Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật môi trường: Nghiên cứu khử một số màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo tụ điện hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

LÝ THẾ CHƯƠNG NHUYNH

NGHIÊN CỨU KHỬ MÀU MỘT SỐ LOẠI MÀU

NHUỘM HOẠT TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP

KEO TỤ ĐIỆN HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Mã số ngành: 60520320

TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2015.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

LÝ THẾ CHƯƠNG NHUYNH

NGHIÊN CỨU KHỬ MÀU MỘT SỐ LOẠI MÀU

NHUỘM HOẠT TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP

KEO TỤ ĐIỆN HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Mã số ngành: 60520320

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH LÂM MINH TRIẾT

TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : GSTS. LÂM MINH TRIẾT

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày …

tháng …… năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

Họ và tên Chức danh Hội đồng

1 GS.TSKH Lê Huy Bá Chủ tịch

2 PGS.TS Phạm Hồng Nhật Phản biện 1

3 Phản biện 2

4 TS. Thái Văn Nam TS. Trịnh Hoàng Ngạn Ủy viên

5 TS. Nguyễn Lệ Hà Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

: LÝ THÊ CHƯƠNG NHUYNH Giới tính : Nam Họ tên học viên

Ngày, tháng, năm sinh : 02/12/1982 Nơi sinh : Phú Yên

Chuyên ngành MSHV :1341810016 : Kỹ thuật môi trường

I- Tên đề tài:Nghiên cứu khử một số màu nhuộm hoạt tính bằng ph ương

pháp keo tụ điện hóa II- Nhiệm vụ và nội dung :

- Xác định được các thông số tối ưu trong thí nghiệm keo tụ một vài loại màu

nước thải hoạt tính bằng keo tụ điện hóa.

- So sánh hiệu quả, rút ra những kết luận xác thực và đề xuất định hướng của

việc ứng dụng phương pháp keo tụ này.

III- Ngày giao nhiệm vụ: …../…../2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: …../…../2015

V- Cán bộ hướng dẫn: GSTS. LÂM MINH TRIẾT

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn

gốc.

Học viên thực hiện Luận văn

Lý Thế Chương Nhuynh

LỜI CÁM ƠN

Luận văn này được hoàn không chỉ công sức của riêng bản thân mà còn được sự

quan tâm, giúp đỡ của nhiều người

Chân thành tỏ lòng biết ơn thầy hướng dẫn: GS.TSKH Lâm Minh Triết đã định

hướng và tận tình chỉ dẫn để hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn TS Bùi Mạnh Hà, ThS. Huỳnh Ngọc Loan đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Đồng thời đóng góp

nhiều ý kiến quí báu cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Chân thành cảm ơn các thầy nhận xét và phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quí

báu cho bản luận văn này.

Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn học cùng lớp cao học ngành Kỹ Thuật Môi

trường khóa 2013.

Cuối cùng xin được bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, nh ững người thân yêu nhất của tôi đã nhiệt tình ủng hộ và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và công tác của

mình.

Lý Thế Chương Nhuynh

iii

TÓM TẮT

Luận văn nghiên cứu quá trình keo tụ điện hóa để loại màu của hai loại

phẩm nhuộm hoạt tính: Sunzol Black B 150% (SBB)vàSunfix Red S3B 100%

(SRS) có trong màu pha. Quá trình nghiên cứu đã tìm ra các thông số thích hợp là: mật độ dòng 86,6 A/m2; pH =11; nồng độ màu nhuộm 50 mg/L;thời gian điện hóa 5

và 6 phút; nồng độ muối sulphate 1200 và 1400 mg/L lần lượt loại màu của SRS

(98,7% màu, 54,7% COD) và SBB (97,1% màu, 79,9% COD). Với nước thải thực

tế keo tụ điện hóa loại gần như triệt để >98,8 % màu trong 4 phút với mật độ dòng 130 A/m2. Thí nghiệm đối chứng dùng phèn nhôm để keo tụ hai loại dung dịch màu

pha (Jar-test) cho thấy hiệu quả xử lý rất thấp (<30%).Kết quả trên một lần nữa

khẳng định tính ưu việt của phương pháp xử lý keo tụ điện hóa so với phương pháp

keo tụ thông thường .

ABSTRACT

Electrocoagulation has been one of the treatment methods to reducedye

concentration of two commercial reactive dyes: Sunzol Black B 150% (SBB) and

Sunfix Red S3B 100% (SRS).

The optimal parameters: current density 86.6 A/m2; pH 11; dyes

concentration: 50 mg/L, reaction time 5 and 6 min; Sulphate concentrations 1200

and 1400 mg/L for dye removal of SRS and SBB, respectively. With the above

optimum surveyed conditions, the efficiency removal of color and COD were 98.7

and54.7% for SRS; and 97.7 and 79.9 % for SBB, respectively. In actual textile, the

result of color removal was very successful, dye removal efficiency was reached over 98.8% in 4 min and 130 A/m2. The Jar-test compared experiment was tested on

dye aqueous with low efficiencies (below 30% in decolorization).Once again, the

results indicate a strong capacity of electrocoagulation on color removal.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i

LỜI CÁM ƠN.......................................................................................................................ii

TÓM TẮT ................................................................................................................. iii

ABSTRACT...............................................................................................................iv

MỤC LỤC...................................................................................................................v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... viii

DANH MỤC CÁC BẢNG.........................................................................................ix

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH..................................x

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................4

1.1 Giới thiệu chung ngành nhuộm.............................................................................4

1.2 Thuốc nhuộm trong công nghệ dệt nhuộm ...........................................................5

1.2.1 Khái quát về thuốc nhuộm .................................................................................5

1.2.2 Phân loại, đặc điểm thuốc nhuộm ......................................................................6

1.3 Đặt điểm nước thải dệt nhuộm............................................................................11

1.4 Tác động của nước thải dệt nhuộm đến môi trường ..........................................14

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM ...........16

2.1 Nghiên cứu nước ngoài .......................................................................................16

2.2 Nghiên cứu trong nước .......................................................................................18

2.3 Phương pháp xử lý nước thải bằng keo tụ điện hóa............................................20

2.3.1 Cơ sơ lý thuyết phương pháp keo tụ điện hóa .................................................20

2.3.1.1 Khái niệm ......................................................................................................20

2.3.1.2 Cơ chế ...........................................................................................................20

2.3.1.3 Các phản ứng chính.......................................................................................22

2.3.1.4 Các phản ứng phụ..........................................................................................25

2.3.1.5 Các thông số ảnh hưởng................................................................................29

2.3.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa .....................................33

2.3.2.1 Ưu điểm của phương pháp keo tụ điện hóa ..................................................33

2.3.2.2 Nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa ............................................33

2.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa ........................................33

2.3.3.1 Một số nước thải công nghiệp.......................................................................33

2.3.3.2 Nước thải dệt nhuộm.....................................................................................35

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM..................................................................................37

3.1 Hóa chất và thiết bị .............................................................................................37

3.1.1 Hóa chất ...........................................................................................................37

3.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................................38

3.1.2.1 Máy quang phổ so màu .................................................................................38

3.1.2.2 Máy đo pH ....................................................................................................38

3.2. Phương pháp tạo mẫu nước chứa màu và chất keo tụ .......................................38

3.2.1 Phương pháp tạo mẫu nướ c..............................................................................38

3.2.2 Phương pháp Jartes ..........................................................................................39

3.2.3 Khảo sát nồng độ màu tối ưu ...........................................................................39

3.2.4 Khảo sát quá trình xử lý màu bằng phèn nhôm ...............................................40

3.2.5 Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................40

3.3. Khảo sát quá trình xử lý màu pha bằng điện hóa...............................................41

3.3.1 Xác định pH tối ưu ...........................................................................................42

3.3.2 Xác định nồng độ sulphate tối ưu ....................................................................42

3.3.3 Xác định mật độ dòng tối ưu ............................................................................43

3.3.4 Xác định thời gian điện hóa tối ưu ...................................................................43

3.3.5 Xác định nồng độ màu tối ưu ...........................................................................43

3.4. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu..............................................................44

3.4.1 Phương pháp phân tích.....................................................................................44

3.4.1.1 Xác định độ dài sóng có độ hấp thu cực đại .................................................44

3.4.1.2 Xác định pH và COD ....................................................................................45

3.4.2 Phương pháp xử lý số liệu................................................................................45

3.4.2.1 Phương pháp qui hồi tuyến tính ....................................................................45

3.4.2.2 Phương pháp thống kê toán học....................................................................45

3.4.3.3 Tính toán trong phòng thí nghiệm phân hủy màu.........................................45

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................47

4.1. Xây dựng đường chuẩn của màu nhuộm ...........................................................47

vii

4.2. Mối liện hệ giữa cường độ, mật độ dòng và thế giữa các điện cực ...................48

4.3. Khảo sát quá trình loại màu bằng điện hóa ........................................................49

4.3.1 Pha màu............................................................................................................49

4.3.2 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu và các yếu tố khảo sát ...................................49 4.3.2.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu ....................................................................49

4.3.2.2 Các yếu tố khảo sát .......................................................................................50

4.4. Xác định các yếu tố thích hợp cho quá trình khử màu bằng điện hóa ...............51

4.4.1 Xác định pH thích hợp .....................................................................................51

4.4.2 Xác định nồng độ sunphate tối ưu ...................................................................52

4.4.3 Xác định mật độ dòng tối ưu............................................................................53

4.4.4 Xác định thời gian tối ưu .................................................................................55

4.4.5 Xác định nồng độ màu nhuộm hiệu quả ..........................................................57

4.4.6 Điện năng tiêu thụ và chi phí xử lý ..................................................................58

