Nghiên cứu xử lý màu của nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng bùn đỏ từ Nhà máy Alumin Tân Rai Lâm Đồng

1. Lý do chọn đề tài

Trong nền kinh tế quốc dân, ngành dệt nhuộm chiếm một vị trí quan trọng vì đây là một trong những ngành công nghiệp không chỉ góp phần việc giải quyết vấn đề công ăn việc làm trong xã hội mà còn thúc đẩy tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu cho đất nước. Công nghiệp dệt nhuộm là một ngành đóng góp đáng kể cho nền kinh tế tại nhiều quốc gia, bao gồm cả các hoạt động từ phạm vi nhỏ đến rộng lớn trên toàn thế giới. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, các cơ sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao nếu không xử lý tốt, nước thải dệt nhuộm sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.

Việc áp dụng các phương pháp nhằm hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm gây ra là hết sức cần thiết. Chính vì thế, việc đưa ra hướng xử lí nước thải với hiệu quả cao và giá thành rẻ có ý nghĩa hết sức quan trọng. Trong thời gian gần đây, người ta đã nghiên cứu sử dụng một loại chất thải của công nghệ luyện nhôm là bùn đỏ để xử lý nước thải. Quá trình luyện tách nhôm từ quặng bôxit sinh ra lượng lớn bùn đỏ, một loại chất thải nguy hại. Tuy nhiên, chính thứ bùn này lại có thể được dùng để xử lý nước thải công nghiệp. Đặc trưng của bùn đỏ là có kích thước nhỏ hơn 1 mm và có khả năng hấp phụ cao do đó người ta đã sử dụng bùn đỏ như một vật liệu để hấp phụ kim loại nặng, xử lý ô nhiễm trong nước thải, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường. Mặt khác, trong thành phần của bùn đỏ chứa một lượng sắt nhất định, dựa vào điều này có thể nghiên cứu chiết sắt bằng axit oxalic tồn tại dưới dạng phức sắt oxalat và được sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III)Oxalat/H₂O₂/ánh sáng mặt trời để phân hủy màu của nước thải dệt nhuộm. Phương pháp này vừa tiết kiệm được hóa chất, tận dụng năng lượng mặt trời, giá thành rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Với những lý do trên, chúng tôi xin chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý màu của nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng bùn đỏ từ Nhà máy Alumin Tân Rai Lâm Đồng”.

2. Mục địch nghiên cứu

– Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ.

– Nghiên cứu quá trình hấp phụ màu nước thải của bả bùn đỏ sau khi chiết sắt.

– Nghiên cứu quá trình phân hủy màu của nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa nâng cao Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H₂O₂/mặt trời với phức sắt oxalat chiết từ bùn đỏ.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu: Bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai, Lâm Đồng và nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

Trong giới hạn của đề tài luận văn, chúng tôi tập trung nghiên cứu thực nghiệm những nội dung sau:

– Sử dụng phương pháp hấp phụ nước thải bằng bả bùn đỏ sau quá trình chiết sắt và quá trình oxy hóa nâng cao Fenton để xử lý nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.

– Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ với các thông số: khối lượng bả, thời gian hấp phụ

– Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa nâng cao Fenton với các thông số như: pH, nồng độ C₂O₄^2- và nồng độ H₂O₂.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm

– Các thông số nước thải trước và sau xử lý: COD, BOD₅, TSS, hàm lượng kim loại nặng.

– Phương pháp hấp phụ, khảo sát các quá trình hấp phụ thuốc nhuộm bằng bả bùn đỏ sau khi chiết sắt và quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/ H₂O₂/ánh sáng mặt trời.

– Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đển quá trình hấp phụ và Fenton như hàm lượng chất hấp phụ, thời gian, pH, nồng độ H₂O₂, nồng độ C₂O₄^2-.

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

– Nghiên cứu quá trình hấp phụ bằng bả bùn đỏ sau khi chiết sắt và oxy hóa Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/ H₂O₂/ánh sáng mặt trời để tìm ra giải pháp xử lý nước thải đạt hiệu suất cao nhất.

– Nghiên cứu quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng hỗn hợp axit H₂C₂O₂ và H₂SO₄ và sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/ H₂O₂/ánh sáng mặt trời nhằm đưa đến một phương án xử lý nước thải mới: đơn giản, chi phí đầu tư thấp và hiệu quả cao.

