BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MƠN HỌC THỰC HÀNH CƠNG NGHỆ HS BÁO CÁO THỰC HÀNH MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS PHẦN CHẤT RẮN LƠ LỬNG 1.1 Ý NGHĨA MÔI TRƯỜNG Chất rắn có nước do: Các chất vơ dạng hòa tan (các muối) chất không tan đất đá dạng huyền phù Các chất hữu vi sinh vật ( vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh…) chất hữu tổng hợp phân bón, chất thải cơng nghiệp… Chất rắn ảnh hưởng tới lượng nước sử dụng cho sinh hoạt, cho sản xuất, cản trở, tiêu tốn nhiều hóa chất q trình xử lí Ngồi hàm lượng cặn lơ lửng ảnh hưởng nghiêm trọng việc kiểm sốt q trình xử lí nước thải phương pháp sinh học Các định nghĩa: Rắn tổng cộng (TSS –total suspended solids): trọng lượng khơ tính mg, sau bay thể tích mẫu xác định cốc bếp cách thủy sấy khô 103 0C trọng lượng khơng đổi đơn vị tính (mg/L) Rắn lơ lửng (SS- suspended solids): hàm lượng chất rắn lơ lửng nước (SS) trọng lượng khơ phần chất rắn lại rên giấy lọc sợi thủy tinh chuẩn (GF/C), sấy đến trọng lượng không đổi nhiệt độ 103 -1050C, đơn vị tính (mg/L) Rắn bay (TSS- volatile suspended solids): trọng lượng sau nung 1.2 NGUYÊN TẮC Mẫu nước sau lấy trộn đều, làm bay cốc cân làm khô đến trọng lượng không đổi tủ sấy nhiệt độ 103-1050C độ tăng trọng lượng cốc khối lượng rắn tổng cộng tiếp tục nung cốc 550 0C, độ tăng trọng lượng cốc sau nung sau nung so với trọng lượng ban đầu hàm lượng rắn chất rắn ổn định Mẫu nước sau trộn lọc qua sợi thủy tinh ( xác định trọng lượng ban đầu), sau làm khơ giấy lọc có cặn đến trọng lượng không đổi nhiệt độ 103-105 0C độ tăng trọng lượng cặn lơ lửng GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS 1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Loại phiễu lọc, kích thước lỗ, độ rộng, diện tích, độ dày giấy lọc tính chất vật lí cặn như: kích thước hạt, khối lượng chất giữ lại giấy lọc yếu tố ảnh hưởng đến chất rắn hòa tan Nhiệt độ khơ có vai trò quan trọng, ảnh hưởng mạnh đến kết quả, khối lượng bay chất hữu cơ, nước liên kết, nước tinh thể khí từ việc phân hủy hóa học gia nhiệt, trọng lượng thu oxy hóa phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian nung nóng Mẫu có hàm lượng dầu mỡ cao ảnh hưởng đến kết phân tích, khó làm khơ đến trọng lượng khơng đổi thời gian thích hợp Các thiết bị sử dụng việc xác định hàm lượng chất rắn lơ lững tủ sấy, bình hút ẩm, cân… có ảnh hưởng đến kết thu 1.4 CÁCH XÁC ĐỊNH RẮN LƠ LỬNG Sấy giấy lọc GF/C tủ sấy nhiệt độ 103 -1050C khoảng Lấy để nguội bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng khoảng 30 phút Cân trọng lượng giấy lọc, m1 (mg) Để giấy lọc lên hệ thống lọc hút chân không Lấy 25 ml nước lọc qua giấy lọc Lấy để nguội bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng khoảng 30 phút Cân trọng lượng giấy lọc, m2 (mg) Sấp lập lại, cân đến trọng lượng không thay đổi, sai khác khoảng 0.5mg  Tính tốn kết quả: Chất rắn lơ lửng (mg/L) = Với: m1 khối lượng giấy lọc (mg) m2 khối lượng giấy lọc mẫu sau sấy (mg) GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS 1.5 THIẾT BỊ LỌC HÚT CHÂN KHƠNG Hình 1.1: Hê thống lọc hút chân không Cấu tạo: gồm bơm hút chân khơng, Phễu 300ml, Bình hứng 1000ml cổ nhám ngồi, cổ nối nhám, kẹp giữ phễu,giá đỡ màng lọc, ống cao su bơm hút chân không thiết kế để tạo áp suất chân không với dải chân không lớn, lưu lương phù hợp với đối tượng, đảm bảo độ ổn định áp suất chân không sử dụng với nhiều mục đích khác Mục đích: nhờ áp suất chân không tạo để hút chân không bình hứng, tạo chênh lệnh áp suất bình hứng áp suất khí bề mặt giấy lọc trình lọc diễn nhanh 1.6 TIẾN HÀNH THÍ NGHỆM XÁC ĐỊNH CHẤT RẮN LƠ LỬNG CỦA NƯỚC THẢI ĐƯỜNG 16 Test SS đầu vào: tiến hành bước sau: GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS Sấy giấy lọc GF/C tủ sấy nhiệt độ 103 -1050C khoảng Lấy để nguội bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng khoảng 30 phút Cân trọng lượng giấy lọc, m1 (mg) Để giấy lọc lên hệ thống lọc hút chân không Lấy 25 ml mẫu nước thải đường 16 lọc qua giấy lọc Lấy để nguội bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng khoảng 30 phút Cân trọng lượng giấy lọc, m2 (mg) Sấp lập lại, cân đến trọng lượng không thay đổi, sai khác khoảng 0.5mg Sau ta tính theo cơng thức xác định chất rắn lơ lửng đầu vào Test SS đầu ra: ta làm tương tự test SS đầu vào bước lọc ta lấy mẫu nước thải sau xác định làm lượng phèn tối ưu PH tối ưu đem hút lọc chân không tiếp tục quy trình chất rắn lơ lưng đầu Bảng 1.1: kết SS đầu vào đầu mẫu nước thải đường 16 Đầu vào Đầu Khối lượng giấy lọc ban đầu (g): 0.091 0.087 Khối lượng giấy lọc mẫu sau sấy (g): 0.095 0.088 Chất rắn lơ lửng mg/L 160 40 Kết luận: sau cho lượng phèn FAC tối ưu điểu chỉnh pH tối ưu qua máy Jartest lượng chất rắn lơ lửng lắng nhiều so với ban đầu, nước thải phương pháp lắng bùn cặn đem lại hiệu cao khâu xử lí nước thải 1.7 THÍ NGHIỆM TEST SS CỦA MẪU NƯỚC THẢI CÀ PHÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON Nếu có điều kiện, trước tiên ta thực test SS nước thải cà phê ta cần qua bước xử lí tuyển để tách lớp dầu mỡ bề mặt qua trình sản xuất cà phê người ta có bổ sung lượng dầu mỡ cà phê nước thải cà phê có dầu mỡ, lớp dầu mỡ ảnh hưởng đến trình xác định chất rắn lơ lửng dầu mỡ giữ phần chất rắn lại bề mặt lượng dầu mỡ ảnh hưởng tới trình sấy giấy lọc sau lọc (khó khơ khoảng thời gian định) Vì xử lí tuyển trước test SS tốt hẳn Nếu khơng có điều kiện thực tuyển nỗi lấy mẫu để test SS phải lấy cách mặt nước cm GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS Quy trình Test SS nước thải cà phê tương tự thí nghiệm Test SS nước thải thể tích mẫu ta sử dụng 15ml đầu vào ta Test hai mẫu so với mẫu, Test SS đầu ta tiến hành Test mẫu xác định pH tối ưu Hình 1.2: Nồi hút ẩm sử dụng silicagel PHẦN : TEST COD NHU CẦU OXY HÓA HỌC 2.1 Ý nghĩa mơi trường: Nhu cầu ơxy hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand) tiêu đặc trưng dùng để kiểm tra ô nhiễm nguồn nước thải nước mặt, đặc biệt cơng trình xử lí nước thải COD định nghĩa lượng ơxy cần thiết cho q trình ơxy hóa hóa học chất hữu nước thành CO2 nước Lượng ôxy tương đương với hàm lượng chất hữu bị ơxy hóa, xác định sử dụng tác nhân ơxy hóa hóa học mạnh mơi trường axít Chỉ số COD biểu thị lượng chất hữu khơng thể bị ơxy hóa vi sinh vật, có giá trị cao BOD Phép phân tích COD có ưu điểm cho kết nhanh (khoảng giờ), nên khắc phục nhược điểm BOD GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS 2.2 Nguyên tắc: Hầu hết hợp chất hữu bị phân hủy đun sôi hỗn hợp cromic acid sulfuric: CnHaOb + c Cr2O72- + 8c H+ → n CO2 + (a/2 + 4c) H2O + 2c Cr3+ với c = 2n/3 + a/6 – b/3 Lượng Cr2O72- biết trước giảm tương ứng với lượng chất hữu có mẫu Lượng Cr2O72- dư định phân dung dịch FAS (Ferrous Ammonium Sulfate – Fe(NH4)2(SO4)2) lượng chất hữu bị ơxy hóa tính lượng ôxy tương đương qua Cr2O72- bị khử Lượng ôxy tương đương COD 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng: Các hợp chất béo mạch thẳng, hydrocarbon nhân thơm pyridine khơngbị ơxy hóa, phương pháp ơxy hóa chất hữu hồn tồn so với phương pháp dùng KMnO4 Các hợp chất béo mạch thẳng bị ơxy hóa dễ dàng thêm Ag2SO4 vào làm chất xúc tác, bạc dễ phản ứng với ion họ halogen tạo kết tủa chất bị ơxy hóa phần Khi có kết tủa halogen, dùng HgSO để tạo phức tan với halogen trước đun hoàn lưu Mặc dù, g HgSO4 cần cho 50 mL mẫu, dùng lượng hàm lượng chloride < 2.000 mg/L (miễn trì tỉ lệ HgSO4:Cl- = 10:1) Nitrite gây ảnh hưởng đến việc xác định COD, không đáng kể bỏ qua 2.4 Dụng cụ, thiết bị hóa chất:  Dụng cụ thiết bị: Pipet 25 mL Ống đong 100 mL Buret 25 mL Ống nghiệm có nút vặn Bình cầu 250 mL có nút nhám Hệ thống