BÀI THAM dự EUREKA keo tu dien hoa tran hoang son

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘMNước thải ngành dệt nhuộm là một trong những loại nước thải ô nhiễm nặng,hàm lượng các chất hữu cơ cao, khó phân hủy, pH dao động từ 9- 12 do

ĐOÀN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH

BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH

-CÔNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA

LẦN THỨ XVII NĂM 2015

TÊN CÔNG TRÌNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KEO TỤ ĐIỆN HÓA TRONG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Mã số công trình: ………

(Phần này do BTC Giải thưởng ghi)

GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA 0

LẦN THỨ XVII NĂM 2015 0

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 6

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 6

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 6

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 7

1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 7

1.5 Ý NGHĨA 7

1.5.1 Ý nghĩa về mặt khoa học – kỹ thuật 8

1.5.2 Ý nghĩa đối với môi trường 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 9

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 9

2.1.1 Phân loại 9

2.1.2 Đặc điểm và tính chất nước thải dệt nhuộm 11

2.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH SAMIL VINA 13

2.2.1 Nguồn phát sinh nước thải của Công ty TNHH SAMIL VINA 13

2.2.2 Tính chất nước thải 15

2.3 TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM 16

2.3.1 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm thông dụng 16

2.3.2 Phương pháp keo tụ điện hóa 17

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 22

3.1.1 Nguyên liệu 22

3.1.2 Thiết bị 22

3.2 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 23

3.2.1 Mô hình thí nghiệm 23

3.2.2 Quy trình thí nghiệm 25

3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH 29

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

4.1 THÍ NGHIỆM 1: Khảo sát sự ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến quá trình keo tụ điện hóa 32

4.1.1 Đánh giá cảm quan 32

 Nhận xét chung: Mẫu đầu ra trong hơn mẫu đầu vào và khi tăng cường đ ô dong se làm tăng tốc đ ôn định và hi u quả xử lí của mô hình ô ê 34

4.1.2 Kết quả và giải thích 34

4.2 THÍ NGHIỆM 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đầu vào đến quá trình keo tụ điện hóa 37

4.2.1 Đánh giá cảm quan 37

4.2.2 Kết quả theo dõi các chỉ tiêu 37

Biểu đồ 3 Lượng COD trước và sau quá trình keo tụ ở các giá trị pH khác nhau 38

4.3 THÍ NGHIỆM 3: Khảo sát ảnh hưởng của lượng muối thêm vào đến hiệu quả quá trình keo tụ điện hóa 41

4.3.1 Đánh giá cảm quan 41

4.4 THÍ NGHIỆM 4: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu quả quá trình keo tụ điện hóa 44

4.4.1 Đánh giá cảm quan 45

4.4.2 Kết quả và giải thích 45

4.5 THÍ NGHIỆM 5: Khảo sát ảnh hưởng của cách bố trí điện cực đến hiệu quả quá trình keo tụ điện hóa 48

4.6 THÍ NGHIỆM 6: Khảo sát sự làm việc của mô hình keo tụ điện hóa liên tục 50 Qua kiểm định ANOVA cho thấy không có sự khác biệt ý nghĩa giữa các giá trị COD ở các mẫu đầu ra ở các thời gian lấy mẫy khác nhau Qua đó, tác giả kết luận rằng mô hình keo tụ điện hóa liên tục hoạt động ổn định theo thời gian 52

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI 53

5.1 KẾT LUẬN 53

Thông qua nghiên cứu này có thể làm tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm hoàn thiện mô hình keo tụ điện hóa và ứng dụng nó trong thực tế 53

5.2 KIẾN NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 1 57

TỔNG HỢP SỐ LIỆU PHÂN TÍCH CỦA HỆ THỐNG KEO TỤ ĐIỆN HÓA 57

Phụ lục 1.2 Kết quả phân tích SS đầu ra 59

Phụ lục 1.4 Kết qủa phân tích pH 61

Phụ lục 1.5 Hiệu suất xử lí COD của hệ thống 62

Phụ lục 1.6 Hiệu suất xử lí SS của hệ thống 63

PHỤ LỤC 2 65

TỔNG HỢP KIỂM ĐINH ANOVA TRONG HỆ THỐNG 65

Phụ lục 2.2 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ SS trong các khoảng thời gian lưu khác nhau 68

Phụ lục 2.3 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ COD trong các khoảng pH khác nhau 70

Phụ lục 2.4 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ SS trong các khoảng pH khác nhau 73

Phụ lục 2.5 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ COD trong các giá trị độ muối khác nhau 77

Phụ lục 2.6 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ SS trong các giá trị độ muối khác nhau 79

Phụ lục 2.7 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ COD trong các cường độ dòng khác nhau 82

Phụ lục 2.8 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ SS trong các cường độ dòng khác nhau 84

Phụ lục 2.10 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ SS trong các cách bố trí điện cực khác nhau 88

Phụ lục 2.11 Phân tích ANOVA về hiệu quả loại bỏ COD khi khảo sát tính ổn định cuả qúa trình 91

PHỤ LỤC 3 95

MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU 95

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TNHH: Trách nhiệm hữu hạn

COD: Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học BOD: Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh học TCVN: Quy Chuẩn Việt Nam

SS: Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng

STT: Số Thứ Tự

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm hiểu về hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộmcủa phương pháp keo tụ điện hóa thông qua các thí nghiệm thực nghiệm trên quy môpilot

Sau quá trình nghiên cứu thông qua việc thay đổi các điều kiện thí nghiệm tathu được các kết quả sau :

- pH tối ưu cho quá trình này là pH = 8

- Cường độ dòng tối ưu cho quá trình này là 2A

- Thời gian lưu tối thiểu cho quá trình là 35 phút

- Lượng muối thêm vào để cho quá trình này đạt hiệu suất cao nhất là 500 mg/L

- Cách bố trí điện cực phù hợp nhất là 2 cực dương và 2 cực âm xen kẽ nhau vớicường độ dòng là 2A nằm ngang và song song nhau

Nghiên cứu này sẽ làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm hoàn thiện

mô hình keo tụ điện hóa và ứng dụng nó vào trong thực tế

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Dệt nhuộm là ngành công nghiệp đang phát triển mạnh do sự đầu tư của trong

và ngoài nước Trong điều kiện kinh tế thị trường thời mở cửa, dệt nhuộm là ngànhcông nghiệp chiến lược có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp đángkể cho ngân sách nhà nước và là nguồn giải quyết công ăn việc làm cho nhiều laođộng Dệt nhuộm là loại hình công nghiệp đa dạng về chủng loại sản phẩm và có sựthay đổi lớn về nguyên liệu, đặc biệt là thuốc nhuộm

Bên cạnh những mặt tích cực như đã nêu, ngành công nghiệp dệt nhuộm cònthải ra một lượng nước thải gây ô nhiễm và khó xử lý Điều này có tác động đến môitrường như biến đổi khí hậu, làm tăng nhiệt độ khí quyển, ảnh hưởng đến sức khoẻ củacon người

Để góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thảidệt nhuộm, trong đề tài nghiên cứu này chúng tôi xin đưa ra phương pháp xử lý nướcthải dệt nhuộm bằng keo tụ điện hóa

