n ng đ FeCl3 K t qu hình 3.14 cho th y tăng n ng đ FeCl3 hi u su t kh màu tăng, nhiên ñ n kho ng n ng đ nh t đ nh hi u qu x màu n đ nh Do n ng ñ 800 ppm s ñư c ch n ñ x lý ti p theo 3.1.4.2 Kh o sát Polime Cation Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng FeCl3 cho vào m i c c 800 ppm, n ng ñ c a polime cation thay ñ i t ppm ñ n ppm Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,3238 K t qu ñư c trình bày hình 3.12 đ nh c a h t keo nh vào ch h p ph trung hịa n tích Ngồi dư i s h tr c a polime cation liên k t b t c u s h p ph polime lên c nh riêng c a b m t h t keo ho c ch t keo t , k t qu h t keo b l ng xu ng màu b gi m Do đó, n ng đ ppm s ñư c ch n ñ kh o sát 3.1.4.3 Kh o sát pH Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 cho vào m i c c 800 ppm, polime cation ppm, pH thay ñ i t ñ n 10 Giá tr m t ñ quang ban ñ u D0=1,3238 K t qu ñư c trình bày hình 3.16 1,4 60 1,2 50 40 0,8 30 0,6 10 0,2 0 0,4 20 10 % 30 0,2 M t ñ quang 40 0,6 10 50 0,8 %D pH 60 D 20 0,4 1,2 % 50 M t ñ quang 60 M t ñ quang 1,2 D %D N ng ñ (mg/l) Hình 3.15 nh hư ng c a n ng đ FeCl3 K t qu hình 3.15 cho th y n ng đ ppm ppm hi u su t h p ph màu t t nh t ñ t hi u su t l n lư t 51,05% 52,32% Polime cation lo i polime hòa tan dung d ch s ion hóa thành cation t o nên l p ñi n tích dương xung quanh phân t polime, l p n tích dương góp ph n trung hịa h t keo mang n âm dung d ch Ch t keo t FeCl3 làm m t tính n Hình 3.16 nh hư ng c a pH K t qu hình 3.17 cho th y giá tr pH=8 hi u su t phân h y màu cao nh t (53,64%) K t qu có nh hư ng r t t t đ n qu trình x lý nư c th i b ng phương pháp keo t , b i nư c th i d t nhu m có giá tr pH r t cao (kho ng 9-14), x lý keo t pH=8 s ti t ki m ñư c nhi u hóa ch t K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/Polime Cation thu đư c k t qu t t nh t là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime cation = ppm, %D = 53,64 % Sau kh o sát q trình trên, chúng tơi ch n q trình ñông t FeCl3/Polime Cation ñ ti p t c x lý b ng phương pháp oxy hóa nâng cao 19 20 COD BOD TSS TDS mg/L mg/L mg/L mg/L 1476 75 316 6540 554 27 98 1230 150 50 100 1000 Fe mg/L 0,527 0,213 Cu mg/L 0,0411 0,0360 Cr(III) mg/L 0,1662 0,0778 T k t qu b ng 3.13 ta th y, ch s BOD, TSS m t s kim lo i n ng c a nư c th i ñ u sau keo t b ng FeCl3/Polime Cation ñã ñ t tiêu chu n c t B c a b tài nguyên môi trư ng Tuy nhiên, ch s COD v n cao nư c th i s ñư c ti p t c x lý b ng phương pháp oxy hóa nâng cao 3.2 Q TRÌNH FE(III) – OXALAT/H2O2/ÁNH SÁNG M T TR I 3.2.1 K t qu kh o sát nh hư ng c a pH 100 90 80 % 70 60 50 40 30 10 15 20 25 30 Th i gian (phút) pH=3 pH=4 pH=6 pH=7 pH=5 Hình 3.18 Đ th th hi n nh hư ng c a pH ñ n hi u su t x lý màu (%) 80 70 60 50 % COD B ng 3.13 Các thông s nư c th i ñ u vào ñ u sau đơng t v i FeCl3/Polime Cation Ch tiêu Đơn v Nư c th i Nư c th i QCVN ñ u vào ñ u 13:2008, c t B pH=4 40 pH=5 pH=6 30 20 10 10 20 30 Th i gian (phút) Hình 3.19 Đ th th hi n nh hư ng c a pH ñ n hi u su t x COD (%) T hình 3.18 3.19 cho th y s phân h y màu tăng d n pH tăng t ñ n sau ñó gi m xu ng pH=7, hi u su t phân h y màu t t nh t t i pH=5 Và hi u su t COD ñ t giá tr cao nh t 71,19 % t i pH=5 Đi u có th đư c gi i thích sau: T i pH th p s x y ph n ng kh g c HO•, b i ion H+ theo ph n ng: HO• + H+ + e → H2O v y s n sinh g c HO•, làm gi m t c ñ phân h y Hơn n a, pH th p