chưng cất hồn lưu Bình tam giác 125 mL, 50 mL GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt (150oC)  Hóa chất: - Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,0167 M: Hòa tan 4,913 g K2Cr2O7 (đã sấy 105oC giờ) 500 mL nước cất, thêm vào 167 mL H 2SO4 đậm đặc 33,3 g HgSO4 khuấy tan, để nguội đến nhiệt độ phòng, định mức - thành lít Acid sulfurích reagent: cân 5,5 g Ag2SO4 Kg H2SO4 đậm đặc (d = - 1,84), để – ngày để hòa tan hồn tồn Chỉ thị màu Ferroin: hòa tan hồn tồn 1,485 g 1,10 – phenanthroline monohydrate thêm 0,695 g FeSO4.7H2O nước cất định mức thành 100 mL (khi hai chất trộn lẫn với dung dịch thị tan - hồn tồn có màu đỏ) Dung dịch FAS 0,1 M: hòa tan 39,2 g FAS nước cất, thêm vào - 20 mL H2SO4 đậm đặc, để nguội định mức thành lít Chuẩn độ lại nồng độ FAS với K 2Cr2O7 0,0167 M, sau: Chọn thể tích mẫu (dùng nước cất thay cho mẫu) hóa chất sử dụng theo bảng sau: Ống nghiệm Mẫu (mL) (16 x 100 mm) 2,5 Dung dịch K2Cr2O7 0,0167 M (mL) 1,5 H2SO4 reagent (mL) Tổng thể tích (mL) 3,5 7,5 Để nguội ống đến nhiệt độ phòng thêm 0,05 – 0,10 ml (1 – giọt) thị ferroin chuẩn độ với FAS Điểm kết thúc phản ứng chuẩn độ, dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu nâu đỏ M (FAS) = Thể tíchK 2Cr2O7 0,0167M, mL × 0,10 Thể tíchFAS dùng chuẩn độ, mL 2.5 Thực hành:  Phương pháp đun hồn lưu kín (với mẫu có COD > 50 mgO2/L): Rửa ống nghiệm có nút vặn kín với H 2SO4 20% trước sử dụng Chọn thể tích mẫu thể tích hóa chất dùng tương ứng theo bảng phần GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS Cho mẫu (2ml lượng mẫu sau test Jartest) vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2Cr2O7 0,0167 M vào, cẩn thận thêm H2SO4 reagent vào cách cho acid chảy từ từ dọc theo thành ống nghiệm Đậy nút vặn ngay, lắc kỹ nhiều lần (cẩn thận phản ứng sinh nhiệt), đặt ống nghiệm vào giá inox cho vào tủ sấy nhiệt độ 150 oC Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ dung dịch ống nghiệm vào bình tam giác 100 mL, thêm – giọt thị ferroin định phân FAS 0,10 M Dứt điểm mẫu chuyển từ màu xanh sang màu nâu đỏ Làm hai mẫu trắng với nước cất (mẫu mẫu B) để so sánh TÍNH TỐN KẾT QUẢ COD (mgO2/L) = Trong đó: A: thể tích FAS dùng định phân mẫu trắng B, mL B: thể tích FAS dùng định phân mẫu cần xác định, mL M: nồng độ Mole FAS 2.6 TIẾN HÀNH TEST COD MẪU NƯỚC THẢI ĐƯỜNG 16 Ta tiến hành thí nghiệm bước hướng dẫn phần Đầu tiên ta chuẩn bị 13 ống nghiệm có nắp đậy ta tiến hành cho mẫu bao gồm mẫu trắng để bên ngồi ( khơng đun), mẫu trắng đun, mẫu trắng pha loãng lần sau ta xác định liều lượng phèn phản ứng PAC 0,5 ml, sau ta tiến hành xác định pH tối ưu đặt lên máy Jastest sau thời gian quay khoảng 20 phút để lắng 30 phút ta tiến hành lấy mẫu nước thải cho vào ống nghiệm test chung với thí nghiệm để tiết kiệm thời gian sau xác định pH tối ưu ta tiến hành thí nghiệm xác định liều lượng phèn tối ưu tương tự ta lấy mẫu vào ống nghiệm tiếp tục cho số hóa chất bảng sau: Bảng 2.2: lượng hóa chất sử dụng để test COD Mẫu (mL) Dung dịch H2SO4 Tổng thể K2Cr2O7 reagent (mL) tích (mL) 0,0167 M (mL) 10 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS Hình 4.21: mẫu sau xử lí sục khí  Kết thí nghiệm  Kết đo thể tích bùn Bảng 4.16: thể tích bùn sau lắng Mẫu Thể tích bùn (ml) 200 250 200 195 190 210  Kết test SS Bảng 4.17: kết test SS sau xử lí mẫu khối lượng đầu khối lượng sau (g) 0.09 0.089 0.086 0.0881 0.0872 0.0862 (g) 0.09 0.092 0.088 0.089 0.088 0.087 40 giá trị SS (mg/L) 0.00 200.00 133.33 60.00 53.33 53.33 giá trị SS tb (mg/L) 83.33 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS  Kết đo COD sau xử lí Bảng 4.18: Kết xử lí nước thải cà phê chưa qua sục khí: Thể tích phèn sắt (ml) 70 70 70 70 70 70 FAS Thể chuẩn tích Thể tích mẫu H2O2 mẫu (ml) trắng (ml) không 10 12 14 16 đun (ml) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 