(Đề tài NCKH) khảo sát ứng dụng khả năng hấp thụ của hạt sỏi nhẹ keramzit trong xử lý nước thải nhuộm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN KHẢO SÁT ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HẠT SỎI NHẸ KERAMZIT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHUỘM MÃ SỐ:SV2018-25 SKC006748 Tp Hồ Chí Minh, năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2018 KHẢO SÁT ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HẠT SỎI NHẸ KERAMZIT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHUỘM Thuộc lĩnh vực khoa học công nghệ: Kỹ thuật môi trường TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2018 KHẢO SÁT ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HẠT SỎI NHẸ KERAMZIT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHUỘM Thuộc lĩnh vực khoa học công nghệ: Kỹ thuật môi trường SV thực hiện: Nguyễn Thị Cẩm Hương Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Cơng nghệ Hố học – Thực Phẩm Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường Người hướng dẫn chính: TS Nguyễn Thái Anh Năm thứ: 3/Số năm đào tạo: TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN Họ tên: Nguyễn Thị Cẩm Hương Sinh ngày: 15 tháng năm 1997 Nơi sinh: Tiền Giang Lớp: 151502A Khóa: 2015 Khoa: Cơng nghệ Hóa học - Thực phẩm Địa liên hệ: Ký túc xá sở 1, trường đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, số Võ Văn Ngân, phường Linh Chiểu quận Thủ Đức thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại: 0981 503 496 AI Email:camhuong1509@gmail.com QUÁ TRÌNH HỌC TẬP  Năm thứ 1: Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường Khoa: Cơng nghệ Hóa học - Thực phẩm Kết xếp loại học tập: Khá  Năm thứ 2: Ngành học: Cơng nghệ Kỹ thuật Mơi trường Khoa: Cơng nghệ Hóa học - Thực phẩm Kết xếp loại học tập: Khá  Năm thứ 3: Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Mơi trường Khoa: Cơng nghệ Hóa học - Thực phẩm Kết xếp loại học tập: Khá Ngày Xác nhận sở giáo dục đại học (Ký tên đóng dấu) tháng năm Sinh viên chịu trách nhi ệm thực đề tài (ký, họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Khảo sát ứng dụng khả hấp phụ hạt sỏi nhẹ Keramzit xử lý nước thải nhuộm - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Cẩm Hương - Lớp: 151502A Khoa: Cơng nghệ Hóa Học-Thực Phẩm Năm thứ: Số năm đào tạo: - Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thái Anh Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu khả hấp phụ hạt sỏi nhẹ Keramzit trình hấp phụ màu thuốc nhuộm hoạt tính SUNCION RED HE7B, thuốc nhuộm SUNCION BLUE HEGN Nghiên cứu ứng dụng mơ hình hấp phụ dạng mẻ (batch adsorption) mơ hình hấp phụ dạng cột nhồi (fixed-bed adsorption) Thơng qua thí nghiệm cụ thể, thông số hấp phụ phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, Fruendlich theo dạng mẻ, phương trình hấp phụ Bohart - Adams theo dạng cột xác định So sách khả hấp phụ hạt sỏi nhẹ Keramzit với than hoạt tính Tính sáng tạo: Chưa có nghiên cứu khả hấp phụ hạt sỏi Hạt sỏi tạo, cải tiến thành phần vật liệu để nâng cao hiệu xử lý Kết nghiên cứu: Phát thêm vật liệu hấp phụ mới, giá thành thấp để nghiên cưu xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm pH nước giảm sử dụng sỏi nhẹ keramzit để làm vật liệu hấp phụ Quá trình hấp phụ tối ưu pH 6, cỡ sỏi - 10 mm, thời gian hấp phụ 50 cơng suất hấp phụ cực đại đạt 0.284 0.455 mg/g tương ứng với thuốc nhuộm RED BLUE Quá trình hấp phụ sử dụng tốt với thuyết Langmuir thuyết Freundlich Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Tiền