4.2.2.1. Ngh ên cứu ảnh hưởng của thờ g an phản ứng và pH đến h ệu suất và tốc độ phân hủy của DDNP trong hệ UV-Fenton.
a/ Thử nghiệm với mẫu tự tạo
Để khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và tốc độ phân hủy DDNP, luận văn đã tiến hành thử nghiệm ở các trường hợp pH 3;7;9. Nồng độ DDNP ban đầu là 370,4 mg/l. Kết quả thử nghiệm được dẫn trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất xử lý DDNP (CoDDNP
=370,40 mg/l, H2O2/Fe2+ =20 , T=30 oC) Thời
gian (phút)
0 5 10 15 20 30 60 90 105 120 135 150 165 180
Kết quả thử nghiệm cho thấy ở điều kiện pH=3 tốc độ phân hủy hợp chất DDNP diễn ra nhanh và hiệu suất phản ứng đạt gần tối đa (98,69 %) tại thời điểm 90 phút, trong khi ở pH=7 và pH=9 thì tốc độ phản ứng r ấ t chậm, hiệu suất phản ứng tương ứng chỉ đạt 23,12 % và 19,40% sau 90 phút xử lý.
Từ kết quả thu được ta có các đồ thị liên quan được thể hiện trên hình 4.4.
Hình 4.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý DDNP
Khi tăng pH thì hiệu suất xử lý bị giảm, điều này có thể được giải thích bởi cơ chế phản ứng của quá trình Fenton chỉ diễn ra hiệu quả nhất tại khoảng pH thấp từ 2 đến 4, còn trong khoảng pH cao hơn thì phản ứng Fenton diễn ra rất chậm, đồng thời Fe2+ còn bị kết tủa, do đó không tạo được gốc tự do •OH.
Nhận xét: Từ kết quả dẫn trong bảng 4.4 ta nhận thấy nồng độ của DDNP giảm theo thời gian sau khi cho tác dụng với tác nhân UV- Fenton ở cả ba trường hợp: pH=3; pH=7 và pH=9; nhưng ở điều kiện pH=3, hiệu suất và tốc độ phản ứng cao hơn rất nhiều so với ở điều kiện pH=7 và pH=9. Điều này chứng tỏ quá trình phân hủy DDNP bằng tác nhân UV- Fenton diễn ra trong điều kiện pH=3 là phù hợp và đạt hiệu quả cao.
Kết quả đo các chỉ tiêu khác tương ứng tại các pH đến thời gian phản ứng t = 90 phút được thể hiện trong bảng 4.4.
Kết quả phân tích cho thấy ở điều kiện môi trường pH=3 các thông số COD, độ màu giảm mạnh, riêng thông số tổng N hầu như không thay đổi nhiều.
Ở điều kiện pH=7 và pH=9 hầu hết các thông số COD, độ màu, tổng N hầu như không giảm.
Bảng 4.4. Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton tại các pH thử nghiệm khác nhau
Thời
gian COD
(phút) (mg/l)
0 1.040
30 460
60 186
90 58
b. Thử nghiệm với mẫu nước thải Z121
Với kết quả thử nghiệm với nước thải tự tạo, Luận văn tiến hành ở cùng điều kiện với nước thải tại Nhà máy Z121 để có cơ sở so sánh, đánh giá. Kết quả phân tích chất lượng nước tại các điều kiện pH khác nhau được trình bày tại bảng 4.6.
Kết quả thử nghiệm với nước thải tại Nhà máy Z121 ở các điều kiện pH khác nhau cho thấy ở điều kiện pH=7 và pH=9 hầu hết các thông số điều không có sự thay đổi nhiều điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả thử nghiệm với nước thải tự tạo.
Từ kết quả thu được, trong các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi sử dụng điều kiện pH = 3.
Kết quả thử nghiệm cho thấy thời gian phản ứng tăng thì hiệu suất xử lý DDNP càng tăng. Tuy nhiên có thể thấy sau thời gian xử lý 90 phút thì hiệu suất xử lý tăng không đáng kể. Vì vậy luận văn đã chọn 90 phút là thời gian xử lý cho các thí nghiệm tiếp theo.