FAS chuẩn mẫu trắng đun (ml) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 FAS Nồng chuẩn độ FAS mẫu (mol/l) (ml) 1.05 1.05 1.05 0.8 0.95 1.15 0.107 0.107 0.107 0.107 0.107 0.107 0.107 Pha CO loãng D 10 1 1 1 1027 85.6 85.6 85.6 171 120 51.4 hiệu suất xử lí 91.67% 91.67% 91.67% 83.33% 88.33% 95.00% Hình 4.22: Đồ thị COD sau xử lí Hình 4.23: Hiệu suất sau xử lí Bảng 4.19: Kết xử lí nước cà phê sau sục khí: Thể tích phèn sắt (ml) 70 70 70 FAS Thể chuẩn tích Thể tích mẫu H2O2 mẫu (ml) trắng (ml) 12 không 2.5 2.5 2.5 2.5 đun (ml) 1.4 1.4 1.4 1.4 FAS chuẩn mẫu trắng đun (ml) 1.3 1.3 1.3 1.3 41 FAS chuẩn mẫu (ml) 1 1.1 0.95 Nồng độ FAS (mol/l) 0.107 0.107 0.107 0.107 Pha CO loãng D 10 1 hiệu suất xử lí 1027 103 90.00% 68.5 93.33% 120 88.33% GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS Hình 4.24: Đồ thị COD sau sục khí Hình 4.25: đồ thị hiệu suất xử lí sau sục khí Hình 4.26: Tương quan COD mẫu có sục khí mẫu khơng sục khí  Nhận xét: Ở mẫu đầu có hiệu xử lí giảm mạnh mẫu 12 ml H2O2 tăng dần mẫu 16 ml Hàm lượng chất rắn lơ lững giảm mạnh thí nghiệm 1, cụ thể giảm từ 533.33 mg/L 83.33 mg/L đạt hiệu suất 84.38%, cao thí nghiệm Trong số mẫu sục khí có mẫu ml 12 ml có giá trị COD giảm so với khơng sục khí (mẫu ml giảm mẫu 12 ml) mẫu ml lại có giá trị COD tăng Nước sau xử lí nhiều so với trước xử lí khơng mùi khó chịu Thể tích bùn tạo mẫu 14 ml thấp nhất, cao mẫu ml  Giải thích: Hàm lượng chất rắn lơ lững giảm mạnh thí nghiệm thí nghiệm sử dụng lượng Fe2+ tối ưu tìm thí nghiệm nên hiệu xử lí chất rắn lơ lững cao so với thí nghiệm mẫu đầu tiên, lượng H 2O2 dùng thấp nên lượng H 2O2 dư lại khơng dư, sau sục khí lượng Na 2S2O3 dư nhiều, theo phản ứng trình bày phần giải thích thí nghiệm 1, COD nước tăng mẫu sục khí sau sử dụng lượng H2O2 nhiều nên dư nhiều không làm tăng COD mà làm giảm COD  Kết luận: Lượng H2O2 tối ưu thí nghiệm 16 ml Hiệu xử lí nước cao 42 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Phương pháp keo tụ có hiệu xử lí nước khơng cao hiệu xử lí chất rắn lơ lững, màu, mùi tốt, chi phí thấp Trong phương pháp xử lí nước keo tụ hiệu xử lí nước phụ thuộc chủ yếu vào lượng phèn sử dụng mà phụ thuộc pH dung dịch làm thay đổi pH dụng dịch Phương pháp keo tụ thường áp dụng để xử lí nước sơ trước xử lí phương pháp khác Phương pháp Fenton cho hiệu xử lí nước cao, COD, màu, mùi chất rắn lơ lững nên thường áp dụng để xử lí loại nước thải khó xử lí nước thải dệt nhuộm, nước rác… Phương pháp Fenton có chi phí cao loại nước thải phải làm thí nghiệm để kiểm tra tỉ lệ Fe2+/H2O2 phù hợp nên thường áp dụng để xử lí loại nước thải có u cầu chất lượng cao Tùy vào tính chất nước thải, yêu cầu, chi phí mà chọn phương pháp xử lí thích hợp kết hợp phương pháp để đạt yêu cầu 5.2 Kiến nghị Do điều kiện thời gian nên số kết (chọn pH tối ưu thí nghiệm keo tụ) dựa vào cảm quan độ tin cậy khơng cao, cần có thí nghiệm bổ sung để nâng cao độ tin cậy kết Ở khâu sục khí, nên tìm chất khác thay cho Na 2S2O3, sử dụng lượng Na2S2O3 thiếu khơng khử hết H 2O2 dư sử dụng lượng Na2S2O3 dư lại làm tăng COD nước so với khơng sục khí, cần tìm chất có khả khử H2O2 dư mà không làm thay đổi giá trị COD sử dụng với lượng dư 43 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS PHẦN CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA FENTON 6.1 Một số báo, nghiên cứu Fenton Bảng 6.20: Một số báo, nghiên cứu Fenton STT Tên đề tài (bài báo) Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp oxy hóa H2O2 sử dụng hoạt hóa tia UV thử nghiệm mơ hình pilot phòng thí nghiệm Luận văn Nghiên cứu xử lý chất hữu khó phân hủy nước rác phương pháp Fenton truyền thống Fenton cải biên Nghiên cứu công nghệ UV-FENTON nhằm nâng cao hiệu xử lý nước rác bãi chơn lấp chất thải rắn Nam BÌnh Dương Xử lí nước thải dệt nhuộm hệ xúc tác FENTON dị thể Xử lí màu nước thải giấy phương pháp FENTON Xử lý dịch đen phản ứng Fenton kết hợp với bùn hoạt tính Nghiên cứu yếu tốảnh hưởng đến Q trình phân huỷ thuốc trừ sâu Diazinon tác nhân (FENTON UV) Fe2+/UV/H2O2, Fe(III)OXALAT/H2O2 Chế tạo khảo sát hoạt tính xúc tác cho phản ứng fenton Phân hủy phẩm màu anion vật liệu từ bùn đỏ việt nam Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý COD khó phân huỷ sinh học nước rác phản ứng fenton 44 Địa trang http://www.zbook.vn/ebook/nghiencuu-xu-ly-nuoc-thai-det-nhuombang-phuong-phap-keo-tu-ket-hopoxy-hoa-h2o2-su-dung-hoat-hoa-tiauv-thu-nghiem http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-vannghien-cuu-xu-ly-cac-chat-huu-cokho-phan-huy-trong-nuoc-ri-racbang-phuong-phap-fenton-truyenthong-va-fenton-50045 http://s1.luanvan.net.vn/7jualxv1snOj tyx3rglnxsvjin0ydlrl/swf/2015/06/01/ nghien_cuu_cong_nghe_uv_fenton_n ham_nang_cao_hieu_qua_xu_ly.l7xL y2ge8a.swf http://www.hoahocngaynay.com/vi/p hat-trien-ben-vung/hoa-hoc-va-moitruong/1290-08062011.html http://www.vnulib.edu.vn:8000/dspac e/bitstream/123456789/3330/1/sedev 0509-04.pdf http://js.vnu.edu.vn/tn_1_09/b2.pdf http://tailieuso.udn.vn/bitstream/TTH L_125/4252/2/Tomtat.pdf http://sac.edu.vn/images/filedownloa d/30130130073015.pdf http://tailieu.vn/doc/bao-cao-khoahoc-nghien-cuu-nang-cao-hieu-quaxu-ly-cod-kho-phan-huy-sinh-hoc- GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS trong-nuoc-rac-bang-p-1219371.html Khảo sát hoạt tính xúc tác nước http://dspace.agu.edu.vn/bitstream/A phèn xử lý nước thải GU_Library/2622/1/Bai%2018Dệt nhuộm Nguyen%20Trung%20Thanh.pdf 10 6.2 Các nghiên cứu, ứng dụng trình Fenton giới - Flaherty et al (1992) áp dụng trình Fenton để xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Reactive Blue 15 Nước thải có pH 12, độ kiềm CaCO 21.000 gl/l, COD 2.100 mg/l tổng nồng độ đồng 14 mg/l Nồng độ Fe 2+ giữ 2.10-2 M, pH chỉnh xuống 3,5 Trong thí dòng liên tục, phản ứng xảy thiết bị phản ứng dung tích lít, khuấy trộn Kết quả, giảm 70% COD Sau lắng 24 giờ, nồng độ đồng nước lắng mg/l, tương ứng với mức độ xử lý 93% - Vella et al.(1993) tiến hành nghiên cứu phân hủy Tríchloetylen (TCE) nước với nồng độ pha chế 10mg/l trình Fenton Phản ứng thực 3,9 4,2 với tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 0,2 sử dụng liều lượng H2O2 53 75 mg/l Kết cho thấy thí nghiệm với H 2O2 53 mg/l cao hơn, 80% TCE bị phân hủy sau phút - Hunter (1996) nghiên cứu xử lý 1,2,3- Tríchlopropan với nồng độ ban đầu 150 mg/l cho thấy điều kiện xảy tốt pH từ 2,0 đến 3,3 Khi tăng nồng độ Fe2+ có khả làm tăng tốc độ phân hủy 1,2,3- Tríchlopropan 6.3 Các nghiên cứu, ứng dụng trình Fenton Việt Nam Với tình trạng nhiễm Việt Nam nay, phương pháp Fenton số sở ứng dụng xử lý nước thải Công nghệ thường áp dụng để xử lý loại nước thải ô nhiễm chất hữu bền vững, khó phân hủy sinh học nước thải dệt nhuộm, hóa chất Có thể đưa số dẫn chứng cụ thể sau: Trung tâm công nghệ hóa học mơi trường (Liên hiệp Hội khoa học kỹ thuật Việt Nam) nghiên cứu áp dụng thành công công nghệ ECHEMTECH xử lý nước thải sản xuất thuốc trừ sâu Công ty thuốc trừ sâu Sài Gòn Nhờ áp 45 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS dụng q trình cơng nghệ cao Fenton vào xử lý nước thải kết hợp với phương pháp sinh học, hiệu phân hủy loại thuốc bảo vệ thực vật thuốc trừ sâu, trừ cỏ, gốc clo hữu cơ, photpho hữu đạt 97-99% Viện di truyền Nông nghiệp Việt Nam nghiên cứu hoạt chất C1, C2 với tác nhân Fenton để làm nước khử mùi hôi nước C1 loại bột hòa lẫn nước tạo nên tăng đột ngột độ pH tất kim loại nặng hòa tan chuyển sang kết tủa C2 giúp lắng nhanh chất kết tủa lơ lửng, tác nhân Fenton chất ôxy hóa nhanh làm nước thêm mùi, cho nước đảm bảo tưới tiêu sinh hoạt Nước rác từ bãi chôn lấp chất thải rắn đô thị có chứa