4.5 Nước thải thực tế .................................................................................................58

4.6 So sánh với phương pháp keo tụ .........................................................................60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................63

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................65

viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

pH : Hydrogen Power - Độ kiềm hay độ axít trong nước

BOD : Biological Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh học

: Nhu cầu oxy sinh học sau 05 ngày BOD5

COD : Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hoá học

SS : Suspended Solids – Chất rắn lơ lửng

TSS : Total Suspended Solids – Tổng chất rắn lơ lửng

KLN : Heavy Metal - Kim loại nặng

ASEAN : Association of Southeast Asian Nations – Hiệp Hội các

Quốc gia Đông Nam Á

WTO : World Trade Organization - Tổ chức thương mại thế

giới

APEC : Asia-Pacific Economic Cooperation- Diễn đàn Hợp tác

Kinh tế châu Á – Thái Bình Dương

: European Union - Liên minh châu Âu

: Poly Vinyl Axetat - (-CH2-CH-COOCH3-)n PVA

MN : Dyes - Màu nhuộm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính nước thải dệt nhuộm hoạt tính .............................................. 12

Bảng 1.2 Tỷ lệ gắn màu của các màu nhuộm khác nhau .................................... 13

Bảng 3.1 Các thông số nước thải đầu vào của DNTN Tiền Kim Thành ............. 37

Bảng 3.2 Các yếu tố khảo sát của phèn nhôm..................................................... 40

Bảng 3.3 Các bước và yếu tố thí nghiệm cho màu SRB , SRS.............................. 41

Bảng 4.1 Độ hấp thu ứng cực đại ứng với từng nồng độ màu của MN .............. 47

Bảng 4.2 Mối liên hệ giữa cường độ, mật độ dòng và hiệu thế trong thí nghiệm

điện hóa................................................................................................................ 49

Bảng 4.3 Thông số các yếu tố trong thí nghiệm thay đổi thời gian..................... 55

Bảng 4.4 Chi phí xử lý và điện năng tiêu thụ tại th ời điểm tối ưu ..................... 58

Bảng 4.5 Hiệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi pH .. 61

Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi liều lượng phèn ........................................................................................................... 61

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý dệt nhuộm và các nguồn nước thải............................. 5

Hình 1.2 Cấu trúc màu nhuộm hoạt tính điển hình ............................................. 9

Hình 1.3 Nước thải dệt nhuộm làm ô nhiễm nguồn nước.................................... 13

Hình 2.1 Phẩn rã yếm khí nhóm azo của màu nhuộm ......................................... 18

Hình 2.2 Mô hình điện hoá cơ bản ...................................................................... 20

Hình 2.3 Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình điện hoá ............................ 22

Hình 2.4 Đồ thị E – pH của sắt (A) và nhôm (B) ở nồng độ 10 ÷ 6M (25oC, áp

suất khí quyển) ..................................................................................................... 24

Hình 2.5 Nồng độ của sản phẩm thủy phân Fe3+ và Al3+ ở thế cân bằng với hydroxit hòa tan ở cường độ ion Zero và 25 0C ................................................... 27

Hình 3.1 Đặc tính lý học của các màu dùng trong thí nghiệm ............................ 37

Hình 3.2 Máy quang phổ UV-Vis ........................................................................ 38

Hình 3.3 Máy đo pH ............................................................................................ 38

Hình 3.4 Mô hình Jartest dùng trong thí nghiệm ................................................ 40

Hình 3.5 Mô hình điện hóa dùng trong thí nghiệm ............................................. 41

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng

màu của màu Sunzol Black B 150%ở bước sóng 600 nm ................................... 48

Hình 4.2 Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng màu

của màu Sunfix Red S3B 100%ở bước sóng 541 nm ........................................... 48

Hình 4.3 Dạng tồn tại của Sunzol Black B trong dung dịch ............................... 50

Hình 4.4 Dạng tồn tại của màu Sunfix Red S3B .................................................. 50

Hình 4.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu và COD .......................... 51

Hình 4.6 Dạng tồn tại của Fe3+ trong dung dịch ở các pH khác nhau ............... 52

Hình 4.7 Ảnh hưởng của nồng độ sulphate đến khả năng khử màu của SBB và

SBR....................................................................................................................... 53

Hình 4.8 Ảnh hưởng của mật độ dòng đến khả năng khử màu ........................... 54

Hình 4.9 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng khử màu ................................. 56

Hình 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng khử màu ................................ 57

Hình 4.11 Tác động chính (a) và tương tác (b) của mật độ và thời gian trong thí

nghiệm xử lý nước thải thực tế ............................................................................ 59

Hình 4.12 Hiệu quả xử lý keo tụ điện hóa trong thí nghiệm xử lý nước thải thực

tế........................................................................................................................... 59

Hình 4.13 Hiệu suất xử lý màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi pH ........................ 60

Hình 4.14 Hiệu suất xử lý màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi liều lượng phèn .... 60

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài:

Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ. Cũng

như các ngành công nghiệp khác, ngành nhuộm ở Việt Nam đang phát triển

không ngừng, nhu cầu về các sản phẩm may mặc hiện nay là rất lớn với chủng loại

sản phẩm ngày càng đa dạng. Tuy nhiên, do đặc thù của một ngành sản xuất phức

tạp, sử dụng nhiều hóa chất nên nước thải nhuộm chứa một phần lớn chất độc hại

và các chất hữu cơ, mà hiện nay hầu hết các nhà máy chưa xử lý hoặc xử lý chưa

triệt để rồi thải ra môi trường làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, sức khỏe của con

người và đời sống của sinh vật. Trong các loại nước thải nhuộm, nước thải nhuộm

hoạt tính được xem là một trong số nước thải khó xử lý nhất vì khác với các loại

màu nhuộm khác màu nhuộm hoạt tính có độ hòa tan vô hạn, độ độc cao vì thế khó

loại trừ bằng các biện pháp sinh học thông thường (Joo và cộng sự, 2007).

Đặc điểm nước thải nhuộm hoạt tính là chứa nhiều tạp chất xơ sợi, các chất lơ

lửng hữu cơ, độ mặn và độ màu cao, nên xử lý nước thải nhuộm rất khó khăn, với

việc bộ tiêu chuẩn dệt nhuộm mới ra đời (QCVN 13: 2008) việc xử lý nước thải đạt chuẩn (độ màu<20 mg/l) lại càng không đơn giản. Nước thải nhuộm thường kết

hợp nhiều phương pháp để xử lý, bao gồm xử lý cơ học, sinh học, lý hóa và trong

đó phương pháp xử lý hóa lý là công đoạn chính của hệ thống. Tuy vậy, quá trình

xử lý keo tụ tạo bông thường cần một lượng lớn chất keo tụ tùy thuộc khả năng hòa

tan, tạo ra nhiều bùn thải độc hại, đòi hỏi ngưỡng pH nhất định và nồng độ chất thải

ổn định trong quá trình vận hành, trong khi nước thải dệt nhuộm thường thay đổi

tùy theo đơn hàng ,vì vậy để xử lý hiệu quả phải làm thí nghiệm thường xuyên (Jar-

test) điều này không phải trạm xử lý nào cũng làm đư ợc (Joo và cộng sự, 2007).

Trong các phương pháp keo tụ, keo tụ điện hóa là phương pháp tỏ ra thích hợp

trong xử lý nước thải này nhất vì ít cần điều chỉnh pH, tạo ra lượng bùn thải ít hơn

nhiều, trong hiệu quả hơn hẳn so với phương pháp keo tụ truyền thống. Đây là

phương pháp có từ lâu đời, năm 1887 người Anh đã dùng điện hóa đề xử lý nước

uống ở quy mô hộ gia đình và đến năm 1946 (Vik và cộng sự, 1984), keo tụ điện

hóa đã được dùng xử lý nước cấp cho thành phố ở quy mô công nghiệp. Ứng dụng

loại trừ ô nhiễm với các loại nước thải nhiễm kim loại nặng, thuốc trừ sâu, nhiễm

Flor.... cũng đạt một vài thành quả nhất định (Abdel và cộng sự, 2012). Tuy vậy do

chi phi điện chưa hợp lý cùng với công nghệ chế tạo điện cực, các phụ trợ theo kèm

chưa phát triển, đặc biệt việc ứng dụng các công nghệ hóa chất đơn giản (keo tụ, tao

bông), vi sinh ở giữa thập niên 20 dẫn đến công nghệ điện hóa chưa thế phát triển

phổ biến. Ngày nay với đòi hỏi ngày càng cao của các tiêu chuẩn, quy chuẩn môi

trường các công nghệ kia chưa thể giải quyết hoàn toàn vấn đề ô nhiễm mặt khác

với thời kỳ phát triển của công nghệ vật liệu tiên tiến trong khoảng 2 thập niên gần

đây đã có sự trở lại của công nghệ này trong xử lý nước thải (Körbahti và Tanyolaç,

2008).

Ở Việt nam việc nghiên cứu điện hóa trong xử lý môi trường chủ yếu dừng ở

oxi hóa điện hóa trên quy mô phòng thí nghiệm (Khánh, 2004), chưa đi vào thực tế.

