Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật môi trường: Nghiên cứu khử một số màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo tụ điện hóa
2,561
384
92
36
tuần hoàn với tốc độ10 lít/phút. Hệ thống ổn nhiệt luôn duy trì nhiệt độ nước
th
ải luôn ở
42
o
C. Đ
ặc tính n
ước th
ải nh
ư
sau: BOD 5450 mg/l; COD 1.200
mg/l; màu 3400 đơn v
ị
ADMI; t
ổng Nitơ (TKN) 34 mg/l; pH=10.
Trong quá trình th
ử nghiệm, cho ta thấy nếu đ
ưa thêm NaCl và axit HCl,
hi
ệu suất xử lý COD và xử lý màu gia tăng. Tải lượng COD giảm được 93%
sau 40 phút x
ử l
ý, m
ật đô d
òng điện 890 mA/cm
2
có thêm vào 2,0 ml NaCl
1% (tương
ứng 10.000
mg NaCl/l) và 2 ml HCl 36%. Đ
ộ
màu đơn v
ị ADMI
gi
ảm được 92% và TKN giảm đến 99%.
-
Từ các nghi
ên cứu trên cho thấy v
ới
ưu điểm nhỏ gọn, đơn giản dễ vận hành,
không t
ốn hóa chất phụ
tr
ợ (ổn định pH hoặc nồng độ), hiệu quả cao (có thể
lo
ại đến 99% chất hữu cơ, mà cũng rất kinh tế (Cao nhất 9.500 vnd/ m
3
nư
ớc
th
ải theo
Cañizares và c
ộng sự
(2009)) cho th
ấy keo t
ụ điện hóa l
à công nghệ
rất triển vọng cao trong xử lý triệt để nước thải ngành nhuộm.
37
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
3.1 Hóa ch
ất và thiết bị
3.1.1 Hóa ch
ất
Các màu nhu
ộm dùng trong thí nghiệm là màu nhuộm công nghiệ
p: Sunzol Black B
150% (SBB) và Sunfix Red S3B 100% cung c
ấp bởi Công ty dệt nhuộm Tân Phú
Cư
ờng, Tân Bình với công thức và cấu trúc như hình 3.1.
Hình 3.1 Đ
ặc tính lý học của các màu dùng trong thí nghiệm
λ
max
: bước sóng hấp thu tối đa
- Phèn nhôm dùng trong thí nghi
ệm là loại phèn nhôm (Kalium a
luminum sulfat
K
2
SO
4
·Al
2
[SO
4
]
3
·24H2O) b
ột mịn 10,3% Al
2
O
3
, Công ty hóa ch
ất
Biên Hòa.
- Nư
ớc dùng pha chuẩn là nước cất hai lần
- Các hóa ch
ất khác: NaOH 0
,1N và H
2
SO
4
0,2N, … đ
ều đạt chuẩn trong phân tích.
Nư
ớ
c th
ải nhuộm thực tế tại
DNTN Ti
ền Kim Thà
nh (Lô D12, đư
ờng số 6A,
Khu
TTCN Lê Minh Xuân, xã Tân Nh
ựt, huyện B
ình Chánh, Tp.HCM)
v
ới các thông số
được nêu trong bảng 3.1 đây cũng là thông số đặc trưng cho nước thải của nhà máy
nhu
ộm hoạt tính
(Loan, 2011; Thanh và c
ộng sự
, 2013).
B
ảng 3.1 Thông số
nư
ớc thải
đ
ầu
vào c
ủa DNTN Tiền Kim Thành
Các thông số
Đơn vị
Kết quả phân tích
pH
8 - 11
TSS
mg/l
250-270
BOD
5
mg/l
150-200
38
COD
mg/l
180-300
Độ màu
Pt - Co
200-350
3.1.2 Thi
ết bị và dụng cụ thí nghiệm
3.1.2.1 Máy quang ph
ổ so m
àu UV
-Vis
Máy quang ph
ổ so màu DR5000
do hãng HACH (Hoa K
ỳ) sản xuất.
Bư
ớc sóng
quét có th
ể đạt từ 190
– 1100 nm.
Hình 3.2 Máy quang ph
ổ UV
-Vis
3.1.2.2 Máy đo pH
Máy đo pH do h
ãng METTLER TOLEDO (Thụy Sĩ) sản xuất
Hình 3.3 Máy đo pH
3.2. Phương pháp t
ạo mẫu
nư
ớc chứa m
àu và ch
ất keo tụ
39
3.2.1 Phương pháp t
ạo mẫu nước
Cân 0,050 g MN cho vào bình
đ
ịnh mức 1
,0lít, thêm 80ml nư
ớc cất, v
ài giọt NaOH
(0,1M), l
ắc đều cho MN tan hết. Thêm 800ml nước cất, dùng NaOH chỉnh pH
kho
ảng 11, định mức th
ành 1
,0 lít, sau đó đun nóng dung d
ịch đ
ến 70
0
C, k
ết hợp
khu
ấy từ trong
1,0 gi
ờ, đảm bảo cho mẫu tan hoàn toàn và MN trong nước là dạng
hoàn toàn th
ủy phân.