chất hữu khó phân huỷ sinh học Cho nên sau xử lý cơng trình sinh học khác COD nước rác cao, dao động từ 600-900 mg/l chưa đạt TCVN 5945:2005 loại C Các nghiên cứu Khoa Môi Trường, Đại học Bách Khoa TP HCM cho thấy phản ứng Fenton cho phép xử lý COD nước rác xuống thấp 100 mg/l Tuy nhiên, phương pháp chưa áp dụng chi phí hóa chất cao, tuỳ vào nồng độ chất hữu nước rác mà chi phí hóa chất từ 25.000-40.000 đồng/m3 nước rác cần xử lý Do vậy, cần thiết phải nghiên cứu sâu động học phản ứng Fenton xử lý chất hữu khó phân huỷ sinh học nước rác nhằm điều khiển, nâng cao hiệu trình nhằm hạ thấp chi phí xử lý Nhóm tác giả đề xuất giải pháp sử dụng hiệu oxy già dư Fe2+ theo bậc q trình oxy hóa Fenton 6.4 Một số lĩnh vực ứng dụng Fenton 6.4.1 Ứng dụng Fenton xử lý nước thải dệt nhuộm Mỗi ngày giới sản xuất triệu 10 nghìn loại thuốc nhuộm màu tổng hợp, sử dụng rộng khắp cho nhiều ngành khoa học ví dụ ngành dệt, thuộc da, sản xuất giấy, công nghệ sản xuất thức ăn, nghiên cứu nơng nghiệp, điện hóa tế bào nhuộm tóc Người ta ước tính số thuốc nhuộm sản xuất có khoảng 15% bị giải phóng môi trường, nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Nước thải từ sở công nghiệp chứa lượng lớn chất hữu cơ, loại thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ, hợp chất lưu huỳnh, dung môi, 46 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS kim loại nặng, muối vô mô động thực vật Liều lượng chúng tùy thuộc vào trình sản xuất thể qua giá trị COD, TOC độ màu Do nước thải dệt nhuộm gây rắc rối cho khơng thẩm mỹ mà nhiều loại thuốc nhuộm sản phẩm gây nguy hại sinh học, độc đời sống sinh vật nước gây đột biến cho người Phương pháp Fenton công cụ khử màu hiệu Phương pháp Fenton cổ điển cho kết nhanh với khử màu, vừa phải với COD chậm với khử TOC khử độc nước thải dệt nhuộm Hiện người ta nâng cao hiệu phương pháp nhiều cách: H2O2/ than đá, H2O2 xúc tác với kim loại chuyển tiếp, phương pháp Fenton có vòng chelate trung gian Cu(II)/ axit hữu cơ/H2O2 Trong suốt trình xử lý photo-Fenton quan sát biến đổi màu khơng nhìn thấy phân hủy sinh học Chúng ta kết hợp phương pháp oxy hóa Fenton với xử lý sinh học để khử triệt để màu COD nước thải cơng nghiệp dệt Có thể thấy oxy hóa sử dụng Fenton phương pháp khả thi việc loại bỏ màu hoàn toàn nước thải dệt nhuộm Hơn dễ dàng thực rẻ so với phương pháp oxy hóa khác Phương pháp Fenton xử lý axit blue 74( nhóm thuốc nhuộm indigoid), axit orange 10( hợp chất màu azo) axit violet 19( thuốc nhuộm triarylmethane) Quá trình khử màu diễn suốt trình oxy hóa Chỉ với tỉ lệ khối lượng thuốc nhuộm : H2O2 1:0.5 mà khử màu lên đến 96,95 99 axit blue 74, axit orange 10 axit violet 19 Sự loại màu dễ dàng so với khử COD Kết oxy hóa thuốc nhuộm 0.5 g/l Fenton thể đồ thị Đối với loại thuốc nhuộm chuyển hóa COD khác phụ thuộc vào liều lượng H2O2 Với tỉ lệ khối lượng thuốc nhuộm : H 2O2 1:2 q trình tối ưu Phần trăm COD lại 37, 27, 40 axit blue 74, axit orange 10 axit violet 19 47 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS Hình 6.27: đồ thị thể hiệu suất xử lí với loại thuốc nhuộm Khi lượng H2O2 tăng cao không làm tăng phân hủy thuốc nhuộm.Với nồng độ H2O2 cao có cạnh tranh chất H 2O2 để phản ứng với gốc hydoxyl Do nồng độ cao H2O2 hoạt động chất ức chế gốc hydroxyl sản sinh gốc hyperoxyl có khả oxy hóa thấp gốc hydroxyl Phương pháp oxy hóa Fenton có ảnh hưởng mạnh phân hủy COD hợp chất màu azo thấp indigoid triarylmethane 6.4.2 Phương pháp xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu Fenton Dữ liệu quan trắc gần Mỹ Châu Âu cho thấy nồng độ thuốc trừ sâu nước bề mặt nước ngầm cao Ở U.K tiêu chuẩn thuốc trừ sâu sản phẩm liên quan bao gồm 0.03 microgam/L cho aldrin, dieldrin, heptachlor heptachlor epoxide, 0.10 microgam/l cho loại thuốc trừ sâu khác giới hạn tổng chúng 0.50 microgam/l Ở U.K