Nhà máy Cốc hóa – Công ty Cổ phần Gang Thép Thái Nguyên. Mẫu được lấy, bảo quản theo TCVN 5999:1995 (Hướng dẫn lấy mẫu nước thải) và TCVN 6663 – 3:2016 (Bảo quản và xử lý mẫu nước thải).
3.4.2. Ứng dụng vật liệu bimetal Fe-Cu chế tạo được xử lý phân hủy phenol trong nước thải luyện cốc thải luyện cốc
Chúng tôi đã vận dụng những điều kiện tối ưu sau khi khảo sát là khối lượng vật liệu bimetal Fe-Cu là 1,0 g, thời gian lắc 12 giờ, pH bằng 3, tốc độ lắc 200 vòng /phút và bước đầu tiền xử lý trên mẫu nước thải cốc hóa được lấy tại Nhà máy Cốc hóa – Công ty Cổ phần Gang Thép Thái Nguyên quy mô phòng thí nghiệm. Trong quá trình đánh giá hiệu quả xử lý phenol, một số các thông số TSS, BOD5, COD, tổng nitơ, tổng photpho, NH4+-N cũng được đánh giá đo hiệu quả phenol. Mẫu nước thải luyện cốc trước và sau khi xử lý bằng vật liệu Fe-Cu đo tại Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường Thái Nguyên được thể hiện qua bảng 3.10 và hình 3.27, 3.28.
Bảng 3.10. Thông số nước thải cốc hóa trước và sau khi xử lý bằng vật liệu Fe-Cu STT Thông số Kết quả (mg/L) H% QCVN 52:2017/BTNMT (Cột B) C0 C1 1 TSS 124 63,4 48,87 100 2 BOD5 1215 540,6 55,50 50 3 COD 2379 1189 50,02 150 4 Tổng N 876 644 26,48 60 5 Tổng P 15,6 9,3 40,38 6 6 NH4+-N 473 165,2 65,07 10 7 Phenol 173,70 50,86 70,07 0,5
Trong đó: C0 là nồng độ ban đầu của các chất
C1 là nồng độ của các chất sau khi xử lý bằng vật liệu ở các điều kiện tối ưu đã khảo sát
48
Hình 3.27. Sắc ký đồ xác định hàm lượng phenol có trong mẫu nước thải khi chưa có vật liệu Fe-Cu
Hình 3.28. Sắc ký đồ xác định hàm lượng phenol có trong mẫu nước thải khi có vật liệu Fe-Cu
Kết quả phân tích hàm lượng phenol trong nước thải cốc hóa trước và sau khi xử lý bằng vật liệu bimetal Fe-Cu ở các điều kiện tối ưu đã khảo sát, được xác định bằng phương pháp HPLC cho thấy nồng độ phenol ban đầu là 173,70 mg/L giảm đến 50,86 mg/L, các chỉ số TTS, BOD5, COD cũng cho kết quả giảm trên 48%. Qua đó có thể khẳng định rằng khả năng phân hủy phenol của vật liệu chế tạo được khá tốt (hiệu suất xử lý đạt 70,07%), tuy nhiên chưa triệt để. Vì vậy để có thể loại bỏ hoàn toàn được phenol trong nước thải luyện cốc, cần kết hợp các phương pháp xử lý khác nhau ở các giai đoạn khác nhau cho phù hợp và đạt hiệu quả cao nhất.
49
KẾT LUẬN
Sau quá trình nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi đưa ra kết luận:
1. Đã chế tạo được mẫu vật liệu nội điện phân Fe-Cu đi từ nguyên liệu bột Fe và chế tạo theo phương pháp mạ hóa học, có hàm lượng Cu ở bề mặt đạt 69,30 % (về khối lượng). Vật liệu sau khi chế tạo được xác định đặc điểm bề mặt, cấu trúc, thành phần bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ năng lượng (EDX), giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD).
2. Đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy phenol như pH, thời gian, khối lượng vật liệu Fe-Cu, nồng độ đầu phenol, tốc độ lắc. Kết quả cho thấy tại giá trị pH bằng 3, thời gian lắc 12 giờ, tốc độ lắc 200 vòng/phút, khối lượng vật liệu Fe-Cu là 1,0 g, ở nhiệt độ phòng (25oC ± 0,5), nồng độ phenol ban đầu bằng 100,98 mg/L thì hiệu suất phân hủy phenol là 92,7%.
3. Đã xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa – Công ty Cổ phần Gang Thép Thái Nguyên bằng vật liệu bimetal Fe-Cu ở các điều kiện tối ưu đã khảo sát, hàm lượng phenol được xác định bằng phương pháp HPLC cho thấy hiệu suất xử lý đạt 70,07%.
