Ngoài yếu tố khối l−ợng, loại than thì yếu tố thời gian ảnh h−ởng khá lớn tới khả năng hấp phụ của than. Nếu thời gian quá ngắn, làm cho các dung môi không bị hấp phụ hết dẫn đến hiệu suất hấp phụ giảm. Còn thời gian quá lâu, sẽ làm mất thời gian và tốn chi phí.
Thí nghiệm đ−ợc thực hiện nh− sau, lấy 100 ml n−ớc cất có chứa hàm l−ợng 4 dung môi hữu cơ nh− trên, cân than với cùng một l−ợng là 2 gam cho vào bình tam giác 250 ml lắc đều với vận tốc 130 vòng/phút, thời gian lắc hấp phụ là: 10 đến 80 phút, tốc độ lắc 130 vòng/ phút, kết quả cho thấy:
Hình 3-3: Khảo sát thời gian lắc hấp phụ tối −u
(than sử dụng: Hà Lan, l−ợng than: 2g)
Phân tích n−ớc sau quá trình hấp phụ, xác định đ−ợc thời gian hấp phụ tối −u là 60 phút. Với hiệu suất 94,2% (etyl axetat) đến 100% (xylen). Từ 3 khảo sát về khả năng hấp phụ của than ở trên cho thấy những dung môi ít tan trong n−ớc có khả năng bị hấp phụ lên trên bề mặt của than hoạt tính tốt hơn các dung môi tan nhiều trong n−ớc nh− etyl axetat.
Thời gian lắc hấp phụ 30 45 60 75 90 10 20 30 40 50 60 70 80 Hiệu suất hấp phụ % Etyl axetat Butyl axetat Toluen Xylen
3.2. Kết quả thí nghiệm phân hủy chất hữu cơ đã đ−ợc hấp phụ vào than hoạt tính bằng ph−ơng pháp siêu âm.
3.2.1. Khả năng phân hủy dung môi hữu cơ bằng siêu âm với tần số khác nhau
Dựa vào những khảo sát ở trên, đã lựa chọn đ−ợc các điều kiện tối −u cho quá trình hấp phụ. Thực hiện thí nghiệm này nhằm xác định đ−ợc tần số siêu âm nào là tối −u và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Bảng 3-1: L−ợng dung môi có trong than tr−ớc khi siêu âm
TT Dung môi H% hấp phụ Hàm l−ợng dung môi/100 ml n−ớc (mg) L−ợng dung môi /2 gam than (mg) 1 Etyl axetat 94,2 4,5 4,24 2 Butyl axetat 95 4,4 4,18 3 Toluen 98 4,35 4,26 4 m- Xylen 100 4,3 4,30 5 o- Xylen 100 4,4 4,40 6 p- Xylen 100 4,3 4,30
Sau quá trình hấp phụ, lọc lấy l−ợng than cho thêm 10 ml n−ớc cất đem siêu âm với các tần số khác nhau: 20; 35; 40; 100; 200 và 600 kHz. Sau khi siêu âm 30 phút, lọc lấy than đem đi phân tích trên GC/MS, kết quả cho thấy:
Tần số (KHz) 10 25 40 55 70 85 100 35 40 100 200 600 Hiệu suất hấp phụ % Etyl axetat Butyl axetat Toluen Xylen
Hình 3-4: Khảo sát ảnh h−ởng của tần số sóng siêu âm đến khả năng phân hủy DMHC (thời gian siêu âm: 80 phút)
Trong nghiên cứu này, qua các tần số đ−ợc khảo sát cho thấy: ở tần số f = 600 kHz cho hiệu quả xử lý tốt nhất các dung môi bị hấp phụ lên bề mặt than. Điều này có thể lý giải nh− sau hiệu quả xử lý các dung môi hữu cơ chủ yếu là do sự hình thành các gốc hóa học, chủ yếu là gốc •OH. Khi tần số siêu âm tăng, sự rung động và sự phá vỡ bong bóng khí xảy ra càng nhanh hơn tạo ra nhiều bong bóng khí và gốc •OH hơn. Đồng thời nhiệt độ tại điểm “hot pot” cũng tăng lên dẫn đến khả năng phân hủy các dung môi hữu cơ ở tần số 600 kHz đạt hiệu quả cao hơn
3.2.2. ảnh h−ởng của thời gian siêu âm đến khả năng phân hủy dung môi hữu cơ: môi hữu cơ:
Cũng nh− thí nghiệm trên than sau khi hấp phụ dung môi hữu cơ đem đi siêu âm ở các khoảng thời gian nh− sau: 10; 20; 40; 60; 80; 100; 120 phút kết quả chỉ ra ở hình d−ới đây:
5 25 45 65 85 10 Xylen Toluen Butyl axetat Etyl axetat 20 40 Hiệu suất hấp phụ % 100 120 60 80
Thời gian siêu âm tại f= 600kHz (phút)
Hình 3-5: Khảo sát ảnh h−ởng của thời gian siêu âm đến khả năng phân hủy DMHC (tần số siêu âm: 600kHz)
Từ kết quả trên cho thấy, thời gian siêu âm tối −u là 80 phút, quá trình siêu âm tiếp tục cũng không phân hủy thêm đ−ợc dung môi hữu cơ trên bề mặt than.