đề cho phát triển nghiên cứu để tạo vật liệu hấp phụ Cung cấp vật liệu hấp phụ rẻ tiền có khả xử lý nước thải thực tế Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Số 46(03/2018) Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhi ệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày Xác nhận sở giáo dục đại học (kí tên đóng dấu) tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 3.2 Mục tiêu nghiên Đối tượng nghiên c 3.3 Phạm vi nghiên cứu NỘI DỤNG NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 5.1 5.2.Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ VÀ MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP PHỤ ĐỘ THUỐC NHUỘM 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 1.1.1 1.1.2 Khái niệm hấp phụ Các yếu tố ảnh hư 1.1.3.Phương trình đẳng nhiệt 1.2 MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU 1.2.1 Bã mía 1.2.2 1.2.3 Lõi ngô vỏ ngô Bụi CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC LOẠI THUỐC NHUỘM VÀ GIỚI THIỆU VỀ HẠT SỎI NHẸ KERAMZIT 2.1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM 2.1.1 Sơ lược thuốc n 2.1.2 2.2 Phân loại thuốc nh Giới thiệu hạt sỏi nhẹ kera 2.2.1 Quy trình s ản xuấ 2.2.2 Bản chất s ự nở ph CHƯƠNG Q TRÌNH LÀM THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỐI VỚI HẠT SỎI NHẸ KERAMZIT 3.1 VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 3.1.1 Vật liệu, hóa chất 3.1.2 Dụng cụ thiết bị 3.2 THÍ NGHIỆM 1: ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN THUỐC NHUỘM 3.2.1 Tiế n hành thí nghiệ 3.2.2 3.2.3 Thuốc nhuộm RED Thuốc nhuộm BLU 3.3 THÍ NGHIỆM 2: XÁC ĐỊNH BƯỚC SĨNG TỐI ƯU 3.3.1 3.3.2 Thuốc nhuộm RED Thuốc Nhuộm BLU 3.4 THÍ NGHIỆM 3: XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ MÀU ĐỘ THUỐC NHUỘM 3.4.1 Thuốc nhuộm RED 3.4.2 Thuốc nhuộm BLU 3.5 THÍ NGHIỆM 4: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC SỎI THAY ĐỔI 3.5.1 Tiế n hành thí nghiệ 3.5.2 3.5.3 Thuốc nhuộm RED Thuốc nhuộm BLU 3.6 THÍ NGHIỆM 5: XÁC ĐỊNH LƯỢNG SỎI TỐI ƯU 3.6.2 Thuốc nhuộm RED 3.6.3 Thuốc nhuộm BLU 3.7 THÍ NGHIỆM 6: XÁC ĐỊNH THỜI GIAN HẤP PHỤ THAY ĐỔI 3.7.1 Tiế n hành thí nghiệ 3.7.2 Thuốc nhuộm RED 3.7.3 Thuốc nhuộm BLU 3.8 THÍ NGHIỆM 7: KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ THUỐC NHUỘM ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA SỎI KERAMZIT 3.8.1 Phương trình đẳng 3.8.2 Phương trình đẳng 3.8.3 3.8.4 Thuốc nhuộm RED Thuốc nhuộm BLU 3.9 THÍ NGHIỆM 8: HẤP PHỤ DẠNG CỘT NHỒI VỚI LƯU LƯỢNG THAY ĐỔI 3.9.1 3.9.2 Tiế n hành thí nghiệ Thuốc nhuộm RED 3.9.3 Thuốc nhuộm BLU 64 m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % Ae Ce (mg/L) V (ml) m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % suất % Hiệu Hình 4.15 Hiệu suất xử lý thuốc nhuộm RED cột nhồi than hoạt tính với lưu 4.1.2.2 Ta thấy hiệu xử lý thuốc nhuộm RED than hoạt tính dạng hạt đạt kết cao khoảng 63% Hiệu suất hấp phụ giảm dần theo thời gian giảm dần tăng lưu lượng nước qua cột Để cải thiện hiệu suất trình hấp phụ ta sử dụng cột nhồi liên tiếp thay cho cột nhồi với lưu lượng 0.5 L/h Bảng 4.13 Kết xử lý thuốc nhuộm RED cột nhồi than hoạt tính 66 Thời gian (phút) A0 Ae C0 (mg/L) Ce (mg/L) V (ml) m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % 0.152 0.042 10 2.745 40 0.4 0.110 0.290 72.549 80 Hiệu suất % 60 40 20 0 20 40 60 Thời gian (phút) Hình 4.16 Hiệu suất xử lý thuốc nhuộm RED cột nhồi than hoạt tính Sau cho nước cần xử lý chảy qua cột nhồi liên tiếp hiệu suất hấp phụ cải