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

56 Hình 4.9 Ảnh h ưởng của thời gian đến khả năng loại màu (pH 11; 86,6 A/m 2 ; SO 4 2- 1200 mg/l cho SRS và SO 4 2- 1400 mg/l cho SBB) Nh ận xét: Trong t ất cả các thí nghiệm và trong suốt thời gian điện phân, dung dịch chuyển sang màu xanh và các bọt khí xuất hiện ở cathode. Từ phút thứ 6 trở đi hiệu qu ả khử màu gần như hoàn toàn (> 97 %) cho c ả hai màu nhuộm , màu trong b ể ph ản ứn b ị lo ại gần nh ư hoàn toàn, các c ặn m àu xanh và màu vàng hình thành. Màu xanh và màu vàng là do s ự có mặt của các hydroxide Fe(II) và Fe(III). Các hydroxit kim lo ại sinh ra theo quy tr ình như công thức đã được nêu trên. Theo đ ịnh luật Faraday, khi thời gian đ i ện phân tăng lượng ion sắt và hydro tăng cao d ẫn đến mật độ phân bố của các cấu tử keo tụ tăng. L ượng điện tích trong bể ph ản ứng cũng tăng theo thời gian ) khi c ố định c ường độ dòng điện, điều này ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất xử lý. Kết q u ả là hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm tăng khi th ời gian điện phân tăng. Tuy nhi ên, khi thời gian phản ứng dài, lượng ion OH - sinh ra trong quá trình điện phân H 2 O ở cathode tăng, làm cho pH của dung d ịch tăng lên. Khi pH của dung dịch lớn hơn 10, Fe(OH) 4 - là ion chính trong dung d ịch, ion này không có khả năng keo tụ hiệu quả. Chính vì vậy, các chất ô nhiễm còn l ại trong dung dịch không keo tụ được, cộng thêm lượng Fe(OH) 4 - hòa tan làm cho COD và đ ộ màu của dung dịch tăng lên. K ết quả này tương tự như Abde l và c ộng sự trong quá trình khử COD trong nước thải thuốc trừ sâu (Abdel và c ộng sự , 2012). Trong thí nghi ệm này , chúng tôi ch ọn th ời gi an thích h ợp là 5,0 phút v ới màu SRS và 6,0 phút v ới màu SBB cho thí nghiệm xử lý tiếp theo.

57 4.4.5 Xác định nồng độ màu nhuộm hiệu quả Thông thư ờng h àm lượng màu trong nước thải nhuộm hoạt tính khá cao (độ màu x ấ p x ỉ 1000 Pt-Co), n ồng độ quá cao hay quá thấp cầ n m ột lượng xác định chất keo t ụ hay nói cách khác mỗi nồng độ m àu cần xác định chính xác điều kiện thí nghi ệm điện hóa. Trong thí nghiệm này, chúng tôi thay đ ổi nồng độ chất màu từ 30 – 140 mg/l nh ằm t ìm kiếm ngưỡn g ch ất m àu hiệu quả nhất của SRS và SBB, k ết qu ả được trình bày tại hình 4.10. Hình 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ màu đến khả năng khử màu (pH 11; 86,6 A/m 2 ; 5,0 phút; SO 4 2- 1200 mg/l cho SRS và SO 4 2- 1400 mg/l; 5,0 phút cho SBR) Nh ận xét: Qua bi ểu đồ trên cho thấy n ồng độ màu ảnh h ưởng lớn đền kh ả năng xử lý nồng độ càng cao hiệu suất khử màu càng giảm. Điều này có thê giải thích ứng v ới một mật độ dòng và thời gian nhất định hàm lượng hydroxit tạo thành trong dung d ịch chỉ có nồng độ nhất định khi nồng độ c àng cao hay phân tử màu nhuộm trong dung d ịch càng nhiều lượng hydroxit không thể phản ứng đủ và ngược lại. Theo đó nồng độ thí nghiệm thích hợp cho quá tr ình x ử lý là 50mg/ l cho c ả hai thu ốc nhuộm v ới hiệu suất khử màu đạt trên . K ết quả này một lần nữa khẳng định

