1 bộ giáo dục và ðào tạo ðại học ðà nẵng ---------o g-------- trần

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI H ỌC ĐÀ NẴNG ---------��--------

TRẦN PHƯỚC GIANG

NGHIÊN C ỨU CÁC QUÁ TRÌNH ĐÔNG TỤ VÀ OXY HÓA

NÂNG CAO FENTON TRONG X Ử LÝ NƯỚC THẢI NHÀ

MÁY D ỆT NHUỘM PHONG PHÚ

HÒA KHÁNH

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số : 60 44 27

TÓM T ẮT LU ẬN VĂN THẠC SĨ KHOA H ỌC

Đà Nẵng – Năm 2011

2

Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI XUÂN VỮNG

Phản biện 1: GS.TS. Đào Hùng Cường

Phản biện 2: PGS.TS. Đặng Minh Nhật

Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 12 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng

3

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của ñề tài

Hiện nay vấn ñề xử lý nguồn nước ô nhiễm do các quá trình

dệt nhuộm là hết sức cần thiết. Ước tính có hơn 70.000.000 tấn thuốc

nhuộm ñược sản xuất hàng năm. Trong quá trình nhuộm thì có ñến

12-15% tổng lượng thuốc nhuộm không phản ứng gắn màu, thất thoát

theo nước thải sau nhuộm. Theo quy ñịnh của EU hiện nay, thuốc

nhuộm tổng hợp dựa trên benzindine, 3, 3’-dimethoxybenzidine và 3,

3’-dimethylbenzidine ñã ñược phân loại là chất gây ung thư, vì thế nó

ñang là một vấn ñề nhức nhối cho xã hội và ñòi hỏi phải có một

phương pháp hiệu quả ñể loại bỏ những ñộc tính ñó.

Hiện nay, ñể xử lý nguồn nước thải từ các quá trình dệt

nhuộm, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như: phương

pháp sinh học, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý. Trong ñó

nổi bật hơn cả là việc xử lý nước thải bằng quá trình ñông tụ và oxy

hóa nâng cao. Quá trình ñông tụ làm giảm hàm lượng các chất rắn lơ

lửng, chất rắn hòa tan và COD có trong nước thải. Tuy nhiên, việc xử

lý nước thải bằng phương pháp ñông tụ vẫn cho hiệu quả chưa cao,

và quá trình xử tạo ra rất nhiều bùn. Vì vậy, việc kết hợp giữa quá

trình ñông tụ và quá trình oxy hóa nâng cao ñã ñược chọn ñể nâng

cao hiệu quả xử lý.

Với những lý do trên, chúng tôi tiến hành ñề tài: “Nghiên

cứu các quá trình ñông tụ và oxy hóa nâng cao Fenton trong xử lý

nước thải nhà máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh”.

2. Mục ñích nghiên cứu

- Nghiên cứu các quá trình keo tụ tạo bông nước thải dệt

nhuộm với các chất keo tụ lần lượt là FeCl3/Bentonit Thuận Hải,

FeCl3/Cacbon hoạt tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation.

- Nghiên cứu quá trình phân hủy các chất ô nhiễm trong nước

thải dệt nhuộm với tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/UV mặt trời.

4

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài ñược thực hiện tại phòng thí nghiệm của trường Đại

học Sư phạm Đà Nẵng trên các mẫu nước thải dệt nhuộm nhà máy

Phong Phú – Hòa Khánh

4. Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát các quá trình ñông tụ và oxy hóa nâng cao Fenton

bằng phương pháp ño quang UV-VIS.

Chỉ số COD của dung dịch ñược xác ñịnh bằng phương pháp

Bicromat Cr2O72-/Cr3+.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

Nghiên cứu các quá trình keo tụ tạo bông và oxy hóa Fenton

ñể tìm ra một giải pháp xử lý nước thải ñạt hiệu suất cao nhất.

6. Kết cấu luận văn:

Ngoài phần mở ñầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn

gồm 3 chương:

Chương 1. Tổng quan

Chương 2. Thực nghiệm

Chương 3. Kết quả và bàn luận

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THI ỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM

1.1.1. Sự phát triển của ngành dệt trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.2. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm

1.1.3. Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm và tác ñộng của nước thải ñến

môi trường

1.1.3.1. Đặc ñiểm nước thải dệt nhuộm

1.1.3.2. Tác ñộng của nước thải ñến môi trường

1.2. THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGH Ệ DỆT NHUỘM

1.2.1. Khái quát về thuốc nhuộm

1.2.2. Phân loại, ñặc ñiểm thuốc nhuộm

1.2.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học

5

1.2.2.2. Phân loại theo ñặc tính áp dụng

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

1.3.1. Phương pháp sinh học

1.3.2. Phương pháp hóa lý

1.3.2.1. Lọc qua song chắn rác

1.3.2.2. Phương pháp ñông tụ và keo tụ

1.3.2.3. Tuyển nổi

1.3.2.4. Hấp phụ

1.3.2.5. Trao ñổi ion

1.3.3. Phương pháp ñiện hóa

1.3.4. Phương pháp hóa học

1.3.4.1. Phương pháp trung hòa

1.3.4.2. Phương pháp oxy hóa khử

1.3.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation

Processes - AOPs)

1.3.5.1. Ozon

1.3.5.2. Ozon + H2O2

1.3.5.3. Ôxy hóa quang hóa

1.3.5.4. Phản ứng Fenton

1.3.5.5. Phản ứng Fenton sử dụng hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng

mặt trời

Fe(III)- oxalat hấp thụ ánh sáng mạnh ở bước sóng λ = 550 nm

và tạo ra gốc OH• với hiệu suất lượng tử cao.

FeIII (C2O4)33- + hν → Fe2+ + 2C2O4

2- + C2O4• −

C2O4• − → CO2

• − + CO2

CO2• − + FeIII (C2O4)3

3- → Fe2+ + CO2 + 3C2O42-

Từ ba phản ứng trên, có thể thu gọn lại thành một phản ứng

như sau:

2FeIII (C2O4)33- + hν → 2Fe2+ + 5C2O4

2- + 2CO2

6

Và như vậy Fe2+ sẽ ñược tạo thành và phản ứng với H2O2 có

trong dung dịch ñể tạo gốc OH• bằng phản ứng Fenton.

Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII (C2O4)3

3- + OH- + OH•

Cơ chế phản ứng của hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời

sẽ ñược tóm tắt trong sơ ñồ sau ñây:

CHƯƠNG 2 - THỰC NGHI ỆM

2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CH ẤT

2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1. Phương pháp lấy mẫu

2.2.2. Phương pháp chuẩn bị hóa chất

2.2.3. Phương pháp ño quang

Cơ sở của phương pháp là dựa trên tính chất hấp phụ một

phần năng lượng ánh sáng của các dung dịch mang màu trong vùng

quang phổ khả kiến. Độ hấp thụ tuân theo ñịnh luật Lambert Beer:

D = log( Io/I) = ε.l.C

Trong ñó:

D: ñộ hấp thụ ánh sáng

7

Io, I: cường ñộ bức xạ ñiện từ trước và sau khi ñi qua

chất phân tích

ε: hệ số hấp thụ, Lmol-1cm-1

l: chiều dày cuvet, cm

C: nồng ñộ chất phân tích, mol.L -1

Máy UV-VIS sẽ quét từ miền phổ tử ngoại ñến miền phổ

hồng ngoại. Tại bước sóng mà dung dịch hấp thụ cực ñại gọi là bước

sóng cực ñại λmax ñược thể hiện bởi giá trị mật ñộ quang cực ñại Dmax.

Sau khi ñã xác ñịnh ñược λmax, ta xác ñịnh mật ñộ quang

trước (Dt) và mật ñộ quang sau (Ds) xử lý, từ ñó tính hiệu suất khử

màu.

2.2.4. Phương pháp xử lý keo tụ

2.2.5. Phương pháp xử lý Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng

mặt trời

2.2.6. Phương pháp xác ñịnh COD

2.2.6.1. Nguyên tắc

2.2.6.2. Pha thuốc thử

2.2.6.3. Cách tiến hành

2.2.6.4. Tính kết quả

COD của nước thải ñược tính theo công thức:

COD = V

0B).N.S.100-(A (mg/l)

Trong ñó:

A: thể tích dung dịch FAS chuẩn cho mẫu trắng (ml)

B: thể tích dung dịch FAS chuẩn cho mẫu nước thải (ml)

N: nồng ñộ dung dịch FAS (N)

V: thể tích mẫu ñem phân tích (ml)

S: ñương lượng gam của oxy (g)

8

2.2.7. Phương pháp ñánh giá hiệu quả xử lý

2.2.7.1. Hiệu suất khử màu

Hiệu suất khử màu ñược tính theo công thức: Dt - Ds Hmàu (Dgiảm)=

Dt x 100%

Trong ñó Dt, Ds là mật ñộ quang của dung dịch trước và sau khi xử lý.

2.2.7.2. Hiệu suất khử COD

Hiệu suất khử COD ñược tính theo công thức: CODt - CODs HCOD =

CODt x 100%

Trong ñó CODt, CODs là COD của dung dịch trước và sau khi xử lý.