dòng chảy mặt quan trọng có nồng độ thuốc trừ sâu 0.1 microgam/l để cung cấp làm nước uống cần xử lý Có thể sử dụng than hoạt tính để xử lý tùy thuộc loại thuốc trừ sâu mà dùng ozon Có thể thay phương pháp khác để loại bỏ ảnh hưởng thuốc trừ sâu, sử dụng Fenton quang Fenton Phương pháp Fenton xử lý thành công atrazine, 2,4- D alachlor Điều kiện tối ưu để xảy phản ứng pH = tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II) : H 2O2 từ 1: 10: 10 đến 1:10:1000 48 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS Loại thuốc trừ sâu nước bề mặt mà Fenton xử lý chia thành nhóm: MCPA, mecoprop 2,4D Một loạt thử nghiệm diễn phòng thí nghiệm để xác định điều kiện tối ưu phản ứng: liều lượng, pH thời gian phản ứng với nước thơ có nồng độ thuốc trừ sâu 1.5 microgam/l Sự oxy hóa Fenton diễn pH=3 với nước đề ion, với nước thô diễn pH= 3,4,5,6 pH điều chỉnh axit sunfurích 2M Nồng độ H 2O2 ban đầu 1.53 mg/l 15.3 mg/l nồng độ Fe( muối sắt) 2.5 25 mg/l Sau 1, 2, 5, 10, 30, 60 phút, thêm vào 100 microlit methanol cho ml dung dịch để ngừng phản ứng Phản ứng Fenton xảy với thuốc trừ sâu có nồng độ 4.52 x 10 -5 M( 9-10 mg/l) pH = Tùy theo tài liệu mà tỉ lệ thuốc trừ sâu : Fe(II) : H 2O2 : :10 hay : 10: 10 Ta thấy rõ Sự phân hủy thuốc trừ sâu nước đề ion sử dụng phương pháp Fenton hình 6.2 Với tỉ lệ 1:1:10 để phân hủy 50% lượng thuốc trừ sâu phải 10 phút Còn với tỉ lệ 1:10:10 có 10s nồng độ thuốc trừ sâu 0.5 mg/l sau phút Hình 6.28: Đồ thị phân hủy 2,4D, MCPA, mecoprop nước đề ion 6.4.3 Ứng dụng Fenton trình xử lý nước bãi chơn lấp Chơn lấp bước kế hoạch quản lý rác thải nhiên thời gian dài tạo chất độc hại cho mơi trường Nước rác bao gồm nước mưa thấm qua lớp rác thân nước sẵn có bãi chơn lấp Nó bao 49 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS gồm lượng lớn hợp chất hữu cơ, kim loại nặng muối vơ Kết gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng không xử lý trước thải môi trường Phương pháp oxy hóa sử dụng để loại trừ ảnh hưởng chất có hại hợp chất hữu độc Fenton( H2O2/ Fe2+) áp dụng để xử lý nước từ bãi chơn lấp phía bắc Tây ban Nha Kết loại bỏ màu hồn tồn chuyển hóa khoảng 70% COD Tùy thuộc vào loại chất thải rắn tuổi thọ bãi chôn lấp mà xác định nồng độ hợp chất hữu Nước bãi chơn lấp trẻ bao gồm lượng lớn axit béo bay tự do, COD, BOD, NH 3-N alkalinity cao trong bãi chơn lấp tuổi thọ cao bãi trẻ xử lý sinh học bao gồm lượng lớn phân tử chất hữu độc hại Kết cho thấy loại nước có giá trị COD cao, BOD thấp, NH3-N alkalinity cao Phương pháp xử lý sinh học sử dụng để loại trừ số lượng lớn chất hữu có khả phân hủy sinh học, hầu hết rác thải lại bao gồm nhiều chất ngăn chặn, kìm hãm độc q trình xử lý sinh học phương pháp ngưng tụ, đơng tụ, oxy hóa hóa học lọc màng lại áp dụng Theo truyền thống, phân hủy hợp chất hữu chuyển hóa nitrogen thực phương pháp AOPs AOPs sử dụng để làm tăng khả phân hủy sinh học rác thải bao gồm loại hợp chất hữu khác mà khó phân hủy sinh học độc cho vi sinh vật Tác nhân Fenton với kết hợp H2O2 muối sắt II AOPs Phản ứng Fenton có khả phân hủy hoàn toàn chất hữu loại nước rác khác Nó tiến hành nhiệt độ bình thường khơng có u cầu ánh sáng Tác nhân có hiệu rõ ràng, dễ dàng lưu kho an toàn Việc sử dụng Fenton để làm giảm BOD COD nước bãi chôn lấp đề cập tài liệu nhiên cần ý trường hợp nước rác chứa hợp chất đặc biệt Trong phương pháp này, trình Fenton nghiên cứu cho việc xử lý nước rác từ bãi chôn lấp chất thải sinh hoạt Cantabiria (miền Bắc Tây Ban Nha) phương pháp riêng lẻ, kèm với phương pháp khác Thành phần trung bình nước rác cho bảng sau: 50 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS Thông số Giá trị Đơn vị Nước rác ban đầu Nước rác sau tiền xử lý sinh học  Thủ tục thí nghiệm: Các thí nghiệm tiến hành bình thủy tinh hình trụ lít Sử dụng khuấy từ để đảo trộn