6. Đối tượng nghiên cứu
2.2Mô hình nghiên cứu
Các thí nghiệm được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm trong các cốc thủy tinh 250 ml.
Hình 2.1 Mô hình thí nghiệm 2.3 Cách tiến hành thí nghiệm
2.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định pH tối ưu trong việc xử lý COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng hệ Fenton. nước thải dệt nhuộm bằng hệ Fenton.
Ta tiến hành cố định tỷ lệ (mol/mol) H2O2/COD và tỷ lệ (mol/mol) Fe2+/H2O2, sau đó thay đổi pH của phản ứng để tìm ra pH tối ưu cho quá trình Fenton.
Chọn tỷ lệ (mol/mol) H2O2/COD = 0,5/1 tỷ lệ (mol/mol) Fe2+/H2O2 = 1/10
2.3.1.1 Thí nghiệm 1a:Khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu quả xử lý COD và độ màu của quá trình Fenton. độ màu của quá trình Fenton.
Mục đích của thí nghiệm này là tiến hành khảo sát khoảng pH hiệu quả để từ đó có thể xác định pH tối ưu cho quá trình Fenton.
Cho vào các cốc thủy tinh, mỗi cốc 100 ml nước thải dệt nhuộm, giá trị pH của nước thải sẽ được điều chỉnh ở các giá trị từ 2 – 6 bằng H2SO4 0,1%.
Cho 0,35 ml H2O2 và 0,28 ml phèn FeSO4.7H2O vào cốc. Khuấy đều các dung dịch trong cốc thủy tinh 5 phút sau đó để cho dung dịch lắng trong 1h.
Sau 1h thêm 4 giọt polyme anion và nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH 0,1%. Để yên cho dung dịch lắng 30 phút, lấy phần nước trong phía trên đo độ màu và COD.
2.3.1.2 Thí nghiệm 1b:Xác định pH tối ưu của hệ Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm. dệt nhuộm.
Sau khi khảo sát được khoảng pH hiệu quả ở Thí nghiệm 1a ta tiến hành khảo sát chi tiết hơn các giá trị pH nằm trong khoảng pH hiệu quả đó để xác định pH tối ưu cho quá trình Fenton.
Cho vào các cốc thủy tinh, mỗi cốc 100 ml nước thải dệt nhuộm, giá trị pH của nước thải sẽ được điều chỉnh ở các giá trị nằm trong khoảng pH hiệu quả đã xác định ở Thí nghiệm 1a.
Cho 0,35 ml H2O2 và 0,28 ml phèn FeSO4.7H2O vào cốc. Khuấy đều các dung dịch trong cốc thủy tinh 5 phút sau đó để cho dung dịch lắng trong 1h.
Sau 1h thêm 4 giọt polyme anion và nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH 0,1%. Để yên cho dung dịch lắng 30 phút, lấy phần nước trong phía trên đo độ màu và COD.
2.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu trong việc xử lý COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng hệ Fenton. độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng hệ Fenton.
Khi tìm được giá trị pH tối ưu ở Thí nghiệm 1 ta sẽ tiến hành cố định giá trị pH đồng thời cố định tỷ lệ (mol/mol) H2O2/COD sau đó thay đổi tỷ lệ (mol/mol) Fe2+/H2O2 để tìm ra tỷ lệ Fe2+/H2O2tối ưu cho quá trình Fenton.
2.3.2.1 Thí nghiệm 2a: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ Fe2+/H2O2 lên hiệu quả xử lý COD và độ màu của quá trình Fenton
Ở thí nghiệm này ta sẽ khảo sát để tìm ra khoảng tỷ lệ Fe2+/H2O2 hiệu quả để hỗ trợ cho việc xác định tỷ lệ Fe2+/H2O2tối ưu cho quá trình Fenton.
Cho vào các cốc thủy tinh, mỗi cốc 100 ml nước thải dệt nhuộm, giá trị pH của nước thải sẽ được điều chỉnh ở pH tối ưu bằng H2SO4 0,1%.
Chovào cốc 0,35 ml H2O2 và lượng phèn FeSO4.7H2O thay đổi dựa theo sự thay đổi tỷ lệ Fe2+/H2O2. Các mẫu thí nghiệm được cho phèn theo tỷ lệ Fe2+/H2O2 lần lượt là 2/10, 4/10, 6/10, 8/10, 10/10, 12/10, 14/10, 16/10. Khuấy đều các dung dịch trong cốc thủy tinh 5 phút sau đó để cho dung dịch lắng trong 1h.
Sau 1h thêm 4 giọt polyme anion và nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH 0,1%. Để yên cho dung dịch lắng 30 phút, lấy phần nước trong phía trên đo độ màu và COD.
