V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.3. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU
NHUỘM BẰNG PAC
3.3.1. Xác định pH tối ưu
Để xác định pH tối ưu cho quá trình khử màu chúng tôi tiến hành khảo sát ở các điểm pH 5, 7, 9, 10 và 11 khi cố định các yếu tố khác (bảng 3.11).
Bảng 3.11. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát pH của PAC
Màu nhuộmTốc độ khuấy Thời gian
Nồng độ PAC IDC pH [Vòng/phút] [phút] [mg/L] [mg/L] SBB 60 15 200 50 3, 5, 7, 9, 10, 11, 12 SRS 90 400
Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu bằng PAC Sai Gon University
Như quan sát trên Hình 3.13 đối với PAC cả các loại màu nhuộm hoạt tính trên đều có điểm xử lý pH tối ưu trong môi trường kiềm, trong đó khoảng pH từ 9-11 tỏ ra thích hợp với quá trình xử lý. Điều này được giải thích là do PAC chứa một lượng oxid nhôm Al2O3 có tính lưỡng tính, tan tốt trong cả môi trường acid lẫn baz cho ra ion Al3+, ion này bị hydrat hóa tạo thành phức Al(H2O)63+. Trong môi trường nước, phức nhôm trao đổi proton hình thành ion Al(OH)2+. Chính ion này kết hợp mạnh mẽ với các phân tử màu nhuộm mang điện tích âm hình thành bông cặn hydroxid. Các bông cặn này liên kết lại với nhau nhờ lực van der Waals và nối hydrogen tạo thành tập hợp có tỉ trọng lớn hơn, tách khỏi nước và lắng xuống.
3.3.2. Xác định tốc độ khuấy tối ưu
Tốc độ khuấy được khảo sát với điều kiện ban đầu tóm tắt trong bảng 3.12. Bảng 3.12. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy dùng PAC
Màu nhuộm pH Thời gian Nồng độ PAC IDC Tốc độ khuấy trộn - [phút] [mg/L] [mg/L] [Vòng/phút]
SBB 10 15 200
50 45, 60, 75 và 90
SRS 11 15 400
Hình 3.14. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất khử màu bằng PAC Trong thí nghiệm khử màu bằng PAC tốc độ khuấy ít có ảnh hưởng đến hiệu suất khử màu như trong trường hợp của các chất keo tụ tự nhiên như gum hoặc chitosan. Tốc độ thích hợp được lựa chọn trong thí nghiệm này lần lượt là 60 và 75 vòng/ phút cho hai màu SRS và SBB.
3.3.3. Xác định thời gian khuấy tối ưu
Để xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình keo tụ chúng tôi tiến hành khảo sát thí nghiệm ở tốc độ khuấy từ nồng độ 15, 30,45, 60, 75 (phút) và cố định các yếu tố khác như trong bảng 3.13. Thu được kết quả như hình 3.15.
Bảng 3.13. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát thời gian khuấy trộn dùng PAC
Màu nhuộm pH Tốc độ Nồng độ PAC IDC Thời gian khuấy trộn - [Vòng/phút] [mg/L] [mg/L] [phút]
SBB 10 60 200
50 15, 30, 45, 60 và 75
SRS 11 75 400
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất khử màu bằng PAC Tương tự như tốc độ khuấy ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu quả khử màu của PAC không ảnh hưởng nhiều có lẽ do dạng bông tạo nên giữa các dạng ion nhôm khá bền ít chịu tác động như các dạng polimer hữu cơ như gum hay chitosan. Thời gian thích hợp được lựa chọn cho hai màu SRS và SBB lần lượt là 30 và 15 phút. 3.3.4. Xác định nồng độ PAC tối ưu
Liều lượng PAC sử dụng trong thí nghiệm keo tụ có sự biến động lớn vì thế thí nghiệm khảo sát được trải dài ở nhiều nồng độ tương ứng với các chất màu khác nhau. Điều kiện ban đầu cho thí nghiệm được tóm gọn trong bảng 3.14. Kết quả khảo sát được biểu diễn trên hình 3.16.