50
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
Đỗ Trà Hương, Đào Mai Giang, Nguyễn Văn Tú, Nguyễn Anh Tiến (2020), “Phân hủy phenol trong môi trường nước bằng quá trình nội điện phân trên vật liệu Fe-Cu”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học tập 25, Số 2/2020, trang 164-170.
51
TÀI LIỆU THAM KHẢO
* Tiếng Việt
1. Phan Vũ An (2008), Nghiên cứu xử lý nước nhiễm phenol bằng màng mỏng TiO2, Luận
văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Công ty Gang thép Thái Nguyên (2004), “Bản đăng kí đạt tiêu chuẩn môi trường. Dự án cải tạo – mở rộng nhà máy cốc hóa, Công ty Gang thép Thái Nguyên, Thái Nguyên”.
3. Nguyễn Việt Cường, Nguyễn Thế Vinh (2009), “Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang trên cơ sở vật liệu TiO2 - SiO2 và ứng dụng trong xử lý nước nhiễm phenol”, Tạp chí phát triển KH&CN, 12(2), tr 11-17.
4. Nguyễn Anh Đức (2012), Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải nhà máy cốc hóa - Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên, Luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. 5. Trần Đại Lâm (2017), Các phương pháp phân tích hóa lý vật liệu, NXB Khoa học
tự nhiên và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
6. Hoàng Hải Linh (2018), Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải luyện cốc bằng ozon hóa kết hợp với xúc tác từ đá ong, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
7. Trịnh Anh Nam (2011), Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp oxy hóa tiên tiến (AOP) trong xử lý nước thải các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, Luận văn thạc sĩ, Viện Khoa học và công nghệ môi trường, Đại học Bách khoa Hà Nội. 8. Hồ Viết Quý (2009), Các phương pháp phân tích công cụ trong Hóa học hiện đại,
NXB Đại học Sư phạm.
9. Nguyễn Thanh Thảo, Lê Trung Việt (2017), “Phát triển quy trình phân tích một số dẫn xuất chính của phenol trong nước thải cốc trên GC/MS”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 22, số 4, trang 1 - 7.
10. Nguyễn Đình Triệu (2003), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
11. Lê Trung Việt (2016), Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải quá trình luyện cốc bằng phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác Fe0 – Fe3O4/Graphen, Luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
52
* Tiếng Anh
12. A. G.-R. M. Soria-Sáncheza, A. Maroto-Valiente, J. Álvarez-Rodrígueza, V.Mu˜noz-Andrésa, I. Rodríguez-Ramos (2011), “Carbon nanostrutured materials as direct catalysts for phenol oxidation in aqueous phase,” Applied Catalysis B: Environmental, vol. 104, pp. 101-109.
13. A. K. G. Indu M. Sasidharan Pillai (2016), “Anodic oxidation of coke oven wastewater: Multiparameter optimization for simultaneous removal of cyanide, COD and phenol,” Journal of Environmental Management, vol. 176, pp. 45–53. 14. Abbassian, K., Kargari, A., & Kaghazchi, T (2014), “Phenol Removal from
Aqueous Solutions by a Novel Industrial Solvent”, Chemical Engineering Communications, 202(3), 408–413.
15. Bo Lai, Yun Zhang, Zhaoyun Chen, Ping Yang, Yuexi Zhou, Juling Wang (2014). “Removal of p-nitrophenol (PNP) in aqueous solution by the micron-scale iron- copper (Fe-Cu) bimetallic particles”, Applied Catalysis B: Environmental, 144, 816-830.
16. Chu L., Wang J., Dong J., Liu H., Sun X (2012), “Treatment of coking wastewater by an advanced Fenton oxidation process using iron powder and hydrogen peroxit”,
Chemosphere (86),pp. 409-414.
17. Do Tra Huong, Nguyen Van Tu, Nguyen Anh Tien, Hoang Minh Hao, Nguyen Phuong Chi (2019), “Removal of methylene blue from aqueous solutions by internal microelectrolysis on the Fe-C materials”, Vietnam Journal of Chemistry, Vol 57, No 2E12, pp 63-68.
18. F. Wang, Y. Hu, C. Guo, W. Huang, and C. Z. Liu (2012), “Enhanced phenol degradation in coking wastewater by immobilized laccase on magnetic mesoporous silica nanoparticles in a magnetically stabilized fluidized bed,” Bioresource Technology, vol. 110, pp. 120–124.
19. H. qiang Li, H. jun Han, M. an Du, and W. Wang (2011), “Removal of phenols, thiocyanate and ammonium from coal gasification wastewater using moving bed biofilm reactor,” Bioresource Technology, vol. 102, no. 7, pp. 4667–4673.
53
20. Jin-Hong Fan, Lu-Ming Ma (2009), “The pretreatment by the Fe-Cu process for enhancing biologicaldegradability of the mixed wastewater”, Journal of Hazadous Materials, 164, 1392-139.
