Nghiên cứu ứng dụng hệ fenton điện hóa sử dụng điện cực anot bằng vật liệu ti pbo2 để xử lý COD và độ màu trong nước rỉ rác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Hoàn g Phươ ng Thảo NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ FENTON ĐIỆN HÓA SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC ANOT BẰNG VẬT LIỆU Ti/PbO2 ĐỂ XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU TRONG NƯỚC RỈ RÁC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MÔI TRƯỜNG H N ộ i 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Hoàn g Phươ ng Thảo NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ FENTON ĐIỆN HÓA SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC ANOT BẰNG VẬT LIỆU Ti/PbO2 ĐỂ XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU TRONG NƯỚC RỈ RÁC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Thanh Sơn H N ộ i 2 i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Nghiên cứu ứng dụng hệ fenton điện hóa sử dụng điện cực anot vật liệu Ti/PbO để xử lý COD độ màu nước rỉ rác” thực với hướng dẫn TS Lê Thanh Sơn Luận văn không trùng lặp chép với cơng trình khoa học khác Các kết nghiên cứu luận văn trung thực, xác chưa tác giả khác cơng bố Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung mà tơi trình bày luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Học viên Hồng Phương Thảo ii Lời cảm ơn Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Lê Thanh Sơn Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tận tình hướng dẫn định hướng cho em hướng nghiên cứu quan trọng suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn anh (chị) Trung tâm nghiên cứu phát triển công nghệ màng tạo điều kiện thuận lợi cho em trình làm luận văn trung tâm Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy (cô) giáo Khoa Công nghệ Môi Trường, Học viện Khoa học Công nghệ giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu học viện Em xin chân thành cảm ơn TS Lê Cao Khải - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội hỗ trợ mặt khoa học cho em trình làm nghiên cứu Viện Cơng nghệ mơi trường Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành tốt công việc nghiên cứu học tập Học viên Hoàng Phương Thảo iii MỤC LỤC MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RỈ RÁC .6 1.1.1 Đặc điểm, thành phần nước rỉ rác 1.1.2 Tác động nước rỉ rác đến môi trường người .14 1.1.3 Các phương pháp xử lý nước rỉ rác 14 1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP FENTON ĐIỆN HÓA 19 1.2.1 Cơ chế q trình fenton điện hóa .19 1.2.2 Ưu, nhược điểm trình fenton điện hóa .22 1.2.3 Ứng dụng phương pháp fenton điện hóa xử lý mơi trường Error! Bookmark not defined 1.3 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA ANOT 23 1.3.1 Cơ chế q trình oxy hóa anot 23 1.3.2 Ưu, nhược điểm q trình oxy hóa anot 24 iv 1.3.3 Ứng dụng phương pháp oxy hóa anot xử lý môi trường Error! Bookmark not defined 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC .26 1.4.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 26 1.4.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 29 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 32 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 32 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 32 2.2 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 33 2.2.1 Hóa chất .33 2.2.2 Dụng cụ 34 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 40 2.4.1 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý COD độ màu NRR fenton điện hóa kết hợp oxy hóa anot 41 2.4.2 So sánh khả xử lý NRR trình Fenton điện hóa oxy hóa điện hóa với trình Fenton điện hóa kết hợp oxy hóa anot Ti/PbO2 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ NRR BẰNG Q TRÌNH FENTON ĐIỆN HĨA KẾT HỢP OXY HĨA ANOT 46 3.1.1 Ảnh hưởng pH ban đầu đến hiệu xử lý COD độ màu .46 v 3.1.2 Ảnh hưởng mật độ dòng điện thời gian điện