Bảng 3.14. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ PAC Sai Gon University
SBB 10 60 15
50
40, 120, 200, 280, 360 và 440
SRS 11 75 30 200 -1100
Từ hình 3.16 ta thấy hiệu quả xử lý của PAC là cao hơn so với gum và chitosan nhưng với lượng hóa chất dùng xử lý gấp nhiều lần (gum: 2 – 4 lần; chitosan: 4-10 lần) kèm theo lượng Al dư phát sinh ra trong bùn thải và nước sau xử lý gây ô nhiễm. Nồng độ PAC được chọn cho thí nghiệm tiếp theo là 360 và 900 mg/L cho SBB và SRS.
Hình 3.16. Ảnh hưởng của nồng độ PAC đến hiệu suất khử màu bằng PAC
3.3.5. Xác định nồng độ màu tối ưu
Trong giai đoạn này nồng độ màu được thay đổi từ 20-140 mg/L. Các yếu tố khác Sai Gon University
Bảng 3.15. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ màu bằng PAC
Màu nhuộm
pH Tốc độ Thời gian Nồng độ PAC Nồng độ màu - [Vòng/ph út] [phút] [mg/L] [mg/L] SBB 9 60 30 80 20, 50, 80, 120 và 140 SRS 75 60
Hình 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ màu đến hiệu suất xử khử màu bằng PAC Nhận xét: Đối với PAC, tất cả các loại màu nhuộm hoạt tính trên đều có thể xử lý ở nồng độ màu rộng 20-100 mg/L. Chỉ khi nồng độ màu quá cao > 100mg/L hiệu quả xử lý sẽ giảm mạnh. Nên lưu ý pha loãng nươc thải nếu muốn xử lý bằng công nghệ PAC.
3.4. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MÀU BẰNG PHÈN SẮT BẰNG PHÈN SẮT
3.4.1. Xác định pH tối ưu
Trong học thuyết Lewis, sắt II là một acid dạng tồn tại của nó trong dung dịch phụ thuộc chủ yếu vào giá trị pH. Để khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng keo tụ màu nhuộm nghiên cứu thay đổi giá trị pH đầu vào dung dịch 5, 7, 9, 10, 11, 12 như bảng 3.16. Kết quả thí nghiệm được biểu diễn theo hình 3.18.
Bảng 3.16. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát pH của FAS
Màu nhuộmTốc độ khuấy Thời gian Nồng độ FAS IDC pH [Vòng/phút] [phút] [mg/L] [mg/L] SBB 60 15 120 50 5, 7, 9, 10, 11, 12 SRS 90 200
Cả hai màu nhuộm đều bị loại với hiệu suất cao tại pH 12, hiệu suất khử màu và COD tương ứng của SRS là 89.2 và 68.6% và SBB là 87.0 và 72.7%. Hiệu suât cao ở điểm pH này Với các giá trị pH còn lại có thể do sự hình thành của bông cặn Fe(OH)2 (Hình 3.19) với diện tích bề mặt lớn, rất hữu dụng trong việc loại trừ các chất hòa tan (Joo và cộng sự, 2007).
Hình 3.19. Dạng tồn tại của Fe (II) trong dung dịch ở các pH khác nhau (Carlos và cộng sự, 2003)
Như vậy pH 12 được lựa chọn để thực hiện những nghiên cứu tiếp theo. 3.4.2. Xác định tốc độ khuấy tối ưu
Tốc độ khuấy được khảo sát với điều kiện ban đầu tóm tắt trong bảng 3.17. Bảng 3.17. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy dùng FAS
Màu nhuộm pH Thời gian Nồng độ FAS IDC Tốc độ khuấy trộn - [phút] [mg/L] [mg/L] [Vòng/phút] SBB 12 15 120 50 45, 60, 75 và 90 SRS 12 200
Hình 3.20. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hiệu suất khử màu bằng phèn sắt Tương tự như PAC, các hạt bông tạo bởi phèn sắt khá bền với khoảng tốc độ khuấy khảo sát hiệu suất xử lý hầu như bị ảnh hưởng không đáng kể. Tốc độ khuấy được lựa chọn trong thí nghiệm là 60 vòng/ phút.
