(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu, khảo sát xử lý nước thải và thuốc nhuộm hoạt tính trong pha lỏng bằng phương pháp điện hóa fenton

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tóm tắt nội dung nghiên cứu

Phương pháp điện hóa Fenton được áp dụng để nghiên cứu hiệu quả xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong môi trường lỏng tại phòng thí nghiệm Các thử nghiệm được thực hiện trên mẫu nước nhuộm được pha chế từ thuốc nhuộm, nhằm đánh giá khả năng loại bỏ chất ô nhiễm này.

Để phân tích thí nghiệm, lấy 1.08 g thuốc nhuộm thương mại Suncion Red hoặc Suncion Blue hòa tan trong 900 ml nước máy và khuấy đều Nâng pH lên 11 và đun sôi hỗn hợp trong 2 giờ ở 100 ̊C để đảm bảo thuốc nhuộm hoàn toàn hòa tan Sau khi đun, lọc mẫu qua giấy lọc sẽ không làm mất màu hay ảnh hưởng đến chất lượng COD được xác định là lượng oxy đo được từ phản ứng oxi hóa các chất hữu cơ hòa tan, cho kết quả hiệu quả hơn.

Sau khi đun mẫu và để nguội, pha loãng nồng độ thuốc nhuộm xuống khoảng 200 mg/l Tiến hành thí nghiệm để khảo sát các điều kiện tối ưu như pH, lượng FeSO4, NaCl và tốc độ phản ứng.

Mẫu đầu ra sau khi xử lý được tiến hành đo COD và đo UV/Vis tại bước sóng đặc trưng cho từng loại thuốc nhuộm, từ đó xác định được độ hấp thu tương ứng với nồng độ thuốc nhuộm còn lại trong mẫu.

Dụng cụ, thiết bị và hóa chất

Các dụng cụ sử dụng để tiến hành thí nghiệm gồm:

- Pipet 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml.

- Bình tia đưng nước cất.

Các thiết bị sử dụng để hỗ trợ quá trình thí nghiệm gồm:

- Điện cưc MMO kích thước 100 cm 2

- Thiết bị khuấy và gia nhiệt.

- Bộ nguồn điện 1 chiều 10A, 24 VDC.

Những hóa chất cần sử dụng cho nghiên cứu:

- Thuốc nhuộm thương mại hoạt tính Suncion Red., Suncion Blue, nước thải thật từ công ty dệt nhuộm Kim Thành Hưng, khu công nghiệp Xuyên Á.

- Chất chỉ thị Feroin. Điện cưc MMO

Hình 3.1 Mô hình xử lý điện hóa Fenton

Nghiên cứu về hiệu quả xử lý của điện hóa Fenton đối với thuốc nhuộm hoạt tính

3.3.1 Xác định bước sóng tối ưu

Pha dung dịch có nồng độ 200 mg/l: cân 0.02 g từng loại thuốc nhuộm cho vào bình định mức, sau đó định mức lên 1000 ml bằng nước cất.

Xác định bước sóng của các dung dịch vừa pha với máy đo quang phổ UV/Vis ta xác định được bước sóng λ

Pha mẫu lần lượt có nồng độ 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 mg/l bằng nước cất, rồi đo với máy đo UV/Vis tại bước sóng λ tối ưu xác định được ở mục 3.3.1

Dựa vào khả năng hấp thu của từng nồng độ, dữ liệu được xử lý trên Microsoft Excel để vẽ đường chuẩn Từ đó, chúng ta có phương trình tuyến tính y = ax + b, giúp tính toán nồng độ của thuốc nhuộm sau khi xử lý, từ đó suy ra hiệu suất của quá trình theo thời gian.

3.3.3 Khảo sát pH tối ưu

Quy trình khảo sát pH thưc hiện theo các bước sau:

Pha mẫu thuốc nhuộm hoạt tính với nước máy có nồng độ khoảng 200 mg/l.

Lấy 3 lít mẫu đã pha cho vào thùng

Chỉnh từng mẻ với các pH lần lượt là 2; 2.5; 3; 3.5; 4; 5; 6; 7; 8

Cho lượng FeSO4, NaCl cố định vào

Lắp điện cưc với bộ nguồn điện 1 chiều 10A cùng máy khuấy từ

Lẫy mẫu theo thời gian 5, 10, 15, 20, 30, 45 phút Lọc qua giấy lọc Đem đi đo COD, pH, UV/Vis tại bước sóng đã khảo sát

Xử lý số liệu trên Excel, dưng được đường hiệu suất xử lý Từ đó xác định được pH tối ưu ứng với hiệu xuất xử lý cao nhất

3.3.4 Khảo sát lượng FeSO 4 tối ưu

Quy trình khảo sát lượng FeSO 4 tối ưu thưc hiện theo các bước sau:

Lấy 3 lít mẫu nước pha thuốc nhuộm nồng độ khoảng 200 mg/l cho vào thùng.