Nh− vậy, ở quá trình hấp phụ lên than thì xylen và toluen có khả năng hấp phụ mạnh hơn etyl axetat và butyl axetat nh−ng tại quá trình siêu âm phân hủy các dung môi hữu cơ thì ng−ợc lại. etyl axetat có hiệu suất cao nhất (83,25%) và xylen có hiệu suất thấp nhất (70,21 %). Điều này cũng cho thấy độ bền vững của các dung môi này khi chúng tồn tại trong các thành phần môi tr−ờng
3.2.3. ảnh h−ởng của pH đến quá trình phân hủy dung môi hữu cơ bằng ph−ơng pháp siêu âm:
pH là một trong các yếu tố ảnh h−ởng đến quá trình phân hủy các chất hữu cơ, đặc biệt là trong phân hủy chất hữu cơ bằng ph−ơng pháp oxy hóa cấp tiến nh− sử dụng fenton, TiO2, siêu âm hay ozôn. Các ph−ơng pháp này đều dựa vào khả năng oxy hóa mạnh của gốc OH•, pH là một trong các tác nhân làm tăng hoặc giảm gốc OH•. trong quá trình phân hủy. Vì vậy, yếu tố pH đã đ−ợc rất nhiều công trình khoa học khảo sát và nghiên cứu.
Để đánh giá và mục đích làm tăng khả năng phân hủy các DMHC trong quá trình siêu âm, tiến hành thực nghiệm với các khoảng pH khác nhau: 3; 4; 5; 6;7;8;9;10. Trong đó mẫu chỉ có than hoạt tính sau khi hấp phụ cho thêm 10 ml n−ớc cất giá trị pH đo đ−ợc là 8. Kết quả chỉ ra ở hình sau: Etyl axetat Butyl axetat Toluen 3 4 5 6 7 8 9 10 Xylen % DMHC còn lại pH
Hình 3-6: Khảo sát ảnh h−ởng của pH đến quá trình siêu âm
Nh− vậy, kết quả cho thấy yếu tố pH cũng không ảnh h−ởng nhiều đến quá trình siêu âm xử lý 4 loại DMHC mặc dù thay đổi khoảng pH rất rộng từ 3 đến 10. Nh−ng hiệu suất hấp phụ thay đổi cũng không đáng kể. Etyl axetat có hiệu suất cao nhất cũng chỉ từ 85,26 % ở pH bằng 3 đến 77.8 % ở pH bằng 10, khoảng dao động là 7,46% với xu h−ớng môi tr−ờng pH axít từ 3 đến 6 sẽ tăng hiệu quả của quá trình siêu âm.
Nếu sử dụng ph−ơng pháp sinh học hay ph−ơng pháp sinh học kết hợp với hóa lý, ta sẽ phải điều chỉnh pH sao cho phù hợp. Còn ph−ơng pháp mà đề tài đ−a ra, yếu tố pH không làm ảnh h−ởng nhiều tới quá trình xử lý, đây cũng là một −u điểm hơn so với các ph−ơng pháp sinh học.