Hiện nay trên thế giới nói chung, Việt Nam nói riêng, phương pháp keo tụ điệnhoá là một phương pháp đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng phổ biến.Khả năng xử lý của phương pháp này và việc kết hợp giữa phương pháp này vớiphương pháp khác đã mang lại hiệu quả khá cao Do đó, việc nghiên cứu phương phápkeo tụ điện hoá là rất cần thiết nhằm mục đích cung cấp số liệu nền về khả năng xử lýchất ô nhiễm, từ đó góp phần nâng cao hiệu quả xử lý của keo tụ điện hóa trong việc

xử lý nước thải ô nhiễm

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương phápkeo tụ điện hóa

 Tìm ra giá trị tối ưu về pH, cường độ dòng điện, độ muối để xử lý nước thải dệtnhuộm

 Đề xuất mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hóatrong thực tế

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Đánh giá hiệu quả xử lý của phương pháp keo tụ điện hóa thông qua các chỉtiêu về pH, SS, COD

 Tìm hiểu tính chất nước nguồn (dây chuyền công nghệ sản xuất, đặc tính nướcthải, …)

 Tổng quan phương pháp keo tụ điện hóa (lịch sử, nguyên lý, hiệu quả, phạm viứng dụng, ứng dụng thực tế)

 Thiết kế, vận hành mô hình thí nghiệm

 Đo đạc, kiểm tra thông số, và đề xuất thông số tối ưu trong quá trình

 Tổng hợp số liệu, phân tích, viết báo cáo

1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

 Nơi lấy mẫu: nước thải sử dụng để nghiên cứu được lấy trực tiếp tại công tyTNHH Samil Vina Khu Công Nghiệp Long Thành, Huyện Long Thành, ĐồngNai

 Vị trí đặt mô hình: trong phòng thí nghiệm công nghệ Môi trường, Khoa Môitrường và Tài nguyên, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

 Quy mô thiết kế: mô hình thiết kế quy mô nhỏ (thể tích thực 5,1 lít )

 Vị trí phân tích mẫu: được thực hiện tại phòng thí nghiệm công nghệ Môitrường, Khoa Môi trường và Tài nguyên, đại học Nông Lâm thành phố Hồ ChíMinh

 Thời gian nghiên cứu được thực hiện từ tháng 5/2014 – 5/2015

 Thời gian lấy mẫu: 1 tuần lấy mẫu 1 lần lúc 9 -10 h

 Nhiệt độ môi trường trong quá trình nghiên cứu 28 – 32oC

 Đối tượng: nước thải dệt nhuộm sau bể điều hòa tại công ty TNHH SAMILVINA

 Chỉ tiêu phân tích: các chỉ tiêu pH, SS, COD

 Các loại hóa chất: NaCl, NaOH 10%, H2SO4 10%, K2Cr2O7, FAS, axit reagent,Ferroin, nước cất

1.5 Ý NGHĨA

1.5.1 Ý nghĩa về mặt khoa học – kỹ thuật

 Tìm ra 1 phương pháp mới để xử lý nước thải dệt nhuộm an toàn, triệt để vàhiệu quả (so với các phương pháp truyền thống)

 Giải quyết được vấn đề xử lý nước thải dệt nhuộm

 Giải quyết được vấn đề môi trường

 Làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo

1.5.2 Ý nghĩa đối với môi trường

Đề xuất công nghệ xử lý làm giảm thiểu các thông số ô nhiễm, góp phần vàoviệc bảo vệ môi trường tại khu vực xung quanh nhà máy

Giúp các doanh nghiệp dệt may thực hiện tốt các quy định của nhà nước về xử

lý nước thải trước khi thải ra môi trường cũng như nâng cao chất lượng cuộc sống củangười dân xung quanh

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Nước thải ngành dệt nhuộm là một trong những loại nước thải ô nhiễm nặng,hàm lượng các chất hữu cơ cao, khó phân hủy, pH dao động từ 9- 12 do thành phầncác chất tẩy Trong quá trình sản xuất có rất nhiều hóa chất độc hại được sử để sản xuấttạo màu: như là phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạomôi trường, tinh bột, men, chất ôxy hoá….Các chất này thường có chứa các ion kimloại hòa tan, hay kim loại nặng rất khó phân hủy trong môi trường, có thể gây ô nhiễmmôi trường trầm trọng trong thời gian dài Nếu chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạtQuy chuẩn Việt Nam mà thải ra ngoài thì các hóa chất này có thể giết chết vi sinh vậtxung quanh, làm chết cá và các loại động vật sống dưới nước, các chất độc này còn cóthể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm và bên cạnh đócòn ảnh hưởng đến đời sống của con người Ngoài ra, nước thải dệt nhuộm thường cóđộ màu rất lớn và thay đổi thường xuyên tùy loại thuốc nhuộm, và có nhiệt độ cao nêncần phải được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường

Trong quá trình sản xuất ngành dệt nhuộm thì sử dụng một lượng nước lớn vàcông đoạn phát sinh ra lượng nước thải khác nhau, thay đổi theo từng loại sản phẩm.Nhưng đặc trưng của loại nước thải này có pH, nhiệt độ, COD cao và độ màu tươngđối cao

2.1.1 Phân loại

2.1.1.1 Phân loại hóa chất sử dụng

Các loại hoá chất sử dụng trong ngành dệt nhuộm có thể phân thành hai loại: làthuốc nhuộm và các hóa chất khác (chất trợ)

+ Thuốc nhuộm: là hoá chất chính mang màu đã lựa chọn, không thể thay thếđược trong quá trình nhuộm Thuốc nhuộm có thể là dạng hữu cơ hoặc làcác phức của các kim loại như Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, hiện nay cácthuốc nhuộm dạng phức kim loại không còn được sử dụng nhiều nữa bởitạo ra hàm lượng lớn các kim loại nặng trong thành phần nước thải Thuốcnhuộm chứa các hợp chất khó phân huỷ sinh học, chính lượng dư của chúngtrong nước thải là tác nhân gây độc tới con người và hệ sinh thái nước + Các hoá chất khác (chất trợ): dùng như chất trợ giúp cho tất cả các khâu củaqui trình dệt nhuộm, bao gồm chất trợ nấu, trợ tẩy, trợ nhuộm, trợ in hoa và

trợ hoàn tất Tuỳ thuộc vào mỗi loại quy trình công nghệ và công đoạn khácnhau, sẽ sử dụng những hoá chất trợ khác nhau Trong đó, các loại chất phụgia sử dụng trong mỗi cơ sở sản xuất và mỗi quy trình công nghệ thường làkhác nhau Sự thay đổi này phụ thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất.