2.3.2.2 Thí nghiệm 2b: Xác định tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu của hệ Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm lý nước thải dệt nhuộm
Sau khi tìm được khoảng tỷ lệ Fe2+/H2O2 hiệu quả ở Thí nghiệm 2a ta tiến hành khảo sát để xác định tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu cho quá trình Fenton.
Cho vào các cốc thủy tinh, mỗi cốc 100 ml nước thải dệt nhuộm, giá trị pH của nước thải sẽ được điều chỉnh ở pH tối ưu bằng H2SO4 0,1%.
Chovào cốc 0,35 ml H2O2 và lượng phèn FeSO4.7H2O thay đổi dựa theo sự thay đổi tỷ lệ Fe2+/H2O2. Tỷ lệ nàynằm trong khoảng tỷ lệ Fe2+/H2O2 hiệu quả đã
khảo sát trong Thí nghiệm 2a. Khuấy đều các dung dịch trong cốc thủy tinh 5 phút sau đó để cho dung dịch lắng trong 1h.
Sau 1h thêm 4 giọt polyme anion và nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH 0,1%. Để yên cho dung dịch lắng 30 phút, lấy phần nước trong phía trên đo độ màu và COD.
2.3.3 Thí nghiệm 3: Xác định nồng độ Fe2+ và H2O2 tối ưu trong việc xử lý COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng hệ Fenton. COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng hệ Fenton.
Để xác định nồng độ Fe2+ và H2O2 tối ưu ta cần phải xác định được tỷ lệ H2O2/COD tối ưu. Dựa trên tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu và tỷ lệ H2O2/COD tối ưu có thể suy ra được nồng độ Fe2+ và H2O2 tối ưu cho quá trình Fenton.
Ở Thí nghiệm 2 ta đã khảo sát được tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu. Tiếp theo ta tiến hành khảo sát tỷ lệ H2O2/COD tối ưu bằng cách cố định pH tối ưu đã được xác định ở Thí nghiệm 1 và cố định tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu đã được xác định ở Thí nghiệm 2, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sau đó thay đổi tỷ lệ H2O2/COD.
2.3.3.1 Thí nghiệm 3a: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/COD lên hiệu quả xử lý COD và độ màu của quá trình Fenton. xử lý COD và độ màu của quá trình Fenton.
Mục đích của thí nghiệm này là tiến hành khảo sát khoảng tỷ lệ H2O2/COD hiệu quả để từ đó có thể xác định tỷ lệ H2O2/COD tối ưu cho quá trình Fenton.
Cho vào các cốc thủy tinh, mỗi cốc 100 ml nước thải dệt nhuộm, giá trị pH của nước thải sẽ được điều chỉnh ở pH tối ưu bằng H2SO4 0,1%.
Cho vào cốc lượng H2O2 và lượng phèn FeSO4.7H2O thay đổi dựa theo sự thay đổi tỷ lệ giữa H2O2/COD. Ở đây tỷ lệ H2O2/COD qua các mẫu lần lượt là 0,25/1, 0,5/1, 1/1, 1,5/1, 2/1, 2,5/1, 3/1, 3,5/1. Khuấy đều các dung dịch trong cốc thủy tinh 5 phút sau đó để cho dung dịch lắng trong 1h.
Sau 1h thêm 4 giọt polyme anion và nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH 0,1%. Để yên cho dung dịch lắng 30 phút, lấy phần nước trong phía trên đo độ màu và COD.
2.3.3.2 Thí nghiệm 3b: Xác định tỷ lệ H2O2/COD tối ưu của hệ Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm. lý nước thải dệt nhuộm.
Sau khi khảo sát được khoảng tỷ lệ H2O2/COD hiệu quả ở Thí nghiệm 3a ta tiến hành khảo sát chi tiết hơn các tỷ lệ H2O2/COD nằm trong khoảng tỷ lệ H2O2/COD hiệu quả để xác định tỷ lệ H2O2/COD tối ưu cho quá trình Fenton.
Cho vào các cốc thủy tinh, mỗi cốc 100 ml nước thải dệt nhuộm, giá trị pH của nước thải sẽ được điều chỉnh ở pH tối ưu bằng H2SO4 0,1%.
Cho vào cốc lượng H2O2 và lượng phèn FeSO4.7H2O như Thí nghiệm 3a với những giá trị nằm trong khoảng tỷ lệ H2O2/COD hiệu quả. Khuấy đều các dung dịch trong cốc thủy tinh 5 phút sau đó để cho dung dịch lắng trong 1h.
Sau 1h thêm 4 giọt polyme anion và nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH 0,1%. Để yên cho dung dịch lắng 30 phút, lấy phần nước trong phía trên đo độ màu và COD. 2.4 Hóa chất - H2O2 6% - FeSO4.7H2O 3% - Acid Sulfuric H2SO4 - NaOH tinh thể - Polyme anion
Tất cả các dung dịch phèn, H2O2, acid và bazơ được pha loãng bằng nước cất để đạt nồng độ cần sử dụng trong quá trình thí nghiệm.
