Từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phân hủy phenol của vật liệu Fe-C, chúng tôi tiến hành khảo sát động học quá trình phân hủy phenol theo phương trình động học biểu kiến bậc 1, bậc 2 và bậc 3. Kết quả thể hiện ở bảng 3.9 và hình 3.35 đến 3.37.
Thời gian (giờ) C0 (mg/L) Ct (mg/L) 𝒍𝒏𝑪𝟎 𝑪𝒕 𝟏 𝑪𝒕− 𝟏 𝑪𝟎 𝟏 𝟐⌊ 𝟏 𝑪𝒕𝟐− 𝟏 𝑪𝟎𝟐⌋ 2 104,37 98,18 0,061 0,001 0,000006 4 89,25 0,157 0,002 0,000017 6 79,09 0,277 0,003 0,000034 8 60,11 0,552 0,007 0,000092 10 33,6 1,133 0,020 0,000397 12 13,5 2,045 0,064 0,002698 14 11,2 2,232 0,080 0,003940 22 7,00 2,702 0,133 0,010158
Hình 3.36. Mô hình động học biểu kiến bậc 2
Hình 3.37. Mô hình động học biểu kiến bậc 3
Các kết quả cho thấy, quá trình phân hủy phenol bằng vật liệu nội điện phân Fe-C phù hợp với mô hình động học biểu kiến bậc 2 do có hệ số hồi quy tuyến tính cao
3.7. Kết quả xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa-Công ty cổ phần Gang thép Thái Nguyên của vật liệu Fe-C
Kết quả phân tích phenol trong dung dịch nước thải Nhà máy Cốc hóa bằng phương pháp HPLC trước và sau khi xử lý bằng vật liệu nội điện phân Fe-C được thể hiện trên hình 3.38, 3.39. Kết quả phân tích cho thấy phenol trong mẫu nước thải có nồng độ ban đầu là 171,96 mg/L và đã bị phân hủy 73,32% khi được xử lý bằng vật liệu nội điện phân Fe-C.
Hình 3.38. Sắc ký đồ mẫu nước thải chứa phenol ban đầu
Hình 3.39. Sắc ký đồ mẫu nước thải chứa phenol sau khi xử lý bằng vật liệu nội điện phân Fe-C
Kết quả phân tích các thông số nước thải trước và sau khi xử lý bằng vật liệu Fe-C đo tại Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên được thể hiện qua bảng 3.10.
Bảng 3.10. Thông số nước thải Nhà máy Cốc hóa trước và sau khi xử lý bằng vật liệu Fe-C
H0 H1 H% QCVN 52:2017 /BTNMT (cột B) 1 TSS 156,2 76,5 51,02 100 2 BOD5 1150 498 56,70 0,5 3 COD 2231 1032 53,74 150 4 Tổng N 865 562,4 34,98 50 5 Tổng P 16,1 8,5 47,20 6 6 NH4+- N 391 156 60,10 60 7 Phenol 171,96 45,88 73,32 10
Trong đó: H0 là nồng độ các chất ban đầu.
H1 là nồng độ các chất sau khi lắc 12 giờ, pH bằng 4, tốc độ lắc 200 vòng/phút.
Bảng 3.10 cho thấy hiệu suất phân hủy TSS là 51,02 %, 56,70% BOD5, 53,74% COD, 34,98% tổng nitơ, 47,20 % tổng photpho, 60,10% NH4+-N.
So sánh kết quả với QCVN 52:2017/BTNMT cho thấy vật liệu nội điện phân Fe-C tiền xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa - Công ty Cổ phần Gang thép Thái nguyên cho kết quả tốt, tuy nhiên cần kết hợp với các phương pháp sinh học thì mới đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp sản xuất thép.
KẾT LUẬN
Đã chế tạo được mẫu vật liệu nội điện phân Fe-C đi từ nguyên liệu bột Fe và bột graphit. Vật liệu sau khi chế tạo được xác định đặc điểm bề mặt, cấu trúc, thành phần bằng phương pháp phổ hiển vi điện tử quét (SEM), giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ năng lượng (EDS), diện tích bề mặt riêng (BET).
Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy phenol như: pH, thời gian lắc, khối lượng vật liệu Fe-C, nồng độ đầu phenol, tốc độ lắc. Kết quả cho thấy tại giá trị pH bằng 4, thời gian lắc 12 giờ, tốc độ lắc 200 vòng/phút, khối lượng vật liệu Fe-C trong một lít dung dịch là 25 g ở nhiệt độ phòng (25oC±0,5), nồng độ phenol ban đầu bằng 102,90 mg/L thì hiệu suất phân hủy phenol là 91,55.