58 được ý tưởng dùng xử lý hoàn toàn màu nước thải nhuộm trong thời gian ngắn bằng dòng đi ện là rất có cơ sở. 4.4.6 Điện năng tiêu thụ và chi phí xử lý Đi ện năng ti êu th ụ v à chi phí đóng vai trò rất quan trọng trong việc xem xét tính ứng dụng công nghệ này trong th ực tế. Trong nghiên cứu này c húng tôi tính đ ến hai thông số n ày dựa vào phương trình đã được đề cập trong chương 3 tại các th ời điểm tối ưu trong quá trình xử lý. Các tính toán được tóm gọn trong b ảng 4 .4 Bảng 4.4 Chi phí xử lý và đi ện năng tiêu thụ tại thời điểm tối ưu *Thông s ố pH SO 4 2- T IDC J CR CODR Econs C Fe Chi phí Màu - [mg/l] [phút] [mg/l] [A/m 2 ] [%] [%] kWh/m 3 [g/l] VNĐ/m 3 SBB 11 1400 6 50 86.6 97.1 79.9 1.90 0.104 1.800 SRS 11 1200 5 50 86.6 98.7 54.7 1.67 0.087 1.580 *T Thời gian, IDC: n ồng độ m àu , J M ật độ d òng , CR hiệu quả khử m àu , CODR hi ệu quả khử COD , E cons Đi ện năng tiêu thụ và C Fe n ồng độ ion sắt trong dung dịch . Các tính toán t ừ bảng 4 cho thấy, chi phí xử lý nước thải trong trường hợp chứa 2 màu SRS và SBB ch ỉ l à 0.079 và 0.09 USD/m 3 . So sánh v ới các nghi ên cứu khác x ử lý màu nhuộm dung điện cực sắt giá tiền xử lý rất phù hợp thậm chí rẽ hơn (Ozyonar và Karagozoglu, 2011; Bayramoglu và cộng sự, 2004). 4.5 Nư ớc thải thực tế Qua kh ảo sát sau 13 lần chạy với mẫu nước th ải th ực tế cho th ấy màu nước thải nhu ộm loại gần như triệt để (98,8 %) tại m ật độ d òng 6,0 A/m 2 ; Th ời gian xử lý 4 ,5 phút. Phân tích k ết quả thực nghiệm bằng phần mềm minitab 14 cho thấy 2 thông số thời gian và cư ờng độ gần như có tương tác thuận với nhau ( hình 4.11 và 4.12). Th ời gian càng tăng hay cường độ càng tăng hiệu suất càng cao (hình 4.13). Phương trình h ồi quy thu được: Hiệu suất khử màu (%) = - 82.5 + 0.954 x J + 12.5*t

59 với R 2 = 86,95 % và p = 0.000 (Phụ lục A8) cho thấy kết quả thu được là rất c ó ý ngh ĩa, điều n ày khẳng định th êm l ần nữa rằng keo tụ điện hóa có th ể ứng dụng rất t ốt trong xử lý nước thải nhuộm hoạt tính. 130.0117.3108.386.665.056.0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 6.66.04.54.03.02.4 Mật độ dòng (A/m2) Hiệu quả khử màu (%) Thời gian (phút) Main Effects Plot for Hiệu suất khử màu (%) Data Means 6.66.04.54.03.02.4 100 80 60 40 20 0 Thời gian (phút) Mean 56.0 65.0 86.6 108.3 117.3 130.0 (A/m2) dòng Mật độ Interaction Plot for Hiệu suất khử màu (%) Data Means Hình 4.11 Tác đ ộng chính (a) và tương tác (b) của mật độ và thời gian trong thí nghi ệm xử lý n ước thải thực tế 0 4 5 3 4 50 100 100 125 100 75 6 50 Mật độ dòng (A/m2) Hiệu suất khử màu (%) Thời gian (phút ) Surface Plot of Hiệu suất khử mà vs Mật độ dòng (A/m, Thời gian (phút) Hình 4.12 Hi ệu quả xử lý keo tụ điện hóa trong thí nghiệm xử lý nước thải thực tế 4.6 So sánh v ới ph ương pháp keo tụ Đ ể so sánh hiệu suất lo ại màu dung keo t ụ điện hóa so v ới các phương pháp khác, chúng tôi ti ến h ành nghiên cứu khả năng xử lý các màu này b ằn g phương pháp keo t ụ phèn nhôm - thí nghi ệm Jar -test. Đây là m ột phương pháp phổ biến áp d ụng trong hầu hết các ng ành công nghiệp trong đó có nước thải nhuộm.