Bảng 4.5. Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton môi trường pH khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121
Thời pH=3
gian COD Độ màu
(phút)
(mg/l) (Pt/Co)
0 1.260 3.450
30 760 1.800
60 380 750
90 110 130
39
4.2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất và tốc độ phân hủy DDNP a. Thử nghiệm với mẫu tự tạo
Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện lượng DDNP ban đầu 370,4 mg/l, lượng FeSO4.7H2O là 1,75x10-2 M, lượng H2O2 là 3,5x10-1 M, nhiệt độ thay đổi từ 300C, 400C, 500C. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch tới tốc độ trung bình và hiệu suất phản ứng của DDNP theo thời gian được dẫn ra tại bảng 4.6 và hình 4.5
Bảng 4.6. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào nhiệt độ (CoDDNP =370,4 mg/l, H2O2/Fe2+ =20 , pH=3)
Thời gian (phút)
0 5 10 15 20 30 60 90
Hình 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý DDNP
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất và tốc độ trung bình phân hủy DDNP cho thấy, khi nhiệt độ tăng lên thì hiệu suất cũng tăng theo đáng kể, cụ thể sau 30 phút xử lý, hiệu suất tại các nhiệt độ 30; 40; 50 tương ứng là 85,09%; 88,61%; 92,80%; tốc độ xử lý cũng tăng rõ rệt trong 5 phút đầu từ 21,28 (T = 300C) lên 25,02 (T = 400C) và 31,45 (T = 500C) mg/l/ph. Tuy nhiên, cũng có thể thấy khi nhiệt độ tăng, hiệu suất và tốc độ phản ứng cũng tăng không nhiều có thể là do khi nhiệt độ tăng thúc đẩy sự bay hơi của H2O2. Do đó luận văn đã lựa chọn nhiệt độ là 300C cho các nghiên cứu tiếp theo.
Kết quả đo các chỉ tiêu khác sau xử lý tại các nhiệt độ khác nhau được trình bày trong bảng 4.7.
Bảng 4.7. Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton ở các nhiệt độ khác nhau khác nhau
Thời gian
(phút) (mg/l) 0
30 60 90
Từ kết quả nhận thấy, trong hệ phản ứng DDNP/ UV-Fenton với các điều kiện đã xét thì khi tăng nhiệt độ dung dịch phản ứng thì tốc độ, hiệu suất phân hủy DDNP đều tăng theo nhưng không nhiều. Do vậy nhiệt độ không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ phản ứng và hiệu suất phân hủy DDNP cũng như một số chỉ tiêu ô nhiễm khác: độ màu, tổng N, COD.
b. Thử nghiệm với mẫu nước thải Z121
Luận văn tiến hành thí nghiệm với mẫu nước thải Z121 tương tự các điều kiện như đối với mẫu tự tạo. Kết quả nghiên cứu được trình bảy tại bảng 4.8.
Bảng 4.8. Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV- Fenton môi trường nhiệt độ khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121
Thời
gian COD Độ màu
(phút) (mg/l) (Pt/Co)
0 1.260 3.450
30 760 1.800
60 380 750
90 110 130
Kết quả thử nghiệm với nước thải tại Nhà máy Z121 cho thấy khi tăng nhiệt độ hiệu suất, tốc độ xử lý DDNP, COD, độ màu có chiều hướng tăng theo, nhưng tốc độ tăng không nhiều. Kết quả phù hợp với mẫu tự tạo.
4.2.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ DDNP ban đầu đến hiệu suất xử lý a.Thử nghiệm với mẫu tự tạo
Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện lượng FeSO4.7H2O là 1,75x10-2 M, lượng H2O2 là 3,5x10-1 M, nhiệt độ môi trường 300C, lượng DDNP ban đầu thay đổi tương ứng là 221,43 mg/l, 370,40 mg/l, 450,80 mg/l, 550,50 mg/l, 721,67 mg/l. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch tới tốc độ trung bình và hiệu suất phản ứng của DDNP theo thời gian được dẫn ra tại bảng 4.9 và hình 4.6.