5. Kết cấu luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn gồm ba chương như sau:

Chương 1 – Tổng quan

Chương 2 – Thực nghiệm

Chương 3 – Kết quả và bàn luận

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM

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

1.1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước thải dệt nhuộm

1.1.3. Ảnh hưởng của nước thải ngành dệt nhuộm đến môi trường

Nước thải trong công nghệ dệt nhộm phát sinh từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu tẩy, nhuộm và hoàn tất, trong đó lượng nước thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn. Hàm lượng các chất gây ô nhiễm nước thải trong từng loại hình công nghệ và từng loại sản phẩm thường khác nhau ,… Độ kiềm cao làm tăng độ pH của nước, gây độc hại với các loài thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan.

1.2. TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHUỘM

1.2.1. Khái quát về thuốc nhuộm

1.2.2. Phân loại thuốc nhuộm

1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

1.3.1. Phương pháp cơ học

1.3.2. Phương pháp sinh học

1.3.3. Phương pháp hóa lí

1.3.4. Phương pháp hóa học

1.3.5. Phương pháp điện hóa

1.3.6. Các quá trình oxy hóa nâng cao Fenton

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

1.3.7. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ bùn đỏ

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

2.2. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM

2.2.1. Phương pháp nghiên cứu

2.2.2. Xây dựng đường chuẩn Fe(III)-oxalat

2.2.3. Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ

a. Khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt (III) oxalat

b. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

c. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

d. Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

e. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit sunfuaric đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

f. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit sunfuaric đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

g. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

2.2.4. Khảo sát quá trình hấp phụ màu của nước thải bằng bả bùn đỏ sau quá trình chiết sắt

a. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bả bùn đỏ đến quá trình hấp phụ

b. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình hấp phụ

2.2.5. Khảo sát quá trình xử lý Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H₂O₂/ánh sáng mặt trời với phức sắt oxalat được chiết ra từ bùn đỏ

a. Khảo sát ảnh hưởng của pH

b. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe^III(C₂O₄)₃^3-

c. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H₂O₂

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA BÙN ĐỎ BAN ĐẦU VÀ BẢ BÙN ĐỎ SAU KHI CHIẾT SẮT

3.1.1. Ảnh SEM

Để khảo sát đặc điểm bề mặt của bùn đỏ ban đầu và bả bùn đỏ sau khi chiết sắt, chúng tôi tiến hành chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) bề mặt của bùn đỏ ban đầu và bả bùn đỏ ở điều kiện tối ưu.

3.1.2. Thành phần hóa học của bùn đỏ

Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong thành phần của bùn đỏ từ Trung tâm Khí Tượng thủy Văn Quốc Gia – Đài Khí Tượng Thủy Văn khu vực Trung Trung Bộ.

Bảng 3.1. Một số chỉ tiêu phân tích bùn đỏ của Trung tâm Khí Tượng thủy Văn Quốc Gia – Đài Khí Tượng Thủy Văn khu vực Trung Trung Bộ

Dựa vào kết quả %Fe₂O₃ ở bảng 3.1 để tính hiệu suất của quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng axit oxalic.

3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ

3.2.1. Xây dựng đường chuẩn sắt oxalat

Sau khi thực hiện quét tìm bước sóng tối ưu trên máy đo quang UV-Vis Lambda 25, phức sắt oxalat sẽ được đo ở bước sóng λ = 403nm. Kết quả số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III)-Oxalat được trình bày ở hình 3.3.

Phương trình đường chuẩn Fe(III)-Oxalat : y = 0,0019x – 0,0702 ; r²= 0,9968.

Dựa vào phương trình đường chuẩn xác định được lượng sắt trong bùn đỏ được chiết ra dưới dạng phức sắt oxalat và tính hiệu suất chiết sắt.

Hình 3.3. Đường chuẩn Fe(III) oxalat

3.2.2. Kết quả khảo sát các quy trình chiết phức sắt oxalat từ bùn đỏ

a. Kết quả khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt oxalat được thể hiện ở hình 3.4. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.

