Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Thử nghiệm xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế
Từ kết quả thớ nghiệm khả năng xử lý xanh methylen trong nước cú thể nhận thấy cỏc yếu tố thớ nghiệm (điện ỏp, khoảng cỏch điện cực, diện tớch tiếp xỳc của điện cực với mơi trường điện phõn) và đặc tớnh mẫu nước cần được xử lý (pH, độ dẫn điện, nồng độ chất cần xử lý, bản chất chất hữu cơ) ảnh hưởng trực tiếp tới q trỡnh oxy húa, quỏ trỡnh tạo plasma và phõn hủy chất hữu cơ ơ nhiễm cú trong nước. Từ cỏc thớ nghiệm cũng cho thấy vai trũ quan trọng của plasma trong quỏ trỡnh xử lý.
Một số thơng số đặc tớnh nước thải dệt nhuộm như độ dẫn điện và pH được trỡnh bày ở Bảng 3.3. Đặc trưng phổ UV-Vis của xanh mehylen và phõn tử thuốc nhuộm cú trong nước thải thể hiện trờn Hỡnh 3.20 và 3.21.
Bảng 3. 3. So sỏnh một số thụng số nước thải dệt nhuộm thu thập được tại làng lụa Vạn Phỳc- Hà Đụng và dung dịch xanh methylen
Thụng số Dung dịch xanh methylen 300 mg/L
Nước thải dệt nhuộm làng lụa Vạn Phỳc- Hà Đụng pH 6,03 7,06 Độ dẫn điện 156 àS/cm 827,2 àS/cm Bước súng hấp thụ cực đại 665 nm 580 nm
Từ bảng 3.3, Hỡnh 3.20 và Hỡnh 3.21 nhận thấy, đặc tớnh nước thải dệt nhuộm lấy tại làng Vạn Phỳc cú pH trung tớnh, độ dẫn điện lớn, gấp 5,17 lần dung dịch xanh methylen nồng độ 300 mg/L. Điều này hứa hẹn khả năng phản ứng tạo plasma, cỏc phản ứng oxy húa dễ dàng hơn.
Thực nghiệm cho thấy, chớnh sự khỏc biệt này làm cho phản ứng điện húa cao ỏp dũng một chiều tạo plasma mạnh mẽ ở điện ỏp rất thấp, khoảng 1- 1,5 kV. Trong khi đú, ở điều kiện điện ỏp này, thớ nghiệm với xanh methylen khơng xảy ra hiện tượng plasmạ
Thực hiện cỏc thớ nghiệm phản ứng điện húa cao ỏp dịng một chiều, sử dụng điện cực sắt thử nghiệm khả năng oxy húa xử lý nước thải dệt nhuộm. Cỏc thơng số thớ nghiệm (điện ỏp, khoảng cỏch điện cực, diện tớch tiếp xỳc của điện cực với mụi trường điện phõn) được điều chỉnh sao trạng thỏi plasma xuất hiện sớm trờn cả hai điện cực, trạng thỏi plasma ổn định trong suốt thời gian diễn ra phản ứng.
200 300 400 500 600 700 800 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 A bs Bước sóng (nm)
Hỡnh 3. 20. Phổ UV- Vis methylen xanh
200 300 400 500 600 700 800 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 A bs Bước sóng (nm)
Hỡnh 3. 21. Phổ UV-Vis nước thải dệt nhuộm được lấy từ làng Vạn Phỳc- Hà Đụng- Hà Nội
Điều kiện thớ nghiệm: điện ỏp 1,5 kV, khoảng cỏch điện cực 30 cm, điện cực D0. Thớ nghiệm theo mẻ, thời gian thực hiện phản ứng mỗi mẻ thay đổi từ 2,5 phỳt đến 12,5 phỳt.
Diễn biến cường độ dịng điện theo thời gian của q trỡnh phản ứng thể hiện trờn đồ thị Hỡnh 3.22. Nồng độ sắt theo thời gian tớnh theo độ hao hụt khối lượng điện cực thể hiện trờn đồ thị Hỡnh 3.23.