Với mong muốn tìm ra được phương pháp xử lý màu tốt nhất, giảm đáng kể lượng

chất lơ lửng, độ màu, làm giảm giá thành xử lý mà vẫn mang lại hiệu quả cao, hỗ

trợ tốt cho quá trình xử lý phía sau, nên trong luận văn này chúng tôi tiến hành:

“Nghiên cứu khử màu một số loại màu nhuộm hoạt tính bằng phương pháp keo

tụ điện hóa”

Mục tiêu chọn đề tài

- Giảm màu nước thải nhuộm giả lập bằng phương pháp keo tụ điện hóa

- Khảo sát khả năng loại màu hoạt tính của dòng điện một chiều từ đó tìm ra

điều kiện vận hành tối ưu ứng dụng công nghệ này trong xử lý nước thải thưc

tế.

Phạm vi đề tài

- Khử màu của hai màu nhuộm phổ biến có trên thị trường (lấy trực tiếp tại

công ty nhuộm) trên phạm vi phòng thí nghiệm.

- Trên các mẫu nước thải hoạt tính giả định trong phạm vi phòng thí nghiệm.

- Trên các mẫu nước thải hoạt tính của nhà máy nhuộm.

Phương pháp thực hiện

- Phân tích tổng hợp tài liệu.

- Xử lý số liệu.

- Phương pháp xử lý bằng keo tụ điện hóa.

- Phương pháp chuẩn độ (COD).

- Phương pháp quang phổ so màu (UV-Vis).

Những khó khăn: phải thực hiện trên các mẫu có tính đại diện cho nước thải

nhuộm.

Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác định được các thông số tối ưu trong thí nghiệm keo tụ một vài loại màu

nước thải hoạt tính bằng keo tụ điện hóa.

- So sánh hiệu quả, rút ra những kết luận xác thực và đề xuất định hướng của

việc ứng dụng phương pháp keo tụ này.

Ý nghĩa, hiệu quả của đề tài

- Kết quả đề tài là bước mở đầu cho các công trình nghiên cứu áp dụng công

nghệ keo tụ điện hóa trong việc xử lý nước thải nhuộm, góp phần hoàn thiện

thêm công nghệ xử lý trong ngành này tại Việt nam.

- Kết quả này có thể được áp dụng xử lý cho các ngành công nghiệp khác khó

phân hũy sinh học như: rỉ rác, cà phê, giấy, ….

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

1.1. Giới thiệu chung ngành nhuộm (Loan, 2011)

Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may trở thành ngành mũi nhọn,

giải quyết một lượng lớn lao động, có kim ngạch xuất khẩu lớn. Ngành dệt may

hiện là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của Việt Nam và có tốc độ tăng trưởng cao

qua các năm. Với tư cách thành viên của ASEAN, WTO, APEC… và các hiệp

định thương mại tự do song phương, đa phương, đã tạo điều kiện thuận lợi cho

hàng dệt may Việt Nam có mặt nhiều hơn và rộng hơn trên các thị trường quốc tế,

đã thiết lập được vị thế trên các thị trường khó tính như Mỹ, EU và Nhật Bản.

Theo số liệu của trung tâm Thương mại thế giới, Việt Nam đứng trong danh sách

Top 10 các nước có kim ngạch xuất khẩu lớn trên thế giới về hàng Dệt may

trong giai đoạn 2007 - 2009 và đứng vị thứ 3 năm 2010 với thị phần xuất khẩu

gần 3%, sau Trung Quốc (36,6%), Bangladesh (4,32%)…(Lam và Chiên, 2014;

Thanh và cộng sự, 2013). Nhuộm là một trong những công đoạn có từ lâu đời và

quan trọng của ngành dệt may. Với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật,

ngày nay, kỹ thuật nhuộm không những làm gia tăng sản lượng mà còn gia tăng

chất lượng, đa dạng về màu sắc, mẫu mã sản phẩm. Tuy vậy, công đoạn nhuộm

vẫn chưa chú trọng đến việc quản lý và xử lý chất thải. Với sự phát triển nhanh

yêu cầu phong phú về mẫu mã, màu sắc, chủng loại nên quá trình sản xuất sử dụng

nhiều công nghệ, nguồn nguyên liệu và hóa chất rất đa dạng. Để sản xuất các loại

vải cotton và vải pha, nguyên liệu chủ yếu là xơ bông và xơ nhân tạo. Ngoài ra còn

sử dụng các loại nguyên liệu như lông thú, đay, gai, tơ tằm để sản xuất các mặt hàng

tương ứng. Công đoạn này đã thải ra một lượng lớn chất thải rắn và nước thải khó

xử lý đòi hỏi cần phải giải quyết. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải

dệt nhuộm có thể tóm tắt theo sơ đồ sau (Loan, 2011).

Làm sạch, kéo Nguyên liệu đầu vào sợi, chải, đánh

0 ống Hồ sợi Nước Nước, hồ tinh bột, phụ gia Hơi nước thải

Dệt vải

Nước Giũ hồ

Hấp thải Nước Enzi NaOH m NaOH, hóa chất Hơi

thải

nướ H2O2, NaOCl, Tẩy trắng Nước c hóa chất thải

NaOH, hóa chất Làm bóng Nước

thải

Dung dịch Nước Nhuộm, in hoa

nhuộm thải

Nước Giặt H2S H2O2, chất tẩy O4 thải giặt Hoàn tất Nước Hơi Hồ, hóa chất nướ thải c Sản phẩm

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý dệt nhuộm

1.2. Thuốc nhuộm trong công nghệ dệt nhuộm

1.2.1. Khái quát về màu nhuộm (Hà và cộng sự, 2011)

Màu nhuộm là những hợp chất hữu cơ có màu, có khả năng nhuộm màu và

giữ trên một số vật liệu.

Màu nhuộm có thể có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tổng hợp. Tuy nhiên màu

nhuộm thiên nhiên ít màu, công nghệ thu tập phức tạp, số lượng ít nên trong dệt

nhuộm, lượng màu nhuộm được sử dụng chủ yếu là màu nhuộm tổng hợp.

Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị

phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là

yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý nước thải dệt nhuộm. Màu

sắc của màu nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: bao gồm nhóm mang

màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên

hợp với hệ điện tử π linh động như >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-... Nhóm trợ

màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như -SOH, -COOH, -OH, NH2...,

đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng

lượng của hệ điện tử.

Màu nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi

sử dụng. Tuy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân

chia thành các họ, các loại khác nhau thường được phân loại theo đặc tính áp dụng.

1.2.2. Phân loại, đặc điểm màu nhuộm (Loan, 2011)

Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến màu nhuộm sử dụng

cho xơ sợi xenlullo (bông, visco...), đó là các thuốc nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa,

hoạt tính và trực tiếp. Sau đó là các màu nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm

như: thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ (cation), thuốc nhuộm axit.

 Màu nhuộm hoàn nguyên, bao gồm:

- Màu nhuộm hoàn nguyên không tan: là hợp chất màu hữu cơ không tan

trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát:

R=C=O. Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit

không tan trong nước nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ.

- Màu nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit

của màu nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy

phân trong môi trường axit và bị oxi hóa về dạng không tan ban đầu.

Khoảng 80% màu nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon.

 Màu nhuộm lưu hóa: chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm

mang màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua

quá trình khử. Giống như Màu nhuộm hoàn nguyên, màu nhuộm lưu hóa

dùng để nhuộm vật liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ

sợi và oxi hóa trở lại.

 Màu nhuộm trực tiếp: đây là loại màu nhuộm anion có khả năng bắt màu

trực tiếp vào xơ sợi xenllulo và có dạng tổng quát: Ar-SO3Na. Khi hòa tan

trong nước, nó phân ly cho về dạng anion màu nhuộm và bắt màu vào sợi.

Trong mỗi màu nhuộm trực tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính

trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có đến 92% thuộc lớp azo.

 Màu nhuộm phân tán: đây là loại thuốc nhuộm dùng để nhuộm các loại xơ

sợi tổng hợp kị nước. Xét về mặt hóa học có đến 59% thuốc nhuộm phân

tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, còn lại thuộc các

lớp hóa học khác.

 Màu nhuộm bazơ - cation:

Các Màu nhuộm bazơ trước đây dùng để nhuộm tơ tằm, ca bông cầm màu

bằng ta - nanh, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.

Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu.

 Màu nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+, anion mang màu

thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tấm tích điện dương của vật liệu. Thuốc

nhuộm axit có khả năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm,

polyamit) trong môi trường axit.

 Màu nhuộm (MN) hoạt tính: là màu nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng

với xơ

sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi.

Trong cấu tạo của màu nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác

nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin. Là

loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền

màu giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những

thuốc nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp

thuốc nhuộm quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải

sợi pha. Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là: trong điều kiện

nhuộm, khi tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính không chỉ

tham gia vào phản ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân.

Cấu tạo

MN hoạt tính chứa trong phân tử những nhóm chức, có khả năng thực hiện liên kết

hóa học với vật liệu, do vậy độ bền màu khá cao và phổ biến ở Việt Nam cũng như

trên thế giới. Công thức tổng quát được biểu diễn như sau: S–R–T–X Trong đó:

 S là nhóm tạo cho màu khả năng hòa tan trong nước, thường là các nhóm chức

–SO3Na; –COONa; –SO2CH3. Trong mỗi phân tử màu thường có từ một hay nhiều

nhóm có tính tan, đây là một trong những đặc tính cơ bản của MN gi úp cho MN

hoạt tính đước sử dụng rất rộng rãi.