Hình 3.4. Ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt

Nhận xét: Kết quả hình 3.4 cho thấy khi cho hỗn hợp axit vào trong bùn đỏ, tiến hành đun sau đó ngâm là tốt nhất. Chọn trình tự đun 1g bùn đỏ trong 50ml axit H₂C₂O₄ 1,5M và 30ml axit H₂SO₄ 0,2M ở 60^oC trong 1h rồi ngâm trong 20h để khảo sát các yếu tố tiếp theo.

b. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun đến quá trình chiết phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của thời gian đun đến quá trình chiết phức sắt oxalat được thể hiện ở hình 3.5. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.

Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đun đến hiệu suất chiết sắt

Nhận xét: Kết quả từ hình 3.5 cho thấy đun hỗn hợp 1g bùn đỏ + axit H₂C₂O₄ + axit H₂SO₄ trong khoảng thời gian từ 1,5h đến 2h thì hiệu suất chiết tăng nhanh. Tuy nhiên, từ khoảng thời gian 2h trở lên hiệu suất chiết tăng không đáng kể. Do đó, khoảng thời gian đun là 2h sẽ được chọn để tiếp tục khảo sát các yếu tố tiếp theo.

c. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến quá trình chiết phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến quá trình chiết sắt oxalat được thể hiện ở hình 3.6. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đun đến hiệu suất chiết sắt

Nhận xét: Từ kết quả thu được của hình 3.6 cho thấy đun 1g bùn đỏ với hỗn hợp axit H₂C₂O₄ 1,5M và axit H₂SO₄ 0,2M ở nhiệt độ 90^oC là tốt nhất, nồng độ Fe(III)-Oxalat thu được là cao nhất.

d. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến quá trình chiết phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của thời gian ngâm đến quá trình chiết phức sắt oxalat được thể hiện ở hình 3.7. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.

Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hiệu suất chiết sắt

Nhận xét: Trong quá trình chiết sắt, phải có thời gian ngâm để làm cho quá trình chiết sắt đạt đến trạng thái ổn định, lượng sắt tạo phức với axit oxalic là tối đa. Qua hình 3.7 cho thấy, ở thời gian ngâm là 21h, lượng phức Fe(III)-Oxalat tạo thành được ổn định. Do đó, chọn thời gian ngâm là 21h để tiếp tục khảo sát các yếu tố tiếp theo.

e. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuaric đến quá trình chiết sắt (III) oxalat

Kết quả ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuaric đến quá trình chiết phức sắt oxalat được thể hiện ở hình 3.8. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.

Nhận xét: Từ kết quả trình bày ở hình 3.8 cho thấy khi tăng nồng độ axit hoạt hóa thì hiệu suất của quá trình chiết sắt tăng. Ở nồng độ axit sunfuaric là 0,5M, lượng phức Fe(III)-Oxalat tạo thành được ổn định. Do đó, chọn nồng độ axit sunfuaric là 0,5M để khảo sát các yếu tố tiếp theo.

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuaric đến hiệu suất chiết sắt

f. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit sunfuaric đến quá trình chiết phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của thể tích axit sunfuaric đến quá trình chiết phức sắt oxalat được thể hiện ở hình 3.9. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.

Hình 3.9. Ảnh hưởng của thể tích axit sunfuaric đến hiệu suất chiết sắt

Nhận xét: Kết quả thu được ở hình 3.9 cho thấy thể tích dung dịch axit H₂SO₄ 0.5M là 35ml thì khả năng tạo phức sắt là tốt nhất. Chọn thể tích dung dịch H₂SO₄ 0.5M là 35ml để tiếp tục khảo sát các yếu tố còn lại.

g. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến quá trình chiết phức sắt oxalat

Kết quả ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến quá trình chiết phức sắt oxalat được thể hiện ở hình 3.10. Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.

Hình 3.10. Ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến hiệu suất chiết sắt

Nhận xét: Qua hình 3.10 cho thấy thể tích dung dịch axit oxalic 1,5M là 45ml thì khả năng tạo phức của axit oxalic đối với sắt có trong bùn đỏ là tốt nhất.

3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG BẢ BÙN ĐỎ

3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng bả đến quá trình hấp phụ

Kết quả ảnh hưởng của khối lượng bả đến quá trình hấp phụ nước thải dệt nhuộm được thể hiện ở hình 3.13.