Tiến hành thí nghiệm lần lượt theo tỉ lệ FeSO4:NaCl là 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8,

Xử lý số liệu trên Excel giúp xây dựng đường hiệu suất xử lý, từ đó xác định lượng FeSO4 tối ưu để đạt hiệu suất xử lý cao nhất.

3.3.5 Khảo sát lượng NaCl tối ưu

Sau khi xác định được lượng FeSO4 và pH tối ưu, bước tiếp theo là tìm ra lượng NaCl tối ưu nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất.

Khảo sát lượng NaCl tối ưu được tiến hành như sau:

Lấy 3 lít mẫu nước pha thuốc nhuộm nồng độ khoảng 200 mg/l cho vào thùng.

Tiến hành thí nghiệm lần lượt các lượng NaCl xung quanh theo tỉ lệ cách nhau

Xử lý số liệu trên Excel giúp tạo ra đường hiệu suất xử lý, từ đó xác định tỉ lệ tối ưu tương ứng với hiệu suất cao nhất.

Keo tụ

❖ Bước 1: Xác định pH tối ưu

Chuẩn bị cốc jartest, cho vào 400 ml nước thải

Thêm 2ml phèn sắt và dùng NaOH/H2SO4 để chỉnh về pH 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8 Đưa cốc vào máy Jartest, khuấy nhanh 100 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm

Tắt máy, để lắng 30 phút

Lấy mẫu nước lắng đem đo pH, Uv/vis, pH tối ưu có độ hấp thu thấp nhất

❖ Bước 2: Xác định lượng phèn sắt tối ưu

Chuẩn bị cốc jartest, cho vào 400 ml nước thải

Thêm các lượng phèn sắt khác nhau và điều chỉnh pH tối ưu bằng NaOH hoặc H2SO4 Sau đó, cho cốc vào máy Jartest, khuấy nhanh ở tốc độ 100 vòng/phút trong 1 phút, tiếp theo khuấy chậm trong 15 phút.

Tắt máy, để lắng 30 phút

Lấy mẫu nước lắng đem đo pH, Uv/vis

Lượng phèn sắt tối ưu có độ hấp thu thấp nhất

Bước 3: Áp dụng kết quả pH, lượng phèn sắt tối ưu của 400 ml nước thải đã khảo sát cho 5 lít nước thải Tiến hành quá trình keo tụ:

• Cho 5 L nước thải vào thùng mô hình.

• Cho vào lượng phèn sắt tối ưu.

• Chỉnh về pH tối ưu.

• Đưa thùng mô hình vào máy Jartest, khuấy nhanh 100 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 15 - 20 vòng/phút trong 15 phút.

• Tắt máy, để lắng 30 phút.

• Lấy mẫu nước lắng đem đo pH, Uv/vis.

Bước 4: Tiến hành lấy 3 lít nước đã lắng để thực hiện quá trình điện hóa Fenton, với pH, lượng NaCl và FeSO4 được khảo sát theo điều kiện tối ưu của nước thải thực tế.

Hình 3.2 Quá trình keo tụ

Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR

Vùng bức xạ hồng ngoại (IR) là một phần của phổ bức xạ điện từ, nằm giữa vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng vi ba Vùng này có thể được chia thành ba phân vùng nhỏ hơn.

- Near - IR, cú bước súng từ 400 đến 10 cm -1 (1000 – 25 àm)

- Mid - IR, cú bước súng từ 4000 đến 400 cm -1 (25 – 2.5 àm)

- Far – IR, cú bước súng từ 14000 đến 4000 cm -1 (2.5 – 0.8 àm)

Phân tích phổ hồng ngoại được thực hiện trong khoảng bước sóng từ 4000 đến 400 cm-1, cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc phân tử.

Phân tích phổ hồng ngoại (IR) cho phép xác định vị trí, cường độ và hình dạng của vân phổ Phổ hồng ngoại thường được biểu diễn dưới dạng đường cong thể hiện phần trăm truyền qua (%T) theo số sóng (υ = λ -1) Sự hấp thụ của các nhóm nguyên tử được thể hiện qua các vân phổ tương ứng với các đỉnh ở các số sóng xác định, được gọi là các tần số.

Phương pháp phổ hồng ngoại đóng vai trò quan trọng trong phân tích cấu trúc phân tử, giúp xác định sự tồn tại của các nhóm liên kết thông qua tần số cường độ Sự chuyển dịch của tần số đặc trưng và thay đổi cường độ phản ánh sự tương tác giữa các nhóm liên kết lân cận trong phân tử.