thiện từ 63% lên đến72.5% 4.1.3 Thuốc nhuộm BLUE 4.1.3.1 Kết thí nghiệm Bảng 4.14 Kết xử lý thuốc nhuộm BLUE cột nhồi than hoạt tính 67 0.5 L/h Thời gian (phút) A0 Ae C0 (mg/L) Ce (mg/L) V (ml) m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % 0.152 0.058 10 3.705 40 0.4 0.148 0.252 Ae Ce (mg/L) V (ml) m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % 0.061 3.906 80 0.8 0.312 0.488 Ae Ce (mg/L) V (ml) m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % L/h Ae 0.065 4.174 125 1.25 0.522 0.728 62.953 60.940 58.255 0.068 68 Ce (mg/L) V (ml) m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % 4.376 165 1.65 Hiệu suất % 0.722 0.928 56.242 Hình 4.17 Hiệu suất xử lý thuốc nhuộm BLUE cột nhồi than hoạt tính 4.1.3.1 Kết luận- Nhận xét Giống thuốc nhuộm RED, thuốc nhuộm BLUE cho kết tương tự Hiệu suất hấp phụ giảm dần theo thời gian giảm dần tăng lưu lượng Ta thực thí nghiệm với cột nhồi liên tiếp lưu lượng 0.5 L/h để cải thiện hiệu suất hấp phụ Bảng 4.15 Kết xử lý thuốc nhuộm BLUE cột nhồi than hoạt tính 69 Thời gian (phút) A0 Ae C0 (mg/L) Ce (mg/L) V (ml) m0 (mg) me (mg) m (mg) Hiệu suất % 0.15 0.04 10 2.63 0.10 0.29 73.69 80 Hiệu suất % 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (phút) Hình 4.18 Hiệu suất xử lý thuốc nhuộm BLUE cột nhồi than hoạt tính Sau cho nước cần xử lý chảy qua cột nhồi liên tiếp hiệu suất hấp phụ cải thiện từ 61% lên đến 73% 70 4.1.4 So sánh hi ệu suất hấp phụ sỏi than hoạt tính dạng hạt thí nghiệm cột nhồi cột nhồi Bảng 4.16 So sánh hiệu suất hấp phụ sỏi than hoạt tính dạng hạt Sỏi Than Sỏi Than Hiệu suất (%) 80 60 72.549% 48.654% 40 20 Sỏi Than Hiệu suất % Hình 4.19 Hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm RED sỏi than hoạt tính sử dụng Hình 4.20 Hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm RED sỏi than hoạt tính sử dụng cột nhồi 71 Khi sử dụng cột nhồi để hấp phụ thuốc nhuộm VLHP sỏi than hoạt tính hạt tăng hiệu suất hấp phụ Nhưng hiệu suất hấp phụ sỏi không cao than hoạt tính 4.3 THÍ NGHIỆM DẠNG CỘT VỚI CHIỀU CAO CỘT THAY ĐỔI 4.3.1 Tiến hành thí nghi ệm Cho dung dịch chảy qua cột nhồi than hoạt tính dạng hạt có đường kình 8cm với lưu lượng 0.5 L/h Thay đổi chiều cao cột nhồi 0.25m, 0.35m 0.55m Lấy mẫu theo thời gian lần lấy cách 10 phút Quay ly tâm mẫu thu để tách bỏ cặn bẩn tạp chất Đo độ hấp thu tính tốn kết Phương trình Bohart- Adam giúp ta xác định điểm dung dịch dựa đường cong Trong đó: C0: Nồng độ ban đầu dung dịch, mg/L Ce: Nồng độ thời điểm t, mg/L K: Hệ số động học phương trình Bohart- Adam, m3/kg N0: Nồng dộ bão hòa chất bị hấp phụ, kg/m3 L: Chiều cao cột hấp phụ, m t: Thời gian hoạt động, giây V: vận tốc tuyến tính, m/s Vẽ đường thẳng y = ax -b biểu thị mối tương quan thời gian t (h) tỷ lệ Cf/C0 t Từ suy đại lượng cần quan tâm: N 72 4.3.2 Thuốc nhuộm RED 1.2 0.25m 0.35m CF/C0 0.9 0.55m 0.6 0.3 100 200 300 400 Thời gian (phút) Hình 4.21 Đường cong thuốc nhuộm RED xử lý than hoạt tính dạng hạt Đối với cột có chiều cao lớn thời gian đến điểm thoát dài so với cột có chiều cao thấp Các điểm vào thời gian t=80 phút, 110 phút 180 phút tỷ lệ Ce/C0 chọn 0.49 1.001 Thời gian (h) Các thơng số phương trình Bohar- Adam: Hình 4.22 Biểu đồ thể mối tương quan thời gian chiều cao cột hấp phụ Từ phương trình y= 5.5952x-0.0893 ta suy hệ số liên quan: N0 (kg/m3) 5.568471 73 Cf/C0 4.3.3 Thuốc nhuộm BLUE 0.6 0.4 0.2 0.0 100 200 300 Thời gian (phút) Hình 4.23 Đường cong thuốc nhuộm BLUE xử lý than hoạt tính dạng hạt Đối với cột có chiều cao