2.2.8. Các thí nghiệm khảo sát quá trình ñông tụ

2.2.8.1. Khảo sát FeCl3/Bentonite Thuận Hải

2.2.8.2. Khảo sát FeCl3/C hoạt tính

2.2.8.3. Khảo sát FeCl3/Polime Anion (PA)

2.2.8.4. Khảo sát FeCl3/Polime Cation (PC)

2.2.9. Các thí nghiệm khảo sát hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời

2.2.9.1. Khảo sát pH

2.2.9.2. Khảo sát nồng ñộ Fe3+

2.2.9.3. Khảo sát nồng ñộ H2O2

2.2.9.4. Khảo sát nồng ñộ C2O42 −

9

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ TH ẢO LUẬN

Hình 3.1. Dung dịch nước thải Hình 3.2. Dung dịch nước thải

ban ñầu keo tụ

Hình 3.3. Nước thải ñã lọc sau Hình 3.4. Nước thải xử lý bằng

khi keo tụ Fenton

3.1. QUÁ TRÌNH KEO T Ụ

Trước khi thực hiện quá trình keo tụ, phải tiến hành khảo sát

các chỉ tiêu ban ñầu của nước thải như: mật ñộ quang D, pH, các chỉ

10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

200 300 400 500 600

Nồng ñộ (mg/l)

Mậ

t ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

%

D

%D

số COD; BOD; TSS; TDS, ño hàm lượng một số kim loại nặng có

trong nước thải.

Các quá trình keo tụ sẽ ñược lần lượt khảo sát với 4 hệ sau:

FeCl3/Bentonite Thuận Hải, FeCl3/C hoạt tính, FeCl3/Polime Anion,

FeCl3/Polime Cation.

3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của FeCl3/Bentonite Thuận Hải

3.1.1.1. Khảo sát FeCl3

Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng bentonit = 600

ppm, nồng ñộ của FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến 600 ppm. Giá trị

mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,2242. Kết quả ñược trình bày ở hình

3.5.

Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng ñộ FeCl3

Kết quả hình 3.5 cho thấy việc tăng nồng ñộ FeCl3 sẽ làm

hiệu suất hấp phụ màu giảm xuống. Điều này có thể giải thích do khi

tăng nồng ñộ FeCl3 thì kết tủa Fe(OH)3 sẽ hình thành nhiều hơn, kéo

các chất rắn lơ lửng xuống làm cho khả năng hấp phụ màu của

bentonite bị giảm xuống. Do ñó nồng ñộ FeCl3 = 300 ppm sẽ cho

hiệu suất phân hủy màu tốt nhất.

3.1.1.2. Khảo sát Bentonit Thuận Hải

Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 = 300

ppm, nồng ñộ của bentonit thay ñổi từ 300 ppm ñến 1000 ppm. Giá

11

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

300 400 600 800 1000

Nồng ñộ (mg/l)

Mật

ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

30

%

D

%D

0,90,920,940,960,98

11,021,041,061,081,1

6 7 8 9 10

pH

Mật

ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

30

%

D

%D

trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,1238. Kết quả ñược trình bày ở

hình 3.6.

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng ñộ Bentonit

Kết quả hình 3.6 cho thấy việc tăng nồng ñộ Bentonit sẽ làm

hiệu suất hấp phụ màu tăng lên. Điều này có thể giải thích do tính

chất quan trọng của Bentonit – tính chất hấp phụ, khi tăng nồng ñộ

bentonit sẽ làm tăng khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ mang

màu. Việc sử dụng kết hợp giữa FeCl3 và bentonit góp phần nâng cao

hiệu quả xử lý, trong ñó FeCl3 là chất keo tụ chính còn bentonit ñóng

vai trò là chất trợ keo tụ. Bentonit có nhiệm vụ là hấp phụ chất màu,

FeCl3 sẽ thủy phân tạo kết tủa Fe(OH)3, và nó sẽ quét cuốn các hạt

keo trong dung dịch tạo thành các hạt lớn hơn và lắng xuống. Nồng

ñộ bentonit là 800 ppm sẽ ñược chọn cho quá trình xử lý tiếp theo.


Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 = 300 ppm, bentonit =

800 ppm, pH thay ñổi từ 6 ñến 10. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là

D0=1,3072. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.7.

Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH

12

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

100 200 300 400 500

Nồng ñộ (mg/l)

Mật

ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

30

35

40

%

D

%D

Khi mà giá trị pH thấp nó sẽ mang ñiện tích dương, khi pH

cao nó mang ñiện tích âm. Sự thủy phân mang ñiện tích dương sẽ hấp

thụ trên bề mặt các hạt keo và làm mất tính ổn ñịnh của nó. Cơ chế

này ñược gọi là sự trung hòa ñiện tích. Khi nồng ñộ FeCl3 tăng lên thì

kết tủa Fe(OH)3 sẽ ñược hình thành và nó sẽ quét cuốn các hạt keo

trong dung dịch tạo thành các hạt lớn hơn và lắng xuống.