Phương pháp phổ hồng ngoại là công cụ quan trọng trong nghiên cứu, giúp xác định cấu trúc của vật liệu compozit thông qua việc phân tích sự tồn tại của các nhóm chức.

Phổ FTIR trong nghiên cứu được chụp trên máy FTIR-8400S (Nhật Bản) tạiTrung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT

Thuốc nhuộm thương mại hoạt tính

4.1.1 Khảo sát bước sóng và đường chuẩn

Bảng 4.1 Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm Suncion Red:

Nồng độ thuốc nhuộm (mg/l) Độ hấp thu A th u A hấ p Đ ộ

Hình 4.3 Bước sóng thuốc nhuộm Suncion Red Đường chuẩn thuốc nhuộm Sunsion

Red là: y = 0.0164x – 0.0083 Bước sóng = 542 nm.

Bảng 4.2 Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm Suncion Blue:

Nồng độ thuốc nhuộm (mg/l) Độ hấp thu A

Hình 4.4 Đường chuẩn thuốc nhuộm Suncion Blue

Hình 4.5 Bước sóng thuốc nhuộm Suncion Blue Đường chuẩn thuốc nhuộm Suncion Blue là: y = 0.0156x + 0.0004.

4.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý

4.1.2.1 Khảo sát pH tối ưu

Nồng độ thuốc nhuộm ban đầu khoảng 200 mg/l, COD ban đầu = 960 – 1024 mg/l.

Hiệu quả xử lý sau 20 phút thể hiện qua bảng sau:

Bảng 4.3 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SR và SB đối với khảo sát pH tối ưu pH

Hiệu Suncion quả Red xử lý

H iệ u qu ả xử lý m àu ( % ) 94.00%

HIỆU QUẢ XỬ LÝ MÀU

HIỆU QUẢ XỬ LÝ COD

Hình 4.6.Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SR, SB khi bị ảnh hưởng bởi pH với

Dưa vào hình 4.6, thuốc nhuộm SR dễ xử lý hơn thuốc nhuộm SB pH tối ưu của

2 loại thuốc nhuộm đều nằm trong khoảng pH từ 2 đến 4 Cụ thể:

+ Thuốc nhuộm Suncion Red: pH = 3 là pH tối ưu Khi pH bằng 3, hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD lần lượt là 93.26%, 50%.

+ Thuốc nhuộm Suncion Blue: pH = 3.5 là pH tối ưu Hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD khi pH bằng 3.5 lần lượt là 92.30%, 50%.

Cả 2 màu đều có xu hướng giảm khả năng xử lý ở pH cao Vì khi pH thấp (pH 4), nồng độ H + không đủ để tạo H 2 O 2 và làm nồng độ Fe 2+ giảm do có sư chuyển hóa từ Fe 2+ thành Fe 3+

4.1.2.2 Khảo sát lượng FeSO 4 tối ưu

Bảng 4.4 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SR và SB đối với khảo sát lượng

FeSO 4 tối ưu sau 20 phút

FeSOLượng FeSOHiệu quả xử lý màu

Hiệu quả xử lý COD

Hiệu quả xử lý màu (%)

Hiệu quả xử lýCOD (%)

H iệ u qu ả xử lý m àu ( % ) 96.00% 94.00%

Hình 4.7 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SB và SR khi bị ảnh hưởng bởi lượng

FeSO 4 với C 0 ≈ 200mg/L, cố định NaCl 5g/L

Dưa vào hình 4.7, thuốc nhuộm SR có hiệu quả xử lý cao hơn SB Cụ thể:

Thuốc nhuộm Suncion Red đạt hiệu quả tối ưu khi sử dụng 2.14g FeSO4 tại pH 3, với tỉ lệ 1:7 so với NaCl Kết quả xử lý màu đạt 94.14% và hiệu quả xử lý COD là 56.25%.

Thuốc nhuộm Suncion Blue đạt hiệu quả tối ưu khi sử dụng lượng FeSO4 là 1.5g tại pH 3.5, tương ứng với tỉ lệ 1:10 so với NaCl Hiệu quả xử lý màu và xử lý COD lần lượt đạt 92.3% và 50%.

Cả 2 màu đều có xu hướng giảm hiệu quả xử lý khi lượng FeSO 4 tăng Nguyên nhân là do nồng độ Fe 2+ quá nhỏ thì lượng Fe 2+ trong dung dịch không đủ để phản ứng với H 2 O 2 sinh ra trên Catot, gốc OH  tạo ra ít Khi lượng Fe 2+ nhiều, quá trình oxi hóa

Quá trình oxi hóa khử tại Anot diễn ra khi Fe 2+ chuyển thành Fe 3+, dẫn đến sự dư thừa cặp oxi hóa Fe 3+/Fe 2+ Sự dư thừa này gây ra chu trình oxi hóa khử liên tục tại cả hai điện cực, từ đó làm giảm hiệu suất xử lý.

Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SR và SB đối với khảo sát NaCl tối ưu sau 20 phút

Hiệu quả xử lý COD (%)

Hình 4.8 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SR và SB khi bị ảnh hưởng bởi lượng NaCl với C 0 ≈ 200mg/L, FeSO 4 cố định

Dưa vào hình 4.8, ở cả 2 màu hiệu quả xử lý sẽ cao hơn khi tăng lượng NaCl lên đến điểm tối ưu tùy vào từng màu Cụ thể:

+ Thuốc nhuộm Suncion Red: Lượng NaCl tối ưu (ở pH = 3, FeSO 4 = 2.14g) là 16g Hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD cao nhất lần lượt là 96.7% và 62.5%.

+ Thuốc nhuộm Suncion Blue: Lượng NaCl tối ưu (ở pH = 3.5, FeSO 4 = 1.5g) là 17g Hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD cao nhất lần lượt là 96.51% và 60%.

Khi nồng độ NaCl đạt mức tối ưu, lượng H₂O₂ sinh ra đủ để duy trì sự cân bằng trong cặp oxi hóa Fe³⁺/Fe²⁺, từ đó hạn chế ảnh hưởng đến hiệu quả tạo OH• Nếu NaCl thấp hơn mức tối ưu, cường độ dòng điện trong dung dịch sẽ giảm, gây mất ổn định trong quá trình xử lý Ngược lại, nếu NaCl vượt quá mức tối ưu, quá trình xử lý vẫn tiếp tục nhưng chuyển từ điện hóa Fenton sang keo tụ điện hóa.

Sau khi xử lý, nhận thấy lượng NaCl càng tăng thì hiệu quả xử lý càng tăng đến khi đạt được điểm tối ưu.

4.1.2.4 Khảo sát động học của thuốc nhuộm Suncion Red và Suncion Blue Bảng 4.6 Kết quả tính toán động học bậc nhất đối với thuốc nhuộm SR và SB

Hình 4.9 Đồ thị động học bậc nhất đối với thuốc nhuộm SR, SB ở nồng độ

Bảng 4.7 Tham số phương trình động học trong điều kiện nồng độ thuốc nhuộm ban đầu C 0 ≈ 200 mg/l

Hệ số xác định R² của hai loại thuốc nhuộm SR và SB lớn hơn 0.9, cho thấy phương trình động học bậc nhất phù hợp với quá trình điện hóa Fenton trong việc xử lý thuốc nhuộm hoạt tính.

Theo hình 4.8, thuốc nhuộm SR có hệ số hấp thụ (K app) nhỏ hơn thuốc nhuộm SB, điều này cho thấy phản ứng của SB diễn ra nhanh hơn Mặc dù hiệu suất xử lý của SR có thể cao hơn, nhưng điều này không đảm bảo rằng phản ứng sẽ xảy ra nhanh hơn so với SB.

Nước thải công ty TNHH Kim Thành Hưng

Hình 4.10 Bước sóng của nước thải

4.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý:

Bảng 4.8 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý của nước thải pH

COD sau xử lý (mg/l) Hiệu quả xử lý COD (%)

H iệ u qu ả xử lý m àu ( % )

Hình 4.11 Hiệu quả xử lý nước thải với lượng FeSO 4 0.4g/L, NaCl 4g/L

Trong quá trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến pH của nước thải dệt nhuộm, pH tối ưu được xác định là 4.

4, hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD tại pH bằng 4 lần lượt là 97.17%, 36.36%.

Khi pH thấp (pH < 2), nồng độ H+ cao làm giảm hiệu suất sản xuất H2O2 do phản ứng khử H+ giải phóng H2 chiếm ưu thế Ngược lại, ở pH cao (pH > 4), nồng độ H+ không đủ để tạo H2O2, dẫn đến sự giảm nồng độ Fe2+ do chuyển hóa thành Fe3+ Tuy nhiên, trong khoảng pH từ 2 đến 4, hiệu quả xử lý màu đạt mức cao và ổn định nhất.

Khảo sát với lượng NaCl cố định 4g/L

Bảng 4.9 Kết quả ảnh hưởng của lượng FeSO 4 theo tỉ lệ với NaCl đối với hiệu quả xử lý nước thải sau 20 phút

Hiệu quả xử lý nước thải với pH

Theo quá trình khảo sát, ta thấy lượng

FeSO 4 tối ưu khi pH tối ưu (pH tỉ lệ 1:12 Hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD lần lượt là 98.44%, 38.46%.