 R là nhóm mang màu của phân tử MN, nó quyết định màu sắc và độ bền màu

của MN. Nhóm R trong màu hoạt tính có thể là các hợp chất mono hay diazobenzen, phức màu azobenzen với kim loại, hợp chất antraquinon ha y gốc màu

của màu hoàn nguyên …  T là nhóm tạo liên kết hóa học với vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc

quyết định độ bền màu với giặt và cũng là nhóm quyết định hoạt tính của MN. Bằng

cách thay đổi các nhóm chức trong nhóm T người ta đã tạo ra n hiều loại màu hoạt

tính mong muốn, phù hợp với nhiều loại vật liệu.  X là các nhóm thế sẽ tách ra khỏi màu trong quá trình nhuộm tạo điều kiện cho

MN thực hiện phản ứng hóa học với vật liệu. Chúng không ảnh hưởng tới màu sắc

nhưng đôi khi ảnh hưởng tới độ tan của MN.

Liên kết giữa các nhóm là các nối thường là các nhóm –NH–; –NH–CH2– hay –

SO2–NH–. Đây là những nhóm có ảnh hưởng đáng kể tới độ bền ánh sáng, hoạt độ,

và phần nào ảnh hưởng tới độ sâu màu hay cao màu của MN.

VD: Công thức MN hoạt tính họ monoclorotriazin Reactive Red 3, cấu tạo gồm 4

phần như hình 1.2.

Hình 1.2 Cấu trúc màu nhuộm hoạt tính điển hình

Các loại màu hoạt tính

Tùy vào gốc T, Trên thị trường màu hoạt tính có các họ sau:

 Họ màu triazin: đây là nhóm màu hoạt tí nh có nhóm T là dẫn xuất của

triazin được biết đến với nhiều tên thương mại. Màu họ triazin có họat tính mạnh

gồm diclorotriazin, diflorotriazin, monoclorotriazin hay monofluorotriazin.

Triazin Monoclorotriazin Diclorotriazin

 Họ màu dẫn xuất của pirimidin, họ này là dẫn xuất của di hay trichopirimidin

có hoạt tính kém hơn họ triazine do một nguyên tử N trong vòng triazin đã bị một

nguyên tử C thay thế đã làm giảm tính thân hạch của nhóm T. Vì vậy, chúng có

nhiệt độ nhuộm cao và thời gian phản ứng dài hơn.

Pirimidin Dicloropirimidin Tricloropirimidin

 Họ màu vinilsulfon, màu hoạt tính họ vinilsulfon có nhóm phản ứng T là ester

của acid sulfuric. Họ này được biết đến qua những tên gọi rem azol, primazin,

sunzol hay sulmifix. MN vinilsulfon có hoạt độ thấp hơn MN diclorotriazin nhưng

cao hơn monoclorotriazin.

Ngoài các loại trên còn có một số họ màu hoạt tính khác như loại chức vòng ethilen

imin, chức vòng dicloroquinoxalin….nhưng phổ biến nhất vẫn là ba họ trên.

Cơ chế phản ứng màu hoạt tính trong quá trình nhuộm

Thông thường màu hoạt tính tạo liên kết với sợi theo hai cơ chế

Phản ứng thế thân hạch: thường xảy ra ở màu họ triazin, pimirazin.

(Phản ứng gắn màu )

(Phản ứng thủy phân màu)

Khi nhiệt độ và pH môi trường tăng, tốc độ phản ứng thủy phân sẽ lớn hơn tốc độ

phản ứng gắn màu, nghĩa là màu bị phân hủy nhiều làm giảm khả năng sử dụng của

màu (giảm độ tận trích). Vậy đối với loại màu này nhiệt độ và pH môi trường là

những yếu tố quan trọng.

Phản ứng cộng hợp thân điện tử: Xảy ra ở họ màu vinilsulfon

Đối với màu họ này thì pH không ảnh hưởng lớn đến sự thủy phân màu, màu chỉ bị

phân hủy khi pH quá lớn. Do tham gia vào phản ứng thủy phân nên phản ứng giữa

thuốc nhuộm và xơ sợi không đạt hiệu suất 100%. Để đạt độ bền màu giặt và độ

bền màu tối ưu, hàng nhuộm được giặt hoàn toàn để loại bỏ phần thuốc nhuộm dư

và phần thuốc nhuộm thủy phân. Vì thế, mức độ tổn thất đối với thuốc nhuộm

hoạt tính cỡ 10 ÷ 50%, lớn nhất trong các loại thuốc nhuộm. Hơn nữa, màu thuốc

nhuộm thủy phân giống màu thuốc nhuộm gốc nên nó gây ra vấn đề màu nước thải

và ô nhiễm nước thải.

Tính chất hấp thu của màu hoạt tính

Mỗi một MN hoạt tính đơn, đều có ít nhất một bước sóng hấp thu đặc trưng trong

vùng khả kiến, tùy thuộc vào cấu trúc mang màu của nó. Dựa vào tính chất này

người ta có thể theo dõi được sự biến đổi của MN hay nồng độ của chúng trong quá

trình nhuộm hay khảo sát quá trình xử lý dung dịch, bằng cách đo độ hấp thu dung

dịch trước và sau phản ứ ng. Quét bước sóng 200-900 nm mỗi MN ta có thể xác định

được bước sóng hấp thu của MN.

Độ hấp thu của MN dựa trên định luật Lambert – Beer: A = l. ε.C Với:

-A: Độ hấp thu

-C : Nồng độ dung dịch

- l : Bề dày cuvet

- ε : Hệ số phụ thuộc vật liệu làm cuvet.

MN có nồng độ quá cao hoặc quá thấp định luật trên không còn đúng, do đó khi tiến

đo độ hấp thu của MN phải lựu chọn nồng độ MN sao cho nằm trong khoảng hấp

thu của máy.

1.3 Đặc điểm của nước thải nhuộm (Loan, 2011; Perng và Ha, 2015)

Nước thải là mối quan tâm hàng đầu trong ngành nhuộm, đặc biệt là nước

thải nhuộm hoạt tính. Do quá trình nhuộm sử dụng một lượng lớn hóa chất, chỉ có

một phần màu được lưu lại trên vải, phần màu dư còn lại theo nước thải . Trên 80%

các hóa chất cùng thải và o môi trường. Nước thải nhuộm có độ màu quá cao , các

MN chủ yếu là các chất tạo màu tổng hợp, rất khó xử lý bằng phương pháp sinh

học. Do vậy khi xả ra nguồn tiếp nhận, sẽ làm tăng đáng kể độ màu của nguồn nước

tạo cảm giác khó chịu gây ảnh hưởng đến mỹ qu an môi trường. Khi màu nước đen

thẩm, vẩn đục chính các màu thừa có khả năng hấp phụ ánh sáng đã ngăn cản quá trình quang hợp của thực vật đưa đến hệ sinh thái dần dần bị suy hoá, tiêu diệt và

sinh thái của nguồn nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng (bảng 1.1).

Bảng 1.1 Đặc tính nước thải nhuộm hoạt tính (Thanh và cộng sự, 2013)

Thông số

Đơn vị

Giá trị tiêu biểu

QCVN cột A QCVN 13:2008/BTNMT)

60-80

Nhiệt độ

8-13

6.0-9.0

[mg/L]

30 - 5000

BOD

[mg/L]

200 - 11000

COD

Màu

[Pt-Co]

400 - 5000

Sulphate

[mg/L]

50 - 1000

400

TSS

[mg/L]

0 - 200

Thêm vào đó, trong thành phần nước thải còn tồn tại một lượng đáng kể các chất

hoạt động bề mặt, khi thải vào nơi tiếp nhận dễ dàng tạo thành lớp màng nổi lên trên

bề mặt ngăn cản sự khuếch tán oxigen vào trong môi trường nước, gây nguy hại cho

hoạt động của sinh vật. Chất thải có chứa nhân hương phương benzen, kim loại

nặng (Cr, Cd, Ni..), azobenzen là những chất độc không những có thể tiêu diệt sinh vật trong nước, mà còn gây hại trực tiếp đến con người. Một số bệnh nguy hiểm có

thể gặp như: ung thư, bệnh về tim, phổi, gan,...

Mức độ ô nhiễm của công nghiệp nhuộm nói chung, phụ thuộc rất lớn vào lượng

hoá chất sử dụng, kết cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in hoa), tỷ lệ sử dụng sợi tổng hợp, loại hình công nghệ sản xuất (gián đoạn, liên tục hay bán liện

tục) và đặc tính máy móc sử dụng.

Các tác nhân gây ô nhiễm nước trong công đoạn nhuộm có thể phân thành ba nhóm:

Nhóm thứ nhất: Các chất gây độc với các loại thuỷ sinh

- Kiềm (NaOH, bicarbonat) dùng để xử lý vải sợi thải ra với nồng độ cao.

- Acid vô cơ (H2SO4) dùng trong các khâu giặt, trung hòa kiềm dư

- Formaldehid trong chất cầm màu, chống nhăn, các chất ngấm, tẩy rửa.

- Các kim loại nặng khó có thể có trong một số màu hoạt tính và hoàn nguyên như

Cu, Zn, Pb, Hg, Ni …

- Các chất ngấm và tẩy rửa không ion.

- Các halogen hữu cơ có trong thành phần MN.

Nhóm thứ hai: Các chất khó phân hủy sinh học

- Phần lớn các chất nhũ hồ, các chất làm mềm, chất tạo phức trong xử lý hoàn tất.