60 Đầu tiên, chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng xử lý dung dịch màu pha loãng 2 mg/l trong kho ảng pH: 4, 5, 6, 7, 8 v à cố định nồng độ phèn là 1000 mg/l. Sau khi tìm được điểm pH tối ưu, chúng tôi ti ến hành cố định yếu tố pH và thay đ ổi liều l ượng phèn: 600, 800, 1000, 1200 và 1400 mg/l đ ể t ìm ra hàm lượng phèn t ối ưu . Hi ệu suất xử lý đ ược t rình bày trong B ảng 4.5, 4.6 và các Hình 4.13 và 4.14 B ảng 4.5 Hi ệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2 mg/ l khi thay đ ổi pH Màu pha pH SBB SRS 4 15,94 19,56 5 16,06 21,85 6 16,14 22,50 7 12,25 15,88 8 5,45 14,25 Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi liều lượng phèn Màu pha Phèn (mg/l) SBB SRS 600 14,73 17,81 800 18,73 23,47 1000 16,16 22,51 1200 15,82 19,47 1400 15,11 18,90

61 Hình 4.13 Hi ệu suất xử lý m àu nhuộm 2 ,0 mg/l khi thay đ ổi pH Hình 4.14 Hi ệu su ất xử lý m àu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đ ổi liều lượng phèn Nh ận xét:  Tất cả các loại MN hoạt tính trên đều có điểm xử lý pH tối ưu là 6, trong đó kho ảng pH từ 4 - 6 t ỏ ra thích h ợp v ới quá tr ình xử lý, ở pH kiềm (8) hoặc acid (3) đ ều không thích hợp cho q uá trình keo t ụ.  Li ều l ượng phèn tối ưu đạt được là 800mg/ l, li ều l ượng phèn mặc dù không ảnh h ưởng mạnh đến hiệu suất keo tụ như pH, nhưng ở nồng độ quá cao hoặc quá th ấp đều không cho kết quả tốt.

62  Thí nghiệm cho thấy, kết quả xử lý dung dịch MN hoạt tính loại vinyl sulphone và triazine không thích h ợp xử lý bằng ph ương pháp keo tụ , hi ệu suất tổng c ộng thu được khi kh ảo sát cả hai yếu tố đều < 30%. V ới hiệu suất v ượt trội > 90% khử màu (sau 5,0 phút) b ất chấp đó l à màu nhu ộm loại nào, cho th ấy tính hi ệu suất của đi ện hóa so v ới phương pháp keo tụ thông thư ờng .

63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ K ết luận Nghiên c ứu q uá trình phân h ủy hai màu nhu ộm (MN) ho ạt tính: Sunzol Black B 150 % và Sunfix Red S3B 100% ở dạng dung dịch m àu pha và nư ớc thải th ực tế tại m ột cơ sở nhuộm dùng mô hình điện hóa , bư ớc đầu cho ta những kết luận sau: 1. Đi ều kiện thích hợp trong quá tr ình lo ại m àu b ằng keo tụ điện hóa : M ật độ dòng: 86 ,6 A/m 2 ; pH 11; n ồng độ màu nhuộm 50 mg/l; n ồng độ sulphate 1200 mg/l và th ời gian 5 ,0 phút v ới m àu SRS hay 1400 mg/l, trong 6,0 phút với màu SBB. 2. Quá trình kh ử m àu dung d ịch m àu pha và nước thải đều có hiệu suất khá cao, hi ệu suất khử màu gần như hoàn toàn (trên 90%, sau 5,0 phút), b ất kể màu hoạt tính đó thu ộc nhóm h ọ vinyl sulphone hay triazine . Đi ều n ày cho thấy cấu trúc MN không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả khử màu. 3. Thí nghi ệm Jar -test cho th ấy kh ả năng loại màu các nhóm ho ạt tính họ vinyl sulphone và triazine cho k ết quả rất thấp. Khẳng định ưu thế của đi ện hóa x ử lý màu so v ới phương pháp xử lý keo tụ thông thư ờng (không ch ọn lọc và hiệu suất cao). 4. Hi ệu quả xử lý chất hữu cơ của quá trình keo t ụ điện hóa đ ối với nước thải cao hơn dung d ịch màu pha . 5. Chi phí đi ện năng trong quá trình xử lý cũng khá hợp lý so v ới các phương pháp xử lý hiện đang dùng trong xử lý nước thải nhuộm. V ới ưu điểm cơ bản là đi ều kiện vận hành đơn giản không ph ải cho th êm hóa ch ất ph ụ trợ , không c ần th êm nhiều năng lượng trong quá trình vận hành. Keo t ụ điện hóa là m ột sự lựa chọn tương đ ối khả thi cho việc xử lý hoàn toàn độ màu và xử lý m ột phần COD của n ước thải nhuộm. Do đó sự kết hợp quá trình xử lý keo t ụ điện hóa và quá trình sinh h ọc có triển vọng trở thành một công cụ xử lý hiệu quả và thân môi trư ờng trong công nghệ xử lý nư ớc thải nhuộm.