Khi nồng độ sắt cao hơn, hiệu quả xử lý có xu hướng giảm Nguyên nhân là do nồng độ Fe 2+ quá thấp, dẫn đến lượng Fe 2+ trong dung dịch không đủ để phản ứng với H 2 O 2 được sinh ra trên Catot.

OH  tạo ra ít Khi lượng Fe 2+ nhiều, quá trình oxi hóa Fe 2+ trên Anot tạo

Sự xuất hiện của ion Fe 3+ và sự dư thừa cặp oxi hóa Fe 3+/Fe 2+ gây ra chu trình oxi hóa khử liên tục tại cả hai điện cực, dẫn đến việc giảm hiệu suất xử lý.

Bảng 4.10 Kết quả ảnh hưởng của lượng NaCl đến hiệu quả xử lý nước thải sau 20 phút

COD sau xử lý (mg/l)

Hình 4.13 Hiệu quả xử lý nước thải với pH = 4, lượng FeSO 4 cố định 0.33g/L

Sau khi thí nghiệm ở pH = 4 và xác định lượng FeSO4 tối ưu, chúng tôi tiến hành khảo sát lượng NaCl tối ưu Kết quả cho thấy, khi lượng NaCl đạt 14g, các điều kiện khảo sát đạt tối ưu với hiệu quả xử lý màu và COD lần lượt là 99.14% và 50%.

Khi nồng độ NaCl đạt 14g, hiệu suất xử lý đạt mức cao nhất và thời gian xử lý nhanh nhất Lượng H2O2 sinh ra tại điểm này vừa đủ, cùng với sự điện li của cặp oxi hóa Fe3+/Fe2+ cũng ở mức tối ưu, giúp hạn chế ảnh hưởng đến hiệu quả tạo OH Nếu NaCl thấp hơn mức tối ưu, cường độ dòng điện trong dung dịch sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến sự mất ổn định trong quá trình xử lý Ngược lại, nếu NaCl vượt quá lượng tối ưu, quá trình xử lý vẫn tiếp diễn, nhưng chuyển từ điện hóa Fenton sang keo tụ điện hóa.

So sánh hiệu quả xử lý màu phương pháp điện hóa Fenton và phương pháp kết hợp keo tụ và điện hóa Fenton cho nước thải thật

Bảng 4.11 Khảo sát pH tối ưu pH

Hình 4.14 Khảo sát pH tối ưu Bảng

4.12 Lượng phèn tối ưu đối với 400 ml nước thải

Lượng phèn sắt (ml) Hiệu quả xử lý (%)

Lượng phèn sắt (ml) Hiệu quả xử lý(%)

Hình 4.15 Khảo sát lượng phèn tối ưu

4.14, lượng phèn sắt tối ưu của 400 ml nước thải là 5.5 ml Vậy lượng phèn sắt cho 5 lít nước thải là 68.75 ml.

4.3.2 Phương pháp điện hóa Fenton cho nước thải thực

(% ) lý m àu qu ả xử H iệ u

Hình 4.16 Hiệu quả xử lý của nước thải thực trong điều kiện vận hành tối ưu theo thời gian

4.3.3 Phương pháp kết hợp (keo tụ + điện hóa Fenton) cho nước thải thực

Sau khi keo tụ, phèn sắt được bổ sung với liều lượng tối ưu Nhờ vào tác dụng của hóa chất và lực khuấy từ máy Jartest, các cặn li ti va chạm và kết dính lại với nhau, hình thành những bông cặn lớn hơn, giúp lắng xuống và làm giảm độ màu của nước thải Kết quả, hiệu quả xử lý màu đạt 68.09% sau quá trình keo tụ - tạo bông.

Tiếp tục xử lý nước sau keo tụ bằng phương pháp điện hóa Fenton thu được:

Hình 4.17 Hiệu quả xử lý giai đoạn xử lý điện hóa Fenton của phương pháp

Fenton điện hóa Keo tụ + Điện hóa Fenton

Hình 4.18 So sánh hiệu quả xử lý của 2 phương pháp

Sau 5 phút, phương pháp kết hợp giữa keo tụ và điện hóa Fenton đạt hiệu quả xử lý màu lên tới 99.69%, trong khi chỉ sử dụng phương pháp điện hóa Fenton đạt 90.26% Điều này cho thấy sự vượt trội của phương pháp kết hợp trong việc xử lý màu.

Trong nghiên cứu so sánh hiệu suất giữa hai phương pháp xử lý, phương pháp Fenton điện hóa cho thấy hiệu quả xử lý màu sau 30 phút, trong khi phương pháp kết hợp đạt được kết quả này chỉ sau 10 phút Mặc dù hai phương pháp này không có sự chênh lệch lớn về hiệu suất trong 5 phút đầu, nhưng mỗi phương pháp lại có những ưu nhược điểm riêng Cụ thể, phương pháp điện hóa tiêu tốn nhiều chi phí điện hơn, trong khi phương pháp kết hợp lại yêu cầu nhiều thời gian và hóa chất hơn.