3.3. Kết quả xử lý n−ớc thải sơn thực tế (công ty Toyota)
N−ớc thải đ−ợc lấy tại buồng sơn của công ty tr−ớc khi xử lý, đây là n−ớc thải tập trung của cả hai hệ thống sơn tĩnh điện và sơn phun. Bể chứa khoảng 175m3, l−u l−ợng n−ớc thải −ớc tính 20 m3/ngày.đêm. N−ớc từ bể chứa sau khi xử lý đ−ợc tuần hoàn và tái sử dụng trong buồng sơn. Biện pháp xử lý hiện nay công ty đang áp dụng đó là: xử lý sơ bộ, dùng than hoạt tính hấp phụ sau đó xử lý sinh học. N−ớc thải công ty mang tính đại diện cho thành phần n−ớc thải sơn, vì trong quá trình sản xuất công ty sử dụng đến trên 30 loại sơn, mặt khác các thành phần sơn cũng rất đa dạng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả phân tích đ−ợc thực hiện hai đợt vào tháng 28/3/2009 và 12/4/2009 kết quả chỉ ra ở bảng 3-2, hình 3-7 :
Bảng 3-2: Kết quả phân tích 4 dung môi hữu cơ trong n−ớc thải
từ buồng sơn công ty Toyota
TT Dung môi Đơn vị Đợt 1 (28/3/09) Đợt 2 (12/4/09)
1 Etyl axetat mg/l 42,53 43,20
2 Butyl axetat mg/l 37,21 38,54
4 Xylen (m,o,p) mg/l 28,63 30,19 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 (x10,000) 166.00 (10.00) TIC Etyl axetat Axetone Formaldehyde Toluen But yl axetat Etyl Benz ene m, xylen p, xylen o, xylen Nhóm gốc V inyl
Thời gian l−u (phút)
C − ờn g đ ộ tín hi ệu ( μ V)
Hình 3-7: Sắc đồ mẫu n−ớc thải của công ty Toyota
Từ kết quả phân tích mẫu thực tế cho thấy ngoài 4 dung môi hữu cơ còn có các dung môi hữu cơ khác nh− : axeton, butanol, etanol, etyl benzen...
Sau khi hấp phụ đối với mẫu thực tế, than đ−ợc siêu âm với cùng điều kiện nh− đối với mẫu giả đã nghiên cứu kết quả cho thấy hiệu quả xử lý rõ rệt. Tuy nhiên, hiệu quả phân hủy vẫn thấp hơn mẫu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, điều này cũng cho thấy mẫu thực tế ngoài bốn dung môi nghiên cứu còn có mặt chất mang màu, cặn sơn và các dung môi khác làm ảnh h−ởng để khả năng phân hủy bốn dung môi trên.
Bảng 3-3: Kết quả xử lý 4 loại DMHC bằng hấp phụ kết hợp siêu âm
TT Hiệu suất hấp
phụ (%)
Hiệu suất phân hủy (%)
L−ợng dung môi sau
siêu âm (mg/g than)
L−ợng dung môi
bị phân hủy (mg/g than)
1 93,3 91,5 0,18 1,92
3 95,4 80,9 0,41 1,73
4 98,5 78,4 0,48 1,74
Hình 3-8: Kết quả phân huỷ dung môi đã hấp phụ trên than bằng siêu âm đối với mẫu n−ớc thải sơn công ty Toyota
a) Tr−ớc khi siêu âm b) Sau khi siêu âm 0
0.00
L
− (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ợng dung môi/gam than 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 Etyl axetat
Tr−ớc khi siêu âm Sau khi siêu âm
Butyl axetat
Toluen Xylen
Hình 3-9: ảnh chụp SEM than hoạt tính dùng xử lý
mẫu n−ớc thải sơn Công ty Toyota
Cùng chụp ở kích th−ớc 500 nm đối với mẫu than tr−ớc và sau khi siêu âm. ở hình (a) cho thấy các chất có kích th−ớc hạt lớn hơn bị hấp phụ trên bề mặt than ngoài dung môi hữu cơ. Sau khi siêu âm chúng bị phân hủy và để lại các lỗ xốp ban đầu trên bề mặt than.