Kết luận: Khảo sát quá trình ñông tụ với FeCl3/Bentonit

Thuận Hải thu ñược kết quả tốt nhất là: pH=7, FeCl3 = 300 ppm,

bentonit Thuận

Hải = 800 ppm, %D = 25,80%.

3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của FeCl3/C hoạt tính


Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng C hoạt tính cho

vào mỗi cốc là 400 ppm, nồng ñộ của FeCl3 thay ñổi từ 100 ppm ñến

500 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,3218 Kết quả ñược

trình bày ở hình 3.8.


Khi lượng FeCl3 cho vào chưa ñủ ñể phá vỡ hoàn toàn ñộ bền

của hệ huyền phù → Khả năng kết dính giữa các hạt huyền phù trong

nước thải và Fe(OH)3 còn hạn chế, do ñó nước vẫn còn ñục. Nếu lượng

FeCl3 cho vào vượt quá liều cần thiết ñể trung hòa ñiện tích huyền phù

gây bẩn, lúc này do tương tác giữa các hạt huyền phù gây bẩn và

hydroxit tạo thành mà ñiện tích hạt keo thay ñổi từ âm sang dương

13

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

200 300 400 500 600

Nồng ñộ (mg/l)

Mật

ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

30

35

%

D

%D

(hiện tượng ñảo dấu ñiện tích) và hệ huyền phù bền trở lại, nước sẽ ñục

hơn. Việc sử dụng kết hợp giữa FeCl3 với C hoạt tính ñã góp phần

nâng cao hiệu quả xử lý, làm giảm chi phí hóa chất keo tụ.

3.1.2.2. Khảo sát C hoạt tính

Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào

mỗi cốc là 300 ppm, nồng ñộ của cacbon hoạt tính thay ñổi từ 200

ppm ñến 600 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,1862. Kết

quả ñược trình bày ở hình 3.9.

Hình 3.9. Ảnh hưởng của C hoạt tính

Kết quả hình 3.9 cho thấy việc tăng nồng ñộ C hoạt tính sẽ

làm hiệu suất hấp phụ màu tăng lên, ñiều này có thể giải thích do C

hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn, diện tích bề mặt của than

hoạt tính nếu tính ra ñơn vị khối lượng thì là từ 500 ñến 2500 m2/g .

Với diện tích bề mặt lớn như vậy thì phần lớn các vết rỗng – mao

quản vi mạch của C hoạt tính ñều có tính hấp phụ rất mạnh, do ñó

các chất hữu cơ mang màu sẽ bị hấp phụ theo các lỗ rỗng cacbon và

khuếch tán bề mặt, sau ñó ñược hấp phụ trên bề mặt cacbon. Việc sử

dụng kết hợp với FeCl3 sẽ nâng cao hiệu quả xử lý, kết tủa Fe(OH)3

sẽ quét cuốn các hạt keo trong dung dịch tạo thành các hạt lớn hơn và

lắng xuống sau khi quá trình hấp phụ xảy ra.


Điều kiện tiến hành: Lượng FeCl3 cho vào mỗi cốc là 400

ppm, C hoạt tính là 500 ppm, pH thay ñổi từ 6 ñến 10. Giá trị mật ñộ

quang ban ñầu là D0=1,1630. Kết quả ñược trình bày ở hình 3.10.

14

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

6 7 8 9 10

pH

Mật

ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

30

%

D

%D

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

200 400 600 800 1000

Nồng ñộ (mg/l)

Mậ

t ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

%

D

%D


Kết quả hình 3.10 cho thấy ở giá trị pH=7 thì hiệu suất phân

hủy màu tốt nhất (38,56%). Điều này ñược giải thích tương tự như

khảo sát Bentonit.

Kết luận: Khảo sát quá trình ñông tụ với FeCl3/C hoạt tính

thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C hoạt tính =

500 ppm, %D = 38,56%.