FeSOLượng FeSOHiệu quả xử lý màu

Hiệu quả xử lý COD

Hiệu quả xử lýCOD (%)

H iệ u qu ả xử lý m àu ( % ) 96.00% 94.00%

Hình 4.7 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SB và SR khi bị ảnh hưởng bởi lượng

FeSO 4 với C 0 ≈ 200mg/L, cố định NaCl 5g/L

Dưa vào hình 4.7, thuốc nhuộm SR có hiệu quả xử lý cao hơn SB Cụ thể:

Thuốc nhuộm Suncion Red đạt hiệu quả tối ưu khi sử dụng 2.14g FeSO4 tại pH 3, với tỉ lệ 1:7 so với NaCl Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý màu đạt 94.14% và hiệu quả xử lý COD là 56.25%.

Thuốc nhuộm Suncion Blue đạt hiệu quả tối ưu khi sử dụng 1.5g FeSO4 ở pH 3.5, với tỷ lệ 1:10 so với NaCl Hiệu quả xử lý màu đạt 92.3% và hiệu quả xử lý COD là 50%.

Cả hai màu đều cho thấy hiệu quả xử lý giảm khi nồng độ FeSO4 tăng Nguyên nhân là do nồng độ Fe2+ thấp không đủ để phản ứng với H2O2 trên Catot, dẫn đến việc tạo ra ít gốc OH• Khi nồng độ Fe2+ tăng cao, quá trình oxi hóa diễn ra không hiệu quả.

Quá trình oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ trên Anot dẫn đến sự dư thừa của cặp oxi hóa Fe 3+/Fe 2+ Sự dư thừa này gây ra chu trình oxi hóa khử liên tục tại cả hai điện cực, từ đó làm giảm hiệu suất xử lý.

Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SR và SB đối với khảo sát NaCl tối ưu sau 20 phút

Hình 4.8 Hiệu quả xử lý của thuốc nhuộm SR và SB khi bị ảnh hưởng bởi lượng NaCl với C 0 ≈ 200mg/L, FeSO 4 cố định

Dưa vào hình 4.8, ở cả 2 màu hiệu quả xử lý sẽ cao hơn khi tăng lượng NaCl lên đến điểm tối ưu tùy vào từng màu Cụ thể:

+ Thuốc nhuộm Suncion Red: Lượng NaCl tối ưu (ở pH = 3, FeSO 4 = 2.14g) là 16g Hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD cao nhất lần lượt là 96.7% và 62.5%.

+ Thuốc nhuộm Suncion Blue: Lượng NaCl tối ưu (ở pH = 3.5, FeSO 4 = 1.5g) là 17g Hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD cao nhất lần lượt là 96.51% và 60%.

Khi nồng độ NaCl đạt mức tối ưu, lượng H2O2 sinh ra sẽ đủ để duy trì cặp oxi hóa Fe3+/Fe2+ ở mức hợp lý, từ đó hạn chế tác động đến hiệu quả tạo ra gốc hydroxyl (OH•) Ngược lại, nếu NaCl thấp hơn mức tối ưu, cường độ dòng điện trong dung dịch sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến sự mất ổn định trong quá trình xử lý Trong trường hợp NaCl vượt quá mức tối ưu, quá trình xử lý vẫn diễn ra nhưng chuyển từ điện hóa Fenton sang quá trình keo tụ điện hóa.

4.1.2.4 Khảo sát động học của thuốc nhuộm Suncion Red và Suncion Blue Bảng 4.6 Kết quả tính toán động học bậc nhất đối với thuốc nhuộm SR và SB

Hình 4.9 Đồ thị động học bậc nhất đối với thuốc nhuộm SR, SB ở nồng độ

Bảng 4.7 Tham số phương trình động học trong điều kiện nồng độ thuốc nhuộm ban đầu C 0 ≈ 200 mg/l

Dựa vào giá trị các tham số của phương trình động học bậc nhất và đồ thị hình 4.8, hệ số xác định R² của hai loại thuốc nhuộm SR và SB đều lớn hơn 0.9 Điều này chứng tỏ rằng phương trình động học bậc nhất phù hợp với quá trình điện hóa Fenton trong việc xử lý thuốc nhuộm hoạt tính.

Theo hình 4.8, thuốc nhuộm SR có K app nhỏ hơn SB, điều này cho thấy phản ứng xảy ra chậm hơn Mặc dù hiệu suất xử lý SR có thể cao hơn, nhưng không đảm bảo rằng phản ứng sẽ diễn ra nhanh hơn.