Từ Hỡnh 3.22 nhận thấy, cường độ dũng điện tăng từ 240 mA lờn 260 mA trong phỳt đầu tiờn của quỏ trỡnh. Xột chung cả quỏ trỡnh từ phỳt thứ 2 đến khi kết thỳc quỏ trỡnh phản ứng, cường độ dũng điện giảm từ 260 mA xuống 210 mẠ Tuy nhiờn, cường độ dũng điện cú xu hướng giảm trong những phỳt đầu, sau đú giao động quanh trạng thỏi cõn bằng phụ thuộc vào q trỡnh nạp phúng điện tạo plasma điện cực.
Từ những ghi nhận, plasma xuất hiện ngay khi bắt đầu quỏ trỡnh phản ứng. Do đú tốc độ hịa tan điện cực anot sắt gần như khơng đổi (Hỡnh 3.23). Tốc độ hũa tan điện cực khoảng 3,8 mg/phỳt, sau khi kết thỳc quỏ trỡnh phản ứng, nồng độ sắt trong dung dịch điện phõn tớnh theo hao hụt khối lượng điện cực là 169,64 mg/L.
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 160 180 200 220 240 260 C ườ ng đ ộ dò ng đ iệ n (m A ) Thời gian (phút)
Hỡnh 3. 22. Diễn biến cường độ dũng điện theo thời gian trong quỏ trỡnh xử lý nước thải thực tế (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cỏch điện cực 30 cm; thể tớch
280 mL; pH= 7,06; thời gian 12,5 phỳt)
phản ứng, từ màu xanh tớm chuyển sang màu nõu đỏ chứa cỏc bụng cặn kết tủa sắt. Để lắng bụng cặn, lọc qua giấy lọc, dung dịch được đưa đi phõn tớch phổ UV-Vis. Kết quả quột phổ UV- Vis dung dịch nước thải dệt nhuộm sau xử lý theo thời gian phản ứng thể hiện trờn Hỡnh 3.24. 0 2 4 6 8 10 12 14 0 30 60 90 120 150 180 N ồn g độ s ắt ( m g/ L) Thời gian (phút)
Hỡnh 3. 23. Nồng độ sắt tớnh theo hao hụt khối lượng điện cực phụ thuộc thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cỏch điện cực 30 cm; pH= 7,06; thể tớch
280 mL)
Độ hấp thụ cực đại của dung dịch nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phỳc sau xử lý ở bước súng 580 nm theo thời gian thể hiện trờn Hỡnh 3.25.
Từ Hỡnh 3.24, 3.25 nhận thấy độ hấp thụ (Abs) phổ UV-Vis đặc trưng cho chất ụ nhiễm giảm dần theo thời gian xử lý. Xột tại đỉnh hấp thụ cực đại 580 nm đặc trưng cho chất ụ nhiễm, cường độ hấp thụ giảm từ 0,312 xuống 0 trong 10 phỳt xử lý. Điều này chứng tỏ phõn tử hữu cơ gõy màu ụ nhiễm trong mẫu nước thải dệt nhuộm thu thập tại làng Vạn Phỳc bị phõn hủy hoàn toàn cấu trỳc trong 10 phỳt xử lý.
Để xỏc định khả năng khống húa hồn tồn chất hữu cơ ơ nhiễm cú trong nước thải, tiến hành đưa mẫu nước thải sau xử lý đi phõn tớch TOC. Kết quả phõn tớch TOC nước thải dệt nhuộm sau xử lý theo thời gian thể hiện trờn Hỡnh 3.26.