ph c oxalate t n t i ch y u d ng FeIII(C2O4)+ nên kh quang ho t r t nên hi u qu x lý pH = ho c ph c oxalate t n t i ch y u d ng FeIII(C2O4)2− FeIII(C2O4)33− có tính quang ho t cao, g c t HO• s đư c t o nhi u nên hi u qu x lý cao hai ph n ng sau: FeIII(C2O4)2− + hν → Fe2+ + C2O42− + C2O4• − (k=0,04 s−1) FeIII(C2O4)33− + hν → Fe2+ + 2C2O42− + C2O4• − (k=0,04 s−1) pH ho t ñ ng > t c ñ phân h y b gi m m nh ion s t t b gi m dung d ch s t o thành k t t a Fe(OH)3 làm ngăn c n s tái sinh ion Fe2+ Như v y, x lý nư c th i b ng h Fenton Fe(III)-Oxalat có hi u qu cao kho ng pH = 4-5 ( so v i Fenton c ñi n pH= 2-4), ñó x lý ñi u ki n s ti t ki m ñư c hóa ch t 22 21 3.2.2 K t qu kh o sát nh hư ng c a H2O2 100 90 H2O2=5 mM 80 % H2O2=10 mM H2O2=15 mM 70 Ngoài vi c dư H2O2 nhi u v a không kinh t v a nh hư ng ñ n môi trư ng s ng vi sinh n u s d ng phương pháp trư c phương pháp x lí b ng vi sinh Vì v y [H2O2]o phù h p nghiên c u 15 mM 3.2.3 K t qu kh o sát nh hư ng c a Fe3+ H2O2=20 mM 60 100 H2O2=25 mM 90 50 10 15 20 25 30 80 Fe3+=0,1mM Th i gian (phút) Fe3+=0,3mM % Hình 3.20 Đ th th hi n nh hư ng c a [H2O2]o ñ n hi u su t x lý màu (%) 70 Fe3+=0,5mM Fe3+=0,7mM Fe3+=0,9mM 60 50 80 70 40 60 10 15 20 25 30 Th i gian (phút) 50 % H2O2=5 mM H2O2=15 mM 40 H2O2=25 mM 30 20 10 Hình 3.22 Đ th th hi n nh hư ng c a [Fe3+]o ñ n hi u su t x lý màu (%) 80 10 20 30 Th i gian (phút) 60 50 % COD Hình 3.21 Đ th th hi n nh hư ng c a [H2O2]o ñ n hi u su t x COD (%) K t qu t hình 3.20 3.21 cho th y vi c tăng [H2O2]o làm hi u su t phân h y màu tăng lên, nhiên ñ n m t n ng ñ nh t ñ nh hi u su t b t đ u gi m Hi u su t COD tăng nhanh ñ t giá tr cao nh t 72,92% n ng ñ 15 mM sau 30 phút x lý Nguyên nhân tăng n ng ñ H2O2 s làm t o nhi u g c HO• ph n ng: Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH• Nhưng lư ng H2O2 dư nhi u s có ph n ng gi a H2O2 v i g c HO• v a m i sinh theo ph n ng: HO + H2O2 → H2O + HO2 HO + HO2 → H2O + O2 70 Fe3+=0,1mM 40 Fe3+=0,5mM Fe3+=0,9mM 30 20 10 10 20 30 Th i gian (phút) Hình 3.23 Đ th th hi n nh hư ng c a [Fe3+]o ñ n hi u su t x COD (%) Các k t qu hình 3.22 3.23 cho th y hi u su t chuy n hóa màu COD có xu hư ng tăng tăng [Fe3+], tăng 0.5 mM hi u qu x lý tăng khơng đáng k n a Đó vi c tăng [Fe3+] làm tăng s lư ng g c HO• ñư c t o thành, 23 24 [Fe3+] tăng lên đ l n có m t lư ng g c t HO• đư c hình thành s ph n ng v i Fe2+ ph n ng sau: HO + Fe2+ → Fe3+ + HO- (k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1) 3.2.4 K t qu kh o sát nh hư ng c a C2O42 − Các k t qu hình 3.24 3.25 cho th y hi u su t chuy n hóa màu ñ t ñư c 100 % n ng ñ 10 mM 15 mM sau 15 phút x lý, hi u su t COD ñ t giá tr cao nh t 81,07% sau 30 phút x lý Như v y oxalat vai trò r t quan tr ng x lý nư c th i b ng ánh sáng m t tr i N u dùng h Fenton Fe(III) mà khơng có oxalat vi c t o g c t HO s r t ch m x y theo ph n ng sau: Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+ (k=3.1×10-3 M-1s-1 ) Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO(k=53 M-1s-1) N u tăng n ng đ oxalat lên n ng đ FeII(C2O4) s tăng lên, FeII(C2O4) b oxy hóa b i H2O2 v i h ng s t l k = × 104 M-1s-1 nên g c HO s ñư c t o nhi u theo ph n ng sau: FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII(C2O4)+ + HO + HO- ( k = × 104 M-1s-1) M t khác, n u n ng đ oxalat cho vào ph c Fe(III)oxalat ch y u t n t i d ng FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2− kh quang ho t cịn th p Khi n ng đ oxalat lên FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)2− l n lư t b chuy n thành FeIII(C2O4)33− s quang ho t t t x y theo ph n ng sau: (k=3.31×106 M-1 ) FeIII(C2O4)+ + C2O42− → FeIII(C2O4)2− FeIII(C2O4)2− + C2O42− → FeIII(C2O4)33− (k=2.75×104 M-1 ) Ngồi ph c oxalat có kh quang ho t cao dư i ñi u ki n ánh sáng m t tr i, nguyên nhân s t oxalat có h s h p th phân t cao bư c sóng dài ( λ = 550 nm) t o g c HO v i hi u su t lư ng t cao Như v y, oxalat đóng vai trị quan tr ng vi c t o g c HO , ph c Fe(III) - oxalat s b quang hóa t t so v i Fe(III), ph c Fe(II) - oxalat s b oxy hóa t t Fe(II) ñ c bi t ph c oxalat có kh quang hóa r t t t dư i ánh sáng m t tr i 100 90 [C2O4]2 =5mM 80 % [C2O4]2 =10mM [C2O4]2 =10mM [C2O4]2 =20mM 70 [C2O4]2 =20mM 60 50 10 15 20 25 30 Th i gian (phút) Hình 3.24 Đ th th hi n nh hư ng c a [C2O42 −]o ñ n hi u su t x lý màu (%) 80 70 60 % COD 50 [C2O4]2 =5mM 40 [C2O4]2 =15mM [C2O4]2 =25mM 30 20 10 10 20 30 Th i gian (phút) Hình 3.25 Đ th th hi n nh hư ng c a [C2O4]o ñ n hi u su t x COD (%) 25 26 K T LU N VÀ KI N NGH lư ng m t tr i t nhiên, góp ph n gi i quy t tình tr ng lư ng ngày c n ki t hi n ti t ki m ñư c r t nhi u chi phí x lý - Ch t xúc tác Fenton h Fe(III)-Oxalat có chi phí th p, kho ng pH x lý hi u qu r ng so v i q trình Fenton thơng thư ng, ti t ki m đư c nhi u hóa ch t K T LU N Sau th i gian th c hi n ñ tài: “Nghiên c u q trình đơng t oxy hóa nâng cao Fenton x lý nư c th i nhà máy d t nhu m Phong Phú – Hòa Khánh” chúng tơi rút đư c m t s k t lu n sau: a) Q trình đơng t Các y u t nh hư ng ñ n s phân h y màu nư c th i d t nhu m thu ñư c k t qu l n lư t là: - FeCl3/Bentonit Thu n H i: pH = 7, FeCl3 = 300 ppm, Bentonit Thu n H i = 800 ppm, %D = 25,80% - FeCl3/C ho t tính thu đư c k t qu t t nh t là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C ho t tính = 500 ppm, %D = 38,56% - FeCl3/Polime Anion thu ñư c k t qu t t nh t là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 48 % - FeCl3/Polime Cation thu ñư c k t qu t t nh t là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = ppm, %D = 53,64 % V i hi u su t phân h y màu t t nh t, h FeCl3/Polime Cation ñã ñư c ch n đ x lý oxy hóa nâng cao Fenton ti p theo b) Quá trình Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng m t tr i Đi u ki n t t nh t cho vi c x lý nư c th i dư i ánh sáng m t tr i pH=5, [H2O2]o= 15 mM, [Fe3+]o= 0, mM, [C2O42 −]o = 10 mM hi u su t phân h y màu g n hồn tồn đ gi m COD kho ng 73,07 sau 30 phút x lý KI N NGH - Nghiên c u ñã kh ng ñ nh ñư c ưu th c a s k t h p gi a trình đơng t oxy hóa nâng cao Fenton q trình x lí nư c th i nhi m, ñ c bi t t n d ng hi u qu ñư c ngu n ... hi u qu chưa cao, trình x t o r t nhi u bùn Vì v y, vi c k t h p gi a q trình đơng t q trình oxy hóa nâng cao đư c ch n ñ nâng cao hi u qu x lý V i nh ng lý trên, ti n hành ñ tài: ? ?Nghiên c u trình... trên, ti n hành ñ tài: ? ?Nghiên c u trình đơng t oxy hóa nâng cao Fenton x lý nư c th i nhà máy d t nhu m Phong Phú – Hòa Khánh” M c ñích nghiên c u - Nghiên c u trình keo t t o bơng nư c th i d t... h c Sư ph m Đà N ng m u nư c th i d t nhu m nhà máy Phong Phú – Hòa Khánh Phương pháp nghiên c u Kh o sát q trình đơng t oxy hóa nâng cao Fenton b ng phương pháp ño quang UV-VIS Ch s COD c a