4.2 Nước thải công ty TNHH Kim Thành Hưng

Hình 4.10 Bước sóng của nước thải

4.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý:

Bảng 4.8 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý của nước thải pH

COD sau xử lý (mg/l) Hiệu quả xử lý COD (%)

Hình 4.11 Hiệu quả xử lý nước thải với lượng FeSO 4 0.4g/L, NaCl 4g/L

Qua khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến pH của nước thải dệt nhuộm, chúng tôi nhận thấy rằng pH tối ưu là 4 Khi pH đạt mức này, chất lượng nước thải được cải thiện rõ rệt.

4, hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD tại pH bằng 4 lần lượt là 97.17%, 36.36%.

Khi pH thấp (pH < 2), nồng độ H+ cao làm giảm hiệu suất sản xuất H2O2 do sự cạnh tranh với phản ứng khử H+ thành H2 Ngược lại, ở pH cao (pH > 4), nồng độ H+ không đủ để tạo H2O2, dẫn đến sự giảm nồng độ Fe2+ do chuyển hóa thành Fe3+ Tuy nhiên, trong khoảng pH từ 2 đến 4, hiệu quả xử lý màu đạt cao nhất và ổn định.

Khảo sát với lượng NaCl cố định 4g/L

Bảng 4.9 Kết quả ảnh hưởng của lượng FeSO 4 theo tỉ lệ với NaCl đối với hiệu quả xử lý nước thải sau 20 phút

Hiệu quả xử lý nước thải với pH

Theo quá trình khảo sát, ta thấy lượng

FeSO 4 tối ưu khi pH tối ưu (pH tỉ lệ 1:12 Hiệu quả xử lý màu và hiệu quả xử lý COD lần lượt là 98.44%, 38.46%.

Nồng độ sắt cao có thể dẫn đến hiệu quả xử lý giảm sút Điều này xảy ra vì khi nồng độ Fe2+ quá thấp, lượng Fe2+ trong dung dịch không đủ để phản ứng với H2O2 được sinh ra trên Catot.

OH  tạo ra ít Khi lượng Fe 2+ nhiều, quá trình oxi hóa Fe 2+ trên Anot tạo

Sự hiện diện của Fe 3+ gây ra tình trạng dư thừa cặp oxi hóa khử Fe 3+/Fe 2+, dẫn đến chu trình oxi hóa khử diễn ra liên tục tại cả hai điện cực, từ đó làm giảm hiệu suất xử lý.

Bảng 4.10 Kết quả ảnh hưởng của lượng NaCl đến hiệu quả xử lý nước thải sau 20 phút

COD sau xử lý (mg/l)

Hình 4.13 Hiệu quả xử lý nước thải với pH = 4, lượng FeSO 4 cố định 0.33g/L

Sau khi thí nghiệm với pH = 4 và xác định lượng FeSO4 tối ưu, chúng tôi tiếp tục khảo sát lượng NaCl tối ưu Kết quả cho thấy, khi sử dụng 14g NaCl, các điều kiện khảo sát đạt hiệu quả tối ưu nhất Hiệu quả xử lý màu và COD lần lượt đạt 99.14% và 50%.

Khi nồng độ NaCl đạt 14g, hiệu suất xử lý cao nhất và thời gian xử lý nhanh nhất được ghi nhận Lượng H2O2 sinh ra ở mức tối ưu, cùng với cặp oxi hóa Fe3+/Fe2+ điện li vừa đủ, giúp hạn chế ảnh hưởng đến hiệu quả tạo OH Nếu nồng độ NaCl thấp hơn mức tối ưu, sẽ làm giảm cường độ dòng điện trong dung dịch, dẫn đến sự mất ổn định trong quá trình xử lý Ngược lại, nếu nồng độ NaCl quá cao, quá trình xử lý vẫn diễn ra nhưng chuyển từ điện hóa Fenton sang keo tụ điện hóa.

4.3 So sánh hiệu quả xử lý màu phương pháp điện hóa Fenton và phương pháp kết hợp keo tụ và điện hóa Fenton cho nước thải thật

Bảng 4.11 Khảo sát pH tối ưu pH

Hình 4.14 Khảo sát pH tối ưu Bảng

4.12 Lượng phèn tối ưu đối với 400 ml nước thải

Lượng phèn sắt (ml) Hiệu quả xử lý (%)

Lượng phèn sắt (ml) Hiệu quả xử lý(%)

Hình 4.15 Khảo sát lượng phèn tối ưu

4.14, lượng phèn sắt tối ưu của 400 ml nước thải là 5.5 ml Vậy lượng phèn sắt cho 5 lít nước thải là 68.75 ml.