2.5 Phương pháp phân tích 2.5.1 Phương pháp đo pH 2.5.1 Phương pháp đo pH
Việc đo pH được thực hiện trên máy pH kế kết hợp với máy khuấy từ tăng độ khuấy trộn cho dung dịch.
2.5.2 Phương pháp đo độ màu
Độ màu (Color) của mẫu nước thải được xác định trên máy đo DR/2000 với chương trình 120 ở bước sóng λ = 455nm.
2.5.3 Phương pháp đo COD
COD được xác định bằng cách đun hồi lưu mẫu thử với lượng kali dicromat đã biết trước khi có mặt thủy ngân (II) sunfat và xúc tác bạc trong axit sunfuric đậm đặc trong khoảng thời gian nhất định. Trong quá trình đó có một phần đicromat bị khử do có sự có mặt các chất có khả năng bị oxy hóa. Chuẩn lượng dicromat còn lại với sắt (II) amoni sunfat. Tính toán giá trị COD từ lượng đicromat bị khử (Phụ lục 3).
2.5.4 Phương pháp đo TSS
TSS được xác định bằng cách lọc mẫu qua giấy lọc sợi thủy tinh tiêu chuẩn (đã cân xác định trong lượng ban đầu), sau đó làm khô giấy lọc có cặn đến trọng lượng không đổi ở nhiệt độ 103 – 105oC. Độ tăng trọng lượng giấy lọc sau khi sấy chính là tổng chất rắn lơ lửng (Phụ lục 4).
2.5.5 Phương pháp thí nghiệm thực nghiệm
Đề tài thực hiện nghiên cứu thực nghiệm từ PTN có đủ dụng cụ, thiết bị, hóa chất cần thiết. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu, phương pháp phân tích mẫu nước thải dưa trên tiêu chuẩn đánh giá QCVN 13 : 2008/BTNMT. Tiến hành thí nghiệm được lặp lại nhiều lần để lấy kết quả tin cậy.
2.5.6 Phương pháp xử lý số liệu
Kết quả thí nghiệm và khảo sát được nhập vào phần mềm Microsoft Word, Excel, để xử lý đưa ra bảng biểu, đồ thị, bản vẽ tìm các kết quả nghiên cứu tin cậy và tối ưu.
2.5.7 Phương pháp tổng hợp tài liệu
Các tài liệu liên quan đề tài được thu thập từ sách, báo, internet, thư viện… được tổng hợp so sánh, phân tích, đánh giá.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1 Xác định các thông số đầu vào của nước thải
Khảo sát các chỉ tiêu ban đầu của nước thải như: pH, nhiệt độ, độ màu, COD, TSS. Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu ban đầu của mẫu nước thải Công ty CP Dệt Tân Tiến được trình bày trong Bảng 3.1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.1 Các thông số của nước thải đầu vào Công ty CP Dệt Tân Tiến
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN
13:2008/BTNMT (B) pH - 7,86 5,5 – 9 COD mg/l 393 135 Độ màu Pt – Co 1150 150 Nhiệt độ oC 50 40 TSS mg/l 208 90
Nhận xét: Các thông số ở Bảng 3.1 cho ta thấy tất cả các chỉ tiêu của nước thải đầu vào đều vượt QCVN 13:2008/BTNMT cho nước thải dệt may. Chỉ tiêu COD vượt 2,91 lần, độ màu vượt 7,67 lần, TSS vượt 2,31 lần so với QCVN.
3.2 Thí nghiệm 1
Xác định pH tối ưu trong việc xử lý COD và độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng hệ Fenton
3.2.1 Thí nghiệm 1a
Khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu quả xử lý COD và độ màu của quá trình Fenton.
Để khảo sát khoảng pH hiệu quả ta cố định các thông số như tỷ lệ H2O2/COD, tỷ lệ Fe2+/H2O2 đồng thời cho pH thay đổi từ 2 – 6. Các thông số của
Thí nghiệm 1a được trình bày trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2 Các thông số của thí nghiệm 1a
Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pH 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Tỷ lệ H2O2/COD 0,5:1 Tỷ lệ Fe2+/H2O2 1:10 Fe2+ (ml) 0,28 H2O2 (ml) 0,35
Polyme anion 4 giọt
Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH lên hiệu quả xử lý COD và độ màu của quá trình Fenton được trình bày trong BảngP 2.1, BảngP 2.2 và được thể hiện trong Hình 3.1. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 pH H iệ u s u ất ( % ) COD Độ màu
Hình 3.1 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa hiệu quả xử lý COD, độ màu và pH
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy khoảng pH hiệu suất xử lý nước thải dệt nhuộm từ 2,5 – 4,5 và cao nhất tại pH = 3. Khi pH thấp hơn 2,5 và pH cao hơn 4,5 hiệu suất xử lý độ màu và COD của thí nghiệm rất thấp.