3.2.2 Phương pháp Jartes
N
ồng độ màu nhuộm khảo sát:
- Sunzol Black B 150%: 50mg/l
- Sunfix Red S3B 100%: 50mg/l
3.2.2.1 Xác đ
ịnh pH tối
ưu
- Cho vào 6 becker đánh s
ố thự tự mỗi becker 500
ml dung d
ịch MN.
- Dùng dung d
ịch NaOH (0
,1N) và acid HCl (0,1N) ch
ỉnh pH mỗi becker lần lượt
5-12.
- N
ồng độ
phèn trong dung d
ịch màu nhuộm 60
mg/l.
- Đ
ặt becker v
ào thiết bị Jar
-test, l
ắp các cánh khuấy, khuấy nhanh
180vòng/phút
trong 2,0 phút, gi
ảm tốc độ quay xuống 60
vòng/phút, gi
ữ tốc độ này trong 15
phút.
- T
ắt máy khuấy, để lắng 30phút, sau đó lấy 3
,0 ml m
ẫu trên bề mặt xác định chỉ
tiêu đ
ộ m
àu.
pH tốiưu sẽ tương ứng với mẫu có độ màu thấp nhất.
3.2.2.2 Kh
ảo sá
t n
ồng độ m
àu tối ưu
- Cho vào 6 becker đánh s
ố thự tự mỗi becker 500m
l MN v
ới các nồng độ khác
nhau 30-140 mg/l.
- Dùng dung d
ịch NaOH (0
,1N), acid HCl (0,1N), ch
ỉnh và cố định pH tối ưu ở
m
ỗi becker
.
- C
ố định nồng độ
phèn t
ối ưu trong dung dịch màu nhuộm đã k
h
ảo sát ở trên.
- Đ
ặt becker vào thiết bị Jar
-test, l
ắp các cánh khuấy, khuấy nhanh 180
vòng/phút
trong 2,0 phút, gi
ảm tốc độ quay xuống tốc dộ khuấy tối ưu, giữ tốc độ này trong
th
ời gian khảo sát tối ưu.
40
- Tắt máy khuấy, để lắng 30 phút, sau đó lấy mẫu trên bề mặt xác định chỉ tiêu
độ
màu.
N
ồng độ màu tối ưu sẽ tương ứng với mẫu có độ màu thấp nhất.
3.2.2.3 Kh
ảo sát quá tr
ình xử lý màu bằng
phèn nhôm
B
ảng 3.
2 Các y
ếu tố khảo sát của
phèn nhôm
Y
ếu tố
Kho
ảng khảo sát
pH
5- 12
Nồng độ chất keo tụ phèn nhôm (mg/l)
1000
N
ồng độ màu (mg/
l)
2
Hình 3.4 Mô hình Jartest dùng trong thí nghi
ệm
3.2.3 Phương pháp thí nghi
ệm
S
ử dụng trong điện phân nh
ư trong
hình 3.5 s
ử dụng bộ nguồn một chiều có
đi
ều chỉnh điện thế giữ ổn định điện thế trong suốt qu
á trình
điên phân.
Kích thư
ớc đi
ên cực 10×10
cm. Kho
ảng cách đi
ên cực là 15
-20 mm, s
ử dụng hai
c
ặp điện cực (
2 anôt, 2 catôt). V
ật liệu điện cực
CT3. M
ẫu màu nhuộm pha với
n
ồng độ nhất định bằng nước cất.
41
Hình 3.5 Mô hình
điện hóa dùng tron
g thí nghi
ệm
3.3 Khảo sát quá trình xử lý màu pha bằng điện hóa
Quá trình kh
ảo sát dựa tr
ên sự đánh giá phô hấp phụ UV
, qua quá trình
đi
ện
phân b
ản chất ph
ổ h
ấp p
h
ụ màu nhuộm thay đổi, thông qua
đó đánh giá s
ự phân hủy cấu trúc của m
àu nhuộm và hợp chất khác được tạo ra.
Ngoài vi
ệc đánh giá thay đổi cấu trúc của màu nhuộm theo sự thay đổi của phổ
UV, thông s
ố COD cũng đ
ược đề cập đến như là một thông số cho biết việc oxi hóa
m
ột phần màu nhu
ộm trong dung dịch tạo ra sản phẩm khoáng hóa.