Quá trình phân hủy phenol bằng vật liệu Fe-C tuân theo phương trình động học giả kiến bậc 2 với hằng số tốc độ phản ứng k = 0,0072 L.mg-1.giờ-1
Ứng dụng vật liệu nội điện phân để xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa-Công ty Cổ phần Gang Thép Thái Nguyên. Kết quả cho thấy: hiệu suất phân hủy 73,32% phenol, 51,02 % TSS, 56,70% BOD5, 53,74% COD, 34,98% tổng nitơ, 47,20 % tổng photpho, 60,10% NH4+-N.
Từ các kết quả trên cho thấy, vật liệu Fe-C chế tạo có thể được áp dụng vào trong thực tế để xử lý nước thải cốc hóa trong môi trường nước trước khi xử lý bằng phương pháp sinh học.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tài liệu Tiếng Việt
1. 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.
2. Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh (2004), Báo cáo kết quả hoàn thành các công trình bảo vệ môi trường của 11 hạng mục công trình chính phục vụ giai đoạn vận hành, Dự án "Khu liên hợp Gang thép và Cảng Sơn Dương Fomosa Hà Tĩnh giai đoạn 1-1".
3. 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, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
4. Đỗ Trà Hương, Nguyễn Văn Tú, Nguyễn Anh Tiến, Hoàng Minh Hảo, Nguyễn Phương Chi (2019), "Phân hủy metylen xanh trong môi trường nước của vật liệu nội điện phân Fe/C", Tạp chí Hoá học, 57(2E12), pp. 63-68.
5. Trần Đại Lâm (2017), Các phương pháp phân tích hoá lý vật liệu, NXB Khoa học Tự nhiên và công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 6. Phạm Luận (2014), Phương pháp phân tích sắc ký và chiết tách, NXB Bách khoa
Hà Nội.
7. Ngọc Thị Mơ (2018) Nghiên cứu tổng hợp vật liệu polyme xốp cấu trúc mao quản nano ứng dụng để xử lý phenol và các dẫn xuất của chúng trong môi trường nước,
luận văn thạc sĩ, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
8. Vũ Duy Nhàn (2020), Nghiên cứu kết hợp phương pháp nội điện phân và phương pháp màng sinh học lưu động A2O – MBBR để xử lý nước thải nhiễm TNT, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Hoá học, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
9. Vũ Duy Nhàn, Lê Thị Mai Hương, Lê Mai Hương, Nguyễn Thị Nhàn, Trần Thị Nguyệt (2013), "Nghiên cứu sử dụng phương pháp nội điện phân xử lý nước thải nhiễm TNT", Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 51(3A), pp. 294-302.
10. Nguyễn Thanh Thảo (2019), Nghiên cứu xử lý phenol trong nước thải quá trình luyện cốc bằng phương pháp ozon hóa kết hợp với xúc tác, Luận án Tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 11. Nguyễn Nhị Trự, Lê Quang Hân (2015), Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật vi điện
phân sắt/cacbon để xử lý thuốc nhuộm trong nước thải ngành dệt nhuộm, Báo cáo Đề tài Nghiên cứu Sở Khoa học và Công nghệ, Thành phố Hồ Chí Minh.
B. Tài liệu Tiếng Anh
12. A. K. G. Indu, M. Sasidharan Pillai (2016), "Anodic oxidation of coke oven wastewater: Multiparameter optimization for simultaneous removal of cyanide",
Journal of Environmental Management, 176(45-53).
13. Cheng Dong, Mengting Li, Lin-Lan Zhuang, Jian Zhang, Youhao Shen, Xiangzheng Li (2020), "The Improvement of Pollutant Removal in the Ferric-
Carbon Micro-Electrolysis Constructed Wetland by Partial Aeration", Water, 12(2).
14. Chettiyappan Visvanathan, Amila Abeynayaka (2012), "Developments and future potentials of anaerobic meMBBRane bioreactors (AnMBRs)", Membrane Water Treatment, 3(1), pp. 1-23.
15. Dan Cui, Yu-Qi Guo, Hyung-Sool Lee, Wei-Min Wu, Bin Liang, Ai-Jie Wang, Hao-Yi Cheng (2014), "Enhanced decolorization of azo dye in a small pilot-scale anaerobic baffled reactor coupled with biocatalyzed electrolysis system (ABR- BES): A design suitable for scaling-up", Bioresource Technology, 163, pp. 254- 261.
16. Deyi Huang, Qinyan Yue, Kaifang Fu, Bingjie Zhang, Baoyu Gao, Qian Li, Yan Wang (2014), "Application for acrylonitrile wastewater treatment by new micro- electrolysis ceramic fillers", Desalination and Water Treatment, 57(10), pp. 4420-4428.