200 300 400 500 600 700 800 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 A bs Bước sóng (nm) 0 phút 2,5 phút 5 phút 7,5 phút 10 phút 12,5 phút
Hỡnh 3. 24. Phổ UV- Vis nước thải sau xử lý theo thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cỏch điện cực 30 cm; pH= 7,06; thể tớch 280 mL) 0 2 4 6 8 10 12 14 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 A bs Thời gian (phút)
Hỡnh 3. 25. Độ hấp thụ cực đại của dung dịch nước thải sau xử lý ở bước súng 580 nm theo thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cỏch điện cực 30 cm;
0 2,5 5 7,5 10 12,5 8 9 10 11 12 13 14 15 16 T O C ( m g/ L) Thời gian (phút)
Hỡnh 3. 26. Tổng cacbon hữu cơ (TOC) dung dịch nước thải sau xử lý theo thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cỏch điện cực 30 cm; pH= 7,06; thể tớch
280 mL)
Từ Hỡnh 3.26 nhận thấy, TOC dung dịch sau xử lý giảm khỏ nhanh theo thời gian, giảm từ 15,16 mg/L xuống 8,32 mg/L. Hiệu suất khống húa hồn tồn đạt 45,12% trong 12,5 phỳt. Xột trong thời gian phản ứng 12,5 phỳt, hiệu xuất khoỏng húa hồn tồn khi xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế (45,12%) thấp hơn so với xanh methylen (67,07%). Điều này cú thể do nước thải dệt nhuộm thực tế khụng chỉ chứa duy nhất một loại thuốc nhuộm mang màu mà là hỗn hợp nhiều chất hữu cơ phức tạp và bền khỏc nhaụ
Như vậy, phản ứng điện húa cao ỏp dịng một chiều sử dụng điện cực sắt đó cho thấy khả năng xử lý được nước thải dệt nhuộm thực tế. Tuy nhiờn hiệu suất xử lý chưa caọ Chớnh vỡ vậy cần cú thờm nghiờn cứu chun sõu nhằm nõng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm của phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận
Đó thử nghiệm được khả năng tạo nano sắt của phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt. Sản phẩm điện phõn là dung dịch nano sắt, kớch thước hạt nano phõn bố khụng đều, phõn bố trong khoảng 20-100 nm. Trong q trỡnh phản ứng cú xuất hiện plasma điện cực ở phỳt thứ 26.
Phản ứng điện húa cao ỏp dịng một chiều sử dụng điện cực sắt cú thể tạo ra đồng thời cỏc q trỡnh oxy húa mạnh như fenton điện húa, nano sắt, plasma điện cực. Từ đú cung cấp khả năng oxy húa, phõn hủy, thậm chớ khống húa trực tiếp cỏc hợp chất hữu cơ trong nước.
Thử nghiệm khả năng xử lý xanh methylen trong nước, cỏc yếu tố thớ nghiệm như điện ỏp, khoảng cỏch điện cực, diện tớch tiếp xỳc với mơi trường điện phõn ảnh hưởng trực tiếp tới q trỡnh oxy húa, quỏ trỡnh tạo plasma và phõn hủy xanh methylen.
Đỏnh giỏ khảo sỏt ảnh hưởng của điện thế đến khả năng xử lý xanh methylen bằng phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt, ở cỏc điều kiện điện ỏp thay đổi từ 1 đến 3,5 kV. Trong đú điều kiện điện ỏp 3,5 kV, hiệu suất phõn hủy xanh methylen đạt 74%, -là điều kiện tối ưu xỏc định được.
Đỏnh giỏ khảo sỏt ảnh hưởng của khoảng cỏch điện cực đến khả năng xử lý xanh methylen bằng phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt, ở cỏc điều kiện khoảng cỏch điện cực thay đổi từ 20 cm đến 40 cm. Trong đú điều kiện khoảng cỏch điện cực 20 cm, hiệu suất phõn hủy xanh methylen đạt 62,7% là điều kiện tối ưu xỏc định được.
Đỏnh giỏ khảo sỏt ảnh hưởng của diện tớch điện cực anot tiếp xỳc với mụi trường điện phõn đến khả năng xử lý xanh methylen bằng phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt, ở cỏc điều kiện diện tớch điện cực anot thay đổi từ 19,6 mm2 đến 805 mm2. Trong đú điều kiện diện tớch điện cực anot 19,6 mm2, hiệu suất phõn hủy xanh methylen đạt 97,25% là điều kiện tối ưu xỏc định được.
chất cần xử lý, bản chất chất hữu cơ ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng xử lý của quỏ trỡnh. Từ cỏc thớ nghiệm cũng cho thấy vai trị quan trọng của plasma trong q trỡnh phõn hủy xanh methylen.
