Kết quả cho thấy hiệu qủa xử lý nước thải phụ thuộc vào mật độ dòng điện, độ pH, khoảng cách giữa hai điện cực, thời gian điên phân và một số yếu tố khác.. Hình 2: Biểu đồ ảnh hưởng thời
Trang 1NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤYBẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA – TUYỂN NỔI SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC HỢP KIM NHÔM HÒA
TAN
SVTH: Hoàng Tuấn Anh
Lớp DH11H2, Khoa Hóa Học & CNTP, Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu
GVHD: ThS Nguyễn Quang Thái
Khoa Hóa Học & CNTP, Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu
TÓM TẮT:
Phương pháp điện hoá là phương pháp thuận tiện dùng để xử lý nước thải có chứa chất màu mà các phương pháp khác không xử lý được triệt để Trong nghiên cứu này đã khảo sát xử lý nước thải nhà máy giấy bằng phương pháp điện hoá dùng anôt và catot là hợp kim nhôm Kết quả cho thấy hiệu qủa xử lý nước thải phụ thuộc vào mật độ dòng điện, độ pH, khoảng cách giữa hai điện cực, thời gian điên phân và một số yếu tố khác Trong điều kiện nghiên cứu này với mật độ dòng điện 2,1 A/dm 2 , khoảng cách giữa hai điện cực là 1cm, pH = 6.5 – 7.0thời gian xử lý là 40÷45 phút thì hiệu quả xử lý nước thải giấy là tốt nhất
1 Mở đầu:
Hiện nay giấy là một trong những sản phẩm không thể thiếu trong cuộc sống của chúng
ta, ngành công nghiệp giấy ngày càng phát triển Nhưng bên cạnh đó, lượng nước thải của các nhà máy giấy rất lớn, gây độc hại, nhưng các phương pháp đang dùng để xử lý chưa đảm bảo được triệt để Với công nghệ sản xuất giấy khác nhau cần có xử lý nước thải thích hợp Ở Việt Nam hầu như có rất ít nghiên cứu ứng dụng xử lý điện hoá nước thải nhà máy giấy Vì vậy nghiên cứu xử lý điện hoá nước thải nhà máy giấy là việc rất cấp thiết nhằm đưa ra công nghệ
xử lý thích hợp, triệt để các chất hữu cơ độc hại thải ra môi trường
Các yếu tố như vật liệu làm điện cực, chế độ công nghệ, nồng độ các chất phụ gia và nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý [1] Trong bài báo này là kết quả khảo sát ảnh hưởng của một vài yếu tố đến hiệu quả xử lý nước thải giấy, từ đó góp phần vào việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải giấy thích hợp với hiệu quả cao
2 Phần thực nghiệm
Chuẩn bị mẫu nước thải: mẫu nước thải được lấy từ nhà máy giấy Sài Gòn - Mỹ Xuâncó chỉ số COD khoảng 2850mgO2/l, pH= 6.5 – 7.0 Pha các mẫu nước thải theo tỷ lệ thích hợp với điều kiện nghiên cứu- Các mẫu nước thải có dung tích 400ml được đưa vào sơ
đồ hệ thống xử lý điện hoá nước thải giấy như hình 1
Hình 1: Sơ đồ nguyên tắc của hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy bằng phương pháp điện hoá
1- Nguồn điện một chiều 50V- 100A 2- Thiết bị đo dòng điện
3- Biến trở 4- Điện cực anốt làm bằng hợp kim nhôm 5- Điện cực catốt làm bằng hợp kim nhôm 6- Dung dịch nước thải
7- Bình điện phân
Trang 2Hình 2: Biểu đồ ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất của xử lý nước thải
Điện cực được dùng nghiên cứu anôt và catot là hợp kim nhôm Các mẫu điện cực nghiên cứu được gia công có diện tích khoảng 0.7 dm2 Mẫu được làm sạch cơ học, tẩy dầu
mỡ, làm sạch hoá học rồi đưa vào thử nghiệm
Xác định các chỉ số COD, độ pH, hiệu suất tách màu của dung dịch nước thải sau khi
xử lý ở các chế độ khác nhau Độ màu được xác định trên máy đo quang Trong nghiên cứu này thời gian điện phân được tính đến lúc mẫu chuyển từ màu vàng đậm sang mẫu màu sáng
và có bông keo tụ- tuyển nổi
3 Kết quả và thảo luận
3.1 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước thải
Bảng 1: Ảnh hưởng thời gian đế hiệu suất của xử lý nước thải
Da
(A/dm 2 )
Thời gian (phút)
COD trước xử
lý (mg/l)
COD sau xử lý (mg/l) Hiệu suất (%)
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
Thực nghiệm cho thấy, thời gian ảnh
hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý Khi điện
hóa chưa đủ thời gian thì chưa thực hiện
được hoàn toàn các phản ứng oxy hóa khử
các chất hữu cơ và chưa hình thành các
tâm keo tụ nên hiệu quả xử lý chưa cao
Khi thời gian điện phân dài thì điện cực sẽ
hòa tan nhiều, tiêu hao điện cực lớn, tạo
nhiều ion Al3+, nhiều sản phẩm phụ làm
tăng các tâm keo tụ có khả năng làm cho
giá trị COD tăng Mặt khác khi thời gian
điện hóa dài thì nhiệt độ dung dịch điện
hóa tăng làm tăng khả năng hòa tan các
bông cặn Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý nước thải giấy trong khoảng thời gian từ 35÷40 phút thì hiệu suất xử lý nước thải là tốt nhất
3.2 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải
Bảng 2: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải
Da
(A/dm 2 )
Thời gian
COD trước
xử lý (mg/l)
COD sau xử lý(mg/l)
Hiệu suất (%)
895
575 495 395 325 68.6
79.8 82.6 86.1 88.6
0 20 40 60 80 100
0 200 400 600 800 1000
Thời gian (phút)
COD sau xử lý Hiệu Suất
Trang 3Hình 3: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu
suất xư lý nước thải
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
pH ban đầu ảnh hưởng lớn đến
sự thủy phân trong quá trình keo tụ có
những tác động lớn đến hiệu quả loại
bỏ chất hữu cơ trong nước thải giấy
Trong môi trường axit nhôm bị hòa
tan và tồn tại dưới dạng ion Al3+ và
Al(OH)2+.Cơ chế keo tụ trong môi
trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp
kép Do vậy để keo tụ các hạt keo
màu theo cơ chế này cần một lượng rất
lớn Al3+, Al(OH)2+
Trong vùng pH = 6 ÷ 7 cấu tử gây
keo tụ thường tồn tại dưới dạng polime như Al13O4(OH)247+ hoặc kết tủa Al(OH)3 Các phức polime và kết tủa hydroxit nhôm gây keo tụ cho hệ keo theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa Việc kết hợp các cơ chế này đã làm cho quá trình keo tụ chất màu xảy ra
dễ dàng và đạt hiệu quả cao
Trong môi trường kiềm pH = 8 ÷ 9 kết tủa Al(OH)4- hoặc AlO2- Nồng độ kết tủa Al(OH)3 giảm dần đến hiệu suất quá trình keo tụ giảm Kết quả thực nghiệm đối với quá trình
xử lý nước thải giấy sử dụng điện cực hòa tan Al cho hiệu quả khử COD cao nhất trong phạm
vi pH từ 6,5÷7 (trong đó tại pH ban đầu bằng 6,5 cho hiệu quả khử COD cao nhất)
3.3 Kết quả ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý nước thải
Bảng 3: Ảnh hưởng của khoảng cách điên cực đến hiệu suất xử lý nước thải
Khoảng
cách điện
cực (cm)
Da tương ứng (A/dm 2 )
COD trước xử
lý (mg/l)
COD sau xử lý (mg/l)
Hiệu suất (%)
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của khoảng điên cực đến khả năng
xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
2850
660
325 345 375 415 0
76.8
88.6 87.9 86.885.4
0 20 40 60 80 100
0 1000 2000 3000
4 5.5 6.5 7 7.5 8.5
pH
COD sau xử lý(ml/g) Hiệu suất %
Trang 4Hình 4: Biểu đồ ảnh hưởng của khoảng cách điên cực đến hiệu suất xử lý nước thải
Hình 5: Biểu đồ ảnh hưởng của Nacl đến hiệu
suất xử lý nước thải
Để khảo sát ảnh hưởng của
khoảng cách điện cực đến quá trình
xử lý nước thải ta tiến hành thí
nghiệm ở các khoảng cách khác
nhau từ 0,7÷2cm Khoảng cách
điện cực có vai trò quan trọng, vì
dung dịch nước thải dẫn điện kém,
điện thế rơi trong dung dịch tăng
theo khoảng cách điện cực Sự thủy
phân của ion nhôm tạo thành các
phân tử keo tụ xảy ra theo chuỗi
các phản ứng nối tiếp nên khoảng
cách điện cực có vai trò quan trọng trong sự phân tán và phân bố của chất keo tụ trong toàn khối dung dịch, duy trì cơ chế trung hòa điện tích của qua trình keo tụ hệ màu
Như vậy khoảng cách điện cực trong xử lý nước thải càng nhỏ thì hiệu suất xử lý nước thải và khử COD càng cao, theo thực nghiệm thì khoảng cách tối ưu để xử lý nước thải đạt hiệu suất cao nhất là 0,7cm Tuy nhiên hiệu suất xử lý giữa khoảng cách 0.7cm và 1cm là tương đối như nhau vì thế ta chọn khoảng cách tối ưu nhất để xử lý nước thải là 1cm để keo nhôm sinh ra được phân tán đồng đều hơn, tăng tốc độ tách loại và giảm tiêu hao năng lượng
3.4 Kết quả ảnh hưởng của NaCl đến quá trình xử lý nước thải
Bảng 4: Ảnh hưởng của NaCl đến hiệu suất xử lý nước thải công nghiệp giấy
Da
(A/dm 2 )
Thời gian (phút)
Nồng độ NaCl (g)
COD trước
xử lý (mg/l)
COD sau
xử lý (mg/l)
Hiệu suất (%)
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của NaCl đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
Để thực hiện quá trình điện phân
đã bổ sung một số ion vào dung dịch
nước thải nhằm làm tăng độ dẫn điện
của dung dịch nước thải làm khả năng
vận chuyển các ion đến điện cực lớn
hơn, tốc độ phản ứng nhanh hơn
Trong quá trình nghiên cứu này đã bổ
sung một lượng NaCl khác nhau vào
dung dịch nước thải điện phân
Trang 5Muối NaCl đóng vai trò là chất điện ly mạnh, trong môi trường nước phân ly thành ion
Na+ và ion Cl- tăng độ dẫn điện cho môi trường Để chọn nồng độ NaCl thích hợp bổ sung vào nước thải ta tiến hành điện phân các mẫu nước thải ở điều kiện như nhau chỉ thay đổi
lượng NaCl thêm vào
Từ kết quả trên thấy khi tăng nồng độ NaCl trong dung dịch thì lượng anốt tiêu hao tăng Điều này có thể là khi tăng nồng độ NaCl thì độ dẫn điện tăng, điện thế của nhôm dịch chuyển
về phía âm hơn, cùng với sự có mặt của ion Cl- trong dung dịch làm tăng quá trình hòa tan nên khả năng tạo ra Al3+ nhiều, mặt khác khi đó tiêu hao anốt nhôm tăng lên
Khi lượng NaCl được bổ sung vào dung dịch tăng lên sẽ làm tăng quá trình phản ứng ở điện cực ảnh hưởng đến giá trị pH của dung dịch sau khi điện phân Quan sát hiện tượng ta thấy khi tăng nồng độ NaCl mẫu nước thải có trong hơn tuy nhiên sự chênh lệch này không nhiều Khi tăng nồng độ NaCl trong dung dịch thì độ dày lớp khuyếch tán của hạt keo giảm xuống, trong khi đó điện thế của hạt keo không thay đổi nên thế điện động zeta giảm xuống làm giảm độ bền hạt keo vì vậy tăng khả năng hấp phụ và tương tác của các hạt keo Mặt khác lượng Al3+ sẽ tăng lên làm tăng khả năng hấp phụ của các chất màu trong dung dịch
Tuy nhiên khi bổ sung thêm nhiều NaCl vào dung dịch thì pH giảm, độ dẫn điện tăng lên, hiệu suất khử màu tăng nhưng tiêu hao anốt lớn, tiêu tốn hóa chất nhiều
Từ các kết quả trên ta chọn nồng độ NaCl thêm vào là 0,02 g
3.5 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và hiệu quả xử lý độ màu
Bảng 5 : Ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và hiệu suất xử lý độ màu
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và khả năng
xử lý màu nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
Từ bảng số liệu và đồ thị hình
cho thấy khi thời gian điện phân tăng
thì nhiệt độ dung dịch cũng tăng lên,
đồng thời quan sát từ thực nghiệm
thấy rằng khi tăng thời gian điện phân
thì nước thải xử lý trong hơn Tuy
nhiên khi tăng thời gian điện phân thì
tiêu tốn điện cực, tiêu hao điện năng
Trong khoảng mật độ dòng khảo
sát khi kéo dài thời gian điện phân
dịch nước thải sau xử lý có trong hơn
Thời gian (phút)
Nhiệt độ ( o C)
Độ màu (Pt-Co)
Hình 6: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và khả năng xử lý màu
Trang 6Quan sỏt thực nghiệm thấy rằng khi thời gian điện phõn dài thỡ bụng trong dung dịch to hơn Tuy nhiờn khi điện phõn quỏ lõu hiệu quả xử lý sẽ xấu do cỏc bụng keo bị phỏ vỡ Đồng thời tăng thời gian điện phõn sẽ làm nhiệt độ dung dịch tăng cao, tiờu tốn điện năng, tiờu hao điện cực anốt nhụm Vỡ vậy chọn thời gian điện phõn và mật độ dũng thớch hợp là điều kiện cần thiết phải khảo sỏt nhằm chọn điều kiện tối ưu cho quỏ trỡnh xử lý nước thải Theo thời gian mức độ tiờu hao anốt, nhiệt độ dung dịch sau điện phõn cũng tăng lờn gần như tuyến tớnh
4 Kết luận:
Qua quỏ trỡnh nghiờn cứu cỏc đặc tớnh và khả năng keo tụ của keo nhụm điện húa trong dung dịch điện phõn với điện cực hũa tan là hợp kim nhụm ta nhận thấy
Về chế độ điện phõn sau khi qua khảo sỏt thớch hợp cho keo tụ điện húa chất màu hữu
cơ với điện cực hũa tan là hợp kim nhụm Mật độ dũng 2,1(A/dm2), pH 6,5-7,0 và khoảng cỏch giữa 2 điện cực là 1cm, thời gian điện phõn 40 - 45 phỳt
Keo tụ điện húa với điện cực hũa tan nhụm cú thể tỏch phần lớn chất màu
Keo tụ điện húa với điện cực hũa tan nhụm cú nhiều ưu điểm hơn so với keo tụ húa học vỡ cú nhiều quỏ trỡnh đồng thời tham gia trong cựng một thiết bị như keo tụ, tuyển nổi, phỏ bền bởi điện trường, định hướng tương tỏc thuận lợi, tiệt trựng kớch thước hạt keo mới sinh ra nhỏ nờn cơ chế hấp thụ và trung hũa điện tớch chiếm ưu thế khống chế chủ yếu quỏ trỡnh keo tụ điện húa, chất lượng nước sau xử lý và khả năng tỏi sử dụng, cú thể ỏp dụng ở những nơi cú mặt bằng chật hẹp
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Thị Hiền Vai trò của chất phụ gia đến hiệu quả xử lý n-ớc thải giấy bằng ph-ơng pháp điện hoá Tạp chí hoá học và công nghệ tháng 5-2007
[2] Trần Văn Nhõn và Ngụ Thị Nga 2005 Giỏo trỡnh cụng nghệ xử lý nước thải Nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
[3] Doón Thỏi Hoà 2005 Giỏo trỡnh bảo vệ mụi trường trong cụng nghiệp bột giấy và giấy
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
http://luanvan.co/luan-van/nghien-cuu-xu-ly-nuoc-thai-det-nhuom-bang-phuong-phap-keo-tu-tuyen-noi-dien-hoa-voi-anode-hoa-tan-nhom-sat-49537
[5] Mạng thụng tin khoa học và cụng nghệ TPHCM 2008
http://www.cesti.gov.vn/kh-cn-trong-nuoc/nh-huong-mot-so-yeu-to-den-qua-trinh-xu-ly-dien-hoa-nuoc-thai-nha-may-giay.html