Căn c
ứ vào đặc tính nước thải nhuộm lấy tại cơ sở
, đi
ều kiện phòng thí nghiệm
và
tham kh
ảo tài liệu từ các nghiên cứu
(Pekel và c
ộng sự
, 2013; Al và c
ộng sự
, 2012;
Lakshmanan và c
ộng sự
, 2009; Asselin và c
ộng sự
, 2008) các y
ếu tố điều chỉnh và
thông s
ố thay đổi được tóm tắt trong
b
ảng 3.
2
42
Bảng 3.3 Các bước và yếu tố thí nghiệm cho màu SRB , SRS
Bư
ớc
thí nghi
ệm
Yếu tố
Khoảng khảo sát
1
pH
3-12
2
Mu
ối Na
2
SO
4
(g/l)
1200 -1400
3
N
ồng độ màu (mg/
l)
30-140
4
M
ật
đ
ộ
dòng (A/m
2
)
43,3-130
5
Th
ời gian (phút)
4-10
Đư
ợc chi tiết hóa nh
ư sau
:
3.3.1. Xác đ
ịnh pH tối ưu
C
ố địn
h lư
ợng sulphate (chọn nồng độ 40
00 mg/l) và các y
ếu tố nồng độ thuốc
nhu
ộm (
30 - 140 mg/l), m
ật
đ
ộ
dòng (43,3 - 130,0 A/m
2
) và th
ời gian phản ứng (
4 -
10 phút);
Bi
ến thiên giá trị pH tại các điểm 3
- 12 (đi
ều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH
0,1M và HCl 0,1M).
Ti
ến trình thí nghiệm như sau:
- Cho vào bình
đi
ện hóa
3,0 lít dung d
ịch thuốc nhuộm đ
ã được pha với nồng
đ
ộ
30-140 mg/l và lư
ợng sulphate 40
00 mg/l;
- Dùng dung d
ịch NaOH (0
,1M), axít HCl (0,1M), ch
ỉnh v
à cố định lần lượt
các giá tr
ị pH đã chọn khảo sát;
- G
ắn điện cực
- B
ật máy, chỉnh dòng tương ứng
43,3 A trong 4,0 phút;
- T
ắt máy, để lắng 30
phút, sau đó l
ấy mẫ
u đem phân tích đ
ộ hấp thu.
pH l
ựa chọn chính là pH mẫu có độ hấp thu thấp hoặc thích hợp nhất.
3.3.2. Xác đ
ịnh nồng độ sulphate tối ưu
Thực hiện tương tự bước khảo sát pH, nhưng cố định pH (tại ngưỡng X lựa
ch
ọn),
m
ật
đ
ộ
dòng (43,3 - 130,0 A/m
2
), n
ồng đ
ộ m
àu nhuộm (
30 - 140 mg/l) trong
th
ời gian
4 - 10 phút.
43
Thay đổi nồng độ muối ở các mức: 4000- 5000 mg/l.
Trình t
ự thí nghiệm nh
ư sau:
- Cho vào bình
điện hóa 4
,0lít dung d
ịch thuốc nhuộm đã được pha với nồng
đ
ộ
30 - 140 mg/l l
ần l
ượt ở các hàm lượng muối s
ulphate khác nhau;
- Dùng dung d
ịch NaOH (0
,1M), axít HCl (0,1M), ch
ỉnh và cố định pH theo
giá tr
ị pH X tối
ưu đã được khảo sát
ở mục 3.3.1;
- G
ắn điện cực
- B
ật máy, chỉnh
m
ật
đ
ộ
dòng tương
ứng
43,3 A/m
2
trong 2 – 15 phút;
- T
ắt máy, để lắng 30 phút, sau đó lấy
m
ẫu đem phân tích độ hấp thu.
N
ồng độ sulphate lựa chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu thấp hoặc thích
h
ợp nhất.
3.3.3. Xác đ
ịnh
m
ật
đ
ộ d
òng tối ưu
Cố định các yếu tố pH, nồng độ màu nhuộm, hàm lượng sulphate trong
4,0phút.
Thay đ
ổi
m
ật
đ
ộ d
òng ở các
m
ức
43,3 - 130,0 A/m
2
;
Trình t
ự thí nghiệm như sau:
- Cho vào bình
đi
ện hóa
3,0 lít dung d
ịch thuốc nhuộm đ
ã được pha với nồng
đ
ộ màu
50 mg/l và sulphate thích h
ợp (mục
.3.3.2);
- Dùng dung d
ịch NaOH (0
,1M) và axít HCl (0,1M), ch
ỉnh v
à cố định pH theo
giá trị pH X tối ưu đã được khảo sát ở mục 3.3.1;
- G
ắn điện cực
- B
ật máy,
ch
ỉnh
mật độ dòng t
ương
ứng 43,3 A/m
2
trong 4,0 phút;
- T
ắt máy, để lắng 30
phút, sau đó l
ấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.