Nh− vậy, kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng sóng siêu âm để phân hủy dung môi hữu cơ sau khi đã hấp phụ trên than hoạt tính là rất khả quan, quá trình hấp phụ cho hiệu suất cao và có thể đề ra h−ớng tái sử dụng than đ−ợc nhiều lần.
3.4. Đánh giá kết quả
Qua những thí nghiệm trên cho thấy hiệu suất hấp phụ 4 loại DMHC trên bằng than hoạt tính và hiệu quả phân hủy các DMHC đó bằng sóng siêu âm là rất cao. Để hiệu quả xử lý cao hơn nên kết hợp với quá trình lắng lọc cơ học tr−ớc khi đ−a vào hấp phụ.
Từ đó đề xuất công nghệ xử lý 4 loại DMHC trong n−ớc thải sơn đó nh− sau: N−ớc từ tháp n−ớc, qua giàn n−ớc dập hơi sơn, các khí không đ−ợc dập xuống, sẽ đ−ợc hút bởi tháp hấp thụ. DMHC sẽ theo n−ớc từ giàn dập chảy vào bể n−ớc thải từ buồng sơn, tiếp đến chảy vào bể chứa qua song chắn rác để loại bỏ các loại rác thô có kích th−ớc lớn. N−ớc từ bể chứa đ−ợc bơm vào bể tuyển nổi để loại bỏ các chất cặn lơ lửng, cặn sẽ đ−ợc vớt lên. Sau đó bơm n−ớc vào tháp lắng xyclon để lắng các chất xuống đáy, bùn thải sẽ đ−ợc bơm hút. N−ớc sau lắng, sẽ cho qua thiết bị lọc hấp phụ bằng than hoạt tính, tại đây 4 loại DMHC nghiên cứu sẽ đ−ợc hấp phụ cùng một số chất khác. N−ớc đã qua xử lý, đ−ợc tái sử dụng quay trở lại tháp n−ớc, tiếp tục dập hơi sơn, tiết kiệm chi phí, tiết kiệm tài nguyên. Than hoạt tính sau khi hấp phụ sẽ bổ sung thêm n−ớc và dùng sóng siêu âm với c−ờng độ 1200W/m2 để xử lý các DMHC trên bề mặt than.
Tháp hấp thụ Phèn nhôm, sữa vôi Giàn n−ớc dập hơi DMHC N−ớc đã qua xử khí Tháp n−ớc
Siêu âm than hoạt tính sau hấp Than hoạt tính đã
qua xử lý Bể chứa
Hầm bơm
Bể tuyển nổi Thiết bị lắng N−ớc thải N−ớc từ ngăn chứa bùn Thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính Xe hút bùn Bể chứa bùn Song chắn rác N−ớc Siêu âm
Kết luận vμ kiến nghị Kết luận
1. Sử dụng than hoạt tính của Hà Lan để hấp phụ đạt hiệu quả khá cao. Hơn nữa giá thành lại thấp, mang lại hiệu quả kinh tế. L−ợng than hấp phụ tối −u cho 100ml n−ớc là 2g. Thời gian hấp phụ là 60 phút, tốc độ lắc 130 vòng/phút. Hiệu quả hấp phụ xylen (100%) và toluen (98%) cao hơn so với Ethyl axetat (94,2%) và Butyl axetat (95%).
2. Thời gian siêu âm tối −u là 80 phút ở tần số 600kHz với c−ờng độ sóng là 1200W/m2. Quá trình siêu âm phân hủy etyl axetat có hiệu suất cao nhất (83,25 %) và xylen có hiệu suất thấp nhất (70,21 %). pH không ảnh h−ởng nhiều tới quá trình siêu âm, khoảng pH axit từ 3 đến 6 sẽ cho hiệu quả tốt hơn.