phân đến hiệu xử lý COD độ màu 50 3.1.3 Ảnh hưởng nồng độ xúc tác Fe2+ đến hiệu xử lý COD độ màu .56 3.1.4 Ảnh hưởng tải lượng chất ô nhiễm đến hiệu xử lý COD độ màu 59 3.2 SO SÁNH KHẢ NĂNG XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU CỦA NƯỚC RỈ RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON ĐIỆN HĨA VÀ OXY HĨA ANOT VỚI Q TRÌNH FENTON ĐIỆN HĨA KẾT HỢP OXY HĨA ANOT 63 3.2.1 So sánh khả xử lý COD độ màu nước rỉ rác trình Fenton điện hóa với q trình Fenton điện hóa kết hợp oxy hóa anot 63 3.2.2 So sánh khả xử lý COD độ màu nước rỉ rác q trình Oxy hóa anot với q trình Fenton điện hóa kết hợp oxy hóa anot 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 74 Baker, E., 2001, Exposure to heavy metals and infectious disease mortality in harbor porpoises from England and Wales, Environ Pollut., vol 112, pp 3340 Nguyễn Hồng Khánh, Lê Văn Cát, Tạ Đăng Tồn, Phạm Tuấn Linh, 2009, Mơi trường bãi chơn lấp chất thải kỹ thuật xử lý nước rác, Hà 21 Nội: NXB Khoa hoc ̣và Kỹ thuật Lê Cao Khải, 2019, Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học, Luận án tiến sĩ Kỹ thuật Môi trường, Hà Nội 22 Abbas A.A., Jingsong G Ping L.Z., Ya P.Y., Al-Rekabi W.S., 2009, Review on landfill leachate treatments, American Journal of Applied Sciences, vol 6(4), pp 672-684 23 G V Buxton, C L Greenstock, and W P H a A B Ross, 1988, Critical Review of rate constants for reactions of hydrated electrons Chemical Kinetic Data Base for Combustion Chemistry Part 3: Propane, The Journal of Physical Chemistry, vol 17, pp 513-886 24 Võ Thành Vinh, Nguyễn Đức Hùng, Nguyễn Văn Minh, Cơ chế trình oxy hóa điện hóa Dimethioat, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Hóa Hữu toàn quốc lần thứ 25 S Ammar, M A Oturan, L Labiadh, A Guersalli, R Abdelhedi, N Oturan, and E Brillas, 2015, Degradation of tyrosol by a novel electroFenton process using pyrite as heterogeneous source of iron catalyst, Water Research, vol 74, pp 77-87 26 Tizaoui C., Bouselmi L., Mansouri L and Ghrabi A., 2007, Landfill leachate treatment with ozone and ozone/hydrogen peroxide systems, Journal of Hazardous Materials, vol 140, pp 316-324 27 Ushikoshi K., Kobayashi T., Uematsu K., Toji A., Kojima D and Matsumoto K., 2002, Leachate treatment by the reverse osmosis system, Desalination, vol 150, pp 121-129 28 75 29 Singh S.K., Townsend T.G and Boyer T.H., 2012, Evaluation of coagulation (FeCl3) and anion exchange (MIEX) for stabilized landfill leachate treatment and high-pressure membrane pretreatment, Separation and Purification Technology, vol 96, pp 98-106 Torres-Socías E.D., Prieto-Rodríguez L., Zapata A., FernándezCalderero I., Oller I and Malato S., 2015, Detailed treatment line for a specific landfill leachate remediation Brief economic assessment., Chemical Engineering Journal, vol 261, pp 60-66 30 S Liu, X.-r Zhao, H.-y Sun, R.-p Li, Y.-f Fang, and Y.-p Huang, 2013, The degradation of tetracycline in a photo-electro-Fenton system, Chemical Engineering Joural, vol 231, pp 441-448 31 S Ammar, M A Oturan, L Labiadh, A Guersalli, R Abdelhedi, N Oturan, and E Brillas, 2015, Degradation of tyrosol by a novel electroFenton process using pyrite as heterogeneous source of iron catalyst, Water Research, vol 74, pp 77-87 32 W Gebhardt, and H F Schroder, 2007, Liquid chromatography(tandem) mass spectrometry for the follow-up of the elimination of persistent pharmaceuticals during wastewater treatment applying biological wastewater treatment and advanced oxidation, Journal of Chromatography A 1160 33 A Zhihui, Y Peng, and L Xiaohua, 2005, Degradation of 4Chlorophenol by microwave irradiation enhanced advanced oxidation processes, Chemosphere 60 34 S Maddila, P Lavanya, and S B Jonnalagadda, 2015, Degradation, mineralization of bromoxynil pesticide by heterogeneous photocatalytic ozonation, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol 24, pp 333-341 35 Hoàng Ngọc Minh, 2012, Nghiên cứu xử lý nước thải chứa hợp chất hữu khó phân hủy sinh học phương pháp xử lý nâng cao, Luận án Tiến sĩ trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội 36 37 Trịnh Văn Tuyên, Văn Hữu Tập, 2012, Áp dụng q trình ozon hóa 76 làm giảm hàm lượng chất hữu khó phân hủy xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp chất thải rắn, Tạp chí phân tích Hóa, Lý, Sinh học, tr 65-69 Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường, 2007, Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý COD khó phân hủy sinh học nước rỉ rác phản ứng fenton, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ, Tập 10, tr 71-78 38 Đoàn Tuấn Linh, 2017, Nghiên cứu thử nghiệm xử lý thuốc bảo vệ Glyphosate công nghệ oxy hóa điện hóa, Viện Công nghệ Môi trường Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam 39 40 Đinh Thị Mai Thanh, Nguyễn Thị Lê Hiền, 2009, Phương pháp oxy hóa phenol điện cực SnO2-SbO2/Ti, Tạp chí Hóa học, Tập 47, tr 668673 PHỤ LỤC Phụ lục Kết thí nghiệm yếu tố ảnh hưởng đến trình EF - AO Bảng Giá trị hiệu suất xử lý COD NRR trình EF - AO điều kiện pH khác Thời gian phản ứng pH = Giá trị mg/L H s (phút) 5760 15 3408 30 2280 45 1088 60 996 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý độ màu NRR trình EF - AO điều kiện pH khác Thời gian phản ứng pH = Giá trị Pt - Co H s (phút) 70,14 15 35,32 30 30,88 45 18,24 60 17,52 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý COD NRR trình EF - AO mật độ dòng điện thời gian điện phân khác Thời J = 0,417 mA/cm gian phản ứng (phút) Giá trị Hiệu suất mg/L 5760 15 3152 30 2024 45 896 60 896 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý độ màu NRR trình EF - AO mật độ dịng điện thời gian điện phân khác Thời J = 0,417 mA/cm gian phản ứng (phút) Giá trị Hiệu suất mg/L 70,14 15 43,54 30 31,68 45 19,9 60 18,02 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý COD NRR trình EF - AO nồng độ chất xúc tác Fe Thời 2+ khác 0,05 mM gian phản ứng (phút) Giá trị mg/L H s 5760 15 2563 30 1248 45 117 60 117 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý độ màu NRR trình EF - AO nồng độ chất xúc tác Fe Thời 2+ khác 0,05 mM gian phản ứng (phút) Giá trị mg/L H s 70,14 15 28,42 30 14,76 45 10,94 60 10,94 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý COD NRR trình EF - AO tải lượng chất ô nhiễm đầu vào khác Thời Không pha loãng gian phản ứng (phút) Giá trị mg/L 5760 15 2460 30 1084 45 80 60 80 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý độ màu NRR trình EF - AO tải lượng chất ô nhiễm đầu vào khác Thời Không pha loãng gian phản ứng (phút) Giá trị mg/L 70,14 15 22,02 30 14,92 45 10,41 60 10,41 Bảng Giá trị hiệu suất xử lý độ màu NRR trình EF - AO điều kiện tối ưu 2+ (pH =3, Mật độ dòng điện J = 2,083 mA/cm , nồng độ xúc tác [Fe ] = 0,08 mM, tốc độ sục khí 3,5 L/phút, khoảng cách điện cực cm, thời gian điện phân 45 phút) COD Đầu vào Đầu 5760 Hiệu 80 Phụ lục Một số hình ảnh q trình nghiên cứu Hình Hệ thí nghiệm Fenton điện hóa kết hợp oxy hóa anot Hình Hệ thí nghiệm Fenton điện hóa Hình Hệ thí nghiệm Oxy hóa anot ... điện hóa sử dụng điện cực anot vật liệu Ti/ PbO2 để xử lý COD độ màu NRR bãi rác Nam Sơn sau ti? ??n xử lý keo tụ nhằm mục ti? ?u nghiên cứu ứng dụng kết hợp q trình oxy hóa anot fenton điện hóa thiết... Hoàn g Phươ ng Thảo NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ FENTON ĐIỆN HÓA SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC ANOT BẰNG VẬT LIỆU Ti/ PbO2 ĐỂ XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU TRONG NƯỚC RỈ RÁC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã... NĂNG XỬ LÝ COD VÀ ĐỘ MÀU CỦA NƯỚC RỈ RÁC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON ĐIỆN HĨA VÀ OXY HĨA ANOT VỚI Q TRÌNH FENTON ĐIỆN HĨA KẾT HỢP OXY HĨA ANOT 63 3.2.1 So sánh khả xử lý COD độ màu nước rỉ rác trình Fenton