Cư
ờng độ dòng thích hợp được chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu t
h
ấp
ho
ặc kinh tế nhất.
3.3.4. Xác định thời gian điện hóa tối ưu
C
ố định các yếu tố pH, nồng độ màu nhuộm, hàm lượng sulphate và cường
đ
ộ dòng trong ngưỡng thời giant hay đổi từ
4 - 10phút.
Trình t
ự thí nghiệm như sau:
44
- Cho vào bình điện hóa 3,0 lít dung dịch thuốc nhuộm đã được pha với nồng
đ
ộ m
àu
50 mg/l và sulphate thích h
ợp (mục
3.3.2);
- Dùng dung d
ịch NaOH (0
,1M) và axít HCl (0,1M), ch
ỉnh và cố định pH theo
giá tr
ị pH X tối
ưu đã được khảo sát
ở mục 3.3.1;
- G
ắn điện cực
- B
ật máy, chỉnh d
òng khảo sát tươ
ng
ứng với
m
ật
đ
ộ d
òng thích hợp (muc
3.3.3) trong kho
ảng thời gian khảo sát 4
- 10 phút;
- T
ắt máy, để lắng 30
phút, sau đó l
ấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.
Th
ời gian điện hóa thích hợp được chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu
th
ấp hoặc kinh tế nhất.
3.3.5. Xác đ
ịnh nồng độ màu tối ưu
C
ố định các yếu tố pH, nồng độ sulphate, thời gian và cường độ dòng.
Chọn khảo sát nồng độ MN ở các mức 30 - 140 mg/l
Trình t
ự thí nghiệm như sau:
- Cho vào bình
đi
ện hóa
3,0 lít dung d
ịch thuốc nhuộm đ
ã được pha với nồng
đ
ộ 50mg/l và dung dịch sulphate thích hợp xác định tại mục
3.3.2;
- Dùng dung d
ịch NaOH (0
,1M), axít HCl (0,1M), ch
ỉnh v
à cố định pH theo
giá tr
ị pH X tối ưu đã được khảo sát
ở mục 3.3.1;
- G
ắn điện cực
- Bật máy, chỉnh mật độ dòng thích hợp (muc 3.3.3) trong thời gian tương ứng
(m
ục
3.3.4);
- T
ắt máy, để lắng 30phút, sau đó lấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.
N
ồng độ m
àu được chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu thấp hoặc thích
h
ợp nhất.
3.4. Phương pháp phân tích và x
ử lý số liệu
3.4.1 Phương pháp phân tích
Các phương pháp phân tích dùng trong thí nghi
ệm hầu hết là các phương pháp phân
tích nư
ớc.
45
3.4.1.1 Xác định độ dài sóng có độ hấp thu cực đại
Bư
ớc sóng cho khả năng hấp thụ cực đại đ
ược xác định bằng cách cho quét 3
,0 ml
dung d
ịch MN với máy quang phổ kế,
cuvet th
ạch anh, trong dải bước sóng 190
-
900 nm. T
ừ phổ hấp thu n
ày xác định các đỉnh hấp thu cực đại và các bước sóng
tương
ứng của từng loại thuốc nhuộm sử dụng trong luận án.
Đ
ộ hấp thụ tr
ình bày trong kết quả thí nghiệm là hiệu số giữa độ hấp thu tổn
g c
ộng
tr
ừ cho độ hấp thu của dung dịch nền.
3.4.1.2 Xác đ
ịnh
pH và COD
Phân tích theo phương pháp th
ử tiêu chuẩn cho n
ước v
à n
ước thải của Hiệp hội
s
ức khỏe cộng
đồng, Hoa k
ỳ
(Clesceri và c
ộng sự
, 1998).
3.4.2. Phương pháp x
ử lý số liệu
3.4.2.1 Phương pháp h
ồi quy tuyến tính
Dùng phần mềm bảng tính Excell xây dựng đường chuẩn biểu thị mối quan hệ
gi
ữa lượng màu có trong dung dịch với độ hấp thụ quang, cũng như lượng màu cò
n
l
ại trong dung dịch với l
ượng màu đã bị hấp phụ.
3.4.2.2 Phương pháp th
ống kê toán học
Các phân tích th
ống k
ê được thực hiện gồm có trị số trung bình và độ lệch chuẩn
c
ủa 3 lần lặp lại các giá trị đo đạc và phân tích.
- Tr
ị số trung b
ình số học x được tín
h:
n
i
i
n
x
x
1
- Đ
ộ lệch chuẩn S được tính bởi công thức:
1
)(
1
2
n
xx
S
n
i
i
Trong đó x
i
là giá tr
ị thu đ
ược lần thứ i khi thí nghiệm được lặp lại n lần.
3.4.2.3 Tính toán trong thí nghi
ệm phân hủy màu
Hi
ệu quả xử lý