3. Hiệu quả xử lý tối −u bằng ph−ơng pháp siêu âm đối với mẫu giả đạt: etyl axetat (95,6 %), butyl axetat (90,2 %), toluen (84,6%) và xylen (80,2%). Đối với mẫu n−ớc thải buồng sơn công ty Toyota đạt: etyl axetat (91,5%), butyl axetat (85,6%), toluen (80,9%) và xylen (78,4%).
Kiến nghị
Dựa trên những nghiên cứu đã làm đ−ợc, tôi xin đề ra một số kiến nghị sau:
- Thực hiện tiếp các nghiên cứu, để xác định số lần tái sử dụng than hoạt tính sau khi hấp phụ.
- Thí nghiệm phân hủy 4 loại DMHC bằng sóng siêu âm ở các tần số cao hơn.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ bằng than hoạt tính và phân hủy bằng sóng siêu âm các loại DMHC ngoài 4 loại đã nghiên cứu.
- Xử lý bằng ph−ơng pháp này nên kết hợp với lắng lọc tr−ớc khi hấp phụ, để đạt hiệu quả tốt nhất.
Tμi liệu tham khảo
A. Tài liệu tiếng việt
1. Lê Văn Cát. Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý n−ớc thải. trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia. Nhà xuất bản thống kê Hà Nội, 2002. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Hoàng Kim Cơ. Kỹ thuật môi tr−ờng. Nhà xuất bản Khoa học & kỹ thuật Hà nội, 2001.
3. Lê Đức. Một số ph−ơng pháp phân tích môi tr−ờng. Nhà xuất bản đại học Quốc Gia Hà Nội, 2004.
4. Phạm Thanh Hà. Nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm các dung môi hữu cơ trong môi tr−ờng không khí khu vực sản xuất sơn và đề xuất biện
pháp giảm thiểu. Khóa luận tốt nghiệp. Tr−ờng đại học Khoa học tự nhiên Hà
Nội, 2004.
5. Võ Bá Hải. Nghiên cứu lựa chọn chất hấp phụ trong sản xuất cồn tuyệt đối. Luận văn thạc sỹ khoa học. Tr−ờng đại học Bách khoa Hà Nội, 2005.
6. Mai Bình Hùng. Nghiên cứu xử lý n−ớc thải sơn tại công ty Xuân Hòa. Khóa luận tốt nghiệp. Tr−ờng đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, 2007.
7. D−ơng Thế Hy. Bài giảng công nghệ sơn vecni, khoa Hóa đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2008
8. Nguyễn Văn Lộc. Kĩ thuật sơn. Nhà suất bản giáo dục, 2007
9. Đinh Thị Ngọ. Hóa học dầu mỏ. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2002
10. Nguyễn Đức Nghĩa. Công ty Sơn Tổng Hợp Hà Nội. Báo cáo thực tập. Tr−ờng đại học Bách khoa Hà Nội, 2005
11. Nguyễn Xuân Nguyên. N−ớc thải và công nghệ xử lý n−ớc thải. Nxb khoa học & kỹ thuật Hà Nội, 2003.
12. Nguyễn Thị Thìn, Tuấn Lan. Ô nhiễm và hậu quả. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2001.
13. Trung tâm đào tạo ngành n−ớc và môi tr−ờng dịch và giới thiệu. Sổ tay xử lý n−ớc, tập 1. Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2005.
14. Trung tâm đào tạo ngành n−ớc và môi tr−ờng dịch và giới thiệu. Sổ tay xử lý n−ớc, tập 2. Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2005.
B. Tài liệu tiếng anh
15. E. G. Richardson, A. E. Brown. Ultrasonic physics. N.Y.: Elsevier Publ. Co., 1962
16. Goskonda,S, Catallo, WJ, Junk, T. Sonochemical degradation of aromatic organic pollutants. Waste Manage 22: 351-356. 2002.
17. Hao H, Chen Y, Wu M, Wang H, Yin Y. Decomposition of 4- chlorophenol in aqueous solution by ultrasound. 2004.
18. Heinrich Sontheimer, Scott Summers R., John C. Crittenden.