Gồm 03 thí nghiệm được tiến hành song song mỗi thí nghiệm với 2 lô mẫu: 01 lô thực hiện dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp vào lúc 11 giờ trưa và 1 lô làm trong phòng thí nghiệm.
Nồng độ H2O2 thay đổi với các giá trị 400, 500, 600 mg/l Thêm axit oxalic 0.5 ml vào mỗi cốc mẫu
Tỉ lệ H2O2/Fe2+ thay đổi theo các tỉ lệ 1/1, 2/1 và 3/1 ứng với mỗi nồng độ H2O2 ở trên.
pH = 3,5
Tốc độ lắc: 75 vòng/phút Thời gian tiếp xúc: 90 phút
Sau 90 phút phản ứng, chỉnh pH về 7÷8, rồi lắc chậm lại với tốc độ 50- 60 vòng/phút trong khoảng 10 phút. Sau đó để lắng dung dịch mẫu đã xử lý 45 phút, rồi hút nước phía trên mặt để đo đạc xác định hiệu quả xử lý.
2.6.7 Thí nghiệm 7: Khảo sát Fenton dị thể với s t (III) oxit
Các hệ đồng thể Fe2+/H2O2 đã cho thấy được hiệu quả tương đối cao trong sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bền. song vấn đề đặt ra là ta có thể sử dụng các nguồn sắt tự nhiên như quặng hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), liminit (FeO(OH)), siderit (FeCO3)…vào các hệ trên mà không phải qua giai đoạn chuyển các quặng về dạng muối sắt tan được hay không? Nhằm khảo sát đánh giá bước đầu Tôi tiến hành khảo sát sự phân hủy COD trên hệ Fe2O3/H2O2.[16,18]
Hình 2.5 Mô hình Fenton dị thể với bột sắt (III) oxit
Hóa chất và dụng cụ:
Xúc tác Fe2O3 dạng bột mịn, chiều cao lớp xúc tác khoảng 5-6cm. Nồng độ H2O2 trong dung dịch là 600mg/l
pH = 3,5 và 5,5
Cho vào dung dịch nước rác đã hiệu chỉnh pH thích hợp một lượng H2O2 tương ứng với nồng độ ở trên và bơm tuần hoàn dung dịch này qua cột.
Xác định COD của dung dịch qua mô hình theo thời gian xác định.
NƯỚC RỈ RÁC 2 1 3 BỘT SẮT OXIT LỚP BÔNG THỦY TINH 4 NƯỚC RA BƠM
MÔ HÌNH FENTON DỊ THỂ VỚI BỘT SẮT (III) OXIT
ĐÁ XANH CÁT
2.6.8 Thí nghiệm 8: Tái sử dụng tác nhân Fenton (Hoàn nguyên dung dịch Fe2+ từ dung dịch Fe3+) dung dịch Fe2+ từ dung dịch Fe3+)
Thí nghiệm được mô tả như sau: Bùn sau khi Fenton, ta cho dung dịch H2SO4 vào chuyển thành dung dịch Fe3+, dùng phôi Fe để chuyển dung dịch Fe3+ thành dung dịch Fe2+.
Ta tiến hành thí nghiệm với các điều kiện như sau: Nồng độ H2O2 600 mg/l
pH = 3,5
Tốc độ khuấy: 75 vòng/phút
Thời gian tiếp xúc: 90 phút, 120 phút và 150 phút
Sau mỗi thời gian phản ứng, chỉnh pH về 7÷8, rồi lắc chậm lại với tốc độ 50-60 vòng/phút trong khoảng 10 phút. Sau đó để lắng dung dịch mẫu đã xử lý 45 phút, rồi hút nước phía trên mặt để đo đạc xác định hiệu quả xử lý.
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và tỷ lệ H2O2/Fe2+ đối với quá trình xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân Fenton truyền thống quá trình xử lý nước rỉ rác bằng tác nhân Fenton truyền thống 3.1.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH xác định giá trị pH tối
ưu (COD vào = 320 mg/l)
Hóa chất và điều kiện tiến hành thí nghiệm khảo sát pH thay đổi trong dãy: 2,4 ÷ 4,5, tỉ lệ H2O2/Fe2+ cố định, kết quả khảo sát trình bày bảng 3.1 và biểu diễn hình 3.1.
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng pH
Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 pH 2,4 2,8 3,2 3,5 4,0 4,5 Dd FeSO4 (mg/l) 300 300 300 300 300 300 Dd H2O2 ( mg/l) 600 600 600 600 600 600 COD ra ( mg/l) 276 156 140 116 216 252 E% 13.75 51.25 56.25 63.75 32.50 21.25
Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo pH
Dựa vào kết quả thu được ta thấy pH có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý COD, khi pH tăng cao hơn 3,5 hoặc thấp hơn 3 thì hiệu quả xử lý COD đều có xu hướng giảm và hiệu quả cao nhất là ứng với pH = 3,5.
Kết quả này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết của C. Walling [25]. Khi giá trị pH cao thì Fe(II) chuyển thành Fe(III) và H2O2 phân hủy (1) dẫn đến làm hạn chế sinh ra gốc OH* và ngược lại, pH quá thấp có sự triệt tiêu gốc OH* (2)
2H2O2 O2 + 2H2O (1) HO* + H+ + e H2O (2)
Và giá trị pH phù hợp nhất cho quá trình sinh gốc tự do OH* là 3.0 – 3,5; trong nghiên cứu này kết quả cũng cho thấy hiệu quả xử lý COD từ pH = 2.8 đến pH = 3,5 chênh lệch nhau không nhiều. Tóm lại, giá trị pH = 3,5 là điều kiện được lựa chọn để tiến hành phản ứng, ứng với hiệu quả xử lý COD là 63,75%.[15,16]
3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/Fe2+ xác định tỉ lệ H2O2/Fe2+ tối ưu ( COD vào = 332mg/l)
Điều kiện tiến hành thí nghiệm như sau: Từ kết quả nghiệm 1 với giá trị pH tối ưu, giữ nguyên giá trị pH = 3,5. Tiến hành thay đổi nồng độ Fe2+ sao cho tỷ lệ H2O2/Fe2+ ứng với các giá trị: 0.5/1;1/1; 2/1;5/1; 7.5/1;10/1. [6,7]
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/Fe2+ được trình bày bảng 3.2, biểu diễn hình 3.2.
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H2O2/Fe2+
Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Dd FeSO4 (mg/l) 1200 600 300 120 80 60 Dd H2O2 (mg/l) 600 600 600 600 600 600 COD ra ( mg/l) 128 126 118 169 224 236 E% 61.45 62.05 64.46 49.1 32.53 28.92
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo tỷ lệ H2O2/Fe2+
Kết quả cho thấy khi tăng tỷ lệ H2O2/Fe2+ hiệu quả xử lý tăng không đáng kể, sau đó giảm mạnh khi tỷ lệ H2O2/Fe2+ > 2,0/1. Hiệu quả xử lý cao nhất khi tỷ lệ H2O2/Fe2+ = 2,0/1.
3.2 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton cải biên dùng mạt s t (COD vào= 372 mg/l) biên dùng mạt s t (COD vào= 372 mg/l)
Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton cải biên dùng mạt sắt được trình bày bảng 3.3 và biểu diễn hình 3.3.
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton cải biên dùng mạt sắt Hóa chất Côc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Fe (g/l) 1 2 3 4 5 6 Dd H2O2 (mg/l) 600 600 600 600 600 600 COD ra (mg/l) 236 208 160 136 151 180 E% 36.56 44.09 56.99 63.44 59.41 51.61
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD theo hàm lượng mạt Fe (g/l)
Theo đồ thị hình 3.3 thì ta nhận thấy hàm lượng sắt từ 1 g/l đến 4 g/l thì hiệu quả xử lý COD tăng lên. Như vậy khi ta tăng hàm lượng chất xúc tác thì sẽ làm tăng sự hình thành gốc hydroxyl OH*. Điều này được giải thích, trước khi cho mạt sắt vào ta điều chỉnh môi trường axit (pH = 3.5), sắt hòa tan với H+ trở thành dạng ion Fe2+ (1), các ion mới Fe2+ mới sinh ra sẽ phản ứng với dung dịch H2O2 tạo thành các gốc hydroxyl OH* tự do theo phản ứng Fenton (2).
Fe + H+ Fe2+ (1)
Fe2+ + H2O2 OH* + OH- + Fe3+ (2)
Khi hàm lượng mạt sắt tăng từ 5g/l trở đi thì hiệu quả xử lý COD có xu hướng giảm xuống, là do sự tạo thành ion Fe2+
nhiều điều này dẫn đến có sự tác động ngược trở lại giữa ion Fe2+ và gốc hydroxyl OH* (3) góp phần làm giảm gốc hydroxyl OH* [16,18,24]
Qua thí nghiệm này ta thấy mạt sắt có thể sử dụng như một tác nhân Fenton giống như muối sắt (II). Điều này cũng góp phần vào việc tận dụng lượng rác thải (mạt sắt) từ những ngành công nghiệp gia công sắt như: hàn, tiện, phai, bào...và làm giảm chi phí xử lý nước thải. Tuy nhiên muốn tiến hành sử dụng phương pháp này vào thực tế thì cần phải nghiên cứu một cách sâu rộng vì phương pháp này tạo ra lượng bùn sắt, sắt dư là rất lớn do phải sử dụng nhiều sắt gây ảnh hưởng đến môi trường.
3.3 Kết quả quá trình xử lý nước rỉ rác sử dụng Fenton nhiều b c 3.3.1 Kết quả khảo sát Fenton 2 b c
3.3.1.1 Kết quả khảo sát Fenton 2 b c nối tiếp (CODvào=332mg/l)
Hóa chất và điều kiện tiến hành thí nghiệm với tỉ lệ H2O2/FeSO4: 2/1; kết quả trình bày bảng 3.4, biểu diễn hình 3.4 như sau:
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 2 bậc nối tiếp
Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Dd FeSO4 (mg/l) 75 100 125 150 187.5
Dd H2O2 ( mg/l) 300 400 500 600 750
B c 1 Thời gian: 15 phút; v n tốc khuấy : 75 vòng/ phút Dd FeSO4 (mg/l) 75 100 125 150 187.5
B c 2 Thời gian: 75 phút; v n tốc khuấy : 75 vòng/ phút; Phản ứng tĩnh 150 phút
COD ra
( mg/l) 212 172 120 104 128 E% 36.14 48.19 63.86 68.67 61.81
Hình 3.4 Đồ thị biểu biễn hiệu quả xử lý COD bằng Fenton 2 bậc nối tiếp
Kết quả cho thấy: Nếu tiến hành Fenton 2 bậc nối tiếp cho hiệu suất xử lý cao và sẽ tận dụng hóa chất (H2O2) một cách triệt để hơn so với quá trình Fenton truyền thống.
3.3.1.2 Kết quả khảo sát Fenton 2 b c tách biệt (CODvào=336mg/l)
Điều kiện tiến hành H2O2/Fe2+ tỷ lệ 2/1, tiến hành thí nghiệm Fenton 2 bậc tách biệt. Thí nghiệm này gồm 2 mẫu được tiến hành song song với cùng hàm lượng hóa chất.
Thí nghiệm a: Ta tiến hành xúc tác 2 bậc liên tiếp: bậc 1 sau 60 phút phản ứng, ta tiến hành fenton bậc 2 với nồng độ H2O2 và dd Fe2+ thêm vào như trên với thời gian 60 phút.
Thí nghiệm b: Ta tiến hành fenton bậc 2 tách biệt: bậc 1 sau thời gian 60 phút, sau đó ta dung dung dịch NaOH chỉnh pH về 7÷8, để lắng 45÷ 60
phút rồi lấy nước mặt tiếp tục tiến hành fenton bậc 2 với thời gian phản ứng là 60 phút.
Sau thời gian phản ứng 60 phút, ta tiến hành phản ứng tĩnh với thời gian 150 phút, sau đó ta chỉnh pH về 7÷8, để lắng thời gian khoảng 45 ÷ 60 phút sau đó hút nước mặt đem đi xác định COD.
Kết quả khảo sát được trình bày bảng 3.5, biểu diễn hình 3.5 như sau:
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 2 bậc tách biệt và Fenton 2 bậc liên tiếp
Thí nghiệm a: Fenton 2 b c liên tiếp Thí nghiệm b: Fenton 2 b c tách biệt Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Dd FeSO4 (mg/l) 100 200 300 100 200 300 Dd H2O2 (mg/l) 200 400 600 200 400 600
B c 1: Thời gian: 60 phút; v n tốc khuấy : 75 vòng/ phút
Dd FeSO4
(mg/l) 100 200 300 100 200 300 Dd H2O2 (mg/l) 200 400 600 200 400 600
B c 2 Thời gian: 60 phút; v n tốc khuấy : 75 vòng/ phút, Phản ứng tĩnh 150 phút
COD ra
( mg/l) 216 176 124 212 164 116 E% 35.71 47.62 63.1 36.9 51.19 65.48
Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD giữa Fenton 2 bậc tách biệt và Fenton 2 bậc liêntiếp
Dựa vào đồ thị hình 3.5 ta khi cho cùng một lượng hóa chất, nhưng khi tiến hành xúc tác 2 bậc tách biệt thì hiệu quả xử lý COD cao hơn so với khi ta hành Fenton 2 liên tiếp. Điều này có thể giải thích như sau khi tiến hành fenton 2 bậc tách biệt thì giúp tận dụng hóa chất tốt hơn có thể giải thích như sau : là khi đưa thêm lượng hóa chất H2O2/Fe2+ vào lần 2 thí có tác dụng “khơi mào” và “kích thích” lượng hóa chất dư từ phản ứng bậc 1. Trong 2 thí nghiệm, thí nghiệm Fenton 2 bậc tách biệt có hiệu quả cao hơn so với thí nghiệm Fenton 2 bậc liên tiếp nhưng kết quả không chênh lệch nhiều.
3.3.2 Kết quả khảo sát Fenton 3 b c (COD vào = 332 mg/l)
Hóa chất và điều kiện tiến hành và kết quả thí nghiệm được trình bảng 3.6, biểu diễn hình 3.6 như sau:
Bảng 3.6 Kết quả khảo sát quá trình xử lý nước rỉ rác bằng Fenton 3 bậc
Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Dd FeSO4 (mg/l) 500 667 1000 1500 2000
Dd H2O2 (mg/l) 600 600 600 600 600
B c 1 Thời gian: 2 phút; v n tốc khuấy 75 vòng/ phút Dd FeSO4 (mg/l) 500 667 1000 1500 2000
B c 2 Thời gian: 2 phút; v n tốc khuấy : 75 vòng/ phút; Phản ứng tĩnh 150 phút
Dd FeSO4 (mg/l) 500 667 1000 1500 2000
B c 3 Thời gian: 56 phút, v n tốc khuấy : 75 vòng/ phút, Phản ứng tĩnh 150 phút
COD ra ( mg/l) 132 120 104 96 52 E% 60.24 63.86 68.67 71.08 84.34
Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD Fenton 3 bậc
Với cùng liều lượng H2O2 ban đầu, khi tăng lượng Fe2+ thì hiệu quả COD tăng lên. Tuy nhiên khi đến giới hạn nhất định nào đó thì việc tăng liều lượng dung dịch Fe2+
cũng không tăng hiệu quả xử lý COD.