- Màu và chất tăng trắng quang học.

Điều lưu ý ở đây là tỷ lệ gắn màu trong quá trình nhuộm khác nhau giữa các loại

MN và loại vải được nhuộm, do đó nó quyết định nồng độ màu trong nước thải

(Bảng 1.2).

Bảng 1.2. Tỷ lệ gắn màu của các loại màu nhuộm khác nhau (Loan, 2011; Hà và

cộng sự, 2011; Perng và Ha, 2015)

Lớp MN Loại vải Tỷ lệ trong vải Tỷ lệ trong nước thải

Bông, Visco Hoạt tính 60 – 95% 5 – 40%

Phân tán ~ 90% ~ 10% Polyester,

Hoàn nguyên không tan nilon, acetat Bông, visco ~ 95% ~ 5%

Cation ~ 98% ~ 2% Acrylic, lụa

Acid Len, lụa 95 – 98% 2 – 5%

Len, nilon Phức chất kim loại 95 – 98% 2 – 5%

Bông, visco ~ 80% ~ 20% Trực tiếp

Bông, visco ~ 60% ~ 40% Lưu huỳnh

Từ bảng trên ta thấy rõ MN hoạt tính có độ bắt màu trong vải thấp nhất, do đó tồn

dư trong môi trường nhiều nhất.

Nhóm thứ ba: Các chất ít độc và dễ phân hủy sinh học

- Sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong sợi bị loại bỏ trong các công đoạn xử lý trước.

- CH3COOH để điều chỉnh pH.

- Các muối trung tính NaCl, Na2SO4 ở nồng độ thấp.

Mặc dù, nhu cầu nước sử dụng cho ngành nhuộm thay đổi từ 150 – 400 m3 cho một tấn sản phẩm, nhưng ở mỗi công đoạn khác nhau, nước thải cũng có những tính chất

đặc trưng khác nhau (Thanh và cộng sự, 2013).

Thành phần nước thải thường không ổn định, lưu lượng và tính chất nước thải thay

đổi trong từng thiết bị, khi nhuộm các loại vải sợi khác nhau, khi dùng các loại màu

khác nhau có bản chất và màu sắc khác nhau ,…

Nhìn chung, môi trường nhuộm có thể là kiềm, acid hoặc trung tính. Thông thường

độ tận trích của màu chỉ đạt 70 – 80%, phần còn lại theo nước thải vì vậy nước thải

không chỉ có độ màu rất cao mà còn khó xử lý. Ngoài ra, trong nước thải còn có các

hóa chất và các chất trợ khác như: chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, chất thấm, làm bóng, … với 89 – 90% theo ra nước thải làm cho chất thải có hàm lượng chất rắn hoà tan cao (Loan, 2011; Thanh và cộng sự, 2013).

1.4. Tác động của nước thải đệt nhuộm đến môi trường (Assadi và cộng sự,

2013; Verma và cộng sự, 2012; Al-Kdasi và cộng sự, 2004)

Ảnh hưởng của chất gây ô nhiễm trong nước thải nhuộm hoạt tính tới nguồn

tiếp nhận có thể tóm tắt như sau:

- Độ kiềm cao làm tăng độ pH của nước. Nếu pH > 9 sẽ gây độc với các loài

thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải.

Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung được xếp loại từ ít độc đến không độc

đối với con người. Các kiểm tra về tính kích thích da, mắt cho thấy đa số

thuốc nhuộm không gây kích thích với vật thử nghiệm (thỏ) ngoại trừ một số

cho kích thích nhẹ.

- Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng chất rắn TSS. Nếu lượng thải lớn

sẽ gây tác hại đối với các loài thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh

hưởng tới quá trình trao đổi chất của tế bào.

- Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại đối

với đời sống thủy sinh do làm giảm lượng oxy hòa tan.

- Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng

tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, cảnh quan

của quần thể. Các chất độc như sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu

cơ có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật với hàm lượng tăng dần theo

chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước, gây ra một số bệnh mãn tính hay

ung thư đối với người và động vật (Perng và Ha, 2015).

- Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong

nước, ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh.

Hình 1.3 Nước thải dệt nhuộm làm ô nhiễm nguồn nước

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Với đặc thù của công nghệ, nước thải dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng chất

rắn TSS, chất lơ lửng, độ màu, BOD, COD cao. Chọn phương pháp xử lý thích hợp

cần phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, quy chuẩn

thải, xử lý tập trung hay cục bộ. sau đây liệt kê một số phương pháp trong và ngoài

nước ứng dụng trong xử lý nước thải nhuộm.

2.1 Nghiên cứu ngoài nước

Rất nhiều kỹ thuật hóa lý, sinh học được áp dụng để loại trừ màu trong nước

thải. Các kỹ thuật hóa lý bao gồm: màng lọc (Zhu và cộng sự, 2013), keo tụ (Verma

và cộng sự, 2012), hấp phụ, trao đổi ion (Karcher và cộng sự, 2002), oxid hóa nâng

cao (advanced oxidation) (Al-Kdasi và cộng sự, 2004)….Trong khi các kỹ thuật

sinh học được dung là: hấp thu sinh học dùng nấm, vi khuẩn, phân hủy trong điều

kiện hiếu khí, yếm khí, thiếu khí hoặc kết hợp hai quá trình xử lý yếm khí, hiếu khí.

Việc sử dụng công nghệ xử lý nào còn tùy thuộc vào các thông số như loại màu, thành phần của nước thải, chi phí hóa chất, chi phí vận hành, bảo dưỡng và xử lý

các chất thải thứ cấp phát sinh.

Màng lọc: thường dùng để xử lý nước thải chứa màu hoạt tính, do bởi khả năng

giảm lượng nước thải đồng th ời thu hồi muối (Zhu và cộng sự, 2013). Tuy nhiên do cấu trúc màng (kích thước lỗ) nhỏ, công nghệ này cần chia dòng nguồn thải. Ưu

điểm của kỹ thuật này là xử lý rất nhanh chóng, hệ thống xử lý nhỏ gọn và màng có thể tái sử dụng. Nhược điểm dòng chứa càng nhiều chất thải giữ lại, màng dễ bị tắc

nghẽn áp lực nước tăng dòng chảy giảm dần, cần phải thường xuyên rửa màng và

thay thế các modul định kỳ. Hơn nữa, nước thải thu được sau quá trình rửa màng

lọc phải xử lý lại và chi phí đầu tư ban đầu thường lớn.

Phương pháp hấp phụ và trao đổi ion có thể sử dụng để “tách” màu ra khỏi dòng

thải. Chất sử dụng ở đây chủ yếu là than hoạt tính (Yang và Al-Duri, 2005). Than

hoạt tính đã được nghiên cứu và áp dụng rất phổ biến trong việc xử lý rất nhiều loại

màu trong dòng thải. Thông thường than hoạt tính kém hiệu quả và thiếu kinh tế khi

sử dụng đơn lẽ, vì khả năng chịu tải kém mau mất hoạt tính. Tuy nhiên, khi sử dụng

kèm với keo tụ (Polimer), hoặc phân hủy sinh học, nó làm tăng hiệu quả đáng kể

trong việc xử lý nước thải nhuộm. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý là pH,

thời gian tiếp xúc, liều lượng và loại than sử dụng phải được xem xét đến trong quá

trình. Các loại than hoạt tính bán ngoài thị trường được làm từ nhiều nguồn như

lignin, nhựa rải đường, gỗ, xơ dừa, vỏ đậu phộng (Yang và Al-Duri, 2005).…. Ưu

điểm của việc sử dụng than hoạt tính là hầu hết các loại nguyên liệu tạo ra than hoạt

tính là những sản phẩm dể tìm thấy trên thị trường, hoặc các sản phẩm không cần

thiết của các quá trình sản xuất khác. Vì thế nếu sử dụng cũng giảm đáng kể lượng

chất thải rắn, giá thành khá rẻ, thời gian xử lý tùy loại, nhưng nhìn chung nhanh

chóng. Nhược điểm của các phương

pháp theo hướng này là bùn thải của quá trình xử lý phải được xử lý lại và thải bỏ

(Gottlieb và cộng sự, 2003).

Các quá trình oxid hóa nâng cao (AOPs-Các quá trình oxid hóa với thế oxid hóa

cao hơn oxigen) (Ince và Tezcanlı́, 2001) cũng được dùng để xử lý nước thải

nhuộm. Cơ sở của quá trình là tạo ra các gốc tự do có thế oxid hóa cao có thể phản

ứng với các hợp chất khó phân hủy trong nước thải như màu. Các quá trình oxid

hóa nâng cao bao gồm: quá trình xử lý dùng SA, ozon hóa, fenton, điện và quang

hóa…. Trong số đó quá trình Ozon, UV/H 2O2, fenton (Fe/H2O2) và UV/TiO2 là

những kỹ thuật oxid hóa nâng cao được sử dụng nhiều nhất (Al-Kdasi và cộng sự,

2004).

Màu và COD có thể được loại bỏ trong nước thải bằng (keo tụ và tạo bông). Quá

trình này thường được dùng trước hoặc sau quá trình xử lý chính. Giai đoạn này thường bắt buộc phải thêm hóa chất keo tụ để tạo bông với các chất ô nhiễm và tách

ra khỏi nước thải. Thông thường vôi, muối sắt và nhôm được sử dụng làm chất keo tụ.