3.4.3. Xác định thời gian khuấy tối ưu
Để xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình keo tụ chúng tôi tiến hành khảo sát thí nghiệm ở tốc độ khuấy từ nồng độ 15, 30,45, 60, 75 (phút) và cố định các yếu tố khác như trong bảng 3.18. Thu được kết quả như hình 3.21.
Bảng 3.18. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát thời gian khuấy trộn dùng FAS
Màu nhuộm pH Tốc độ Nồng độ FAS IDC Thời gian khuấy trộn - [Vòng/phút] [mg/L] [mg/L] [phút]
SBB 12 120
Từ hình 3.21 ta thấy thời gian khuấy trộn cũng không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất xử lý. Trong khi thời gian tăng đến 30 phút hiệu suất khử màu của SRS được cải thiện so với 15 phút. Thì ngược lại với SBB thời gian càng tăng hiệu quả giảm dần. Thời gian thích hợp cho thí nghiệm này được lựa chọn là 30 phút với màu SRS và 15 phút vơi màu SBB.
Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất khử màu bằng phèn sắt
3.4.4. Xác định nồng độ phèn sắt tối ưu
Trong thực tế việc sử dụng phèn sắt quá nhiều trong hệ thống xử lý gây ảnh hưởng khá lớn đến các công trình xử lý, lượng phèn càng cao hàm lượng bùn cũng như tồn dư sắt trong nước nhiều làm tăng chi phí hóa chất, tổn thất áp lực, tăng chi phí xử lý. Vì thế xác định được liều lượng thích hợp vừa đủ để phản ứng là một trong những yếu tố quyết định trong quá trình xử lý dùng phèn sắt. Nhăm giải quyết bài toán trên trong thí này liều lượng FAS được thay đổi, các yếu tố khác được cố định như trong bảng 3.19. Kết quả khảo sát được biểu diễn trên hình 3.22.
Bảng 3.19. Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ FAS Màu nhuộm pH Tốc độ Thời gian IDC Nồng độ FAS
- [Vòng/phút ] [phút] [mg/ L] [mg/L] SBB 12 60 15 50 60, 80, 100, 120, 140, 160, 200, 240, 280 và 320 SRS 30 80, 120, 160, 200 và 240
Rõ ràng hiệu quả xử lý màu nhuộm của phèn sắt mặc dầu cao nhưng cũng tùy thuộc rất lớn vào nồng độ phèn, tương ứng với mỗi màu khác nhau liều lượng hiệu quả cũng khác nhau với màu SBB (280 mg/L), màu SRS (160 mg/L) hiệu quả loại màu đạt >90%. Điều này cho thấy khi sử dụng phèn sắt trong xử lý đòi hỏi tính ổn định cao của đối tượng nước thải. Đây chính là điều nước thải nhuộm thường không có vì thế việc xử dụng phèn sắt trong xử lý nước thải nhuộm hiện nay nếu không thực hiện thí nghiệm liên tục sẽ dẫn đến việc xử lý không hiệu quả và cần thay thế công nghệ này.
Hình 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt đến hiệu suất xử khử màu
3.4.5. Xác định nồng độ màu tối ưu
Trong giai đoạn này nồng độ màu được thay đổi từ 20-140 mg/L. Các yếu tố khác được giuwx cố định như trong Bảng 3.20.
Bảng 3.20 Điều kiện ban đầu của thí nghiệm khảo sát nồng độ màu bằng FAS
Màu nhuộm
pH Tốc độ Thời gian Nồng độ FAS Nồng độ màu - [Vòng/ph út] [phút] [mg/L] [mg/L] SBB 12 60 15 280 20, 50, 80, 120 và 140 SRS 30 160
Hình 3.23. Ảnh hưởng của nồng độ màu đến hiệu suất khử màu bằng phèn sắt Nhận xét: So với các chất keo tụ khác phèn sắt có tính chọn lọc không cao, có thể xử lý tốt với cả hai nhóm màu nhuộm triazine hay vinyl sulphone, nồng độ màu cũng không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý hiệu suất khử COD và màu khá cao > 90% (màu) và > 82% (COD) cho cả hai màu nhuộm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN
Qua quá trình tiến hành nghiên cứu khả năng loại bỏ màu nhuộm hoạt tính của một số chất keo tụ ta rút ra một số kết luận sau:
- Gum hạt muồng hoàng yến có khả năng giảm màu và COD của các màu nhuộm hoạt tính hiệu suất cả hai màu đều > 55%. Chất keo tụ từ gum hạt có khả năng keo tụ tốt trong môi trường kiềm nhẹ (pH 10) rất thích hợp cho xử lý nước thải nhuộm hoạt tính, từ nghiên cứu cho thấy đây là một chất keo tụ xanh, điều chế đơn giản có tiềm năng lớn trong ứng dụng xử lý môi trường. Tuy vậy, muốn trở thành chất keo tụ tổng hợp cần phải cải thiện đặc tính đặc biệt tính tan và các nhóm phản ứng hiệu quả có thể qua nhiều giai đoạn tinh chế hoặc ghép cặp có thể gia tăng chi phí điều chế.