hoàn toàn Rất nhiều thí nghiệm thực sau: • Nc rỏc c lc vi cỏi lc 0,45 àm 0,75 lít nước rác đưa vào thiết bị phản ứng, pH điều chỉnh H2SO4 95-97% Gía trị ban đầu pH 3-3,5 phản ứng oxi hóa Fenton xảy hiệu điều kiện mơi trường axit • Nồng độ Fe2+ điều chỉnh viêc thêm lượng cần thiết FeSO4.7H2O • Thêm vào dung dịch dung dịch H2O2 35% • Sau phản ứng, q trình trung hòa thực sử dụng dung dịch NaOH 2M để kết tủa ion Fe3+ • Ở giai đoạn cuối trình xử lý Fenton, bùn đặc lắng 51 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS Hình 6.29: quy trình xử lý nước rác phương pháp Fenton Liều lượng H2O2 giới hạn tỉ lệ H 2O2:COD 10-16 (mg/l:mg/l) H2O2:Fe nằm tromg dải 62-32 Khi tỉ lệ H2O2:COD cao xảy viêc khống hóa hồn tồn hợp chất hữu Sự xử lý nước Fenton Hình biểu diễn lượng TOC COD xử lý bước trình nước bãi rác xử lý phản ứng Fenton Hình 6.30: giảm TOC COD hệ thống xử lý nước (t= 120 phút) Ở dòng TOC giảm đáng kể (94%) TOC giảm đáng kể sau giai đoạn điều chỉnh pH (77%) Mục đích điều chỉnh từ pH 8-9 (pH ban đầu) đến pH nhỏ 4, sau khoảng thời gian ngắn, để hình thành kết tủa COD giảm hơn, 52 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS 71% , đạt sau tồn thời gian xử lý Trong trường hợp này, phản ứng Fenton có vai nhằm giảm COD (63%) Nếu q trình lọc ban đầu khơng thực hiện, giá trị hàm lượng COD cuối cao 9% trình lọc tiến hành Mặc dù trình Fenton thực có mặt cặn, q trình lọc có tác động tích cực xử lý tổng thể Nếu nước sau xử lý thải vào nước bề mặt sử dụng lại ví dụ cho nơng nghiệp, cần giảm độ màu Màu phân tích bước sóng 436 nm theo tiêu chuẩn ISO 7887:1994 Lượng giảm 63% sau phản ứng Fenton 97% cuối trình xử lý tổng thể Xử lý nước rác qua xử lý sinh học sơ Hình biểu diễn hàm lượng TOC COD sau giai đoạn q trình xử lý, nước nước qua xử lý sinh học sơ Hình 6.31: Sự giảm TOC COD nước tiền xử lý sinh học TOC giảm 96% dòng Một lần nữa, điều chỉnh pH giai đoạn dẫn tới giảm đáng kể TOC (80%) COD loại bỏ tăng lên đến 69% Trong trường họp này, phản ứng Fenton quan trọng làm giảm COD 68% Hàm lượng COD suốt trình Fenton biểu diễn hình Cuối phản ứng khơng phát lượng H2O2 dư 53 GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành cơng nghệ HS Khi q trình lọc ban đầu không tiến hành, nồng độ COD cuối tăng 15 % Trong thí nghiệm màu sắc phân tích sau phản ứng oxy hóa đạt mức độ giảm trung bình 89% (phân tích hấp thụ bước song 436 nm theo tiêu chuẩn ISO 7887:1994) Sự khử gần hoàn toàn (99%) sau giai đoạn trung hoà Hiệu suất q trình Fenton xử nước bãi rác đánh giá qua việc sử dụng bể phản ứng theo mẻ, cho thấy hợp chất hữu nước bị oxy hóa thành cơng phản ứng Fenton Nghiên cứu rút kết luận sau: - Sự xử lý nước (COD= 3100-1800 mg/l) sử dụng lượng hố chất 30000 mg/l H2O2 (H2O2/COD = 16) 500 mg/l Fe 2+ Lượng COD lớn xử lý khoảng 71% giá trị ban đầu ngược lại hàm lượng TOC xử lý khoảng 94% - Đối với nước qua xử lý sinh học sơ sử dụng 15000 mg/l H 2O2 (H2O2/COD = 10) 500 mg/l Fe2+ COD xử lý 69% TOC 96% - Có thể nói q trình lọc q trình trung hồ giai đoạn có hiệu đặc biệt xử lý nước rích, mặt khác q trình oxy hố Fenton đạt đến kết tốt xử lý nước ríc qua xử lý sinh học sơ - Sau trình trung hoà kết tủa, màu xử lý hoàn toàn nồng sắt lại nhỏ mg/l 54 ... lọc diễn nhanh 1.6 TIẾN HÀNH THÍ NGHỆM XÁC ĐỊNH CHẤT RẮN LƠ LỬNG CỦA NƯỚC THẢI ĐƯỜNG 16 Test SS đầu vào: tiến hành bước sau: GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS Sấy giấy lọc GF/C tủ... GVHD: KS.Huỳnh Tấn Nhựt Thực hành công nghệ HS nhất, giá trị COD lại thấp, giá trị chất rắn lơ lững SS lại thấp, lượng cặn bùn tạo thấp)  Tiến hành: Chọn giá trị pH để thực thí nghiệm giá trị... Nhựt Thực hành công nghệ HS (16 x 100 mm) 2,5 1,5 3,5 7,5 Ta cho hóa chất theo thứ tự bảng để tránh số phản ứng đông tụ lại, đậy nắp lại đem phá mẫu thời gian Khi phá mẫu xong để nguội tiến hành