17. Eun-Tae Lim, Gwi-Taek Jeong, Sung-Hun Bhang, Seok-Hwan Park, Don-Hee Park (2009), "Evaluation of pilot-scale modified A2O processes for the removal of nitrogen compounds from sewage", Bioresource Technology, 100(24), pp. 6149-6154.
18. Feng Ju, Yongyou Hu (2011), "Removal of EDTA-chelated copper from aqueous solution by interior microelectrolysis", Separation and Purification Technology, 78(1), pp. 33-41.
19. Gang Li, Shuhai Guo, Fengmei Li (2010), "Treatment of oil field produced water by anaerobic process coupled with micro-electrolysis", Journal of Environmental Sciences, 22(12), pp. 1875-1882.
20. H. Babich, D. L. Davis (1981), "Phenol: A review of environmental and health risks", Regulatory Toxicology and Pharmacology, 1(1), pp. 90-109.
21. Hua Lin, Yan Lin, Liheng Liu (2016), "Treatment of dinitrodiazophenol production wastewater by Fe/C and Fe/Cu internal electrolysis and the COD removal kinetics", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 58, pp. 148-154.
22. I. Vázquez, J. Rodríguez-Iglesias, E. Marañón, L. Castrillón, M.Álvarez (2007), "Removal of residual phenols from coke wastewater by adsorption", Journal of Hazardous Materials, 147(1-2), pp. 395-400.
23. Jin-Hong Fan, Lu-Ming Ma (2009), "The pretreatment by the Fe–Cu process for enhancing biologicaldegradability of the mixed wastewater", Journal of Hazardous Materials, 164(2-3), pp. 1392-1397.
24. Jingang Huang, Jianjun Chen, Zhengmiao Xie, Xiaojun Xu (2015), "Treatment of nanofiltration concentrates of mature landfill leachate by a coupled process of coagulation and internal micro-electrolysis adding hydrogen peroxide", Journal Environmental Technology, 36(8), pp. 1001-1007.
25. L. Gao, S. Li, Y. Wang, X. Gui, H. Xu, L. Gao (2016), "Pretreatment of coking wastewater by an adsorption process using fine coking coal", Physicochem. Probl. Miner. Process, 52(1), pp. 422-436.
26. Lei Qin, Guoliang Zhang, Qin Meng, Lusheng Xu, Bosheng Lv (2012), "Enhanced MBR by internal micro-electrolysis for degradation of anthraquinone dye wastewater", Chemical Engineering Journal, 210, pp. 575-584.
27. Li Fan, Jinren Ni, Yanjun Wu, Yongyong Zhang (2009), "Treatment of bromoamine acid wastewater using combined process of micro-electrolysis and biological aerobic filter", Journal of Hazardous Materials, 162(2-3), pp. 1204- 1210.
28. Lihui Huang, Guopeng Sun, Tao Yang, Bo Zhang, Ying He, Xinhua Wang. (2019), "A preliminary study of anaerobic treatment coupled with micro- electrolysis for anthraquinone dye wastewater", Desalination, 309, pp. 91-96. 29. 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 micro-electrolysis-UBAF process for the elimination of high-level ciprofloxacin", Chemosphere, 193, pp. 645-654.
30. Luming Ma, Wei-xian Zhang (2008), "Enhanced Biological Treatment of Industrial Wastewater With Bimetallic Zero-Valent Iron", Environ. Sci. Technol., 42(15), pp. 5384-5389.
31. M. H. Zhang, Q. L. Zhao, X. Bai, Z. F. Ye (2010), "Adsorption of organic pollutants from coking wastewater by activated coke", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 362(1-3), pp. 140–146.
32. 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 Research, 26, pp. 10673–10684.
33. Min Li, Yihe Zhang, Pan Hu, Shixin Yu, Yuxi Guo, Hongwei Huang (2017), "The preparation, characterization of FeAC micro-electrolysis materials using low-cost biochar and the removal of ultra-high COD pesticide wastewater",
Water and Environment Journal, 32(1), pp. 43-50.
34. Mingyou Liu, Lu Wang, Xianying Xiao, 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.
35. N. K. Sharma, L. Philip (2016), "Combined biological and photocatalytic treatment of real coke oven wastewater", Chemical Engineering Journal, 295, pp. 20-28.
36. P. Pal, R. Kumar (2014), "Treatment of coke wastewater: A critical review for developing sustainable management strategies", Separation and Purification Reviews, 43(2), pp. 89–123.
37. Peng Li, Zhipeng Liu, Xuegang Wang, Yadan Guo, Lizhang Wang (2017), "Enhanced decolorization of methyl orange in aqueous solution using ironecarbon micro-electrolysis activation of sodium persulfate", Chemosphere, 180, pp. 100-107.