Đỏnh giỏ khảo sỏt ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý xanh methylen bằng phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt, ở cỏc điều kiện pH thay đổi từ 4 đến 10. Trong đú điều kiện pH= 4,06, hiệu suất phõn hủy xanh methylen đạt 64% là điều kiện tối ưu xỏc định được.
Đỏnh giỏ khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ xanh methylen ban đầu đến khả năng xử lý xanh methylen bằng phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt, ở cỏc điều kiện nồng độ xanh methylen thay đổi từ 50 mg/L đến 400 mg/L. Kết quả cho thấy, phản ứng điện húa cao ỏp dũng một chiều sử dụng điện cực sắt diễn ra mónh liệt, cho mụi trường oxy húa mạnh khi nồng độ xanh methylen ban đầu caọ Điều kiện thớ nghiệm, nồng độ xanh methylen 400 mg/L, hiệu suất phõn hủy xanh methylen đạt 98,2% là điều kiện tối ưu xỏc định được.
Với cỏc điều kiện tối ưu tỡm ra được, phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt cú khả năng phõn hủy xanh methylen đạt 99,6%, hiệu suất khống húa đạt 81,9% trong thời gian 15 phỳt.
Thử nghiệm xử lý nước thải dệt nhuộm thu thập tại làng Vạn Phỳc, Hà Đụng, Hà Nộị Trong điều kiện thớ nghiệm (điện ỏp 1,5 kV, khoảng cỏch điện cực 30 cm, tỉ lệ diện tớch điện cực anot/catot= 1), hiệu quả xử lý màu đạt 100 % trong 10 phỳt. Kộo dài thời gian phản ứng lờn 12,5 phỳt, hiệu quả khống húa đạt 45,12%.
Phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt thớch hợp dử dụng trong cỏc cụng đoạn tiền xử lý cỏc chất hữu cơ khú phõn hủỵ
Khuyến nghị
1. Nghiờn cứu cơ chế oxy húa xanh methylen bởi phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt.
2. Nghiờn cứu nõng cao hiệu quả oxy húa của phản ứng điện húa cao ỏp một chiều sử dụng điện cực sắt đối với nước thải dệt nhuộm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Hội Húa học Việt Nam, Xử lý nước thải ngành dệt nhuộm, truy cập ngày 20 thỏng 05 năm 2019, website: http://csv.net.vn/Xu-ly-nuoc-thai-nganh-det- nhuom.html.
2. Nguyễn Đức Hựng (2012), “Khả năng chế tạo dung dịch nano kim loại bằng quỏ trỡnh hịa tan anot với điện ỏp cao”, Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ, 50 (6), tr. 669–676.
3. Nguyễn Đức Hựng (2012), “Phản ứng điện húa tại điện ỏp cao với plasma điện cực” Tạp chớ Húa học, 50(ĐB), tr. 103–111.
4. Nguyễn Đức Hựng, Nguyễn Tiến Dũng, Mai Văn Phước, Nguyễn Minh Thựy (2012), “Điều chế dung dịch nano bạc kim loại bằng cụng nghệ điện húa siờu cao ỏp để diệt khuẩn”, KT&TB/Tổng cục Kỹ thuật BQP, 140, tr. 43- 47. 5. Nguyễn Thị Hoàng Mai (2011), Bỏo cỏo cập nhật ngành dệt may 10T-2011, Hà
Nộị Tiếng Anh
6. S. C. Ameta (2018), “Introduction” in Advanced oxidation processes for waste water treatment, Elsevier, pp. 1–12.
7. Ạ Babuponnusami and K. Muthukumar (2014), “A review on fenton and improvements to the fenton process for wastewater treatment”, J. Environ. Chem. Eng., 2(1), pp. 557–572.
8. Ạ S. Bansode et al. (2017), “Effective degradation of organic water pollutants by atmospheric non- thermal plasma torch and analysis of degradation process”, Chemosphere, 167, pp. 396–405, Jan. 2017.