Bảng 4.9. Sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý vào nồng độ DDNP ban đầu (pH=3, H2O2/Fe2+ =20 , T=30 oC)
Thời gian (phút)
0 5 10 15 20 30 60 90
Thời Ct =550,50 mg/L gian
(phút) 0 5 10 15 20 30 60 90
Hình 4.6 Ảnh hưởng của nồng độ DDNP ban đầu đến hiệu suất xử lý DDNP
Kết quả được dẫn tại bảng 4.10 cho thấy khi tăng nồng độ DDNP ban đầu thì hiệu suất xử lý giảm, đồng thời tốc độ xử lý tăng lên tương ứng với lượng DDNP được chuyển hóa. Sau 60 phút xử lý, hiệu suất tại nồng độ 221,43; 370,40; 450,80; 550,50; 721,67 tương ứng là 100; 94,21; 87,97 và 81,07
%; 67,36%, trong khi tốc độ xử lý tương ứng là 0,01; 1,13; 1,43; 2,77 và 2,63
mg/L/ph. Với nồng độ đầu vào DDNP thấp hơn 221,43 mg/l thì hiệu suất xử lý là khá cao (trên 90%) ở 20 phút, như vậy trong trường hợp xử lý thực tế thì có thể sử dụng phương pháp pha loãng để giảm nồng độ đầu vào của DDNP trước khi xử lý nhằm nâng cao hiệu suất.
Kết quả đo các chỉ tiêu khác sau xử lý tại các nồng độ DDNP ban đầu khác nhau được trình bày trong bảng 4.10.
Kết quả nghiên cứu cho thấy ở nồng độ thấp và độ màu thấp thì hiệu suất xử lý DDNP diễn ra nhanh; khi tăng nồng độ DDNP, độ màu tăng thì hiệu suất xử lý giảm theo. Nguyên nhân có thể là do độ màu làm ảnh đến khả năng chiếu sáng của đèn UV, làm giảm hiệu quả của quá trình quang Fenton.
Bảng 4.10. Kết quả phân tích chất lượng nước theo các nồng độ DDNP ban đầu khác nhau
Thời gian (phút)
0 30 60 90 Thời
gian (phút)
0 30 60 90
b. Thử nghiệm với mẫu nước thải Z121
Thử nghiệm với nước thải Z121 ở các nồng độ khác nhau gần với nước thải tự tạo ở các điều kiện thí nghiệm như với nước thải tự tạo. Kết quả được thể hiện ở bảng 4.11.
Bảng 4.11. Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý UV- Fenton ở các nồng độ DDNP khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121
Thời
gian COD Độ màu
(phút) (mg/l) (Pt/Co)
0 780 2.120
30 246 580
60 73
90 16
Thời gian
COD (phút)
(mg/l)
0 1.960
30 1.176
60 784
90 320
Kết quả thử nghiệm với nồng độ DDNP khác nhau giữa mẫu tự tạo và nước thải tại Nhà máy Z121 cho thấy hiệu suất và tốc độ xử lý DDNP của mẫu tự tạo cao hơn so với mẫu nước thải tại Nhà máy Z121. Nguyên nhân là do mẫu tự tạo có độ màu thấp hơn rất nhiều so với mẫu nước thải ở nồng độ DDNP tương đương nhau.
Kết quả thử nghiệm với nước tự tạo và nước thải tại Nhà máy Z121 ở cùng điều kiện cho thấy với nồng độ DDNP nhỏ hơn 400 mg/l tại thời điểm xử lý 60-90 phút thì hiệu suất xử lý DDNP; COD; độ màu đạt quy chuẩn cho phép. Khi độ màu càng tăng thì tốc độ phản ứng và hiệu suất xử lý càng giảm, do độ màu làm giảm hiệu quả của đèn uv.
Như vậy có thể thấy nồng độ DDNP, độ màu ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất, tốc độ xử lý và thời gian xử lý nước thải DDNP bằng phương pháp UV-Fenton.