38. Q. Gu, T. Sun, G. Wu, M. Li, W. Qiu (2014), "Influence of carrier filling ratio on the performance of moving bed biofilm reactor in treating coking wastewater",
Bioresource Technology, 166.
39. Qin Yuejiao, Yu Lisheng, Luo Shuai, Jiao Weizhou, Liu Youzhi (2017), "Degradation of Nitrobenzene Wastewater via Iron/Carbon Micro-electrolysis
Enhanced by Ultrasound Coupled with Hydrogen Peroxide", China Petroleum Processing and Petrochemical Technology, 19(4), pp. 72-81.
40. Qiushi Zhu, Shaohui Guo, Chunmei Guo, Di Dai, Xinkang Jiao, Tianqi Ma, Jinfu Chen (2014), "Stability of Fe-C Micro-Electrolysis and Biological Process in Treating Ultra-High Concentration Organic Wastewater", Chemical Engineering Journal, 255, pp. 535-540.
41. Richard G. Luthy, James T. Tallon (1980), "Biological treatment of a coal gasification process wastewater", Water Research, 14(9), pp. 1269-1282.
42. Ruihong Yang, Jianzhong Zhu, Yingliu Li, Hui Zhang (2016), "A Study on the Preparation of Regular Multiple Micro-Electrolysis Filler and the Application in Pretreatment of Oil Refinery Wastewater", International Journal of Environmental Research and Public Health, 13(5), pp. 457.
43. Run-hua Chen, Li-yuan Chai, Yun-yan Wang, Hui Liu, Yu-de Shu, Jing Zhao (2012), "Degradation of organic wastewater containing Cu-EDTA by Fe-C micro-electrolysis", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22(4), pp. 983-990.
44. S. Pimple, S. Karikkat, M. Devanna, V. Yanamadni, R. Sah, 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, 57(1), pp. 3002– 3010.
45. S. S. Anna Kwiecińska, Jan Figa (2016), "The use of phenolic wastewater in coke production", Polish Journal of Environmental Studies, 25(2), pp. 465-470. 46. Seok-Young Oh, Pei C. Chiu, Byung J. Kim, Daniel K. Cha (2003), "Enhancing
Fenton oxidation of TNT and RDX throung pretreatment with zero-valent iron",
Water Research, 37(17), pp. 4275-4283.
47. Shibao Lu, Liang Pei (2016), "A study on phenol migration by coupling the liquid membrane in the ionic liquid", International Journal of Hydrogen Energy, 41(23), pp. 15724-15732.
48. Shuchuan Peng, Lili Zhao, Xixi Liu, Dong Chen (2010), "The oxidative degradation by pyrolusite of p-nitrophenol wastewater after micro-electrolysis pretreatment", International Journal of Engineering, 2(7), pp. 104-109.
49. T. Bounicore, A. Wayne (2007), "Coke Manufacturing", Industry Description and Practices, 1(2), pp. 57.
50. T. Chen, X. Huang, M. Pan, S. Jin, S. Peng, P. H. Fallgren (2009), "Treatment of coking wastewater by using manganese and magnesium ores", Journal of Hazardous Materials, 168(2-3), pp. 843-847.
51. W. Tao Zhao, X. Huang, D. jong Lee (2009), "Enhanced treatment of coke plant wastewater using an anaerobic-anoxic-oxic membrane bioreactor system",
Separation and Purification Technology, 66(2), pp. 279-286.
52. Wang Yu-ping, Wang Lian-jun, Peng Pan-ying, Lu Tian-hong (2006), "Treatment of naphthalene derivatives with iron-carbon micro-electrolysis",
Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 16(6), pp. 1442-1447. 53. Weiwei Ma, YuxingHan, Chunyan Xu, 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.
54. Xiangli Yin, Wenjuan Bian, Junwen Shi (2009), "4-chlorophenol degradation by pulsed high voltage discharge coupling internal electrolysis", Journal of Hazardous Materials, 166(2-3), pp. 1474-1479.
55. Xiaohui Guan, Xiaohui Xu, Min Lu, Hongfeng Li (2012), "Pretreatment of Oil Shale Retort Wastewater by Acidification and Ferric-Carbon Micro- Electrolysis", SciVerse ScienceDirect, Energy Procedia 17, pp. 1655-1661. 56. Xiaoyi Xu, Yao Cheng, Tingting Zhang, Fangying Ji, Xuan Xu (2016),
"Treatment of pharmaceutical wastewater using interior micro- electrolysis/Fenton oxidation-coagulation and biological degradation",
Chemosphere, 152, pp. 23-30.
57. Xiaoyi Yang, Yu Xue, WennaWang (2009), "Mechanism, kinetics and application studies on enhanced activated sludge by interior microelectrolysis",
Bioresource Technology, 100(2), pp. 649-653.
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.