Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật môi trường: Nghiên cứu khử một số màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo tụ điện hóa

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