2.1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm

Tuỳ theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chiathuốc nhuộm thành các nhóm, loại khác nhau.Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm:

(1) Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm trong cấu trúc

hoá học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro,…

(2) Phân loại theo đặc tính kỹ thuật hay phạm vi sử dụng: ưu điểm của phân

loại này là thuận tiện cho việc tra cứu và sử dụng, người ta đã xây dựng Từđiển Thuốc nhuộm (Color Index) Từ điển Thuốc nhuộm được sử dụng rộngrãi trên thế giới trong đó mỗi loại thuốc nhuộm có chung tính chất kỹ thuậtđược xếp trong cùng lớp như: nhóm thuốc trực tiếp, thuốc axit, thuốc hoạttính,… Trong mỗi lớp lại xếp theo thứ tự gam màu lần lượt từ vàng da cam,đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu và đen Sau đây là một số nhóm loại thuốcnhuộm thường được sử dụng ở Việt Nam:

1 Thuốc nhuộm trực tiếp: Khi nhuộm màu đậm thì thuốc nhuộm trực tiếpkhông còn hiệu suất bắt màu cao nữa, hơn nữa trong thành phần củathuốc có có chứa gốc azo (- N=N – ) – hợp chất gây ung thư nên hiệnnay loại thuốc này không còn được khuyến khích sử dụng nhiều Thuốcnhuộm trực tiếp dễ sử dụng và rẻ, tuy nhiên lại không bền màu

2 Thuốc nhuộm bazơ: là những hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầuhết chúng là các muối clorua, oxalate hoặc muối kép của bazơ hữu cơ

3 Thuốc nhuộm axit: Theo cấu tạo hoá học thuốc nhuộm axit đều thuộcnhóm azo, một số là dẫn xuất của antraquinon, triarylmetan, xanten, azin

và quinophtalic, một số có thể tạo phức với kim loại

4 Thuốc nhuộm hoạt tính: Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạttính tương đối cao, khoảng 30%, có chứa gốc halogen hữu cơ (hợp chấtAOX) nên làm tăng tính độc khi thải ra môi trường Hơn nữa hợp chấtAOX này có khả năng tích luỹ sinh học, do đó gây nên tác động tiềm ẩncho sức khoẻ con người và động vật

5 Thuốc nhuộm hoàn nguyên: gồm các phẩm màu inđigo, một số dẫn suấtcủa antraquinon và đồng đẳng, một vài phẩm nhuộm lưu huỳnh Loại nàykhông tan trong nước nên khi sử dụng với Natri hydroxit trong môitrường kiềm mạnh nhằm chuyển thành dạng hòa tan gọi là dẫn xuất lơcobám rất chắc vào sợi xenlulozơ Khi nhuộm, sợi được tẩm ướt dung dịchlơco, sau đó phẩm màu được tái sinh do lơco bị oxi hóa Thường lơco dễbị oxi hóa khi phơi ngoài không khí hoặc dùng chất oxi hóa như H2O2,kali đicromat, vv Phẩm có nhiều màu khác nhau, rất bền đối với ánhsáng, thời tiết và giặt giũ.

6 Thuốc nhuộm phân tán: Là những chất màu không tan trong nước, phân

bố đều trong nước dạng dung dịch chuyền phù Mức độ gắn màu củathuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 – 95%) nên nước thải ra khôngchứa nhiều thuốc nhuộm và mang tính axit

7 Thuốc nhuộm lưu huỳnh: là những hợp chất màu chứa nguyên tử lưuhuỳnh trong phân tử thuốc nhuộm ở các dạng -S-, -SH-, -S-S-, -SO-,-Sn-

8 Thuốc nhuộm azo không tan: còn có tên gọi khác như thuốc nhuộm lạnh,thuốc nhuộm đá, thuốc nhuộm naptol, chúng là những hợp chất có chứanhóm azo trong phân tử nhưng không có mặt các nhóm có tính tan như-SO3Na, -COONa nên không hoà tan trong nước

9 Thuốc nhuộm pigment: là những hợp chất có màu cấu tạo hoá học khácnhau có đặc điểm chung: không tan trong nước do phân tử không chứacác nhóm có tính tan (-SO3H, -COOH), hoặc các nhóm này bị chuyển vềdạng muối bari, canxi không tan trong nước

2.1.2 Đặc điểm và tính chất nước thải dệt nhuộm

2.1.2.1 Đặc điểm

 Tỷ lệ COD/BOD cao

 Nhiệt độ cao

 Tính chất nước thải thay đổi liên tục theo giờ

 Lưu lượng nước thải luôn đột biến

 Độ pH của nước thải biến động, cao hay thấp phụ thuộc vào công nghệ nhuộm

và thuốc nhuộm

 Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước

 Hàm lượng chất độc Sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu cơ… trongthành phần thuốc nhuộm lẫn vào nước thải

2.1.2.2 Tính chất

 Tính chất màu được gây ra do cấu tạo hóa học đặc trưng

 Khả năng liên kết với bề mặt trong của sợi do các lực hóa học và vật lý

 Sự hòa tan trong nước: tùy theo sự có mặt và bản chất của các nhóm phân cựctrong phân tử mà thuốc nhuộm có thể tan nhiều hay ít hoặc không tan trongnước

Bảng 1 Các nguồn ô nhiễm nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm

Công đoạn Chất ô nhiễm trong nước thải Đặt tính của nước thải

Hồ sợi, rũ hồ Tinh bột, glucose, polyvinyl,

alcol, nhựa…

BOD cao (34 – 50 tổng lượng

BOD)Nấu tẩy NaOH, chất sáp, soda, silicat,

và sợi vải vụn Độ kiềm cao màu tối, BOD caoTẩy trắng Hypoclorit, các hợp chất chứa

Clo, axit, NaOH… Độ kiềm cao, chiếm 5% BOD TổngLàm bóng NaOH, tạp chất… Độ kiềm cao , BOD thấp (dưới 1% BOD

tổng)

Nhuộm

Các loại thuốc nhuộm, axit

axetic,các muối kim loại,…

Độ màu rất cao BOD khá cao (6% BOD

tổng), SS cao

In Chất màu,tinh bột, dầu muối, kim

Hoàn tất Vết tinh bột, mỡ động vật,

Hình 1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm

(Nguồn: Phòng quản Lý Môi Trường – Sở Khoa Học Công Nghệ Môi Trường

Tp.HCM)

2.2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH SAMIL VINA

2.2.1 Nguồn phát sinh nước thải của Công ty TNHH SAMIL VINA

Nguồn phát sinh nước thải trong nhà máy bao gồm 2 nguồn chính: nước thảisản xuất và nước thải sinh hoạt

 Nước thải sinh hoạt: nguồn nước thải này có lưu lượng khoảng 104 m3/ngày.Nước thải này phát sinh chủ yếu từ nhà bếp, nhà ăn, nhà vệ sinh của nhà máy Đặctrưng của nước thải này là hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy và dầu mỡ cao

 Nước thải sản xuất: nước thải sản xuất khoảng 800 m3/ngày Đây là nguồnphát sinh nước thải chủ yếu của nhà máy Nước thải này phát sinh chủ yếu từ các khâu:khâu giặt tẩy, khâu nhuộm, khâu in hoa

 Khâu giặt tẩy: khâu tẩy bao gồm các công đoạn rủ hồ, tẩy sáp và tẩy

trắng Các khâu trên đều sử dụng hóa chất nên trong nước thải chứa các thành phầnhóa chất bao gồm: H2O2, Detergent, Enzim, NaOH, axit acetic, soaping agent,