21. L. G. C. Villegas, N. Mashhadi, M. Chen, D. Mukherjee, K. E. Taylor, and N. Biswas (2016), “A Short Review of Techniques for Phenol Removal from wastewater, Water Pollution (S Sengupta, Section Editor),” First Online: 07 May 2016.
22. L. Gao, S. Li, Y. Wang, X. Gui, H. Xu, and L. Gao (2016), “Pretreatment of coking wastewater by an adsorption process using fine coking coal.,” Physicochem. Probl. Miner. Process, vol. 52, no. 1. pp. 422–436.
23. Lei Luo, a Chengyi Dai, a Anfeng Zhang, a Junhu Wang, b Min Liu, a Chunshan Song and Xinwen Guo (2015), “A facile strategy for enhancing Fe-Cu bimetallic promotion for catalytic phenol oxidation”, Catalysis Science & Technology, 5, 3159-3165.
24. Lili Xu, Jun Wang, Xiaohui Zhang, Deyin Hou, Yang Yu (2015), “Development of a novel integrated membrane system incorporated with an activated coke adsorption unit for advanced coal gasification wastewater treatment”, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 484, 99 – 107.
25. Longlong Zhang, Qinyan Yue, Kunlun Yang, Pin Zhao, Baoyu Gao (2018), “Analysis of extracellular polymeric substances (EPS) and ciprofloxacin-degrading microbial community in the combined Fe-C microelectrolysis -UBAF process for the enimination of high-level ciprofloxacin” Chemosphere, 193, pp 645e645. 26. Luck, F (1996), “A review of industrial catalytic wet air oxidation processes”.
Catalysis Today, 27(1-2), 195–202.
27. M. H. Zhang, Q. L. Zhao, X. Bai, and Z. F. Ye (2010), “Adsorption of organic pollutants from coking wastewater by activated coke,” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 362, no. 1–3. pp. 140–146.
28. M. Soria-Sánchez, A. Maroto-Valiente, J. Álvarez-Rodríguez, I. RodríguezRamos, and A. Guerrero-Ruíz (2009), “Efficient catalytic wet oxidation of phenol using iron acetylacetonate complexes anchored on carbon nanofibres,” Carbon, vol. 47, no. 8. pp. 2095–2102.
29. M. T. Pinho, H. T. Gomes, R. S. Ribeiro, J. L. Faria, and A. M. T. Silva (2015), “Carbon nanotubes as catalysts for catalytic wet peroxide oxidation of highly
54
concentrated phenol solutions: Towards process intensification,” Applied Catalysis B: Environmental, vol. 165. pp. 706–714.
30. Mengmeng Kang, Qingguo Chen, Jingjing Li ,Mei Liu, Yisong Weng (2019), “Preparation and study of a new type of Fe-C microelectrolysis filler in oil-bearing ballast water treatment”, Environmental Science and Pollution Researc,
https://doi.org/10.1007/s11356-019-04480.
31. Mingyou Liua, Lu Wang, Xianying Xiaoa, Zhibin He (2018), “Fe/C micro electrolysis and Fenton oxidation process for the removal of recalcitrant colored pollutants from mid-stage pulping effluent”, Journal of Bioresources and Bioproducts,3(3), pp 118-122.
32. Mohammadi, S., Kargari, A., Sanaeepur, H., Abbassian, K., Najafi, A., & Mofarrah, E, “Phenol removal from industrial wastewaters: a short review,” Desalination and Water Treatment, 53(8), 2215–2234, 2014.
33. Mozia, S (2010), “Photocatalytic membrane reactors (PMRs) in water and wastewater treatment. A review,” Separation and Purification Technology, vol. 73, no. 2, pp. 71–91.
34. N. A. S. Amin, J. Akhtar, and H. K. Rai (2010), “Screening of combined zeolite- ozone system for phenol and COD removal,” Chemical Engineering Journal, vol. 158, no. 3, pp. 520–527.
35. N. K. Sharma and L. Philip (2016), “Combined biological and photocatalytic treatment of real coke oven wastewater,” Chemical Engineering Journal, vol. 295, pp. 20–28.
36. P. Pal and R. Kumar (2014), “Treatment of coke wastewater: A critical review for developing sustainable management strategies,” Separation and Purification Reviews, vol. 43, no. 2, pp. 89–123.
37. Q. Gu, T. Sun, G. Wu, M. Li, and W. Qiu (2014), “Influence of carrier filling ratio on the performance of moving bed biofilm reactor in treating coking wastewater,” Bioresource Technology, vol. 166, pp. 72–78.
38. Q. Zhu, S. Guo, C. Guo, D. Dai, X. Jiao, T. Ma, J. Chen (2014). “Stability of Fe-C Micro-Electrolysis and Biological Process in Treating Ultra-High Concentration
55
Organic Wastewater”. Chemical Engineering Journal, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2014.05.138.