Hình 3.13. Ảnh hưởng của khối lượng bả đến hiệu suất hấp phụ

Nhận xét: Từ kết quả thu được ở hình 3.13 cho thấy khi khối lượng bả tăng từ 0,25g – 2g hiệu suất hấp phụ tăng. Sự tăng lên của hiệu suất hấp phụ cùng với sự tăng lên của khối lượng bả có thể được giải thích là do sự tăng lên cả diện tích bề mặt và vị trí hấp phụ của bả. Trong quá trình chiết sắt ở trên, khi cho axit H₂SO₄ vào làm quá trình hoạt hóa tăng, axit này sẽ tấn công lên bề mặt bùn đỏ làm bán kính của hạt bùn càng bé, làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt nên sau quá trình chiết sắt, hạt bả sẽ mịn hơn. Thêm vào đó, trong hạt bùn đỏ có chứa Si-O- (SiO₂) với nguyên tử oxy tiếp xúc trên bề mặt bùn đỏ và có thể hấp phụ proton (H+). Khi được hoạt hóa bằng axit sunfuaric thì H⁺ sẽ tấn công lên bề mặt bùn đỏ ở các tâm SiO₂ tạo ra các tâm hoạt động –OH(SiOH), các tâm hoạt động này có khả năng liên kết với các phân tử thuốc nhuộm, bởi vậy bả thu được sẽ có các tâm hoạt động này nên khi tăng khối lượng bả thì hiệu suất hấp phụ tăng.

Khoảng khối lượng bả từ 0.75g đến 1g có sự tăng mạnh về hiệu suất hấp phụ (từ 31,13% đến 67,23%), từ 1g trở về sau hiệu suất hấp phụ tăng không đáng kể. Vì vậy chọn khối lượng bả là 1g với hiệu suất là 67,23% để khảo sát yếu tố tiếp theo.

3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ

Kết quả ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ nước thải dệt nhuộm được thể hiện ở hình 3.14.

Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ

Nhận xét: Khi càng tăng thời gian hấp phụ thì hiệu suất hấp phụ càng tăng. Điều này được giải thích là do khi tăng thời gian hấp phụ khả năng khuếch tán màu của nước thải lên toàn bộ diện tích bề mặt bả tăng làm hiệu suất hấp phụ tăng lên. Tại khoảng thời gian từ 40 phút đến 50 phút có sự tăng mạnh về hiệu suất hấp phụ (từ 39,90% đến 69,72%) nên chọn thời gian hấp phụ là 50 phút.

3.4. KẾT QUẢ XỬ LÝ HỆ FENTON FE(III)-OXALAT/H₂O₂/ÁNH SÁNG MẶT TRỜI VỚI FE(III)-OXALAT ĐƯỢC CHIẾT RA TỪ BÙN ĐỎ

3.4.1. Các thông số nước thải sau quá trình hấp phụ bằng bả bùn đỏ

Bảng 3.12. Một số chỉ tiêu phân tích nước thải sau hấp phụ của Trung tâm Khí Tượng thủy Văn Quốc Gia – Đài Khí Tượng Thủy Văn khu vực Trung Trung Bộ

Từ kết quả của bảng 3.12 ta thấy, các chỉ tiêu như BOD, TSS và một số kim loại nặng của nước thải sau khi hấp phụ bằng bả bùn đỏ đã đạt tiêu chuẩn của cột B của bộ tài nguyên môi trường. Tuy nhiên, chỉ số COD vẫn còn khá cao và nước thải sẽ được tiếp tục xử lý bằng phương pháp oxy hóa nâng cao Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/mặt trời.

3.4.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu được trình bày dưới hình 3.15.

H%

H%

Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu (%).