Việc sử dụng Fenton theo bậc sẽ sử dụng triệt để lượng oxy già dự để tạo ra nhiều gốc hydroxyl OH*, do đó góp phần nâng cao hiệu quả xử lý COD, rút ngắn thời gian xử lý nước rác. [15,18]
3.4 Kết quả khảo sát quá trình xử lý rác sử dụng Quang Fenton
(sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời) với xúc tác axit oxalic (C2H2O2) (CODvào = 332 mg/l)
Thí nghiệm được tiến hành song song với 2 lô mẫu như sau:
- Lô 1: Gồm 3 cốc thực hiện dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp vào lúc 11 giờ trưa và Thêm 0.5 ml dung dịch axit Oxalic (C2H2O2)
- Lô 2: Gồm 3 cốc làm trong phòng thí nghiệm.
Mỗi lô mẫu được tiến thành theo các thí nghiệm a,b,c với lượng Nồng độ H2O2 thay đổi với các giá trị 400, 500, 600 mg/l .
Tỉ lệ H2O2/Fe2+ thay đổi theo các tỉ lệ 1/1, 2/1 và 3/1 ứng với mỗi nồng độ H2O2 ở trên, pH = 3,5; tốc độ lắc, khuấy: 75 vòng/phút; thời gian tiếp xúc: 90 phút.
Sau 90 phút phản ứng, chỉnh pH về 7÷8, rồi lắc chậm lại với tốc độ 50- 60 vòng/phút trong khoảng 10 phút. Sau đó để lắng dung dịch mẫu đã xử lý 45 phút, rồi hút nước phía trên mặt để đo đạc xác định hiệu quả xử lý.
Kết quả thí nghiệm trình bày bảng 3.7, biểu diễn hình 3.7 và 3.8.
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát quang Fenton với xúc tác axit oxalic
Thí nghiệm a Dưới ánh n ng mặt trời Phòng thí nghiệm Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Fe2+ (mg/l) 400 200 133 400 200 133 Dd H2O2 ( mg/l) 400 400 400 400 400 400 COD ra ( mg/l) 148 120 204 152 160 224 E% 55.42 63.86 38.55 43,37 48,19 19,28
Thí nghiệm b Dưới ánh n ng mặt trời Phòng thí nghiệm Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Fe2+ (mg/l) 500 250 167 500 250 167 Dd H2O2 ( mg/l) 500 500 500 500 500 500 COD ra ( mg/l) 120 92 176 148 136 212 E% 63.86 72.29 45.78 48,19 55.42 27,71
Thí nghiệm c Dưới ánh n ng mặt trời Phòng thí nghiệm Hóa chất Cốc 1 Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 pH 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 Fe2+ (mg/l) 600 300 200 600 300 200 Dd H2O2 ( mg/l) 600 600 600 600 600 600 COD ra ( mg/l) 88 68 152 172 136 244 E% 73.49 79.52 54.22 53,01 59.04 36.14
Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD tiến hành dưới ánh nắng mặt trời
Kết quả thí nghiệm xử lý COD bằng fenton truyền thống được trình bày đồ thị 8 sau
Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý COD tiến hành trong phòng thí nghiệm
Để giúp ta dễ dàng so sánh hai quá trình quang Fenton và Fenton truyền thống từ các số liệu đồ thị hình 3.7 và 3.8 được tập hợp để hình thành hình 3.9 như sau: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1/1 2/1 3/1 Hiệu quả xử lý COD ( E%) Tỉ lệ nồng độ H2O2/Fe2+ Nồng độ H2O2 = 400 (mg/l) Nồng độ H2O2 = 500 (mg/l) Nồng độ H2O2 = 600 mg/l
Hình 3.9 Đồ thị so sánh hai thí nghiêm Fenton truyền thống và quang Fenton từ số liệu ở thí nghiệm ( a,b,c)
Dựa vào đồ thị ta thấy hiệu quả xử lý COD giữa hai lô thí nghiệm chênh