Na2S2O4, …

 Khâu giặt nhuộm: hóa chất sử dụng trong khâu này bao gồm: hầu hết sử

dụng phẩm nhuộm phân tán, NaSO4, Na2CO3, softening, axit acetic

 Khâu in hoa: nước thải phát sinh trong công đoạn này chủ yếu từ quá

trình vệ sinh khuôn in Lượng nước thải trung bình vào khoảng 1 m3/ ngày nhưng nướcthải trong công đoạn này chứa nhiều hóa chất, COD cao

Hình 2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất

2.2.2 Tính chất nước thải

Trong quá trình sản xuất, có rất nhiều loại hóa chất được sử dụng: các loạithuốc nhuộm, các chất phụ trợ, chất giữ màu, hóa chất tẩy trắng, giặt Hóa chất sửdụng đối với từng loại đơn đặt hàng là khác nhau và phần dư thừa đi vào nước thải làtương ứng Vì vậy, nước thải có thành phần chủ yếu là các hợp chất hữu cơ khó phânhủy, độ màu cao Thành phần và tính chất nước thải dao động theo mặt hàng và chấtlượng sản phẩm

Nước thải trong công đoạn này thường có độ pH dao dộng từ 8,6 -9,5, hàmlượng chất hữu cơ cao do thành phần các chất tẩy tạo nên, trong nước thải có màunhưng độ đậm ở mức trung bình bởi nguyên liệu sợi dệt của SAMIL VINA chủ yếu làsợi tổng hợp, riêng sợi pha chủ yếu là mặt hàng KT sọc tẩy trắng và mặt hàng của công

ty SAMIL VINA chủ yếu cũng là sợi pha đồng thời hầu hết sử dụng phẩm nhuộm phântán có độ trích ly cao so với các phẩm nhuộm khác

 Thành phần đặc trưng của nước thải:

Quá trình sản xuất công ty TNHH SAMIL VINA có thải ra môi trường một lượng

nước ô nhiễm nhất định, cụ thể như: BOD, COD, độ pH, độ màu, các chất lơ lửng…vượt tiêu chuẩn cho phép, cụ thể như bảng sau:

Bảng 2 Chất lượng nước thải đầu vào

Số

Đơn vị

Khoảng dao động

Thông số tính toán

QCVN(13:2008/ BTNMT), cột B

(Nguồn : Bộ phận xử lý nước thải, công ty SAMIL VINA)

2.3 TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

2.3.1 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm thông dụng

Các nghiên cứu của Viện Sản Xuất Thuốc Nhuộm của Mỹ (Horing, R.H, 1978) kết

luận:

 Nước thải dệt nhuộm có thể xử lý hiệu quả BOD và khử màu hiệu quả khi táchriêng hai giai đoạn này

 Không có biện pháp nào xử lý thỏa mãn tất cả các loại thuốc nhuộm, biện pháp

xử lý hiệu quả phụ thuộc vào loại thuộc nhuộm và thành phần hóa học của mẻnhuộm

 Nước thải dệt nhuộm loại Sulfur và khuếch tán có thể được khử bằng phươngpháp keo tụ với phèn nhôm và không có hiệu quả khi dùng than hoạt tính

 Nước thải dệt nhuộm loại Azoic, axit, kiềm, hoạt tính có thể được khử bằngthan hoạt tính, đặc biệt rất hiệu quả đối với loại nước thải hoạt tính

 Ozone có thể được sử dụng và khử màu đặc biệt hiệu quả đối với thuốc nhuộmhoạt tính, nhưng rất kém đối với loại nước thải khuếch tán

 Phương pháp hóa lý như keo tụ, hấp phụ than hoạt tính, ozone sẽ không hiệuquả khi xử lý BOD

 Các thành phần hữu cơ của nước thải dệt nhuộm tương đối dễ phân hủy sinhhọc, xử lý sinh học có thể làm giảm mức BOD, COD

 Độ màu thông thường sẽ không được xử lý hiệu quả trong quá trình xử lý sinhhọc do các phần tử thuốc nhuộm không bị phân hủy sinh học

 Phần tử thuốc nhuộm và các thành phần khác không gây ức chế sinh vật trongquá trình xử lý sinh học

 Nước thải dệt nhuộm có thể xử lý hiệu quả BOD và độ màu bằng phương phápsinh học và hóa lý, nhưng phải tách riêng dòng thải, giai đoạn đầu là xử lýBOD, kế tiếp là xử lý màu

 Biện pháp xử lý màu phổ biến là phương pháp keo tụ, hấp phụ bằng than hoạttính, oxy hóa bằng ozone, trong đó quá trình được áp dụng phổ biến ở Việt Nam

và keo tụ tạo bông

2.3.2 Phương pháp keo tụ điện hóa

2.3.2.1 Khái niệm

Keo tụ điện hoá là một phương pháp điện hoá trong xử lý nước thải: trong đó,dưới tác dụng của dòng điện các điện cực dương (thường sử dụng là nhôm hoặc sắt) sẽbị ăn mòn và giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (cation Al3+ hoặc Fe3+) vàotrong môi trường nước thải, kèm theo đó là các phản ứng điện phân sẽ tạo ra các bọt

khí ở cực âm (Hold, Barton và Mitchell, 2004).

Theo Hold, Barton và Mitchell (2004), keo tụ điện hóa là phương pháp giaothoa của ba quá trình: điện hoá học, tuyển nổi điện phân, keo tụ

Đặc điểm của keo tụ điện hóa:

+ Dòng điện một chiều

+ Các điện cực dương là kim loại hoà tan có khả năng tạo chất keo tụ + Tùy vào pH và đặc tính của nước thải ở từng trường hợp cụ thể mà chọnkim loại làm điện cực dương

+ Thời gian lưu nước, cường độ dòng điện, hiệu điện thế và hiệu suất vậnhành của bể có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau

+ Hệ thống điện cực được đặt ngập trong nước thải, để đảm bảo khả năngtiếp xúc giữa các bọt khí và các chất ô nhiễm là tốt nhất

+ Bể keo tụ điện hoá có thể hoạt động trong điều kiện là nạp nước thải đầuvào liên tục hoặc hoạt động trong điều kiện nước thải chỉ được nạp mộtlần (theo mẻ)

+ Sự xáo trộn thích hợp, bọt khí, cánh khuấy điều chỉnh vận tốc

+ Phản ứng tạo chất keo tụ cần độ kiềm(Alkalinity), oxy thích hợp

Hình 3 Cơ chế hoạt động của quá trình điện hóa

2.3.2.2 Tình hình nghiên cứu

Theo kết quả nghiên cứu của Kherfan Sadeddin, Alnaif Naser, Alloush Firas (2011) về

hiệu quả loại bỏ độ đục và TSS bằng phương pháp keo tụ điện hóa để cải thiện chất lượng nước ăn uống cuả quá trình thẩm thấu ngược thì hiệu quả loại bỏ TSS lớn hơn 99% và hiệu quả loại bỏ độ đục lớn hơn 98% khi cường độ dòng là 1,75 A và thời gianlưu là 6 phút