- Chitosan một chất keo tụ được chiết suất từ vỏ tôm cho thấy khả năng loại màu rất tốt (loại bỏ màu trên 99% và đạt hiệu quả xử lý COD trên 65% cho cả hai màu nhuộm). Đây là một chất keo tụ hiệu quả và khá thân thiện với môi trường, tuy vậy giá thành còn khá đắt và pha chế có phần khó khăn hơn so với các chất keo tụ tổng hợp khác như PAC và phèn sắt.
- Còn đối với PAC (hiệu suất khử màu của hai màu hơn 96% và loại bỏ COD trên 80%) và phèn sắt (hiệu suất khử màu hơn 93% và loại bỏ COD trên 82%), tuy đạt hiệu quả cao trong thí nghiệm khử màu nhưng việc sử dụng hai chất keo tụ này phát sinh lượng lớn bùn thải chứa thành phần kim loại sắt và nhôm, gây ô nhiễm nghiêm trọng hủy hoại đời sống thủy sinh, ảnh hưởng đến chất lượng sống của con người.
- Nhìn chung những galactomanan tự nhiên như gum hạt muồng hoàng yến có thể cung cấp một phương pháp xử lý nước thải với chi phí thấp và nguồn nguyên liệu sẵn có ở nhiều nước. Dễ dàng phân hủy sinh học và an toàn cho sức khỏe con người, gum hạt có thể thay thế một phần cho những chất keo tụ thường dùng.
II. KIẾN NGHỊ
Qua quá trình khảo sát thực nghiệm và từ những kết luận ở trên, đề tài có những kiến nghị cho những hướng nghiên cứu mới như sau:
- Nghiên cứu xác định các tỉ lệ phối trộn của gum với các chất keo tụ khác (chitosan, PAC, phèn sắt,…) nhằm tối ưu hóa tỉ lệ phối trộn .
- Nghiên cứu khả năng xử lý màu bằng gum khi ta kết hợp các màu đơn sắc với nhau hoặc trên từng loại màu nhuộm (hoạt tính, lưu hóa, phân tán…) .
- Nghiên cứu khả năng kết hợp giữa các phương pháp khác (sinh học, lý hóa, điện hóa…) với phương pháp keo tụ dùng gum.
- Nghiên cứu khả năng xử lý màu của gum trên nước thải thực tế và nhiều loại nước thải khác.
- Nghiên cứu sâu hơn về mặt cơ chế trong quá trình xử lý bằng gum bằng các phương pháp: phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX spectroscopy), SEM (Scanning electron microscope), TEM (Transmission Electron Microscopy), …
Khoa Khoa học Môi trường – Trường Đại học Sài gòn 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. N.T.P. Loan, Greening Textile Industry in Vietnam, in: Environ. Technol.,
Wageningen University, Wageningen, , 2011.
[2]. B.X. Thanh, N.T. Tin, N.P. Dan, (2013). 'Influence of recirculation rate on
performance of membrane bioreactor coupling with ozonation treating dyeing and
textile wastewater'. J. Water Sustain.,3 (2), 71-78.
[3]. X. Zhu, Y. Zheng, Z. Chen, Q. Chen, B. Gao, S. Yu, (2013). 'Removal of reactive
dye from textile effluent through submerged filtration using hollow fiber composite
nanofiltlration membrane'. Desalin. Water Treat.,51 (31-33), 6101-6109.