9. G. Belmont, L. Rezeau, C. Riconda, Ạ Zaslavsky (2019), “What is plasmả” in Introduction to plasma physics, pp. 1- 32, https://doịorg/10.1016/B978-1- 78548-306-6.50001-9.
“Electrochemical incineration of glucose as a model organic substratẹ IỊ Role of active chlorine mediation”, J. Electrochem. Soc., 147(2), pp. 592.
11. J. Ạ Caram, M. J. Banera, J. F. M. Suỏrez, M. V Mirớfico (2017), “Electrochemical behaviour of anthraquinone dyes in non aqueous solvent solution: Part Ị Medium effect on the electrochemical behaviour”, Electrochim. Acta, 249, pp. 431–445.
12. S. Ỵ Chen (2004), Discoloration and degradation of azo dyes by nanoscale iron particles, Lehigh Universitỵ
13. Z. Chen, X. Jin, Z. Chen, M. Megharaj, R. Naidu (2011), “Removal of methyl orange from aqueous solution using bentonite-supported nanoscale zero- valent iron”, J. Colloid Interface Scị, 363(2), pp. 601–607.
14. L. Chandana, P. Manoj Kumar Ređy, C. Subrahmanyam (2015), “Atmospheric pressure non-thermal plasma jet for the degradation of methylene blue in aqueous medium”, J. Chem. Eng., 282, pp. 116–122, 2015.
15. M. Ạ Hassan, M. M. El Jamal (2012), “Kinetic study of the electrochemical oxidation of methylene blue with pt electrode”, Portugaliae Electrochimica Acta, 30(5), 351–359, https://doịorg/10.4152/peạ201205351.
16. L. Hossain, S. K. Sarker, M .S . Khan (2018), “Evaluation of present and future wastewater impacts of textile dyeing industries in Bangladesh”,
Environmental Development, 26, pp. 23–33.
https://doịorg/10.1016/j.envdev.2018.03.005.
17. B. Jiang, Jingtang Zheng, Shi Qiu, Mingbo Wu, Qinhui Zhang, ZifengYan, Qingzhong Xue (2014), “Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation”, J. Chem. Eng., 236, pp. 348–368.
18. D. Kanakaraju, B. D. Glass, M. Oelgemửller (2018), “Advanced oxidation process-mediated removal of pharmaceuticals from water: A review”, Journal of Environmental Management, 219. pp. 189–207.
19. Ẹ Lacasa, P. Caủizares, F. C. Walsh, M. Ạ Rodrigo, C. Ponce-de-Leún (2019), “Removal of methylene blue from aqueous solutions using an Fe2+ catalyst
and in-situ H2O2 generated at gas diffusion cathodes”, Electrochim. Acta, 308, pp. 45–53.
20. S. T. Liu, J. Huang, Ỵ Ye, Ạ B. Zhang, L. Pan, X. G. Chen (2013), “Microwave enhanced Fenton process for the removal of methylene blue from aqueous solution”, J. Chem. Eng., 215–216, pp. 586–590, 2013.
21. J. Lye (2002), “Colour chemistry”, Color Res. Appl., 27(5), pp. 376–377.
22. P. Mandal, B. K. Dubey, Ạ K. Gupta (2017), “Review on landfill leachate treatment by electrochemical oxidation: Drawbacks, challenges and future scope”, Waste Manag, 69, pp. 250-273.
23. P. Manoj Kumar Ređy, B. Rama Raju, J. Karuppiah, Ẹ Linga Ređy, C. Subrahmanyam (2013), “Degradation and mineralization of methylene blue by dielectric barrier discharge non-thermal plasma reactor”, J. Chem. Eng., 217, pp. 41–47.
24. M. S. Morsi, Ạ Ạ Al-Sarawy, W. Ạ S. El-Dein (2011), “Electrochemical degradation of some organic dyes by electrochemical oxidation on a Pb/PbO2 electrode”, Desalin. Water Treat., 26(1–3), pp. 301–308.
25. F. C. Moreira, R. Ạ R. Boaventura, Ẹ Brillas, and V. J. P. Vilar (2017),