Theo kết quả nghiên cứu của B Merzouk, B Gourich, A Sekki, K Madani, Ch Vial,

M Barkaoui (2009) về hiệu quả loại bỏ COD và độ màu của phương pháp keo tụ điện

hóa trên nước thải dệt nhuộm thì hiệu quả loại bỏ COD đến 80% và hiệu quả loại bỏ độ màu từ 85% đến 95% (trong trường hợp COD khoảng 2500 mg/l và nồng độ thuốc nhuộm thấp hơn 200 mg/l) khi pH trong khoảng từ 6 đến 9, thời gian lưu 14 phút, mật độ dòng điện là 31,25 mA/cm2 và độ dẫn điện của nước là 2,4 mS/ cm, với khoảng cách 2 cực là 1 cm Đặc biệt, tùy thuộc vào tính chất nước thải mà ta cho lượng muối NaCl sao cho phù hợp để đạt hiệu suất cao nhất

Theo kết quả nghiên cứu của Đinh Tuấn (2011) về hiệu quả loại bỏ hiệu quả xử lí màuđối với điện cực sắt từ 89,75% đến 91,34% và hiệu quả loại bỏ COD 96% đối với thuốc nhuộm màu Black RBS 0,2 g/l, nồng độ muối NaCl thêm vào 1g/l Khoảng cáchgiữa 2 điện cực 2 cm và thời gian lưu là 30 phút

2.3.2.3.Ba quá trình diễn ra trong keo tụ điện hóa

A Quá trình điện hóa học

1- Giai đoạn chuyển ion (hoặc phân tử) từ trong lòng dung dịch đến mặt ngoài của lớpkép, chuyển ion qua lớp kép khuếch tán Tại đây ion sẽ tham gia vào bản dung dịchcủa lớp kép Helmholtz, nằm cách bề mặt điện cực một khoảng bằng bán kính ion.Giai đoạn này xảy ra chủ yếu là do sự khuếch tán ion từ nơi có nồng độ cao (tronglòng dung dịch) đến nơi có nồng độ thấp (trên bề mặt điện cực) Ở bề mặt điện cựccác ion có nồng độ thấp vì chúng bị mất đi trong quá trình điện hóa

2- Giai đoạn phản ứng điện hóa thuần túy

Trong giai đoạn này các ion tham gia trong lớp kép Helmholtz sẽ bị mất lớp vỏ solvat

và bị thay đổi điện tích Trên catot ion sẽ nhận electron của điện cực; trên anot ion sẽnhường electron cho điện cực

Đối với anot của điện cực nhôm và điện cực sắt, ta có các phương trình phản ứng sau :

 Đối với điện cực nhôm:

M =

Trong đó

A: khối lượng moln: số e mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhậnI: cường độ dòng điện (A)

t: thời gian điện phân (giây)F: hằng số Faraday: F=96500

3- Giai đoạn tạo thành tướng mới, tạo thành sản phẩm cuối cùng của phản ứng điệnhóa

Nếu sản phẩm là khí thì giai đoạn 3 này có thể chia thành 3 giai đoạn nhỏ :

- Các nguyên tử khí hấp phụ trên điện cực sẽ liên kết với nhau để tạothành các phân tử

- Các phân tử tập hợp với nhau tạo thành bọt khí

- Giai đoạn tách bọt khí khỏi bề mặt điện cực

Nếu sản phẩm là chất rắn, giai đoạn 3 sẽ là giai đoạn tạo thành mạng lưới tinh thể.Nếu sản phẩm là các chất còn nằm trong dung dịch thì giai đoạn 3 là giai đoạn hìnhthành phân tử các chất và tách khỏi bề mặt điện cực đi vào dung dịch

Các sản phẩm tiêu biểu của giai đoạn này là : các phân tử tự đo, các hydroxit

B Quá trình thủy phân các chất keo tụ

Quá trình thủy phân sắt :

Fe 3+ + H2O → Fe(OH)2+ + H+

Fe3+ + 2H2O → Fe(OH)2+ + 2H+

Fe3+ +3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

Fe2+ + 2OH- ->Fe(OH)2

2Fe(OH)2 +1/2 O2 + H2O -> 2Fe(OH)3

Quá trình thủy phân nhôm

Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)3 + H+

Al(OH)3 + H2O → Al(OH)4- + H+

C Động lực học của quá trình hình thành hạt keo

Quá trình keo tụ các tạp chất trong nước xảy ra các giai đoạn sau: giai đoạnpha trộn các chất keo tụ trong nước, giai đoạn thủy phân chất keo tụ đồng thời phá hủy

trạng thái ổn định của hệ keo và giai đoạn hình thành bông cặn Khi hệ keo trong nước

đã bị các chất keo tụ mất đi trạng thái ổn định của nó thì tốc độ tạo bông keo quyếtđịnh bởi chuyển động tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt keo với nhau Quá trình tiếp xúcđạt được nhờ khuếch tán và chuyển động có hướng Khuếch tán chỉ có tác dụng đểhình thành bông keo nhỏ, muốn hình thành bông keo có kích thước lớn hơn thì phảicó sự va chạm giữa chúng để tạo các bông lớn hơn

2.3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

A Ảnh hưởng của mật độ dòng điện

Rincón (2011) cho rằng : mật độ dòng điện trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng keo tụ vàtốc độ sinh khí Ngoài ra,mật độ dòng điện cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trìnhhòa tan kim loại làm thay đổi khối lượng các điện cực Hàm lượng kim loại tan hòa tanphụ thuộc vào số lượng điện đi qua trong bể

Mật độ dòng được tính bằng công thức

i =

Trong đó : i là mật độ dòng điện

I là cường độ dòng điện

S là diện tích bản điện cực

Theo Babu et al , (2006) điện năng tiêu thụ có thể được tính theo công thức

E = (UI)/1000Q

Trong đó : E là điện năng tiêu thụ

U là hiệu điện thế

I là cường độ dòng

Q là lưu lượng nước thải

B Ảnh hưởng của độ dẫn điện

Theo Rincón (2011) khi độ dẫn điện thấp hiệu quả xử lí sẽ giảm Điều này sẽ gia tăngchi phí xử lý trong khi hiệu quả của điện cực bị hạn chế

Theo Merzouk el al (2009) thì nên tăng độ dẫn điện bằng cách thêm muối NaCl do NaCl có độc tính ở mức thấp, chi phí thấp, độ dẫn điện cao, khả năng hoà tan cao và nồng độ muối NaCl nằm trong khỏang dưới 1,5 đến 5g/l Wang (2010) cho rằng trong quá trình xử lí để tăng tính dẫn điện của nước thì nên thêm muối NaCl vào Vì bổ sungion Cl- vào các phản ứng điện phân và làm giảm tác động bất lợi của một số ion khác

CO32-, SO42- Sự hiện diện của 2 ion này sẽ dẫn đến việc hình thành các ion Mg2+ và

Ca2+ và một số oxide làm giảm hiệu quả xử lý Bởi vì khi các ion bất lợi này tồn tại trong nước sẽ bám vòa cực âm và làm giảm hiệu suất quá trình [9,32,39] Ngoài ra, ion này còn có tác dụng khử trùng nước (Ricón, 2011)

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BI

3.1.1 Nguyên liệu

3.1.1.1 Nước thải

Thu mẫu nước thải 50 lit/ ngày sau bể điều hòa tại nhà máy dệt nhuộm VinaSamil, Long Thành, Đồng Nai

Bảng 3 Đặc trưng của nước thải dệt nhuộm công ty SAMIL VINA.

Chỉ tiêu Đơn vị Khoảng dao động Thông số tính

toán

QCVN(13 MT:2015/ BTNMT), cột B

(Nguồn : Bộ phận xử lý nước thải, công ty SAMIL VINA) 3.1.1.2 Hóa chất

Bảng 4 Danh mục các hóa chất sử dụng

4 dd FAS (Ferous Ammonium Sulfate) Fe(NH4)2(SO4) 4 Đức

Bảng 6 Tính chất điện cực sử dụng trong mô hình nghiên cứu

(cả anode và cathode)

Vật liệuHình dạngĐường kínhKích thướcDiện tích bề mặt

Số lượng

Inox 304Hình trụ tròn

8 mmDài 14 cm 36,191 cm22

3.2 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.2.1 Mô hình thí nghiệm

(1) Xô đựng nước thải đầu vào (2) Bơm định lượng (3) Máy ổn áp

(4) Mô hình thí nghiệm (5) Máng thu bọt (6) Ống dẫn nước

(6) (5)

Hình 5 Vị trí bố trí điện cực

 Nguyên lí vận hành:

Nước thải đầu được chứa đầy trong xô có thể tích 15 lít (1) và được điềuchỉnh các thông số theo yêu cầu của thí nghiệm Tiếp đó, nước thải được bơmvào mô hình thí nghiệm (4) bằng bơm định lượng (2) Tại mô hình thí nghiệm(4), quá trình keo tụ điện hóa được diễn ra Bọt khí được tạo ra ở các điện cựcsau đó nổi lên trên, kéo theo các hạt cặn lơ lửng và tạo thành các lớp váng bọtdày Bọt được vớt vào máng thu bằng miếng gạc bằng tay và sau đó được đưa

ra ngoài Sau quá trình keo tụ điện hóa, nước thải đi qua vách ngăn đến ngănlắng Khi nước trong ngăn lắng dâng đến máng răng cưa thì nước sẽ theo đườngống dẫn nước (6) đi ra ngoài và được thu ở một cái xô chứa

3.2.2 Quy trình thí nghiệm

Bảng7 Bảng mô tả thí nghiệm

A

 Xác định cường độ dòng tối ưu

 Phương pháp : Cố định gía trị pH, thời gian lưu và độ muối ở mộtgiá trị xác định trước, thay đổi cường độ dòng để tìm ra giá trị tốiưu

B  Xác định pH tối ưu

 Phương pháp: Sử dụng giá trị cường độ dòng tối ưu đã xác định,

cố định thời gian lưu và độ muối ở một giá trị xác định trước, thayđổi pH để tìm ra giá trị tối ưu

C

 Xác định độ muối thêm vào tối ưu

 Phương pháp: Sử dụng giá trị cường độ dòng tối ưu, pH tối ưu đãxác định, thay đổi lượng muối thêm vào để tìm ra giá trị tối ưu

D

 Xác định thời gian lưu tối ưu

 Phương pháp: Sử dụng giá trị cường độ dòng tối ưu, pH tối ưu vàđộ muối tối ưu đã xác định, thay đổi thời gian lưu để tìm ra giá trịtối ưu

E

 Xác định cách bố trí điện cực

 Phương pháp: Sử dụng giá trị cường độ dòng, pH tối ưu, lượngmuối tối ưu, thời gian lưu tối ưu, được thêm vào đã xác định, thayđổi cách bố trí điện cực để tìm ra giá trị tối ưu

F

 Khảo sát tính ổn định

 Phương pháp: cố định các giá trị tối ưu, khảo sát mức độ ổn địnhcủa mô hình

 Thí nghiệm A: Xác định cường độ dòng điện tối ưu

Giá trị được cố định Thời gian lưu (T) , pH , độ muối Giá trị được

Kết quả Tìm ra giá trị cường độdòng tối ưu (Itu= a )

(Ghi chú: a là kết quả thu được khi khảo sát các giá trị I trong nghiên cứu.)

- Điều chỉnh:

+ Điều chỉnh pHđầu vào = 8.

+ Hiệu điện thế 24V

+ Thời gian lưu 20 (phút)

+ Tổng diện tích bề mặt cực dương là 36,191 (cm2)

+ Khoảng cách giữa chúng là 1,5 (cm)

+ Liều lượng NaCl 500 (mg/L)

+ Lưu lượng nước 266 (ml/ phút)

- Thay đổi cường độ dòng điện lần lượt ở 3 mức: 1A, 2A, 3A

- Quan sát, ghi nhận hình ảnh trong quá trình và kết quả thí nghiệm

- Lắng 2h, sau đó, đo COD, SS để xác định cường độ dòng điện nào keo tụ tốtnhất ứng với hiệu quả kinh tế cao nhất

Giá trị được cố

định Thời gian lưu (T) & Cường độ dòng điện (I = a), độ muối Giá trị được

Kết quả Tìm ra giá trị pH tối ưu (pHtu = b)

(Ghi chú: b là kết quả thu được khi khảo sát các giá trị pH trong nghiên cứu.)

- Hđầu vào = 9,2

- Điều chỉnh:

+ Hiệu điện thế 24V

+ Cường độ dòng điện 2A

+ Thời gian lưu 20 (phút)

+ Tổng diện tích bề mặt cực dương là 36,191 (cm2)

+ Khoảng cách giữa các điện cực là 1,5 (cm)

+ Liều lượng NaCl 500 (mg/L)

+ Lưu lượng nước 266 (ml/ phút)

- Khảo sát trên 6 giá trị pH từ 4 đến 10, mỗi giá trị cách nhau 1 đơn vị

- Quan sát, ghi nhận hình ảnh trong quá trình và kết quả thí nghiệm

- Lắng 2h, sau đó, đo COD, SS để xác định cường độ dòng điện nào keo tụ tối

ưu và có giá trị về mặt kinh tế

 Thí nghiệm C : Độ muối tối ưu

Giá trị được cố định pH tối ưu (b) & Cường độ dòng tối ưu (a), thời gian lưu tối ưu (c) Giá trị được khảo sát

(Ghi chú: d là kết quả thu được khi khảo sát các giá trị m trong nghiên cứu.)

- Điều chỉnh:

+ Điều chỉnh pHđầu vào = 8

+ Hiệu điện thế 24V

+ Cường độ dòng điện 2A

+ Thời gian lưu 20 (phút)

+ Tổng diện tích bề mặt cực dương là 36,191 (cm2)

+ Khoảng cách giữa các điện cực là 1,5 (cm)

+ Lưu lượng nước 266 (ml/ phút)

- Liều lượng NaCl thêm vào được thay đổi và tăng dần với mỗi mức 250 mg/L vàtại thí nghiệm ban đầu với nồng độ muối là 0 mg/L

- Quan sát, ghi nhận hình ảnh trong quá trình và kết quả thí nghiệm

- Lắng 2h, sau đó, đo COD, SS để xác định độ muối thêm vào nào keo tụ tốtnhất ứng với hiệu quả kinh tế cao nhất

 Thí nghiệm D: Thời gian lưu tối ưu

Giá trị được cố định pH tối ưu (b) & Cường độ dòng tối ưu (a), độ muối Giá trị được khảo

sát (Thời gian lưu T) 10 phút 15 phút 20 phút 25 phút 30 phút 35 phút

Kết quả Thời gian lưu tối ưu (ttư = c)

(Ghi chú: c là kết quả thu được khi khảo sát các giá trị t trong nghiên cứu.)

- Điều chỉnh:

+ Điều chỉnh pHđầu vào = 8

+ Hiệu điện thế 24V

+ Cường độ dòng điện 2A

+ Tổng diện tích bề mặt cực dương là 36,191 (cm2)

+ Khoảng cách giữa các điện cực là 1,5 (cm)

+ Liều lượng NaCl 500 (mg/L)

+ Lưu lượng nước 266 (ml/ phút)

- Khảo sát trên 5 giá trị thời gian từ 15 phút đến 35 phút Mỗi giá trị cách nhau 5đơn vị

- Quan sát, ghi nhận hình ảnh trong quá trình và kết quả thí nghiệm

- Lắng 2h, sau đó, đo COD, SS để xác định thời gian nào keo tụ tốt nhất ứng vớihiệu quả kinh tế cao nhất

 Thí nghiệm E: Khảo sát bố trí điện cực

Giá trị được cố định pH & Cường độ dòng, thời gian lưu ,độ muối Giá trị được khảo sát

(cách bố trí) Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4Kết quả Tìm ra phương án tối ưu (patư = e)

(Ghi chú: e là kết quả thu được khi khảo sát các giá trị patư trong nghiên cứu.

- Điều chỉnh:

+ Điều chỉnh pHđầu vào = 8,3

+ Hiệu điện thế 24V

+ Cường độ dòng điện 2A

+ Thời gian lưu 20 (phút)

+ Khoảng cách giữa các điện cực là 1,5 (cm)

+ Liều lượng NaCl 500 (mg/L)

+ Lưu lượng nước 266 (ml/ phút)

- Khảo sát trên 6 cách bố trí khác nhau Với:

Bảng 12 Cách bố trí thí nghiệm

- Quan sát, chụp hình quá trình và kết quả thí nghiệm

- Lắng 2h, sau đó, đo COD, SS để xác định khoảng cách điện cực nào keo tụ tốtnhất ứng với hiệu quả kinh tế cao nhất

 Thí nghiệm F: Khảo sát tính ổn định.

- Điều chỉnh:

+ Điều chỉnh pHđầu vào = 8

+ Hiệu điện thế 24V

+ Cường độ dòng điện 2A

+ Tổng diện tích bề mặt cực dương là 36,191 (cm2)

+ Khoảng cách giữa các điện cực là 1,5 (cm)

+ Liều lượng NaCl 500 (mg/L)

+ Lưu lượng nước 266 (ml/ phút)

- Trong thí nghiệm này, mô hình hoạt động liên tục trong 200 phút và mẫu đượclấy ra mỗi 20 phút để phân tích, đồng thời cực dương cũng được cân mỗi 20phút

- Quan sát, chụp hình quá trình và kết quả thí nghiệm

- Lắng 2h, sau đó, đo COD để xác mô hình có hoạt động ổn định trong một thờigian dài hay không

3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH

Để thực hiện bài nghiên cứu này, nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiêncứu sau:

 Phương pháp tổng hợp tài liệu

 Phương pháp lấy mẫu nước thải

 Thiết kế, lắp đặt mô hình

 Sử dụng phương pháp standard Methods _ APHA để phân tích các chỉ tiêu

ô nhiễm và chạy mô hình

 Phương pháp thống kê xử lý số liệu (Excel,SPSS 20.0)

 Phương pháp phân tích mẫu:

 Phương pháp phân tích mẫu:

1 Xác định pH bằng dụng cụ chuyêndùng

2 Xác định COD theo phương pháp đun hoàn lưu kín (mẫu có COD >

Bảng 8 Thể tích mẫu và các hóa chất cần thiếtỐng nghiệm

(Đường kính x

Dung dịchK2Cr2O7 0,0167 M

(ml)

H2SO4 reagent(ml) Tổng thể tích(ml)

+ Đậy nút vặn ngay, lắc kỹ nhiều lần (cẩn thận vì phản ứng sinhnhiệt), đặt ống nghiệm vào giá inox và cho vào tủ sẩy ở nhiệt độ

150oC trong 2 giờ

+ Để nguội đến nhiệt độ phòng, đố dung dịch trong ống nghiệm vàobình tam giác 100 mL, thêm 1 – 2 giọt chỉ thị ferroin và định phânbằng FAS 0,10 M

+ Dứt điểm khi mẫu chuyển từ màu xanh lá cây sang màu nâu đỏ.Làm hai mẫu trắng với nước cất (mẫu O và mẫu B)

Với :

 A : Thể tích FAS dùng để định phân mẫu trắng B, ml

 B : Thể tích FAS dùng để định phân mẫu cần xác định,ml

 M : Nồng độ Mole của FAS

3 Xác định SS bằng phương pháp sấy khô và cân đến khối lượng khôngđổi (ppStandar Method)

+ Sấy giấy lọc GF/C trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 - 105oC khoảng 1giờ

+ Lấy ra để nguội trong bình hút ấm đến nhiệt độ phòng, khoảng 30phút

+ Cân trọng lượng giấy lọc, P1 (mg).

+ Để giấy lọc lên hệ thống lọc hút chân không

+ Lấy 1 lượng mẫu nước lọc qua giấy lọc trên

+ Sấy giấy lọc đã lọc trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 - 105 oC, khoảng 1giờ

+ Lấy ra để nguội trong bình hút ấm đến nhiệt độ phòng, khoảng 30phút

+ Cân trọng lượng giấy lọc, P2 (mg)

+ Sấy lập lại, cân đến khi trọng lượng không thay đối, hoặc sai khácnhau khoảng 0,5 mg

Với :

 P1: Trọng lượng giấy lọc trước lọc

 P2: Trọng lượng giấy lọc sau lọc

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Quá trình khảo sát dựa trên sự đánh giá sự thay đổi nồng độ COD, SS Qua quátrình điện phân liên tục nồng độ COD và SS của nước thải sẽ thay đổi Như vậy đểđánh giá hiệu quả của toàn quá trình, mẫu được lấy ở 4 thời điểm khác nhau Kết quảđánh giá là kết quả trung bình của 4 mẫu

4.1 THÍ NGHIỆM 1: Khảo sát sự ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến quá trình keo tụ điện hóa

Trong tất cả các quá trình điện hóa, cường độ dòng điện là thông số quan trọng để kiểm soát tốc độ phản ứng [14] Và cường độ dòng cũng xác định tỷ lệ sản xuất chất keo tụ, bọt khí, và do đó ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình keo tụ điện hóa [3,7,11]

4.1.1 Đánh giá cảm quan

Hình 6 Nước thải dệt nhuộm trước và sau thí nghiệm ở cường độ dòng 1A.

Hình 7 Nước thải dệt nhuộm trước và sau thí nghiệm ở cường độ dòng 2A.