3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của FeCl3/Polime Anion (PA)


Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime anion cho

vào mỗi cốc là 2 ppm, nồng ñộ của FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm ñến

1000 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,2045. Kết quả ñược



Kết quả hình 3.11 cho thấy khi tăng nồng ñộ FeCl3 thì hiệu

suất hấp phụ màu tăng lên và ñạt hiệu quả tốt nhất ở nồng ñộ FeCl3 =

800 ppm (44,90 %). Tuy nhiên khi nồng ñộ FeCl3 tăng quá cao thì

15

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 2 3 4 5

Nồng ñộ (mg/l)

Mật

ñộ

qua

ng

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

%

D

%D

hiệu suất hấp phụ màu bắt ñầu giảm, ở nồng ñộ FeCl3 = 1000 ppm thì

hiệu suất bắt ñầu giảm (42,32 %). Lúc này do tương tác giữa các hạt

huyền phù gây bẩn và hydroxit tạo thành mà ñiện tích hạt keo thay

ñổi từ âm sang dương và hệ huyền phù bền trở lại.

3.1.3.2. Khảo sát Polime Anion Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào

mỗi cốc là 800 ppm, nồng ñộ của polime anion thay ñổi từ 1 ppm

ñến 5 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,3103. Kết quả ñược


Hình 3.12. Ảnh hưởng của nồng ñộ Polime Anion

Kết quả hình 3.12 cho thấy khi tăng nồng ñộ polime lên thì

hiệu suất hấp phụ màu bắt ñầu giảm xuống. Mật ñộ ñiện tích và khối

lượng phân tử của polime ñóng vai trò quan trọng trong quá trình keo

tụ. Ngoài ra tương tác ñặc thù giữa polime và hạt keo còn xảy ra giữa

nhóm chức của polime với các trung tâm hoạt ñộng trên bề mặt chất

rắn lơ lửng. Trong quá trình ñó, chất trợ keo tụ có vai trò phá vỡ tính

bền của hạt keo, giúp quá trình liên kết các hạt ñã mất tính bền lại với

nhau. Do lực hấp phụ có tính cộng hợp nên tương tác giữa polime và

hạt keo rất tốt làm cho quá trình lắng dễ dàng hơn.

Tuy nhiên khi ở nồng ñộ cao thì ñộ nhớt của dung dịch tăng,

các polime sẽ bao bọc các hạt keo lại làm tái ổn ñịnh hệ keo dẫn ñến

hiệu suất khử màu bị giảm.

16

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

6 7 8 9 10

pH

Mật

ñộ

qua

ng

0

10

20

30

40

50

60

%

D

%D



ppm, polime anion là 2 ppm, pH thay ñổi từ 6 ñến 10. Giá trị mật ñộ



Kết quả hình 3.13 cho thấy ở giá trị pH=7 và pH=8 thì hiệu

suất phân hủy màu cao nhất với giá trị lần lượt là 48,00% và 45,24%.

Tuy nhiên khi pH tăng lên thì ñộ bền của bông keo giảm, các bông

keo tụ nhỏ hơn dẫn ñến hiệu quả xử lý giảm.

Kết luận: Khảo sát quá trình ñông tụ với FeCl3/Polime Anion

thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion

= 2 ppm, %D = 48 %.

3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của FeCl3/Polime Cation (PC)


Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng polime cation

cho vào mỗi cốc là 2 ppm, nồng ñộ của FeCl3 thay ñổi từ 200 ppm

ñến 1000 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,3238. Kết quả

ñược trình bày ở hình 3.14.

17

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

200 400 600 800 1000

Nồng ñộ (mg/l)

Mật ñộ

qua

ng

0

10

20

30

40

50

60

%

D

%D

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 2 3 4 5

Nồng ñộ (mg/l)

Mật

ñộ

qua

ng

0

10

20

30

40

50

60

%

D

%D


Kết quả hình 3.14 cho thấy khi tăng nồng ñộ FeCl3 thì hiệu suất

khử màu tăng, tuy nhiên ñến khoảng nồng ñộ nhất ñịnh thì hiệu quả xử

màu ổn ñịnh. Do ñó nồng ñộ 800 ppm sẽ ñược chọn ñể xử lý tiếp theo.

3.1.4.2. Khảo sát Polime Cation

Điều kiện tiến hành: Cố ñịnh pH = 8, lượng FeCl3 cho vào

mỗi cốc là 800 ppm, nồng ñộ của polime cation thay ñổi từ 1 ppm

ñến 5 ppm. Giá trị mật ñộ quang ban ñầu là D0=1,3238. Kết quả ñược



Kết quả hình 3.15 cho thấy ở nồng ñộ 2 ppm và 3 ppm thì

hiệu suất hấp phụ màu tốt nhất và ñạt hiệu suất lần lượt là 51,05% và

52,32%. Polime cation là loại polime khi hòa tan trong dung dịch sẽ

ion hóa thành cation tạo nên lớp ñiện tích dương ở xung quanh phân

tử polime, lớp ñiện tích dương này góp phần trung hòa các hạt keo

mang ñiện âm trong dung dịch. Chất keo tụ FeCl3 làm mất tính ổn

18

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

6 7 8 9 10

pH

Mật ñộ

qua

ng

0

10

20

30

40

50

60

%

D

%D

ñịnh của các hạt keo nhờ vào các cơ chế hấp phụ và trung hòa ñiện

tích. Ngoài ra dưới sự hỗ trợ của polime cation thì liên kết bắt cầu là

sự hấp phụ các polime lên các cạnh riêng của bề mặt các hạt keo hoặc

chất keo tụ, kết quả là các hạt keo bị lắng xuống và màu bị giảm ñi.