Nhận xét: Từ kết quả trên hình 3.15 cho thấy sự phân hủy màu tăng khi pH tăng từ 2 đến 5 và sau đó giảm xuống khi pH>5, hiệu suất phân hủy màu tốt nhất tại pH bằng 4 hoặc 5. Điều này có thể được 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 độ phân hủy. Hơn nữa, khi ở pH thấp thì phức oxalate tồn tại chủ yếu ở dạng Fe^III(C₂O₄)⁺ làm 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 Fe^III(C₂O₄)₂^– và Fe^III(C₂O₄)₃^3- có tính quang hoạt cao, do đó gốc tự do HO^• sẽ được tạo ra nhiều hơn nên hiệu quả xử lý cao hơn do hai phản ứng sau:

Fe^III(C₂O₄)₂^– + hν → Fe²⁺ + C₂O₄^2- + C₂O₄^•- (k=0,04s^-1)

Fe^III(C₂O₄)₃^3- + hν → Fe²⁺ + 2C₂O₄^2- + C₂O₄^•- (k=0,04s^-1)

Fe²⁺ + H₂O₂ + 3C₂O₄^2- → Fe^III(C₂O₄)₃^3- + OH^– + HO^•

Ở pH hoạt động > 5 tốc độ 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 điển là pH= 2-4), do đó xử lý trong điều kiện này sẽ tiết kiệm được hóa chất hơn.

3.4.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của phức sắt oxalat

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức sắt oxalat đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu nước thải dệt nhuộm được trình bày dưới hình 3.16.

H%

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phức sắt oxalat đến hiệu suất xử lý màu (%).

Nhận xét: Các kết quả trong hình 3.16 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu có xu hướng tăng khi tăng nồng độ của phức Fe(III)-Oxalat từ 0,1 lên 0,3mM và đạt giá trị cao nhất tại nồng độ phức sắt là 0,3mM (83,42%). Việc này được giải thích là do phức sắt oxalat có khả năng quang hoạt cao dưới điều kiện ánh sáng mặt trời, phức này có hệ số hấp phụ phân tử cao ở bước sóng dài hơn (λ=550nm) và tạo thành gốc HO^• với hiệu suất lượng tử cao. Lúc này, [Fe(C₂O₄)₃^3-] chuyển ion Fe³⁺ về Fe²⁺ một cách hiệu quả. Ion Fe²⁺ sinh ra sẽ phản ứng với H₂O₂ để hình thành gốc HO^•. Kết quả là số lượng gốc OH^• tăng lên, hiệu suất phân hủy tăng lên. Thêm vào đó, dưới điều kiện chiếu xạ, [Fe(C₂O₄)₃^3-] còn tạo ra thêm H₂O₂ trong dung dịch phản ứng cung cấp thêm nguồn H₂O₂ để tiếp tục quá trình Fenton mặt trời. Tuy nhiên, lượng H₂O₂ sinh ra không nhiều.

Fe^III(C₂O₄)₃^3- + hν → Fe²⁺ + 2C₂O₄^2- + C₂O₄^•-

C₂O₄^•- → CO₂^•- + CO₂

C₂O₄^•- hoặc CO₂^•- + O₂ → 2 hoặc 1CO₂ + O₂^•-

2O₂^•- + 2H⁺ → H₂O₂ + O₂

Nhưng khi tăng hơn 0,3mM thì hiệu quả xử lý không đáng kể nữa. Theo tài liệu, sự ảnh hưởng này được giải thích là do Fe²⁺ sinh ra đã cạnh tranh gốc tự do OH^• với phân tử thuốc nhuộm theo phương trình:

Fe²⁺ + HO^• → Fe³⁺ + OH^– (k = 3,0 × 10⁸ L mol^-1 s^-1)

HO^• + dye → H₂O + dye^• (k = 10⁹ L mol^-1 s^-1)

3.4.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H₂O₂

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H₂O₂ đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu nước thải dệt nhuộm được trình bày ở hình 3.17.

H%

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ H₂O₂ đến hiệu suất xử lý màu (%).

Nhận xét: Kết quả từ hình 3.17 cho thấy việc tăng [H₂O₂] từ 20mM đến 30mM làm hiệu suất phân hủy màu tăng lên đến 90,43% sau 30 phút xử lý. Tuy nhiên khi giá trị nồng độ tăng hơn 30mM thì hiệu suất bắt đầu giảm. Điều này được giải thích là do khi tăng nồng độ H₂O₂ gốc OH^• được tạo ra theo phương trình:

Fe^III(C₂O₄)₃^3- + hν → Fe²⁺ + 2C₂O₄^2- + C₂O₄^•-

C₂O₄^•- → CO₂^•- + CO₂

CO₂^•- + Fe^III(C₂O₄)₃^3- → Fe²⁺ + CO₂ + 3C₂O₄^2-

Tổng hợp những phản ứng trên thành:

Fe^III(C₂O₄)₃^3- + hν → Fe²⁺ + CO₂ + 2.5C₂O₄^2-

Fe²⁺ được sinh ra sẽ làm phát sinh gốc OH^• cùng với phản ứng Fenton sau:

Fe²⁺ + H₂O₂ + 3C₂O₄^2- → Fe^III(C₂O₄)₃^3- + OH^– + OH^•

Nhưng khi lượng H₂O₂ tăng cao sẽ có phản ứng giữa H₂O₂ với gốc OH^• vừa mới sinh ra theo phản ứng:

HO^🞄 + H₂O₂ → H₂O + HO₂^🞄

Gốc HO₂^🞄 còn làm giảm gốc HO^🞄 theo phương trình:

HO^🞄 + HO₂^🞄 → H₂O + O₂

Kết quả lượng HO^🞄 giảm trong hệ thống phản ứng, từ đó độ phân hủy tăng lên không đáng kể. Ngoài ra, việc dư H₂O₂ nhiều vừa không kinh tế vừa ảnh hưởng đến môi trường sống các vi sinh vật nếu sự dụng phương pháp này trước phương pháp vi sinh. Vì vậy [H₂O₂] phù hợp trong nghiên cứu này là 30mM.

3.4.5. Xây dựng đường chuẩn COD

Kết quả số liệu xây dựng đường chuẩn xác định COD của nước thải được trình bày ở hình sau.

Hình 3.18. Đường chuẩn COD

Phương trình đường chuẩn COD : y = -0,001x + 0.5317 ; r²= 0,9911.

Sau khi khảo sát quá trình phân hủy màu của nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp Fenton Fe(III)-Oxalat/H₂O₂/mặt trời, ta đem mẫu nước thải xử lý ở điều kiện tối ưu đi xác định thông số COD đầu ra bằng phương pháp trên thu được mật độ quang là 0,4253.

Dựa vào phương trình đường chuẩn xác định được nồng độ COD sau xử lý ở điều kiện tối ưu là 106,4 mg/L → Đạt tiêu chuẩn nước thải đầu ra của QCVN 13:2008/BTNMT.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Sau thời gian thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý màu của nước thải dệt nhuộm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng bùn đỏ từ Nhà máy Alumin Tân Rai Lâm Đồng” chúng tôi rút ra được một số kết luận như sau:

1. Quá trình chiết phức sắt oxalat

Quá trình chiết sắt (III) oxalat tối ưu nhất là cho 1,00g bùn đỏ sau khi trung hòa bằng nước biển vào 45ml axit oxalic 1,5M và 35ml axit sunfuaric 0.5M ở nhiệt độ 90⁰C trong thời gian 2h rồi ngâm 21h, hiệu suất của lượng sắt trong bùn được chiết ra dưới dạng phức sắt oxalat là 85,04%.

2. Quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ màu của nước thải dệt nhuộm bằng bả bùn đỏ trong điều kiện tốt nhất là: Sử dụng 1,0g bả bùn đỏ sau quá trình chiết sắt hấp phụ 50ml nước thải dệt nhuộm trong khoảng thời gian 50 phút, hiệu suất thu được cao nhất là 69,72%.

3. Quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H₂O₂/mặt trời

Điều kiện tốt nhất cho việc xử lý nước thải dưới ánh sáng mặt trời là pH=4-5, [H₂O₂]= 30mM, [Fe^III(C₂O₄)₃^3-]=0,3mM thì hiệu suất phân hủy màu đạt giá trị 90,43% và thông số COD đầu ra của nước thải là 106,4mg/L sau 30 phút xử lý.

KIẾN NGHỊ

– Nghiên cứu này đã khẳng định được ưu thế của sự kết hợp giữa quá trình hấp phụ và oxy hóa nâng cao Fenton trong quá trình xử lý nước thải ô nhiễm, đặc biệt tận dụng hiệu quả được nguồn năng lượng mặt trời tự nhiên, góp phần giải quyết được tình trạng năng lượng ngày càng cạn kiệt hiện nay và tiết kiệm được 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 đó tiết kiệm được nhiều hóa chất.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN KY THUAT\HOA HUU CO\PHỤNG- LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP