đề cương nghiên cứu KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XÚC TÁC UVFENTON TRONG XỬ LÝ COD, BOD TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

1 q TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC    ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XÚC TÁC UV FENTON TRONG XỬ LÝ COD, BOD TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Họ và.KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XÚC TÁC UVFENTON TRONG XỬ LÝ COD, BOD TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

q

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA HÓA HỌC

- - -    - - -

ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU

KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XÚC TÁC UV-FENTON TRONG XỬ LÝ COD, BOD TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Ở THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thái Toàn

MSSV: 43.01.201.054

Năm học 2020-2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA HÓA HỌC

- - -    - - -

ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XÚC TÁC UV-FENTON TRONG XỬ LÝ COD, BOD TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Ở THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH

Thành phố Hồ Chí Minh, 2020

BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT

MỤC LỤC

1 Tổng quan 1

1.1 Lợi ích của ngành công nghiệp dệt nhuộm 1

1.2 Tác hại của nước thải dệt nhuộm 1

1.3 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 1

1.3.1 Xử lí bằng phương pháp cơ học 2

1.3.1.1 Xử lí bằng song chắn rác 2

1.3.1.2 Xử lí bằng lưới chắn rác 2

1.3.1.3 Xử lí bằng bể lắng 2

1.3.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học 3

1.3.3 Xử lí bằng phương pháp hóa học, hóa lý 4

1.3.3.1 Phương pháp trung hòa 4

1.3.3.2 Phương pháp trích ly 5

1.3.3.3 Phương pháp tạo bông và keo tụ: 5

1.3.3.4 Phương pháp oxi hóa khử 6

1.3.3.5 Phương pháp hấp phụ 8

1.4 Quá trình oxi hóa nâng cao 10

1.4.1 Quá trình fenton 10

1.4.2 Quá trình UV/fenton 11

1.5 Các công trình nghiên cứu về công nghệ fenton trong xử lí nước thải từ ngành công nghiệp phẩm nhuộm 12

1.5.1 Các nghiên cứu ngoài nước: 12

1.5.2 Các nghiên cứu trong nước: 13

1.6 Lý do chọn đề tài 14

2 Mục tiêu nghiên cứu 14

2.1 Đối tượng nghiên cứu 14

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 15

3 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 15

3.1 Cách tiếp cận 15

3.2 Phương pháp nghiên cứu 15

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận 15

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 15

3.2.3 Phương pháp thống kê toán học 16

3.3 Đề xuất quy trình và công cụ 16

4 Nội dung và phạm vi nghiên cứu 17

4.1 Nội dung nghiên cứu 17

4.2 Phạm vi nghiên cứu 17

5 Kế hoạch thực hiện 17

6 Tài liệu tham khảo 18

1 Tổng quan

1.1 Lợi ích của ngành công nghiệp dệt nhuộm

Việt Nam đang trong thời kì bùng nổ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của các ngành công nghiệp như cơ khí, luyện kim, dầu khí, đóng tàu và đặc biệt là ngành công nghiệp dệt nhuộm Ngành công nghiệp dệt nhuộm

đã và đang mang lại rất nhiều lợi ích kinh tế đối với đất nước như tạo thu nhập cho người dân, đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước, nhiều sản phẩm với chất lượng cao đáp ứng nhu cầu thị trường, đóng góp một vai trò quan trọng trong kim ngạch xuất khẩu của cả nước(Lê Xuân Vĩnh, Lý Tiểu Phụng, 2016)

1.2 Tác hại của nước thải dệt nhuộm

Cùng với những lợi ích mà ngành công nghiệp dệt nhuôm mang lại thì hàng năm, ngành công nghiệp này đã thải ra môi trường một lượng lớn hóa chất độc hại gây ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường nước xung quanh khu vực xả thải của các khu công nghiệp, nhà máy, làng nghề,…(Liên, 2016) Trong thành phần nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm có chứa kim loại nặng, chất màu thuốc nhuộm và một số hợp chất hữu cơ mang màu khó phân hủy sinh học

Và đây chính là nguyên nhân ảnh hưởng đến sức khỏe của con người

Do đó, việc tìm ra phương pháp loại bỏ các hợp chất khó phân hủy trên là vấn đề cấp thiết và có ý nghĩa vô cùng quan trọng

1.3 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm có những đặc điểm sau: Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao Do đặc thù của công nghệ, việc lựa chọn các phương pháp xử lí thích hợp phải dựa vào nhiều yếu

tố như lưu lượng nước thải, đặc tính nước thải, hàm lượng các chất ô nhiễm, tiêu chuẩn thải Có thể dựa theo các phương pháp sau:

1.3.1 Xử lí bằng phương pháp cơ học

Tách các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước thải Công trình

xử lí cơ học bao gồm: xử lí bằng song chắn rác, xử lí bằng lưới chắn rác, xử lí bằng bể lắng

1.3.1.1. Xử lí bằng song chắn rác

Song chắn rác giữ cặn rác thô như: giẻ rách, lá cây, nhựa, gỗ, ra khỏi nước thải nhằm bảo vệ bơm, van, đường ống Song làm bằng sắt tròn hoặc vuông, thanh nọ cách thanh kia một khoảng bằng 60 – 100

mm để chắn vật thô và 10 – 25 mm để chắn vật nhỏ hơn, đặt nghiêng theo dòng chảy một góc 60 – 900 (Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.1.2. Xử lí bằng lưới chắn rác

Lưới chắn rác để xử lí sơ bộ giữ lại sợi, len, lông động vật Lưới lọc phân biệt thành hai loại: loại phẳng và loại trụ (Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.1.3. Xử lí bằng bể lắng

Xử lí bằng bể lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan khỏi nước thải Bể lắng có cấu tạo mặt bằng (là hình chữ nhật hay hình tròn) được thiết kế để loại bỏ các hạt cặn bằng trọng lực Bể lắng được phân loại thành: bể lắng đứng, bể lắng ngang,

bể lắng trong, bể lắng tầng mỏng, bể điều hòa

Trong đó, bể điều hòa có công dụng điều hòa lưu lượng và điều hòa nồng độ, làm giảm nồng độ và lưu lượng các chất độc hại đi vào

công trình xử lí sinh học, giúp trung hòa pH phù hợp cho hoạt động của vi sinh vật Bể điều hòa được phân loại như sau:

- Bể điều hòa lưu lượng

- Bể điều hòa nồng độ

- Bể điều hòa cả nồng độ và lưu lượng

Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học: Có thể loại bỏ được đến

60% tạp chất không tan trong nước thải và giảm BOD đến 30% Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, hiệu quả xử lý có thể đạt 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40 – 50% theo BOD”(Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Bằng phương pháp sinh học yếm khí và hiếu khí đều có thể xử lý được thuốc nhuộm Tuy nhiên các quá trình đòi hỏi rất nhiều thời gian Tốt nhất là phải loại sơ bộ chất màu bằng các phương pháp hóa học, hóa

lý (hấp phụ)

Phương pháp sinh học dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải của các vi sinh vật Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình phát triển, các vi sinh vật này nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản Phương pháp này được sử dụng để xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã qua xử lý sơ bộ qua các công trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý

Quá trình sinh học gồm các bước sau:

- Đầu tiên chuyển các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo

và dạng hòa tan thành thể khí và các vỏ tế bào vi sinh

- Tiếp theo là tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải

- Và cuối cùng là loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

- Chất nhiễm bẩn trong nước thải dệt nhuộm phần lớn là những chất có khả năng phân hủy sinh học Thường nước thải dệt nhuộm thiếu nguồn N và P dinh dưỡng Khi xử lý hiếu khí cần cân bằng dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD5: N: P = 100: 5: 1 hoặc trộn nước thải dệt nhuộm với nước thải sinh hoạt để các chất dinh dưỡng trong hỗn hợp cân đối hơn Các công trình sinh học như: lọc sinh học, bùn hoạt tính, hồ sinh học hay kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc …(Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.3 Xử lí bằng phương pháp hóa học, hóa lý

Mục đích: Sử dụng các hóa chất và các vật liệu để khử các chất độc hại trong nước thải

Xử lí hóa học bao gồm các phương pháp: đông tụ, keo tụ, hấp phụ, dùng các chất oxy hóa để khử màu, hoặc dùng axit hay bazơ để trung hòa nước thải trước khi đổ ra nguồn.(Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.3.1.Phương pháp trung hòa

Phương pháp trung hòa được sử dụng nhằm trung hòa các loại nước thải có chứa axit hoặc kiềm Người ta sử dụng các hóa chất có tính axit hoặc tính base để trung hòa nước thải Đối với nước thải có tính axit,

ta có thể sử dụng các hóa chất: vôi sữa 5 – 8%, NaOH, Na2CO3, NH4OH,

Mg(OH)2 Đối với nước thải có tính kiềm ta dùng H2SO4, HCl (Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.3.2.Phương pháp trích ly

Người ta ứng dụng phương pháp trích ly pha lỏng để làm sạch nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu cơ, các ion kim loại Phương pháp này được sử dụng khi nồng độ chất thải lớn hơn 3 – 4g/l, vì khi đó giá trị chất thu hồi mới bù đắp chi phí cho quá trình trích ly Làm sạch nước bằng phương pháp trích ly gồm 3 giai đoạn như sau:

- Giai đoạn 1: Trộn mạnh nước thải với chất trích ly (dung môi hữu cơ) trong điều kiện bề mặt tiếp xúc phát triển giữa các chất lỏng hình thành hai pha lỏng, một pha là chất trích ly với chất được trích ly, một pha là nước thải với chất trích ly

- Giai đoạn 2: Phân riêng hai pha lỏng trên

- Giai đoạn 3: Tái sinh chất trích ly

Để giảm nồng độ chất tan thấp hơn giới hạn cho phép cần phải chọn đúng chất trích ly (Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.3.3.Phương pháp tạo bông và keo tụ:

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ

sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt nhằm tăng vận tốc lắng của chúng Quá trình trung hòa điện tích gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các hạt bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ (Nguyễn Thị Anh, 2011)

Phương pháp này giúp loại bỏ một phần hay toàn bộ các chất lơ lửng, một số chất hòa tan

Người ta sử dụng các loại phèn như phèn nhôm [ Al2(SO4)3].nH2O hay phèn sắt [Fe2(SO4)3].nH2O cùng với sữa vôi Ca(OH)2, PAC(Poly Aluminum chloride) để thực hiện quá trình keo tụ nước thải

Khi dùng phương pháp này cần điều chỉnh pH, vì pH ảnh hưởng lớn đến khả năng keo tụ Các chất keo tụ khác nhau cho hiệu quả ở pH khác nhau Với phèn sắt (pH = 10) cho hiệu quả cao nhất, phèn nhôm (pH

= 5 – 6) là tốt nhất trong khi nước thải dệt nhuộm thường có pH > 7

Để tăng hiệu quả của quá trình tạo bông keo tụ và tăng tốc độ lắng cũng như tăng độ nén của các bông keo thì trong quá trình keo tụ, người ta thường bổ sung các chất trợ keo tụ, còn gọi là polymer kết bông Tính hiệu quả cao thể hiện ở chỗ chỉ cần một lượng nhỏ polymer (vài phần triệu) vào nước đục, polyme này kết các hạt không tan lơ lửng thành khối riêng biệt và nước trở nên trong

Cơ chế của quá trình kết bông là sự trung hòa điện tích của các hạt lơ lửng nhờ tích điện trái dấu của polyme trong dung dịch

Phương pháp tạo bông và keo tụ được ứng dụng để khử màu và làm giảm đáng kể lượng BOD Tuy nhiên phương pháp keo tụ cũng tạo ra một lượng bùn thải lớn nên gây khó khăn cho tuần hoàn nước (Lê Thị Mai Hoa, 2016)

1.3.3.4.Phương pháp oxi hóa khử

Quá trình oxi hóa tiêu tốn một lượng lớn tác nhân oxi hóa, do đó quá trình oxi hóa hóa học chỉ được sử dụng trong trường hợp khi chất ô nhiễm không thể loại bỏ bằng các phương pháp khác (Lê Thị Mai Hoa,

Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorua vôi (CaOCl2), hypoclorite, chlorate, calcium chlorate được nhận theo phản ứng:

Ca(OH)2 + Cl2 → CaOCl2 + H2O

Lượng chlor hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải

là 10 g/m3 đối với nước thải sau xử lí cơ học, 5 g/m3 đối với nước thải sau

xử lí sinh học hoàn toàn”(Lê Thị Mai Hoa, 2016)

1.3.3.4.2 Sử dụng Peroxide

Xử lí nước thải dệt nhuộm bằng H2O2 trong môi trường axit với xúc tác muối Fe(II) thì gốc hydroxyl (OH-) trung gian được tạo ra có thể oxy hóa cao hơn cả ozone Các sản phẩm cuối cùng là nước và oxygen vô hại đối với môi trường Để hoàn thành phản ứng, trung hòa nước thải bằng xút hay vôi tôi, kết tủa tạo thành được tách ra trong bể lắng (Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.3.4.3 Điện phân

Nước thải dệt nhuộm sau khi được đưa vào 1 – 30 g/l muối NaCl cho chảy vào bình điện phân, sử dụng dòng điện một chiều dẫn đến hình thành các tác nhân oxy hóa như ozone, chlordioxide và gốc hydroxyl Những chất này khử màu nước thải và tác động lên các chất trong nước thải, biến chúng thành CO2 và H2O Tuy nhiên, quá trình này cũng tạo ra các hợp chất clo hữu cơ trong các phản ứng phụ (Nguyễn Thị Anh, 2011)

1.3.3.4.4 Sử dụng Ozone

Sử dụng khí Ozone để xử lý nứơc thải là một trong những phương pháp hiện đại nhưng đòi hỏi chi phí kỹ thuật và giá thành cao Hiện tại phương pháp này chưa đựơc sử dụng nhiều như các phương pháp khác

Hiệu quả khử màu bằng Ozone cao hơn Chlor hay Peroxide Vì Ozon không chỉ oxy hoá thuốc nhuộm mà còn oxy hoá các hợp chất hữu

cơ khác, do đó đối với nước thải có tải lượng hữu cơ lớn thì phải dùng một lượng khá lớn Ozone mới đủ để khử màu Điều này dẫn đến giá thành đầu tư, vận hành cao Trong các trưòng hợp xử lý với Ozon, nếu là công đoạn cuối cùng, ví dụ như dùng để tiệt trùng sau xử lý vi sinh thì lại rất cần thiết vì chỉ cần dùng rất ít mà hiệu quả lại cao Tuy nhiên cũng có những trưòng hợp sau khi xử lý Ozone, nước trở nên đục và khi đó lại cần phải có thiết bị lắng để loại bỏ kết tủa trứơc khi nước được đổ ra môi trường (Lê Thị Mai Hoa, 2016)

1.3.3.5.Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ thường được dùng để xử lý các chất không có khả năng phân hủy sinh học Trong thuốc nhuộm có rất nhiều vi sinh vật không thể phân hủy ngay được, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ

có cấu tạo nhân thơm Vì vậy, để khử màu cho thuốc nhuộm, tốt nhất vẫn

là dùng chất hấp phụ (Lê Thị Mai Hoa, 2016)

Các chất hấp phụ thường dùng như than hoạt tính, bentonit (đất sét biến tính), than nâu Trong đó, than hoạt tính là chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả, nó có bề mặt riêng lớn (400 – 1500mm2 /g) Tuy nhiên, thời gian và tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất, cấu trúc của chất tan, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, loại chất hấp phụ

và chất cần hấp phụ

“Nhược điểm của việc dùng than hoạt tính là giá thành cao và khó lắng nếu là than bột, vì vậy nên dùng kết hợp than với các chất tạo bông và keo tụ Có thể tái sinh để sử dụng lại than hoạt tính bằng cách nung trong điều kiện yếm khí” (Nguyễn Thị Anh 2011)

Như vậy, trong thời gian vừa qua, đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về sử dụng các phương pháp xử lí các hợp chất hữu cơ độc

hại trong nước thải phẩm nhuộm “Tuy nhiên, các phương pháp truyền

thống như phương pháp cơ học, phương pháp sinh học, phương pháp hóa lí đều không xử lí được hoặc không xử lí triệt để các chất ô nhiễm này”

(Hoa 2016) Vì thế, những phương pháp này không phải là lưa chọn tối

ưu trong việc xử lí chất thải phẩm nhuộm Từ đây, sự ra đời của phương pháp oxi hóa nâng cao (AOPs) đã xử lý một cách có hiệu quả những chất thải phẩm nhuộm (Quan Gia Cơ, 2017) Một trong những quá trình của phương pháp oxi hóa nâng cao (AOP) hiệu quả là sử dụng “tác nhân Fenton”, đặc biệt là photo- Fenton (Rakshit Ameta, Anil K Chohadia,

Abhilasha Jain, 2018)