4.3.2 Phương pháp điện hóa Fenton cho nước thải thực

Hình 4.16 Hiệu quả xử lý của nước thải thực trong điều kiện vận hành tối ưu theo thời gian

4.3.3 Phương pháp kết hợp (keo tụ + điện hóa Fenton) cho nước thải thực

Sau khi keo tụ, phèn sắt được thêm vào với liều lượng tối ưu Nhờ tác dụng của hóa chất và lực khuấy từ máy Jartest, các cặn li ti va chạm và dính kết lại, tạo thành những bông cặn lớn hơn, lắng xuống và giảm độ màu của nước thải Kết quả, hiệu quả xử lý màu đạt 68.09%.

Tiếp tục xử lý nước sau keo tụ bằng phương pháp điện hóa Fenton thu được:

Hình 4.17 Hiệu quả xử lý giai đoạn xử lý điện hóa Fenton của phương pháp

Fenton điện hóa Keo tụ + Điện hóa Fenton

Hình 4.18 So sánh hiệu quả xử lý của 2 phương pháp

Sau 5 phút, phương pháp kết hợp giữa keo tụ và điện hóa Fenton đạt hiệu quả xử lý màu lên đến 99.69%, trong khi phương pháp điện hóa Fenton đơn lẻ chỉ đạt 90.26% Điều này cho thấy sự ưu việt của phương pháp kết hợp trong việc xử lý màu.

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Khảo Sát Xử Lý Nước Thải Và Thuốc Nhuộm Hoạt Tính Trong Pha Lỏng Bằng Phương Pháp Điện Hóa Fenton
Tác giả	Nguyễn Hồng Ngọc Linh, Hoàng Thị Ngọc Mai
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thái Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	3,11 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] Vũ Thị Bích Ngọc, Hoàng Thị Hương Huế, Trịnh Lê Hùng, 2016, Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxi hóa bậc cao	Khác
[2] Đặng Hoàng Yến, Nguyễn Thị Kim Ngân, Nguyễn Đức Đạt Đức, Nguyễn Văn Hữu, 2016, Nguyên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ fenton điện hóa	Khác
[3] Nguyễn Đức Đạt Đức, Đặng Hoàng Yến, Nguyễn Thị Kim Ngân, Đào Minh Trung, 2016, Xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm bằng fenton điện hóa với graphit	Khác
[4] Phạm Thị Minh, Nguyễn Thị Lê Hiền, Đinh Thị Mai Thanh, Xử lý Congpo đỏ bằng phương pháp fenton điện hóa, Hội nghị Khoa học kỷ niệm 35 năm Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam – Hà Nội 10/2010	Khác
[5] R.B. Chavan, 2011, Handbook of Textile and Industrial Dyeing. Environmentally friendly dyes	Khác
[6] Naomi Campbell, 2012, Reactive Dyes Definition – Classification – Properties and Influencing Factors	Khác
[7] Mas Rosemal H.Mas Haris and Kathiresan Sathasivam, 2009, The removal of methyl red from aqueous solutions using banana Pseudostem Fibers	Khác
[8] Smanonmani T.Santhi, T.Ssmitha, 2010, Removal of Methyl Orange from Solutions using Yam Leaf Fibers. Chemical Engineering Research Bulletin 14	Khác
[9] Sujata Mani and Ram Naresh Bharagava, Environment and Health Hazards and Treatment Approaches, Sujata Mani and Ram Naresh Bharagava	Khác
[11] P.V. Nidheesh, R. Gandhimathi, 2012, Trend in electro fenton process for water and wastewater treatment, 299	Khác
[12] Nese Ertugay, Filiz Nuran Acar, 2017, Removal of COD and color from Direct Blue 71 azo dye wasterwater by fenton’s oxidation, Areabian Journal of Chemistry	Khác
[13] Minghua Zhou, Qinghong Yu, Lecheng Lei, Geoff Barton, Electro – Fenton method for the removal of methyl red in an efficient electrochemical system	Khác
[14] P.V. Nidheesh, R. Gandhimathi, 2012, Trends in electro-Fenton process for water and wastewater treatment	Khác
[15] Elodie Guivarch, Stephane Trevin, Claude Lahitte, Mehmet A. Oturan, Degradation of azo dyes in water by Electro-Fenton process	Khác
[16] Shanshan Chou, Yao-hui Huang, Shen-nan Lee, Gaw-Hao Huang, Chihpin Huang,1999, Xử lí nước thải chứa hexamine có độ mạnh cao bằng fenton điện hóa;Tạp chí Wat. Res. Tập 33, Trang 751-759	Khác
[17] Elodie Guivarch, Stephane Trevin, Claude Lahitte, Mehmet A.Oturan, 2013, Sư suy giảm thuốc nhuộm ezo bằng phương pháp fenton điện hóa; Tạp chí Environ Chem Lett	Khác