[4]. A.K. Verma, R.R. Dash, P. Bhunia, (2012). 'A review on chemical
coagulation/flocculation technologies for removal of colour from textile
wastewaters'. J. Environ. Manage.,93 (1), 154-168.
[5]. S. Karcher, A. Kornmüller, M. Jekel, (2002). 'Anion exchange resins for removal of
reactive dyes from textile wastewaters'. Water Res.,36 (19), 4717-4724.
[6]. A. Al-Kdasi, A. Idris, K. Saed, C.T. Guan, (2004). 'Treatment of textile wastewater
by advanced oxidation processes—a review'. Global Nest Int J,6 (3), 222-230.
[7]. X. Yang, B. Al-Duri, (2005). 'Kinetic modeling of liquid-phase adsorption of
reactive dyes on activated carbon'. J. Colloid Interface Sci.,287 (1), 25-34.
[8]. A. Gottlieb, C. Shaw, A. Smith, A. Wheatley, S. Forsythe, (2003). 'The toxicity of
textile reactive azo dyes after hydrolysis and decolourisation'. J. Biotechnol.,110
(1), 49-56.
[9]. N.H. Ince, G. Tezcanlı́, (2001). 'Reactive dyestuff degradation by combined
sonolysis and ozonation'. Dyes Pigm.,49 (3), 145-153.
[10]. A. Naimabadi, H.M. Attar, A. Shahsavani, (2009). 'Decolorization and biological degradation of azo dye reactive Red 2 by anaerobic/aerobic sequential process'.
Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng.,6 (2), 67-72.
[11]. P.S. Yuan, B.M. Ha, (2015). 'The feasibility of cassia fistula gum with
polyaluminium chloride for decolorization of reactive dyeing wastewater'. J. Serb.
Chem. Soc.,80 (1), 115-125.
[12]. B.M. Hà, B.N.H. Trinh, L.N. Thạch, (2011). 'Nghiên cứu phân hủy màu nhuộm
dưới sự hỗ trợ của siêu âm'. Tạp chí Khoa học và Công Nghệ,49 (2), 81-91.
[13]. P.S. Yuan, B.M. Ha, (2014). 'Decolorization of Reactive Red 195 solution by
electrocoagulation process'. Journal of Vietnamese Environment; Vol 5, No 1
(2014),5 (1), 22-26.
[14]. R. Sanghi, B. Bhattacharya, V. Singh, (2002). 'Cassia angustifolia seed gum as an effective natural coagulant for decolourisation of dye solutions'. Green Chem.,4 (3),
252-254.
[15]. R.S. Blackburn, (2004). 'Natural polysaccharides and their interactions with dye
molecules: Applications in effluent treatment'. Environ. Sci. Technol.,38 (18),
4905-4909.
[16]. A. Mishra, R. Srinivasan, R. Dubey, (2002). 'Flocculation of Textile Wastewater by
Plantago psyllium Mucilage'. Macromolecular Materials and Engineering,287 (9),
592-596.
[17]. R. Sanghi, B. Bhattacharya, A. Dixit, V. Singh, (2006). 'Ipomoea dasysperma seed
gum: An effective natural coagulant for the decolorization of textile dye solutions'.
J. Environ. Manage.,81 (1), 36-41.
[18]. A. Ndabigengesere, N.K. Subba, (1998). 'Quality of water treated by coagulation
using Moringa oleifera seeds'. Water Res.,32 (3), 781-791.
[19]. S. Pirillo, V. Pedroni, E. Rueda, M. Luján Ferreira, (2009). 'Elimination of dyes from aqueous solutions using iron oxides and chitosan as adsorbents: a comparative
study'. Quim. Nova,32 1239-1244.
[20]. B.H. Jesus, S.M. Jesús, D.R. Áurea, J.B. Carmen, (2009). 'Removal of Alizarin
violet 3R (anthraquinonic dye) from aqueous solutions by natural coagulants'. J.
Hazard. Mater.,170 (1), 43-50.
[21]. A.L.Á. Juan, J.R. Juan, M.D. Guillermo, R.V. Refugio, F.R. Claudio, (2009). 'Study of sorption equilibrium of biopolymers alginic acid and xanthan with C.I.