6. Đối tượng nghiên cứu
2.5Phương pháp phân tích
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.
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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
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%, cao gấp 1,2 lần so với hiệu quả xử lý độ màu tại pH = 2,8 và 1,05 lần tại pH = 3,2. Tại pH > 3,2 và pH < 2,8 hiệu suất xử lý độ màu giảm dần.
Sở dĩ có được điều này vì tại giá trị pH bằng 3, hệ Fe (II)/H2O2 tạo ra được nhiều gốc tự do hydroxyl *OH nhất, chính các gốc tự do này tham gia vào phản ứng bẻ gãy liên kết đôi nhóm mang màu của các phân tử thuốc nhuộm làm cho độ màu của nước thải giảm.
Có thể thấy quá trình Fenton chỉ có hiệu quả cao khi tiến hành trong điều kiện pH phù hợp do ở pH cao sẽ xảy ra kết tủa feric hydrat oxyhydroxit Fe2O3.nH2O. Hiện tượng kết tủa này có thể tránh được nếu thêm vào các phối tử có khả năng tạo phức với Fe(III) lúc này Fe(III) sẽ ở dạng hòa tan ngay ở pH cao. Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và nồng độ Fe2+ từ đó ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất
hữu cơ. Trong môi trường axit sẽ rất thuận lợi cho quá trình tạo gốc hydroxyl tự do
*OH theo phản ứng sau:
Fe+2 + H2O2 → Fe3+ + *OH + OH- (4.3)
Trong môi trường pH cao quá trình kết tủa Fe3+ nhanh hơn quá trình khử của phản ứng:
Fe+3 + H2O2 → Fe2+ + H+ + H2O* (4.4)
làm giảm nguồn tạo ra Fe2+ và thành yếu tố hạn chế tốc độ của phản ứng.
Vậy ta chọn pH = 3 là pH tối ưu của quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3 Thí nghiệm 2
Xác định tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu trong việc xử lý COD và độ màu của nước thải dệt nhộm bằng hệ Fenton.
3.3.1 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.
Cố định pH = 3 là pH tối ưu đã được xác định ở Thí nghiệm 1 đồng thời cố định tỷ lệ H2O2/COD, tiến hành thay đổi tỷ lệ Fe2+/H2O2 để tìm ra khoảng tỷ lệ Fe2+/H2O2 hiệu quả. Các thông số của Thí nghiệm 2a được trình bày trong Bảng 3.4.
Bảng 3.4 Các thông số của thí nghiệm 2a
Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 pH 3 Tỷ lệ H2O2/COD 0,5/1 Tỷ lệ Fe2+/H2O2 2/10 4/10 6/10 8/10 10/10 12/10 14/10 16/10 Fe2+ (ml) 1,14 2,28 3,41 4,55 5,69 6,83 7,79 9,1 H2O2 (ml) 0,35
Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ Fe2+/H2O2 lên hiệu quả xử lý COD và độ màu của quá trình Fenton được trình bày trong BảngP 2.5, BảngP 2.6
và được thể hiện trong Hình 3.3.
20 30 40 50 60 70 80 90 Hiệu suất (%) 2,0/10 4,0/10 6,0/10 8,0/10 10,0/10 12,0/10 14,0/10 16,0/10 Tỷ lệ phèn/H2O2 COD Độ màu
Hình 3.3 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa hiệu quả xử lý COD, độ màu và tỷ lệ Fe2SO4.7H2O/H2O2
Khi thay đổi tỷ lệ Fe2+/H2O2 cụ thể là thay đổi liều lượng Fe (II) ta thấy COD và độ màu của nước thải có sự thay đổi rõ rệt. Tại tỷ lệ 2/10 hiệu suất xử lý độ màu là 33,2 % và COD đạt hiệu suất xử lý là 71,5 %. Tại tỷ lệ 4/10, độ màu của nước thải sau xử lý là thấp nhất, còn 456 Pt – Co, đạt hiệu suất 60,3 % và COD trong nước thải giảm xuống còn 70,4 mg/l, đạt hiệu suất 82,1 %. Khi tỷ lệ Fe2+/H2O2 tăng lên 6/10 và 8/10 hiệu quả xử lý độ màu bắt đầu giảm còn 52% và 49,7%, hiệu quả xử lý COD đạt 77,2 % và 75,6%, kém hơn so với hiệu suất tại tỷ lệ 4/10. Tiếp tục tăng tỷ lệ Fe2+/H2O2, hiệu suất xử lý độ màu và COD của nước thải giảm mạnh. Từ đồ thị trên cho thấy hiệu quả xử lý COD và độ màu đạt hiệu quả cao nhất khi tỷ lệ giữa Fe2+/H2O2 nằm trong khoảng từ 2/10 – 6/10.