Gần đây các chất keo tụ bằng polymer hữu cơ thường được thêm vào để giảm

thể tích bùn thải, nhưng hầu hết các polimer s ử dụng trong trường hợp này đều độc

cho hệ thống thủy sinh dù với liều lượng rất thấp.

Xử lý sinh học màu dựa trên cơ sở là sự chuyển hóa sinh học màu của vi sinh vật. Màu rất khó phân hủy, khả năng phân hủy chất màu và sắc tố của vi sinh vật nói

chung là rất yếu. Thí dụ người ta có thể dùng bùn non để loại bỏ chất màu ra khỏi

nước thải, nhưng trong bùn non không xảy ra quá trình phân hủy bản thân chất màu mà chỉ tách chúng ra khỏi nước thải nhờ quá trình hấp phụ (cũng như hầu hết các kỹ

thuật nêu ở t rên). Tuy nhiên cũng có một số nhóm màu, trong đó có màu azobenzen,

là một trong những nhóm màu quan trọng nhất, lại dễ bị phân hủy bởi biện pháp xử

lý sinh học cả ở điều kiện hiếu khí và yếm khí (Naimabadi và cộng sự, 2009).

Nguyên nhân chủ yếu vì ở điều kiện yếm khí, nhiều loại vi sinh vật có khả năng

tổng hợp enzim xúc tác phản ứng khử làm phân rã nhóm azo - của màu. Sau đó ở

điều kiện hiếu khí các độc chất chứa nhóm amin nói trên sẽ bị phân rã tiếp bởi p hản

ứng oxid hóa được enzim “azoreductaz” do vi sinh vật tạo ra xúc tác (Hình 1.1).Vì

vậy để xử lý màu nước thải nhuộm người ta thường kết hợp yếm khí và hiếu khí,

nhược điểm của phương pháp này là quá trình khử màu azobenzen trong điều kiện yếm khí rất chậm, đòi hỏi thời gian xử lý lâu.

Hình 2.1 Phẩn rã yếm khí nhóm azo của màu nhuộm

Tất cả những kỹ thuật khảo sát ở trên điều chưa cho thấy hiệu quả hoàn toàn trong

quá trình xử lý màu từ nước thải nhuộm. Việc lựa chọn phương pháp xử lý ngoài

việc phụ thuộc vào kinh nghiệm còn phụ thuộc vào chi phí đầu tư ban đầu, hiệu quả

xử lý và phát sinh các chất thải thứ cấp. Điều đó cho thấy mỗi kỹ thuật xử lý đều có

những giới hạn của nó. Ngày nay các phương pháp xử lý chủ yếu là kết hợp nhiều

kỹ thuật như oxi hóa điện hóa (electrooxidation), Siêu âm/Ozon(sonolysis/ozonlysis),

VS/ UV (Photoremediation) (Jinwook và Jong-Oh, 2011).

2.2 Nghiên cứu trong nước (Loan, 2011; Thanh và cộng sự, 2013; Hà và cộng sự, 2011; Perng và Ha, 2015)

Năm 2014 nước ta đã là một trong những nước hàng đầu trên thế giới về xuất khẩu dệt may, kéo theo đó ngành nhuộm cũng tạo ra một mối lo ngại lớn trong môi trường, hàng loạt các sông ngòi kêu cứu, điển hình như sông Thị Vải, kênh Tham

Lương mà thủ phạm trong số đó chính là ngành nhuộm của chúng ta. Công nghệ xử lý nước thải nhuộm, vì vậy gần đây cũng có những bước tiến đáng kể. Nhiều nhà

máy xử lý nước thải nhuộm đã được xây dựng bằng công nghệ của nước ngoài lẫn trong nước, hầu hết các nhà máy xử lý có dây chuyền công nghệ xử lý khá phức tạp,

chiếm nhiều diện tích xây dựng, nhưng nước thải sau khi xử lý có độ màu chưa đạt

được tiêu chuẩn QCVN 13.

Các kỹ thuật áp dụng trên thế giới để xử lý màu nước thải ngành nhuộm nêu ở trên,

đều được đề cập đến trong các luận án được đề cập gần đây như lọc băng tải, Ozon, Quang hóa, điện hóa, xử lý yếm khí với lớp bùn hạt mở rộng (Expanded Granular Sludge Bed – EGSB) … nhưng các kỹ thuật này cũng đều có các nhược điểm như đề cập ở trên không thể xử lý triệt để hoàn toàn. Có hai nguyên nhân chính có thể được nêu ra ở đây:

1 Bản chất nước thải nhuộm rất phức tạp, đặc biệt ở công đoạn nhuộm, các loại

nước thải chứa MN khác nhau chỉ thích hợp cho một phương pháp xử lý khác nhau; 2 Công nghệ áp dụng hiện nay chưa theo kịp sự biến đổi này.

Ở nước ta các quá trình điện hóa dung trong xử lý gần đây cũng bắt đầu được chú ý, đó là một xu thế tất yếu do những điểm ưu việt của chúng so với các phương

pháp keo tụ truyền thống khác là: nhanh chóng, gọn nhẹ, triệt để, tạo ra ít bùn thải

mà không cần điều chỉnh pH. Tuy nhiên, chúng mới chỉ dừng lại ở dạng nghiên

cứu, có chăng chỉ một số áp dụng với quy mô phòng thí nghiệm (Khánh, 2004). Vì

thế khi bắt tay thực hiện luận án này chúng tôi mong muốn đạt được mục tiêu:

Giúp các nhà môi trường hiểu sâu hơn về đặc tính MN hoạt tính để có thể đưa ra

các biện pháp xử lý thích hợp và đóng góp cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu xử lý,

áp dụng keo tụ điệnh óa trong nước thải ngành nhuộm nói riêng và các loại nước

thải khác nói chung trong tương lai.

2.3 Phương pháp xử lý nước thải bằng keo tụ điện hóa

2.3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp keo tụ điện hóa (Abdel và cộng sự, 2012)

2.3.1.1 Khái niệm: Phương pháp keo tụ điện hóa là hòa tan anot nhằm tạo ra

hydroxit kim loại có hoạt tính cao để keo tụ các hợp chất ô nhiễm trong nước thải

đặc biệt là chất màu hữu cơ. Một mô hình điện hóa cơ bản thường bao gồm nguồn, điện cực và bình phản ứng

như Hình 2.2.

Hình 2.2 Mô hình điện hóa cơ bản

2.3.1.2 Cơ chế

Cơ chế chung của quá trình điện hóa như ta đã biết là sử dụng dòng điện một

chiều, quá trình oxi hóa và khử sẽ xảy ra ở catot và anot. Ở anot: Trên anot xảy ra quá trình oxi hóa anion hoặc OH- hoặc chất làm anot.

+Nếu thế phóng điện của anion và OH - (cặp OH-/O2) lớn hơn thế cân bằng của kim loại làm anot thì anot sẽ tan ra (quá trình này sẽ được ứng dụng trong

phương pháp đông tụ điện hóa). M – ne = Mn+

+ Trong trường hợp ngược lại thì anot không tan và khi đó ở anot sẽ xảy ra

quá trình oxi hóa của anion hoặc OH-

+ Thường thì thứ tự phóng điện của các anion như sau: đầu tiên là các anion không chứa oxi S2-, I-, Br-, Cl- ... sau đó mới đến OH- và cuối cùng mới đến các

anion chứa oxi.

+ Anot thường làm bằng các vật liệu không hòa tan, và có tính chất điện

phân như: graphit, macnetit, dioxyt chì, dioxyt mangan,...

Ở catot:

+ Khi cho dòng điện đi qua dung dịch thì cation và H + sẽ tiến về bề mặt catot. Nếu thế phóng điện của cation lớn hơn của H + thì cation sẽ thu electron của

catot chuyển thành các ion ít độc hơn hoặc tạo thành kim loại bám vào điện cực.

Mn+ + me = Mn-m ( n >m) Mn+ + ne = M

Ngược lại thì: 2H3O+ +2e = H2 + 2H2O Catot thường được làm bằng molipde n, hợp kim của vonfram với sắt hay niken, từ than chì (graphit), thép không rỉ, và các kim loại khác được phủ lớp molipden,

vonfram hay hợp chất của chúng.

Có thê được tóm tắt quá trình loại bỏ chất ô nhiễm bằng điện hóa qua các bước sau,

chúng được cụ thể hóa trong Hình 2.3:

1. Oxy hóa điện cực anode và giải phóng các cation kim loại vào trong dung dịch.

2. Các electron di chuyển và tạo dòng điện, tạo ra sự di chuyển của các ion điện tích

và chất keo bẩn theo hướng ngược lại làm mất ổn định của điện tích trong dung

dịch.

3. Sự va chạm và tương tác giữa các phần tử di chuyển tạo ra sự keo tụ.

4. Sự hút bám các chất rắn, chất keo và các chất bẩn khác ở các thành phần keo tụ,

tạo thành các cặn lớn hơn.

5. Sự phân tách các bông cặn bởi quá trình lắng hoặc tuyển nổi do các bọt khí hydro

tạo ra từ cathode.

Hình 2.3: Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình điện hóa

2.3.1.3 Các phản ứng chính

Các điện cực làm bằng sắt hoặc nhôm sinh ra các chất keo tụ vào trong nước. Các điện cực, thường là cathode sẽ là điện cực trơ. Anode sắt và nhôm sinh ra các cation hòa tan theo công thức (1) và (2)

(1) Fe (rắn) → Fen+ (dung dịch) + ne-

(2) Al (rắn) → Al 3+ (dung dịch) + 3e -

Khi phản ứng điện hóa xảy ra ở môi trường lỏng, đ iện cực sắt có thể hòa tan thành Fe2+ hoặc Fe 3+, riêng điện cực nhôm chỉ tạo thành Al3+. Fe2+ có thể bị oxy hóa tiếp thành Fe 3+ theo công thức (3) nếu thế oxy hóa khử và pH phù hợp. Để đạt tốc độ phản ứng thích hợp, cần có oxy và pH trung tính hoặc kiềm. S ự hình thành ổn định nhiệt động học của sắt và nhôm ở thế điện hóa và pH khác nhau có thể được

dự đoán bằng đồ thị E – pH thể hiện ở Hình 2.4.

(3)

4Fe2+ (dung dịch) + 10H2O + O2 → 4Fe(OH)3 (rắn) + 8H + Moreno và cộng sự (2006) đã nghiên cứu phản ứng điện hóa của điện cực sắt.

Theo kết quả và dữ liệu nhiệt động học của nghiên cứu, điện thế của anode sắt t rong hệ thống điện hóa ở vùng ion Fe 3+ sinh ra. Tuy nhiên, tác giả cũng đã nghiên cứu điện thế của cathode ở trong vùng mà Fe 3+ giảm để chuyển thành Fe2+ và do đó cả 2

đều tồn tại trong hệ thống điện hóa. Ion sắt sinh ra từ anode để hình thành Fe 2+. Ở pH thấp, lượng sắt hòa tan đáng kể và tổng nồng độ sắt có thể cao hơn tính toán lý thuyết. Sasson và cộng sự cũng đã nghiên cứu quá trình oxy hóa Fe 2+ sinh ra, theo đó, quá trình oxy hóa xảy ra không đáng kể ở pH = 5, tốc độ oxy hóa trung bình ở

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

pH = 6 và rất nhanh ở pH = 7 ÷ 9.

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

Hình 2.4: Đồ thị E – pH của sắt (A) và nhôm (B) ở nồng độ 10 ÷ 6 M (25 0C, áp

suất khí quyển)

Tổng cation kim loại hòa tan trong phản ứng ở anode được tính theo đinh luật

Faraday (công thức 4).

m = (4)

Trong đó:

m = khối lượng điện cực tiêu hao theo lý thuyết (g)

I = cường độ dòng điện (Amp)

t = thời gian điện phân (s)

Mw = khối lượng phân tử của vật liệu làm điện cực (g/mol)

F = hằng số Faraday (96485 C/mol)

z = số lượng hóa trị của điện tích di chuyển nhờ vào anode

Ngoài ra đối với phản ứng điện hóa tốc độ phản ứng được đo bằng số mol chất chuyển từ tướng này sang tướng khác trên 1 cm 2 (hoặc m2 nếu diện tích bề mặt lớn) bề mặt trong một đơn vi thời gian (mol/cm2.s). Vì vậy có them khái niệm mật

độ dòng J = n.F.V = ampe/cm2 (hay m2) và được xem là đại lượng để đo tốc độ điện

hóa.

Công thức: J = I/S (A/cm2)

Trong đó:

- I: cường độ dòng diện qua điên cực (A) - S: diên tích diện cực (cm2). - J: đại lượng đặc trưng cho tốc độ phản ứng điện hóa, mật độ dòng.

pH trên bề mặt cathode tăng do sự hình thành OH- theo công thức (5) hoặc bởi quá trình tiêu thụ ion/ proton H + theo công thức (6).

(5)

(6)

2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑ 2H+ + 2e- → H2↑ Ở pH cao, nhôm hòa tan thành aluminat:

(7) 2Al + 6H2O + 2OH-(dung dịch) → 2[Al(OH)4]-(dung dịch) + 3H 2↑

Picard và cộng sự (2000) đã nghiên cứu sự hòa tan ở cathode trong quá trình điện hóa. Họ so sánh hydro tạo thành từ điện cực cathode bằng thép không gỉ và bằng

nhôm. Đối với thép không gỉ, hydro sinh ra ở cathode theo đúng định luật Faraday. Trong khi với điện cực nhôm, lượng hydro sinh ra cao hơn do lượng nhôm hòa tan

2- và SO4

sinh ra H2 theo công thức (7). Sự hình thành H 2 và lượng nhôm hòa tan từ cathode tăng theo cấp số mũ với mật độ dòng điện.

Có các nghiên cứu phản ứng thủy phân, khi ion nhôm hoặc ion sắt sinh ra ở điện cực. Các gỉ màu xanh hình thành khi sử dụng điện cực sắt. Các gỉ xanh gồm các 2-. Các kim loại khác như hydroxit Fe2+ và Fe3+ và các anion như Cl-, CO3 Cu2+ và Ni2+, cũng có thể tạo thành các cặn xanh như Fe 2+ khi chúng có trong dung dịch. Trong hệ thống điện hóa, các cặn xanh và hydro được tạo thành theo công

thức (8):

(8) 6Fe + (12+x)H2O → (12-x)H2↑ + xFe(OH)3.(6-x)Fe(OH)2 Các sản phẩm thủy phân của Fe3+ và Al3+ phụ thuộc khoảng giá trị pH theo sơ đồ

Hình 2.5. Điều này cho thấy các phức hình thành trong phản ứng điện hóa và keo tụ

hóa học là gần tương đương nhau.

2.3.1.4 Các phản ứng phụ Bên cạnh các sản phẩm sắt và nhôm hòa tan, các phản ứng điện hóa khác cũng

xuất hiện ở trong hệ thống điện hóa. Chúng bao gồm:

+ Sự hình thành hydro ở cathode theo công thức (5) – (8). + pH tăng do sự hình thành các ion OH- hoặc phản ứng của các ion/proton H+

công thức (5) – (6).

+ Quá trình khử kim loại xảy ra ở cathode.

Một số nghiên cứu đã kết luận oxy cũng được sinh ra ở anode. Tuy nhiên, nó

không mãnh liệt và đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện hóa như quá trình

hòa tan anode theo định luật Faraday. Tuy nhiên, ở pH kiềm, điện cực anode sắt hòa

tan ít hơn so với lượng sinh ra tính theo định luật Faraday, điều này cho thấy có các

phản ứng khác xảy ra trong điều kiện này.

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

Hình 2.5: Nồng độ của sản phẩm thủy phân Fe3+ và Al3+ ở thế cân bằng với hydroxit hòa tan ở cường độ ion Zero và 25 0C Trong hệ thống điện hóa có xảy ra quá trình tuyển nổi, các bọt khí sinh ra mang

hiệu quả cao quá trình tách cặn r a khỏi dung dịch. Trong công nghệ tuyển nổi điện

hóa, các bọt khí O2 được sinh ra ở anode và H2 ở cathode, trong khi trong keo tụ

điện hóa chỉ có bọt khí H2 tạo ra ở cathode. Hiệu quả của quá trình tuyển nổi ở keo

tụ điện hóa và tuyển nổi điện hóa phụ thuộ c vào kích thước bọt. Các bọt khí nhỏ

hơn có bề mặt tiếp xúc lớn để các cặn dính bám. Tuyển nổi điện hóa cho kích thước

bọt nhỏ hơn so với công nghệ tuyển nổi khí hòa tan (DAF). Đường kính trung bình

của bọt khí H2 và O2 tạo ra trong phản ứng tuyển nổi điện hóa từ khoảng 17 ÷ 50

µm, trong khí ở hệ thống DAF là 48 ÷ 60 µm.

Vật liệu làm điện cực, mật độ dòng và pH cũng ảnh hưởng đến kích thước bọt.

Bọt H 2 có kích thước nhỏ nhất khi chúng được sinh ở ở môi trường pH trung tính

hoặc acid. Bảng điện cực bằng thép không gỉ cho kích thước bọt nhỏ nhất. Có nhiều

cuộc thảo luận về ảnh hưởng của mật độ dòng lên kích thước bọt. Moreno và cộng

sự (Moreno và cộng sự, 2006) nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ dòng và điện cực

lên sự hình thành kích thước bọt sinh ra ở cathode. Thí nghiệm cho kết quả có một

lượng lớn H 2 sinh ra ở cathode có thể được hòa tan vào dung dịch. Theo kết quả đó,

kích thước bọt phụ thuộc là tốc độ H 2 sinh ra, tốc độ tạo bọt và nồng độ khí hòa tan.

Ngược lại với keo tụ hóa học, quá trình xử lý keo tụ điện hóa làm tăng pH của dung dịch khi môi trường có pH acid, trung tính hoặc tính bazo yếu và giảm khi môi

trường có tính bazo mạnh. Quá trình thay đổi pH trong phản ứng điện hóa ảnh hưởng bởi các loại hydroxit nhôm và sắt. Ở môi trường pH rất thấp (pH =2), các

chất kiềm sinh ra trong quá trình điện hóa không đủ để nâng pH dung dịch, trong

khi ở pH = 3 hoặc cao hơn, pH của dung dịch sẽ tăng tron g quá trình xử lý. Do nồng

độ ion hydromium tăng với hệ số 10 khi pH giảm từ pH = 3 xuống pH = 2. Khi pH ban đầu là môi trường kiềm cao (pH > 9), pH giảm do sự hình thành các phức sử dụng các gốc OH-. Tốc độ thay đổi pH và giá trị pH ổn định cuối cùng phụ thuộc vào bồng độ anion của dung dịch. Theo Trompette và Verhnes (Trompette và

Vergnes, 2009), pH tăng cao ở dung dịch sulphate hơn ở dung dịch chloride do sulphate có thể thay thế các Ion OH- để kết tủa và do đó lượng OH - để tạo thành các

phức ít hơn.