Do ñó, nồng ñộ 2 ppm sẽ ñược chọn ñể khảo sát.



ppm, polime cation là 2 ppm, pH thay ñổi từ 6 ñến 10. Giá trị mật ñộ



Kết quả hình 3.17 cho thấy ở giá trị pH=8 thì hiệu suất phân

hủy màu cao nhất (53,64%). Kết quả có ảnh hưởng rất tốt ñến quả

trình xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, bởi vì nước thải dệt

nhuộm có giá trị pH rất cao (khoảng 9-14), do ñó xử lý keo tụ ở

pH=8 sẽ tiết kiệm ñược nhiều hóa chất.

Kết luận: Khảo sát quá trình ñông tụ với FeCl3/Polime

Cation thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime

cation = 2 ppm, %D = 53,64 %.

Sau khi khảo sát 4 quá trình trên, chúng tôi chọn quá trình

ñông tụ FeCl3/Polime Cation ñể tiếp tục xử lý bằng phương pháp oxy

hóa nâng cao.

19

30

40

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30

Thời gian (phút)

%

pH=3 pH=4 pH=5

pH=6 pH=7

Bảng 3.13. Các thông số nước thải ñầu vào và ñầu ra sau khi ñông

tụ với FeCl3/Polime Cation

Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải

ñầu vào

Nước thải

ñầu ra

QCVN

13:2008, cột B

COD mg/L 1476 554 150

BOD mg/L 75 27 50

TSS mg/L 316 98 100

TDS mg/L 6540 1230 1000

Fe mg/L 0,527 0,213 5

Cu mg/L 0,0411 0,0360 2

Cr(III) mg/L 0,1662 0,0778 1

Từ kết quả bảng 3.13 ta thấy, các chỉ số như BOD, TSS và

một số kim loại nặng của nước thải ñầu ra sau khi keo tụ bằng

FeCl3/Polime Cation ñã ñạt tiêu chuẩn cột B của bộ tài nguyên môi

trường. Tuy nhiên, chỉ số COD vẫn còn khá cao và nước thải sẽ ñược

tiếp tục xử lý bằng phương pháp oxy hóa nâng cao. 3.2. QUÁ TRÌNH FE(III) – OXALAT/H 2O2/ÁNH SÁNG MẶT TRỜI 3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH

Hình 3.18. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất xử lý màu (%)

20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

10 20 30

Thời gian (phút)

% C

OD pH=4

pH=5

pH=6

Từ hình 3.18 và 3.19 cho thấy sự phân hủy màu tăng dần khi

pH tăng từ 3 ñến 5 và sau ñó giảm xuống khi pH=7, hiệu suất phân

hủy màu tốt nhất tại pH=5. Và hiệu suất COD ñạt giá trị cao nhất là

71,19 % tại pH=5. Điều này có thể ñược giải thích như sau: Tại pH

thấp sẽ xảy ra phản ứng khử gốc HO•, bởi ion H+ theo phản ứng: HO•

+ H+ + e → H2O vì vậy sản sinh ít hơn gốc HO•, làm giảm tốc ñộ

phân hủy. Hơn nữa, khi ở pH thấp thì phức oxalate tồn tại chủ yếu ở

dạng FeIII (C2O4)+ nên khả năng quang hoạt rất kém nên hiệu quả xử

lý kém. Ở pH = 4 hoặc 5 thì phức oxalate tồn tại chủ yếu ở dạng

FeIII (C2O4)2− và FeIII (C2O4)3

3− có tính quang hoạt cao, do ñó gốc tự

do HO• sẽ ñược tạo ra nhiều hơn nên hiệu quả xử lý cao hơn do hai

phản ứng sau:

FeIII (C2O4)2− + hν → Fe2+ + C2O4

2− + C2O4• − (k=0,04 s−1)

FeIII (C2O4)33− + hν → Fe2+ + 2C2O4

2− + C2O4• − (k=0,04 s−1)

Ở pH hoạt ñộng > 6 tốc ñộ phân hủy bị giảm mạnh vì các ion

sắt tự do bị giảm trong dung dịch do sự tạo thành kết tủa Fe(OH)3

làm ngăn cản sự tái sinh ion Fe2+. Như vậy, xử lý nước thải bằng hệ

Fenton Fe(III)-Oxalat có hiệu quả cao trong khoảng pH = 4-5 ( so với

Fenton cổ ñiển là pH= 2-4), do ñó xử lý trong ñiều kiện này sẽ tiết

kiệm ñược hóa chất hơn.