lớn thời gian đến điểm dài so với cột có chiều cao thấp Các điểm thoát vào thời gian t=80 phút, 110 phút 190 phút tỷ lệ Ce/C0 chọn 0.49 1.001 Thời gian (h) Các thơng số phương trình Bohar- Adam: 0.2 0.3 0.4 Chiều cao L (m) 0.5 0.6 Hình 4.24 Biểu đồ thể mối tương quan thời gian chiều cao cột hấp phụ 4.3.4 Kết luận- Nhận xét Điểm phương trình Bohart- Adam xử lý sỏi xảy nhanh Các hệ số phương trình Boahart- Adam thí nghiệm than hoạt tính tối ưu so với thí nghiệm sử dụng sỏi Keramzit 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1.1 Tính khoa học Đề tài “Khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm hạt sỏi nhẹ keramzit” đạt được: Một số loại thuốc nhuộm thường xử dụng Phát thêm VLHP mới, giá thành thấp để nghiên cưu xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm pH nước giảm sử dụng sỏi nhẹ keramzit để làm VLHP pH= để trình hấp phụ thuốc nhuộm RED diễn tốt pH = để trình hấp phụ thuốc nhuộm BLUE diễn tốt Quá trình hấp phụ sử dụng tốt với thuyết Langmuir thuyết Freundlich 1.2 Tính khả thi đề tài Sỏi nhẹ Keramzit khả làm giá thể trồng hay làm vật liệu xây dựng cịn có khả làm VLHP Tuy nhiên, hiệu suất hấp phụ sỏi Keramzit thấp so với loại VLHP nghiên cứu trước thấp than hoạt tính Nhưng sỏi nhẹ Keramzit loại VLHP có tiềm để nghiên cứu nâng cao hiệu suất hấp phụ 1.3 Thiếu sót hạn chế Việc sử dụng dụng cụ, thiết bị, máy móc khơng đạt hiệu cao nên dẫn đến sai số q trình làm thí nghiệm Chưa trực tiếp thực thí nghiệm với nước thải dệt nhuộm thực tế nến kết nghiên cứu cần nghiên cứu phát triển thêm Chưa đo kích thước lỗ rỗng, hệ thống mao quản hạt sỏi Keramzit Chưa tự chế tạo hạt sỏi nhẹ Keramit để tiến hiệu suất hấp phụ KIẾN NGHỊ Dựa vào kết nghiên cứu được, em xin đưa số kiến nghị sau: Tự sản xuất sỏi nhẹ Keramzit Thay đổi nhiệt độ nung sản xuất sỏi để kích thước lỗ rỗng đạt tối ưu trình hấp phụ Quá trình nghiên cứu tiến hành quy mơ phịng thí nghiệm nên kết đạt chưa mang tính thực tế cao Chính thế, nên tiến hành thực thí nghiệm dạng cột nhồi dạng mẻ với quy mơ lớn Cần thực thí nghiệm với nguồn nước thải dệt nhuộm trức tiếp để nắm rõ khả xử lý hạt sỏi nhẹ Keramzit Cần có thêm thí nghiệm khác yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ để đánh giá khả hấp phụ sỏi Keramzit cách xác là: nhiệt độ, ánh sáng,… 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Ts Trần Kim Anh, Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước cấp PGS.TS Cao Hữu Trượng, PGS.TS Hồng Thị Lĩnh, Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Tạp chí khoa học giáo dục kỹ thuật Trường ĐH SPKT TPHCM số 38 (12/2016) Các đề tài nghiên cứu hấp phụ thư viện trường ĐH SPKT TPHCM Tạp chí khoa học- kỹ thuật trường đại học Tài liệu tiếng Anh Rozada F, Calvo L, Garcıa A, Martın-Villacorta J, Otero M Dye adsorption by sewage sludge-based activated carbons in batch and fixed-bed systems Bioresource technology 2003;87:221-30 ... sắt, bụi bông,… Hạt sỏi nhẹ Keramzit vật liệu hấp phụ hoàn toàn nghiên cứu để ứng dụng trình xử lý nước thải dệt nhuộm Chính thế, đề tài ? ?Khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm hạt sỏi nhẹ Keramzit? ?? đóng... BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2018 KHẢO SÁT ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA HẠT SỎI NHẸ KERAMZIT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHUỘM Thuộc lĩnh vực... đề tài (ký, họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Khảo sát ứng dụng khả hấp phụ hạt sỏi nhẹ Keramzit xử lý nước thải nhuộm