Hình 8 Nước thải dệt nhuộm trước và sau thí nghiệm ở cường độ dòng 3A.

- Quan sát màu sắc và độ đục của các mẫu ở cùng cường độ dòng, ta thấy:

+ Ở cường độ dòng 1A: mẫu lưu ở 20 phút có màu đậm nhất và độ đục lớnnhất Ba mẫu lưu ở thời gian 30, 40, 50 phút trong và ít cặn lơ lửng hơnnhiều so với mẫu lưu ở 20 phút Có thể nhận định rằng tới thời điểm 30phút thì hệ thống bắt đầu vận hành ổn định

+ Ở cường độ dòng 2A, 3A: các mẫu có độ đục tương đối thấp và chênhlệch màu không đáng kể Có thể nhận thấy được thời gian ổn định của

mô hình nhanh hơn khi vận hành trong điều kiện cường độ dòng điệntăng

- Quan sát sự chênh lệch màu sắc và độ đục của các mẫu ở các cường độ dòngkhác nhau, ta thấy:

+ Ở cường độ dòng 1A, mẫu có màu đậm nhất, chênh lệch màu và độ đụcgiữa các mẫu rất đáng kể, các mẫu không ổn định

+ Ở cường độ dòng 2A, mẫu có độ màu và độ đục tương đối thấp, các mẫuchênh lệch nhau về độ đục và độ màu tương đối ít

+ Ở cường độ dòng 3A, mẫu có độ màu và độ đục thấp nhất, nước trongnhất so với ở cường độ dòng 1A, 2A, các mẫu có sự chênh lệch màu sắc,độ đục rất thấp, mẫu ổn định

 Nhận xét chung: Mẫu đầu ra trong hơn mẫu đầu vào và khi tăng cường độ dòng

sẽ làm tăng tốc độ ổn định và hiệu quả xử lí của mô hình

4.1.2 Kết quả và giải thích

Kết quả được ghi nhận ở hình 6, hình 7, hình 8; biểu đồ 1, biểu đồ 2 , bảng 8, 9,

10 và phụ lục 1.1, 1.2, 1.5, 1.6, 2.7, 2.8

Biểu đồ 1 Lượng COD trước và sau quá trình keo tụ ở các cường độ dòng khác

nhau.

Biểu đồ 2 Lượng SS trước và sau quá trình keo tụ ở các cường độ dòng khác nhau.

Bảng 8 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất quá trình keo tụ điện

hóa

Trước keo tụ

Sau keo tụ

theo phương ngang (p =0,05).

Bảng 9 Khối lượng điện cực tan ở các cường độ dòng khác nhau

Khối lượng điện cực tan (g) 3,929 4,659 4,742

Bảng 10 Nhiệt độ nước đầu ra ở các cường độ khác nhau

Nhiệt độ ( o C) 28 32,5±0,35 36,5±0,5 37,5±0,6

 Nhận xét:

- Dựa vào số liệu ở bảng 9 ta thấy:

Khi tăng cường độ dòng điện thì điện cực Inox sẽ bị tan nhiều hơn Sự gia tănglượng điện cực tan là do theo định luật Faraday thứ nhất khối lượng của chất bịphân li tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện đi qua dung dịch điện phân

- Dựa vào sô liệu ở bảng 8 ta thấy:

+Giá trị COD đầu vào là 1043,2 ± 6,86 (mg/l), sau thí nghiệm giá trị COD giảm và dao động từ 616 – 657 (mg/l), hiệu suất loại bỏ COD ở các mẫu tăng khi cường độ dòng điện tăng và hiệu suất loại bỏ COD cao nhất ứng với mẫu 3A (40,92%) Sự gia tăng hiệu suất này là do khi tăng cường độ dòng, sẽ làm tăng sự tan của điện cực dương do đó sản sinh ra nhiều Cation Fe3+ và dẫn đến sự hình thành Fe(OH)3 cũng tăng, mặt khác

khi tăng cường độ dòng cũng làm tăng sự sản sinh bọt khí H2 [7,11], điều này góp phần làm tăng hiệu suất quá trình.

+Tuy nhiên qua kiểm định ANOVA cho thấy sự chênh lệch hiệu suất xử lý COD ở các mẫu 2A và 3A là không đáng kể Do đó để tiết kiệm điện năng tiêu thụ thì cường độ dòng tối ưu là 2A

+Thật vậy, khi tăng cường độ dòng sẽ phát sinh nhiều nhược điểm đầu tiên

là nồng độ chất lơ lững tăng, tiêu thụ điện cực và tiêu thụ điện tăng, và tiêu thụ điện năng do phản ứng nhiệt Joule cũng tăng Nhận định này phù hợp với kết quả từ bảng 8, bảng 9 và bảng 10, và với các kết quả đã được báo cáo trong các tài liệu cho nước thải dệt nhuộm

[3,11,15,16,17,19].

- Như vậy so sánh giữa cường độ dòng 2A và 3A ta thấy: hiệu quả loại bỏ CODcao và chênh lệch không đáng kể, trong khi đó hiệu quả loại bỏ SS ở cường độdòng 2A lại cao hơn nhiều so với cường độ dòng 3A Và so sánh giữa cườngđộ dòng 1A và 2A ta thấy: hiệu quả loại bỏ SS cao và chênh lệch không đángkể, trong khi đó hiệu quả loại bỏ COD ở cường độ dòng 2A lại cao hơn nhiều sovới cường độ dòng 1A

- Do đó theo tác giả thì cường độ dòng điện đầu vào tối ưu là 2A

4.2 THÍ NGHIỆM 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đầu vào đến quá trình keo tụ điện hóa

4.2.1 Đánh giá cảm quan

Hình 9 Nước thải dệt nhuộm trước và sau quá trình thí nghiệm thay đổi theo pH.

 Quan sát màu sắc và độ đục của các mẫu ở các pH khác nhau, ta thấy:

- Độ đục và độ màu ở các mẫu pH = 4 – 6 cao, mẫu có màu vàng xanh Vàđộ màu và độ đục giảm dần khi pH tăng từ 4 đến 6

- Ở các mẫu pH = 7 – 10 mẫu có độ đục và độ màu thấp, mẫu trong Và độđục và độ màu tăng dần pH tăng từ 7 đến 10

- Ở pH = 8, mẫu trong nhất và ít cặn lơ lửng nhất

- Mẫu đậm dần và ngả sang màu vàng, đây là màu đặc trưng của ion Fe3+

Từ đó có thể thấy được các mẫu đầu ra bị đục và có màu vàng xanh là dochứa nhiều sắt dư và khó lắng

4.2.2 Kết quả theo dõi các chỉ tiêu

Kết quả được ghi nhận ở hình 9; biểu đồ 3, biểu đồ 4, biểu đồ 5 và bảng 11 và 12 và phụ lục 1.1, 1.2, 1.4, 1.5, 1.6, 2.3, 2.4

Biểu đồ 3 Lượng COD trước và sau quá trình keo tụ ở các giá trị pH khác nhau.

Biểu đồ 4 Lượng SS trước và sau quá trình keo tụ ở các giá trị pH khác nhau.