Đối với hiệu quả xử lý COD, tại pH = 3 hiệu quả xử lý COD đạt 69,1%, cao gấp 1,25 lần so với tại pH = 2,5 và 1,27 lần so với pH = 4,5. Khi pH nằm ngoài khoảng 2,5 – 4,5 thì hiệu suất xử lý giảm đi. Điển hình như tại pH = 5 hiệu suất xử lý COD đạt 47,9% (COD = 204,8 mg/l). Đặc biệt khi pH = 2 và pH = 6, hiệu suất xử lý COD thấp, chỉ đạt trên dưới 47%.
Đối với độ màu, hiệu quả xử lý cao nhất cũng đạt tại pH = 3 là 30%, gấp 1,4 lần so với tại pH = 2,5 và gấp 1,5 lần so với pH = 4,5. Khi pH > 4,5 và pH < 2,5 thì hiệu xuất xử lý độ màu giảm nhanh. Tại pH = 2 và pH = 6, hiệu quả xử lý độ màu chỉ đạt dưới 10%.
Điều này có thể giải thích do pH nằm trong khoảng từ 2,5 – 4,5 các phần tử Fe(II) tồn tại ở dạng Fe2+(aq) thuận lợi cho phản ứng hydroxyl tự do *OH. Khi pH thấp hay cao hơn khoảng trên thì OH- hay H+ dư sẽ là chất tìm diệt gốc *OH theo phương trình:
*OH +OH-→ H2O + H+ (4.1)
*OH + H+ → H2O (4.2)
Ta tiếp tục tiến hành thí nghiệm tiếp theo với những khoảng pH hẹp hơn để tìm pH tối ưu cho quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng Fenton.
Để giảm lượng hóa chất keo tụ cần dùng ta bổ sung chất trợ keo tụ polyme anion tạo cầu nối liên kết giữa các hạt huyền phù đã mất tính bền. Tác dụng keo tụ của polyme là tạo được cầu nối giữa hai hay nhiều hạt huyền phù mà polyme là chiếc cầu đó, tức là một phân tử polyme được hấp phụ đồng thời trên hai hay nhiều hạt huyền phù. Do lực hấp phụ có tính cộng hợp nên tương tác giữa polyme và hạt huyền phù rất tốt (polyme chứa nhiều nhóm tương tác).
Tương tác đặc thù giữa polyme và hạt huyền phù còn xảy ra giữa các nhóm chức của polyme với các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất rắn lơ lửng. Polyme anion đóng vai trò trợ keo tụ, tức là phải phối hợp với chất keo tụ (Al3+, Fe3+). Trong quá trình đó, chất keo tụ có vai trò phá tính bền của hạt huyền phù, chất trợ keo tụ giúp quá trình liên kết các hạt đã mất tính bền lại với nhau. Sử dụng phối hợp giữa keo tụ và trợ keo tụ làm giảm liều lượng chất keo tụ, tăng hiệu quả nhiều mặt. Lượng chất trợ keo tụ thường rất nhỏ (dưới 0,5 g/m3).
3.2.2 Thí nghiệm 1b
Xác định pH tối ưu của hệ Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm.
Để xác định pH tối ưu của hệ Fenton ta cần tiến hành khảo sát các giá trị pH nằm trong khoảng pH hiệu quả đã xác định ở Thí nghiệm 1a. Các thông số của Thí nghiệm 1b được trình bày trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3 Các thông số của thí nghiệm 1b
Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pH 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 Tỷ lệ H2O2/COD 0,5/1 Tỷ lệ Fe2+/H2O2 1/10 Fe2+ (ml) 0,28 H2O2 (ml) 0,35
Polyme anion 4 giọt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả thí nhiệm xác định pH tối ưu cho quá trình Fenton được trình bày trong BảngP 2.3, BảngP 2.4 và đượcthể hiện trong Hình 3.2.
10 20 30 40 50 60 70 80 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 pH H iệ u s u ấ t (% ) COD Độ màu
Hình 3.2 Đồ thị thể hiện pH tối ưu của quá trình Fenton
Từ kết quả cho thấy hiệu quả xử lý độ màu và COD đạt tốt nhất khi pH = 3. Lúc này COD của nước thải giảm từ 393 mg/l xuống còn 121,6 mg/l, hiệu suất xử lý đạt 69,1%, cao hơn hiệu suất xử lý tại pH = 2,8 (COD = 134,4) và cao hơn hiệu suất xử lý tại pH = 3,2 (COD = 144 mg/l). Tại pH > 3,2 và pH < 2,8 hiệu suất xử lý giảm dần, chỉ đạt xấp xỉ trên dưới 60%. Hiệu quả xử lý độ màu tại pH = 3 là 30%,