4.2.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2 / Fe2+ đến hiệu suất xử lý a. Thử nghiệm với mẫu tự tạo
Luận văn đã khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tác nhân phản ứng Fenton ban đầu đến hiệu suất và tốc độ chuyển hóa DDNP bằng phương pháp Quang-Fenton. Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ môi trường 300C, lượng FeSO4.7H2O là 1,75x10- 2 M, nồng độ DDNP ban đầu là 370,4 mg/l, lượng H2O2 thay đổi tương ứng là: 0,875x10-1 M, 1,75x10- 1 M, 2,625x10-1 M, 3,5x10- 1 M và 4,375x10- 1 M. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tác nhân Fenton H2O2/Fe2+ tới tốc độ trung bình và hiệu suất phản ứng của DDNP theo thời gian được dẫn ra tại bảng 4.12 và hình 4.7
Bảng 4.12. Ảnh hưởng của tỉ lệ tác nhân Fenton đến hiệu suất xử lý DDNP (CoDDNP =370,4 mg/l, pH=3, T=30 oC)
Thời
gian Ct ,
(phút)
mg/L
0 370,40
5 314,32
10 294,18
15 268,43
20 237,19
30 202,19
60 173,21
90 134,47
Thờigian (phút)
0 5 10 15 20 30 60 90
Hình 4.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/Fe2+ đến h ệu suất và tốc độ trung bình phân hủy DDNP trong hệ UV-
Fenton
Kết quả khảo sát cho thấy khi tăng nồng độ H2O2 từ 0,875 x10-1M lên 3,5x10-1M (tỷ lệ H2O2/Fe2+ =20) thì h ệu suất của quá trình phân hủy DDNP sẽ tăng theo. Nhưng kh t ếp tục tăng nồng độ của H2O2 lên 4,375 x10-1M (tỷ lệ H2O2/Fe2+ =25) nhận thấy h ệu suất của DDNP không thay đổ nh ều so vớ thờ đ ểm H2O2/Fe2+ ở 3,5x10-1M. Từ kết quả khảo sát trên ta có thể nhận, thấy tỷ lệ của H2O2/Fe2+ = 20 thì h ệu suất của DDNP phù hợp nhất.
Vấn đề hiệu suất và tốc độ phân hủy DDNP tăng khi tăng nồng độ H2O2 có thể
48
trọng vì nó quyết định đến khả năng tạo gốc tự do HO• để phản ứng với chất ô nhiễm, khi tăng nồng độ H2O2 (tăng tỉ lệ H2O2/Fe2+) trong hệ Fenton thì số gốc
•OH sẽ được tạo ra nhiều hơn dẫn đến hiệu quả phân hủy tăng lên, tuy nhiên khi nồng độ H2O2 tăng quá cao thì lượng H2O2 dư sẽ tác dụng với gốc •OH làm giảm tác nhân phản ứng (phản ứng này diễn ra với hằng số tốc độ tương đối lớn).
Kết quả đo các chỉ tiêu khác sau xử lý tại các tỉ lệ H2O2/Fe2+
khác nhau được trình bày trong bảng 4.13.
Bảng 4.13. Kết quả phân tích chất lượng nước theo các tỉ lệ H2O2/Fe2+ khác nhau
Thời gian (phút)
0 30 60 90 Thời
gian COD
(phút)
(mg/l) 0
30 60 90
Nhận xét: Kết quả phân tích các thông số COD, độ màu và tổng N tại các tỷ lệ H2O2/Fe2+ tại các khoảng thời gian sau 30, 60 và 90 phút sau quá trình phản ứng cho thấy các thông số COD, độ màu có chiều hướng giảm nhanh, riêng thông số tổng N hầu như không thay đổi, kết quả cho thấy ở các tỷ lệ khác nhau thì thông số tổng N hầu như không thay đổi.
b. Thử nghiệm với mẫu nước thải Z121
49
đưa về nồng độ DDNP gần với mẫu tự tạo. Kết quả thử nghiệm được trình bảy tại bảng 4.14.