39. Qian Zhao, Yu Liu (2016). “State of the art of biological processes for coal gasification wastewater treatment”. Biotechnology Advances, 3, 1064 – 1072. 40. Quinhong Ji, Salma Tabassum, Sufia Hena, Claudia G. Silva, Guangxin Yu,
Zhenjia Zhang (2016). “A review on the coal gasification wastewater treatment technologies: past, present and future outlook”, Journal of Cleaner Production,
126, 38-55.
41. S. Pimple, S. Karikkat, M. Devanna, V. Yanamadni, R. Sah, and S. M. R. Prasad (2016), “Comparison of MBR/RO and UF/RO hybrid systems for the treatment of coke-oven effluents,” Desalination and Water Treatment, vol. 57, no. 7, pp. 3002– 3010.
42. S. S. Anna Kwiecińska, Jan Figa, “The use of phenolic wastewater in coke production,” Polish Journal of Environmental Studies, vol. 25, no. 2. pp. 465– 470, 2016.
43. S. Yang, W. Zhu, X. Li, J. Wang, and Y. Zhou (2007), “Multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) as an efficient catalyst for catalytic wet air oxidation of phenol,” Catalysis Communications, vol. 8, no. 12. pp. 2059–2063.
44. S. Zheng and W. Li (2009), “Effects of hydraulic loading and room temperature on performance of anaerobic/anoxic/aerobic system for ammonia-ridden and phenolrich coking effluents,” Desalination, vol. 247, no. 1–3, pp. 362–369.
45. Serban C. Moldoveanu, Victor David (2017), “Chapter 13 Solvents, Buffers, and Additives Used in the Mobile Phase”, Choice of HPLC Method in Chemical Analysis, 393, pp. 393–450.
46. T. Bounicore, A and Wayne (2007), “Coke Manufacturing,” Industry Description and Practices, vol. 1, no. 2, p. 57.
47. T. Chen, X. Huang, M. Pan, S. Jin, S. Peng, and P. H. Fallgren (2009), “Treatment of coking wastewater by using manganese and magnesium ores,” Journal of Hazardous Materials, vol. 168, no. 2–3, pp. 843–847.
56
48. Vazquez I., Rodriguez-Iglesias J., Maranon E., Castrillon L., Alvarez M. (2007), “Removal of residual phenols from coke wastewater by adsorption”, Journal of hazardous materials, 147, pp. 395–400.
49. W. tao Zhao, X. Huang, and D. jong Lee (2009), “Enhanced treatment of coke plant wastewater using an anaerobic-anoxic-oxic membrane bioreactor system,” Separation and Purification Technology, vol. 66, no. 2, pp. 279–286.
50. Weiwei Ma, Yuxing Han, ChunyanXu, Hongjun Han, Wencheng Ma, Hao Zhu Kun Li,Dexin Wang (2018), “Enhanced degradation of phenolic compounds in coal gasification wastewater by a novel integration of micro-electrolysis with biological reactor (MEBR) under the micro-oxygen condition”, Bioresource Technology, 251, pp 303-310.
51. Xiaoying Zheng MengqiJin, Xiang Zhou, Wei Chen, DanLu, YuanZhang, Xiaoyao Shao (2019), “Enhanced removal mechanism of iron carbon micro-electrolysis constructed wetland on C, N, and P in salty permitted effluent of wastewater treatment plant”, Science of the Total Environment, 649, pp 21-30.
52. Y. Liu, J. Liu, A. Zhang, and Z. Liu (2017), “Treatment effects and genotoxicity relevance of the toxic organic pollutants in semi-coking wastewater by combined treatment process,” Environmental Pollution, vol. 220, pp. 13–19.
53. Yan Wang, Xianwei Wu, Ju Yi, Lijun Chen, Tianxiang Lan and Jie Dai (2018), “Pretreatment of printing and dyeing wastewater by Fe/C micro-electrolysis combined with H2O2 process”, Water Science & Technology, doi: 10.2166/wst..244
54. Z. Wu and L. Zhu (2012), “Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons and phenols from coking wastewater by simultaneously synthesized organobentonite in a one-step process,” Journal of Environmental Sciences, vol. 24, no. 2, pp. 248– 253.
PL1
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Hình ảnh chụp thực tế quy trình xử lý nước thải ở Nhà máy Cốc hóa – Công ty Cổ phần Gang Thép Thái Nguyên
Hình 3.31. Bể điều hòa – nước thải chứa phenol từ xưởng Cốc
PL2
Hình 3.33. Bể Aroten
PL3
PL4
Phụ lục 2: Thông số nước thải Nhà máy Cốc hóa trước và sau khi xử lý bằng vật liệu Fe-Cu
PL5