Hình 3.19. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất xử COD (%)

21

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30

Thời gian (phút)

%

H2O2=5 mM

H2O2=10 mM

H2O2=15 mM

H2O2=20 mM

H2O2=25 mM

0

10

20

30

40

50

60

70

80

10 20 30

Thời gian (phút)

%

H2O2=5 mM

H2O2=15 mM

H2O2=25 mM

3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của H2O2

Hình 3.20. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của [H2O2] o ñến hiệu suất xử

lý màu (%)

Hình 3.21. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của [H2O2] o ñến hiệu suất xử

COD (%)

Kết quả từ hình 3.20 và 3.21 cho thấy việc tăng [H2O2]o làm

hiệu suất phân hủy màu tăng lên, tuy nhiên ñến một nồng ñộ nhất

ñịnh thì hiệu suất bắt ñầu giảm. Hiệu suất COD cũng tăng nhanh và

ñạt giá trị cao nhất là 72,92% ở nồng ñộ 15 mM sau 30 phút xử lý.

Nguyên nhân là do khi tăng nồng ñộ H2O2 sẽ làm tạo nhiều gốc HO•

hơn do phản ứng:

Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII (C2O4)3

3- + OH- + OH•

Nhưng khi lượng H2O2 dư nhiều sẽ có phản ứng giữa H2O2

với gốc HO• vừa mới sinh ra theo phản ứng:

HO� + H2O2 → H2O + HO2�

HO� + HO2� → H2O + O2

22

40

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30

Thời gian (phút)

%

Fe3+=0,1mM

Fe3+=0,3mM

Fe3+=0,5mM

Fe3+=0,7mM

Fe3+=0,9mM

0

10

20

30

40

50

60

70

80

10 20 30

Thời gian (phút)

% C

OD Fe3+=0,1mM

Fe3+=0,5mM

Fe3+=0,9mM

Ngoài ra việc dư H2O2 nhiều vừa không kinh tế vừa ảnh

hưởng ñến môi trường sống các vi sinh nếu sử dụng phương pháp

này trước phương pháp xử lí bằng vi sinh. Vì vậy [H2O2]o phù hợp

trong nghiên cứu này là 15 mM.

3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+

Hình 3.22. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của [Fe3+] o ñến hiệu suất xử lý

màu (%)

Hình 3.23. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của [Fe3+] o ñến hiệu suất xử

COD (%) Các kết quả trong hình 3.22 và 3.23 cho thấy hiệu suất

chuyển hóa màu và COD có xu hướng tăng khi tăng [Fe3+], nhưng

khi tăng hơn 0.5 mM thì hiệu quả xử lý tăng không ñáng kể nữa. Đó

là do việc tăng [Fe3+] làm tăng số lượng gốc HO• ñược tạo thành,

23

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30

Thời gian (phút)

%

[C2O4]2� =5mM

[C2O4]2� =10mM

[C2O4]2� =10mM

[C2O4]2� =20mM

[C2O4]2� =20mM

0

10

20

30

40

50

60

70

80

10 20 30

Thời gian (phút)

% C

OD [C2O4]2� =5mM

[C2O4]2� =15mM

[C2O4]2� =25mM

nhưng khi [Fe3+] tăng lên ñủ lớn thì có một lượng gốc tự do HO•

ñược hình thành sẽ phản ứng với Fe2+ ở phản ứng sau:

HO� + Fe2+ → Fe3+ + HO- (k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1)

3.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của C2O42 −

Hình 3.24. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của [C2O42 −] o ñến hiệu suất xử

lý màu (%)

Hình 3.25. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của [C2O4] o ñến hiệu suất xử

COD (%)

24

Các kết quả trong hình 3.24 và 3.25 cho thấy hiệu suất

chuyển hóa màu ñạt ñược 100 % ở nồng ñộ 10 mM và 15 mM sau

15 phút xử lý, hiệu suất COD ñạt giá trị cao nhất là 81,07% sau 30

phút xử lý. Như vậy oxalat vai trò rất quan trọng trong xử lý nước

thải bằng ánh sáng mặt trời. Nếu dùng hệ Fenton Fe(III) mà không

có oxalat thì việc tạo ra gốc tự do HO� sẽ rất chậm và xảy ra theo

phản ứng sau:

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2� + H+ (k=3.1×10-3 M-1s-1 )