Bảng 4.14. Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý UV- Fenton ở tỷ lệ H2O2/Fe2+ khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121
Thời gian
COD Độ màu
(phút)
(mg/l) (Pt/Co)
0 1.260
30 980
60 653
90 318
Thời gian
COD (phút)
(mg/l)
0 1.260
30 760
60 380
90 110
Nhận xét: Kết quả nghiên cứu đối với nước tự tạo tại phòng thí nghiệm và nước thải tại Nhà máy Z121 với nồng độ DDNP tương đương cho thấy hiệu suất và tốc độ xử lý trung bình đối với mẫu tự tạo ở các tỷ lệ khác nhau cao hơn và nhanh hơn so với mẫu nước thải tại Nhà máy Z121. Các thông số độ màu, COD, DDNP đều đạt hiệu suất cao hơn mẫu nước thải thực tế.
Kết quả nghiên cứu tại mẫu tự tạo và mẫu nước thải thực tế có thể kết luận với tỷ lệ H2O2/Fe2+= 20 là hợp lý nhất để xử lý nước thải thải nhiễm DDNP bằng phương pháp UV-Fenton.
4.2.2.5. Ảnh hưởng của bước sóng bức xạ UV đến hiệu suất xử lý a. Thử nghiệm với mẫu tự tạo
Luận văn đã khảo sát ảnh hưởng của bước sóng bức xạ UV đến hiệu suất và tốc độ chuyển hóa DDNP bằng phương pháp Quang-Fenton. Thí nghiệm được
tiến hành trong điều kiện lượng FeSO4.7H2O là 1,75.x10-2 M, lượng H2O2 là 3,5x10-1 M, nhiệt độ môi trường 300C, lượng DDNP ban đầu là 370,4 mg/l, điều kiện chiếu sáng UV được thay đổi bằng các đèn UV có bước sóng khác nhau tương ứng là = 185nm, = 254nm, = 313nm. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của bước sóng bức xạ UV tới tốc độ xử lý trung bình và hiệu suất phản ứng của DDNP theo thời gian được dẫn ra tại bảng 4.15 và hình 4.8.
Bảng 4.15. Ảnh hưởng của bước sóng bức xạ UV đến hiệu suất xử lý DDNP (CoDDNP =370,40 mg/l, H2O2/Fe2+ =20
, T=30 oC) Thời Bước sóng UV =185 nm
gian (phút)
0 5 10 15 20 30 60 90
Hình 4.8. Ảnh hưởng của bước sóng UV đến hiệu suất phân hủy DDNP
51
Nhận xét: Kết quả khảo sát bước sóng UV cho thấy ở bước sóng 185 nm cho hiệu suất xử lý DDNP cao hơn so với ở bước sóng 254 nm và 313 nm, cụ thể ở bước sóng 185nm trong thời gian 60 phút với nồng độ DDNP ban đầu là 370,40 mg/l, hiệu suất đạt 94,21 %; ở bước sóng 254nm trong thời gian 60 phút hiệu suất đạt 44,57 %; ở bước sóng 313nm trong thời gian 60 phút hiệu suất đạt 37,73 %.
Kết quả đo các chỉ tiêu khác sau xử lý tại các bước sóng UV khác nhau được trình bày trong bảng 4.16.
Bảng 4.16. Kết quả phân tích chất lượng nước sau quá trình xử lý UV-Fenton ở các bước sóng khác nhau khác nhau
Thời gian (phút)
0 30 60 90 Thời gian
(phút) 0 30 60 90
Kết quả phân tích cho thấy với bước sóng UV bằng 185nm thì độ màu, COD giảm rất nhiều so với các bước sóng khác; riêng chỉ tiêu tổng N hầu như không thay đổi.
b. Thử nghiệm với mẫu nước thải Z121
Thử nghiệm đối với nước thải tại Nhà máy Z121 (NT6) ở 3 bước sóng khác nhau. Kết quả được thể hiện bảng 4.17.
Bảng 4.17. Kết quả phân tích chất lượng nước sau xử lý UV- Fenton ở các bước sóng khác nhau đối với nước thải Nhà máy Z121 (NT6)
Thời gian (phút)
0 30 60 90 Thời
gian (phút)
0 30 60 90
Kết quả phân tích chất lượng nước thải sau quá trình thử nghiệm tại 3 bước sóng khác nhau cho thấy hiệu suất, tốc độ phân hủy và thời gian xử lý ở bước sóng 185nm đạt giá trị cao nhất. Kết quả này phù hợp đối với mẫu tự tạo.