64 Ki ến nghị Quá trình keo tụ điện hóa nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng, phá màu, loại bỏ kim loại năng, hỗ trợ tốt cho quá trình xử lý n ư ớc thải ở các công đoạn tiếp theo vì vậy nên kết hợp giữa phương pháp keo tụ và với các phương pháp xử lý sinh học để đạt kết quả tốt nhất. Cần tiếp tục nghiên cứu và thực hiện phương pháp tối ưu hóa để đạt được hiệu quả tốt hơn đối với các loại nước thải nhuộm hoạt tính và các loại màu nhuộm khác như acid, hoàn nguyên, phân tán…,đồng thời có thể mở rộng cho các loại nước thải khác bị nhiễm màu khác (cà phê, rỉ rác) và nhiễm kim loại nặng (xi mạ, thuộc da).

65 TÀI LI ỆU THAM KHẢO [1]. D.J. Joo, W.S. Shin, J.H. Choi, S.J. Choi, M.C. Kim, M.H. Han, T.W. Ha, Y.H. Kim, (2007). 'Decolorization of reactive dyes using inorganic coagulants and synthetic polymer'. Dyes Pigm.,73 (1), 59-64. [2]. E.A. Vik, D.A. Carlson, A.S. Eikum, E.T. Gjessing, (1984). 'Electrocoagulation of potable water'. Water Res.,18 (11), 1355-1360. [3]. S.G.A. Abdel, A.M. Baraka, K.A. Omran, M.M. Mokhtar, (2012). 'Removal of Some Pesticides from the Simulated Waste Water by Electrocoagulation Method Using Iron Electrodes'. Int. J. Electrochem. Sci.,7 (8), 6654-6665. [4]. B.K. Körbahti, A. Tanyolaç, (2008). 'Electrochemical treatment of simulated textile wastewater with industrial components and Levafix Blue CA reactive dye: Optimization through response surface methodology'. J. Hazard. Mater.,151 (2–3), 422-431. [5]. H.V. Khánh, (2004). 'Nghiên cứu ứng dụng dòng đi ện xoay chiều trong xử lý nước thải dệt nhuộm'. Tạp chí Hóa học,42 (1), 5-7. [6]. N.T.P. Loan, Greening Textile Industry in Vietnam, in: Environ. Technol., Wageningen University, Wageningen, , 2011. [7]. D.M. Lam, T.T. Chiên, (2014). 'Nghiên cứu một số đặc tính sinh học của chủng nấm đảm trametes maxima CPB30 sinh Laccase ứng dụng trong xử lí màu nước ô nhiễm do thuốc nhuộm'. Tạp chí Sinh học,35 (4), 477-483. [8]. B.X. Thanh, N.T. Tin, N.P. Dan, (2013). 'Influence of Recirculation Rate on Performance of Membrane Bioreactor Coupling with Ozonation Treating Dyeing and Textile Wastewater'. J. Water Sustain.,3 (2), 71-78. [9]. B.M. Hà, B.N.H. Trinh, L.N. Thạch, (2011). 'Nghiên cứu phân hủy màu nhuộm dưới sự hỗ trợ của siêu âm'. Tạp chí Khoa học và Công Nghệ,49 (2), 81-91. [10]. Y.S. Perng, B.M. Ha, (2015). 'The feasibility of cassia fistula gum with polyaluminium chloride for decolorization of reactive dyeing wastewater'. J. Serb. Chem. Soc.,80 (01), 115-125. [11]. A. Assadi, M. Amin, R. Nateghi, (2013). 'Application of coagulation process reactive blue 19 dye removal from textile industry wastewater'. Int. J. Environ. Health Eng.,2 (1), 5-5. [12]. A.K. Verma, R.R. Dash, P. Bhunia, (2012). 'A review on chemical coagulation/flocculation technologies for removal of colour from textile wastewaters'. J. Environ. Manage.,93 (1), 154-168. [13]. A. Al-Kdasi, A. Idris, K. Saed, C.T. Guan, (2004). 'Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes—a review'. Global Nest Int J,6 (3), 222-230. [14]. X. Zhu, Y. Zheng, Z. Chen, Q. Chen, B. Gao, S. Yu, (2013). 'Removal of reactive dye from textile effluent through submerged filtration using hollow fiber composite nanofiltlration membrane'. Desalin. Water Treat.,51 (31-33), 6101-6109. [15]. S. Karcher, A. Kornmüller, M. Jekel, (2002). 'Anion exchange resins for