Điều này có thể giải thích do phèn sắt FeSO4 khi cho vào nước phân ly thành Fe2+ và bị thuỷ phân thành Fe(OH)2 theo phương trình:
Fe2+ + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H+ (4.5)
Sau thời gian khi nâng pH lên 7 – 8 sẽ xảy ra hiện tượng kết tủa của Fe3+ xảy ra nhanh hơn quá trình khử oxy không khí tiếp xúc với dung dịch sẽ tạo thành Fe(OH)3 kết tủa lắng xuống.
4Fe(OH)2 + O2 + H2O → 4Fe (OH)3 (4.6)
Khi lượng phèn cho vào ít, các ion Fe2+ sinh ra không đủ để làm nhiệm vụ xúc tác, số lượng gốc hydroxyl sinh ra ít không đủ để oxy hóa các hợp chất hữu cơ nên hiệu quả xử lý COD chưa cao, độ màu của nước thải sau xử lý giảm không đáng kể.
Mặt khác khi lượng phèn cho vào vượt quá liều lượng cần thiết, tương tác hóa học giữa hạt huyền phù gây bẩn và hydroxit làm cho điện tích hạt keo thay đổi từ âm sang dương (hiện tượng đảo dấu điện tích), hệ huyền phù bền trở lại, độ màu nước thải tăng lên.
Hình 3.4 Thí nghiệm 2a
3.3.2 Thí nghiệm 2b
Với việc tiến hành Thí nghiệm 2a ta tìm được khoảng tỷ lệ Fe2+/H2O2 hiệu quả của quá trình Fenton. Để xác định tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu của quá trình Fenton ta tiến hành thí nghiệm với những khoảng nhỏ hơn. Các thông số của Thí nghiệm 2b
được trình bày trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5 Các thông số của thí nghiệm 2b
Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pH 3 Tỷ lệ H2O2/COD 0,5:1 Tỷ lệ Fe2+/H2O2 2,4:10 2,8:10 3,2:10 3,6:10 4:10 4,4:10 4,8:10 5,2:10 5,6:10 Fe2+ (ml) 1,37 1,59 1,82 2,05 2,28 2,5 2,73 2,96 3,19 H2O2 (ml) 0,35
Polyme anion 4 giọt
Kết quả khảo tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu của quá trình Fenton được trình bày trong BảngP 2.7, BảngP 2.8 và được thể hiện trong Hình 3.5.
30 40 50 60 70 80 90 Hiệu suất (%) 2,4:10 2,8:10 3,2:10 3,6:10 4,0:10 4,4:10 4,8:10 5,2:10 5,6:10 Tỷ lệ phèn/H2O2 COD Độ màu
Hình 3.5Đồ thị thể hiện tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu của quá trình Fenton
Kết quả phân tích cho thấy với tỷ lệ Fe2+/H2O2 là 4,4/10 thìhiệu suất xử lý COD cao nhất đạt 87%, cao gấp 1,2 lần so với hiệu suất xử lý tại tỷ lệ 2,4/10 và gấp
1.08 lần tại tỷ lệ 5,6/10. Tương ứng tại tỉ lệ Fe2+/H2O2 là 4,4/10 thì hiệu suất xử lý màu đạt 75,3 %, cao gấp 2,2 lần so với hiệu suất xử lý tại tỷ lệ 2,4/10 và gấp 1,79 lần tại tỷ lệ 5,6/10. Với tỷ lệ Fe2+/H2O2 cao hơn hay thấp hơn 4,4/10 đều có hiệu suất xử lý COD và độ màu thấp hơn so với tại tỷ lệ 4,4/10. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có thể nói lượng phèn cho vào ít thì gốc *OH sinh ra ít, vai trò oxy hóa chất hữu cơ lúc đó sẽ do H2O2 đảm nhận. Vì H2O2 là tác nhân oxy hóa yếu hơn *OH nên độ màu và COD sau xử lý vẫn cao. Tuy nhiên nếu sử dụng quá nhiều phèn sẽ không có lợi ích về kinh tế trong khi hiệu quả xử lý không tăng thêm. Khi lượng phèn sử dụng cho quá trình là hợp lý sẽ giúp sản sinh nhiều các gốc *OH và tăng tính oxy hóa cho quá trình.
Các thí nghiệm sẽ thêm vào mỗi cốc 4 giọt polyme làm chất trợ keo tụ, tạo cầu nối để các bông cặn dính kết và lắng xuống tốt nhất. Nếu lượng polyme sử dụng nhiều dẫn đến dư thừa sẽ làm tăng COD, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
Vậy tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu của quá trình Fenton là 4,4:10.
Hình 3.6 Thí nghiệm 2b
3.4 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.
Để xác định nồng độ Fe2+ và H2O2 tối ưu ta cần xác định được tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu và tỷ lệ H2O2/COD tối ưu. Qua Thí nghiệm 2 ta đã xác định được tỷ lệ Fe2+/H2O2 tối ưu còn tỷ lệ H2O2/COD tối ưu sẽ được xác định được trong Thí