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO� + HO- (k=53 M-1s-1)

Nếu tăng nồng ñộ oxalat lên thì nồng ñộ FeII(C2O4) sẽ tăng

lên, do ñó FeII(C2O4) bị oxy hóa bởi H2O2 với hằng số tỉ lệ k = 3 ×

104 M-1s-1 nên gốc HO� sẽ ñược tạo ra nhiều hơn theo phản ứng sau:

FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII (C2O4)+ + HO� + HO- ( k = 3 × 104 M-1s-1)

Mặt khác, nếu nồng ñộ oxalat cho vào ít thì phức Fe(III)-

oxalat chủ yếu tồn tại ở dạng FeIII (C2O4)+ và FeIII (C2O4)2

− do ñó khả

năng quang hoạt còn thấp. Khi năng nồng ñộ oxalat lên thì

FeIII (C2O4)+ và FeIII (C2O4)2

− lần lượt bị chuyển thành FeIII (C2O4)33−

sẽ quang hoạt tốt hơn và xảy ra theo phản ứng sau:

FeIII (C2O4)+ + C2O4

2− → FeIII (C2O4)2− (k=3.31×106 M-1 )

FeIII (C2O4)2− + C2O4

2− → FeIII (C2O4)33− (k=2.75×104 M-1 )

Ngoài ra phức oxalat có khả năng quang hoạt cao dưới ñiều

kiện ánh sáng mặt trời, nguyên nhân là do sắt oxalat có hệ số hấp thụ

phân tử cao ở bước sóng dài hơn (λ = 550 nm) và tạo ra gốc HO� với

hiệu suất lượng tử cao.

Như vậy, oxalat ñóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra gốc

HO�, phức Fe(III) - oxalat sẽ bị quang hóa tốt hơn so với Fe(III),

phức Fe(II) - oxalat sẽ bị oxy hóa tốt hơn Fe(II) và ñặc biệt phức

oxalat có khả năng quang hóa rất tốt dưới ánh sáng mặt trời.

25

KẾT LU ẬN VÀ KI ẾN NGHỊ

1. KẾT LU ẬN

Sau thời gian thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu các quá trình

ñông tụ và oxy hóa nâng cao Fenton trong xử lý nước thải nhà

máy dệt nhuộm Phong Phú – Hòa Khánh” chúng tôi rút ra ñược

một số kết luận như sau:

a) Quá trình ñông tụ

Các yếu tố ảnh hưởng ñến sự phân hủy màu trong nước thải

dệt nhuộm thu ñược kết quả lần lượt là:

- FeCl3/Bentonit Thuận Hải: pH = 7, FeCl3 = 300 ppm,

Bentonit Thuận Hải = 800 ppm, %D = 25,80%.

- FeCl3/C hoạt tính thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 7,

FeCl3 = 400 ppm, C hoạt tính = 500 ppm, %D = 38,56%

- FeCl3/Polime Anion thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 7,

FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = 2 ppm, %D = 48 %

- FeCl3/Polime Cation thu ñược kết quả tốt nhất là: pH = 8,

FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = 2 ppm, %D = 53,64 %

Với hiệu suất phân hủy màu tốt nhất, hệ FeCl3/Polime Cation

ñã ñược chọn ñể xử lý oxy hóa nâng cao Fenton tiếp theo.

b) Quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H 2O2/ánh sáng

mặt tr ời

Điều kiện tốt nhất cho việc xử lý nước thải dưới ánh sáng

mặt trời là pH=5, [H2O2]o= 15 mM, [Fe3+]o= 0, 5 mM, [C2O4

2 −]o = 10

mM thì hiệu suất phân hủy màu gần như hoàn toàn và ñộ giảm COD

khoảng 73,07 sau 30 phút xử lý.

2. KIẾN NGHỊ

- Nghiên cứu này ñã khẳng ñịnh ñược ưu thế của sự kết hợp

giữa quá trình ñông tụ và oxy hóa nâng cao Fenton trong quá trình xử

lí nước thải ô nhiễm, ñặc biệt là tận dụng hiệu quả ñược nguồn năng

26

lượng mặt trời tự nhiên, góp phần giải quyết tình trạng năng lượng

ngày càng cạn kiệt hiện nay và tiết kiệm ñược rất nhiều chi phí xử lý.

- Chất xúc tác Fenton hệ Fe(III)-Oxalat có chi phí thấp,

khoảng pH xử lý hiệu quả rộng hơn so với các quá trình Fenton thông

thường, do ñó tiết kiệm ñược nhiều hóa chất.

1 bộ giáo dục và ðào tạo ðại học ðà nẵng ---------o g-------- trần

Documents