Do phản ứng điện hóa xảy ra ở bề mặt điện cực, nồng độ các sản phẩm sinh ra

trong phản ứng cao hơn ở bề mặt điện cực và gradient nồng độ giảm từ bề mặt đến

dung dịch, pH giảm ở vùng lân cận anode và ngược lại ở cathode. Nó có thể dẫn

đến sự kết tủa của các muối vô cơ ở bề mặt điện cực nếu độ hòa tan của chúng thay đổi theo khoảng pH, như quá trình kế t tủa CaCO3 trên cathode. Nếu thế điện hóa ở cathode ở vùng giá trị cao, phản ứng khử trực tiếp của các cation kim loại có thể

xuất hiện ở bề mặt cathode.

(9) Men+(dung dịch) + ne- → Me0(rắn)

Có nhiều nghiên cứu về quá trình loại bỏ kim loại trong nước thải. Kết quả cho

thấy rằng, kim loại được loại bỏ hầu hết bởi quá trình keo tụ và trợ keo tụ. Tuy

nhiên, quá trình khử các ion kim loại có thể ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. Heidmann và Calmono nghiên cứu hiệu suất loại bỏ Zn 2+, Cu2+, Ni2+, Ag+ và Cr6+ trong nước bằng phương pháp điện hóa. Kết quả Zn2+, Cu2+, Ni2+ và Ag+ được loại bỏ khỏi dung dịch bởi quá trình thủy phân và trợ keo tụ, trong khi đó Cr 6+ chuyển thành Cr3+ trước khi chúng kết tủa thành các hydoxit. Điều này cho thấy rằng, aluminium hòa tan ở cathode đóng vai trò làm lớp bọc bảo vệ cathode khỏi các kim

loại khác. Với cathode bằng sắt hoặc điện cực trơ, lớp phủ có thể với các kim loại khác như Ni2+ và Cu2+.

2.3.1.5 Các thông số ảnh hưởng

Có nhiều thông số khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm trong

nước thải bằng phương pháp điện hóa. Các thông số chính ảnh hưởng bao gồm:

- pH dung dịch có thể ảnh hưởng đến sự hình thành các hydroxit kim loại trong

dung dịch và điện thế của các chất keo. Nó cũng ảnh hưởng đến sự hòa tan điện

cực cathode làm bằng aluminium.

- Mật độ dòng tỷ lệ với số lượng phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực.

- Thời gian phản ứng hoặc điện tích thêm vào trên một đơn vị thể tích tỷ lệ với

lượng bông cặn sinh ra trong hệ thống điện hóa và các phản ứng khác xảy ra

trong hệ thống.

- Thế điện hóa quyết định loại phản ứng xảy ra trên bề mặt điện cực.

- Nồng độ ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý.

- Nồng độ anion: như sulphate hoặc flouride, ảnh hưởng đến cấu trúc của hydroxit

bởi vì chúng có thể thay thế các ion hydroxit trong quá trình kết tủa.

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự hình thành cặn, tốc độ phản ứng và độ dẫn điện. Phụ

thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm, nhiệt độ tăng có thể ảnh hưởng tích cực hoặc

tiêu cực lên hiệu suất xử lý.

- Các thông số khác: như điều kiện thủy động và khoảng cách các điện cực, có thể

ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý và lượng điện tiêu thụ.

a) pH dung dịch

pH dung dịch là một thông số chính trong phản ứng điện hóa. Nó ảnh hưởng đến

độ dẫn điện của dung dịch, độ hòa tan điện cực, các loại hydroxit và thế điện hóa

của các chất ô nhiễm. Các cation, hydroxit sắt và nhôm làm cho các chất bẩn mất ổn

định. Các loại bông cặn keo tụ hiệu quả được hình thành trong môi trường pH acid, trung tính và kiềm yếu. Ở môi trường kiềm cao Al(OH) 4- và Fe(OH)4- được hình thành, các ion này có khả năng kết tủa kém. Như hình 2.4 đã mô tả, Fe 3+ có vùng pH ảnh hưởng lớn hơn Al3+ và cũng có hiệu quả cao ở pH kiềm nhẹ. Các anion cũng ảnh hưởng đến pH tối thích của quá trình keo tụ. Ảnh hưởng của pH nước lên hiệu quả loại bỏ các chất dô nhiễm hầu hết được giải thích bởi các cơ chế đã nêu

trước đây. Tuy nhiên, pH tăng trong quá trình điện hóa, làm cho thông số này thay đổi liên tục; do đó khó có thể thực các nghiên cứu về cơ chế xảy ra trong hệ thống

điện hóa.

Ở pH thấp hơn 3, tốc độ giải phóng Al trong quá trình điện phân với hằng số điện

tích trên một đơn vị thể tích thấp hơn so với pH > 3. Quá trình hòa tan hóa học của

cathode nhôm xuất hiện với pH tăng đến một mức tại đó nhôm tạo phức. Có khả

năng dung dịch có tính acid sẽ ức chế phản ứng này vì các ion hydroxit sinh ra dược tiêu thụ bởi acid trong dung dịch. Ở pH acid, độ hòa tan của các điện sực sắt đáng kể thậm chí không có điện phân. Trong khi đó, sự oxy hóa Fe 2+ thành Fe3+ chỉ xảy ra ở pH > 5. Tốc độ hòa tan giảm ở pH cao, do tốc độ ăn mòn của sắt giảm ở môi

trường kiềm có mặt oxy vì lớp oxit trơ hình thành trên bề mặt. Từ đó thấy rằng, pH ban đầu là một thông số chính để chọn keo tụ điện hóa hay keo tụ hóa học để xử lý

nước.

Có vài chất ô nhiễm cần có pH tối thích để xử lý chúng như photpho và cation kim loại. Ảnh hưởng của pH ban đầu lên quá trình loại bỏ photphat từ nước thải

bằng điện hóa với điện cực sắt đã được nghiên cứu. Hiệu suất xử lý cao nhất ở pH =

3. pH nước thải tăng đến độ kiềm mạnh (pH = 10 ÷ 12) trong quá trình xử lý, do thay thế vị trí các ion OH -. Ở pH cao, tốc độ xử lý thấp do sự hình thành 3- do

PO4 Fe(OH)4- và nồng độ FePO4 hòa tan cao. Ở pH cao hơn, nhiều ion OH - hơn PO4 đó chúng chiếm ưu thế và FePO 4 hình thành ít hơn.

Như nhôm và sắt, các cation kim loại khác cũng có thể tạo thành hydroxit trong

môi trường nước. Hầu hết các hydroxit có độ hòa tan trong nước thấp và có thể

được loại bỏ bởi quá trình keo tụ và trợ keo tụ trong hệ thống điện hóa. Hanay và Hasar đã nghiên cứu khả năng loại bỏ Cu2+, Mn2+ và Zn2+ bằng điện cực nhôm. Hiệu quả xử lý tăng khi pH ban đầu của nước thải tăng. Nghiên cứu cũng cho kêt quả tương tự khi loại bỏ Co 2+, As5+, Cu2+, Pb2+, Cd2,… Tuy nhiên, hiệu quả xử lý Hg2+ không bị ảnh hưởng đáng kể trong khoảng pH = 3 ÷ 7.

b) Mật độ dòng điện và thời gian xử lý

Mật độ dòng điện là thông số ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ của phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt của điện cực và cũng có ảnh hưởng đến điện thế của điện

cực. Ở điện cực sắt và nhôm, phản ứng hòa tan là phản ứng cơ bản, và các phản ứng khác xảy ra không đáng kể ở mật độ dòng và thế điện cực thông thường khi dung

dịch có pH trung tính hay acid. Ở môi trường pH kiềm, tốc độ hòa tan của điện cực

sắt có thể thấp hơn giá trị tính được theo định luật Faraday, điều này cho thấy có các

phản ứng khác xảy ra ở anode trong điều kiện này.

Chất keo tụ sinh ra bởi điện phân có thể được tính theo đinh luật Faraday khi biết

thời gian phản ứng và cường độ. Nồng độ keo tụ sinh qua bởi quá trình điện phân ở

anode tỷ lệ với lượng điện tích trên một đơn vị thể tích (coulombs/ lít). Tuy nhiên,

tổng lượng keo tụ hòa tan cũng bao gồm quá trình hòa tan hóa học điện cực ở pH

thấp và quá trình hòa tan kim loại ở điện cực cathode. Mật độ dòng điện có vài ảnh

hưởng đến sự hòa tan hóa học ở điện cực cathode, do nó ảnh hưởng đến tốc độ sinh

ra ion hydroxit ở cathode. Holt và cộng sự (2002) nghiên cứu quá trình hòa tan

nhôm ở cathode trong buồng điện phân gồm điện cực anode bằng titan có phủ platin

và điện cực cathode nhôm. Họ áp dụng hằng số điện tích trên đơn vị thể tích (540

C/l) và các mật động dòng khác nhau. Theo kết quả nghiên cứu, khi mật độ dòng

điện giảm, lượng nhôm sinh ra tăng. Kết quả chỉ ra rằng thậm chí ở mật độ dòng thấp (nhỏ hơn 0.01 A/m2) vẫn xảy ra phản ứng hòa tan của điện cực cathode nếu pH

dung dịch không quá acid và do đó kết luận rằng lượng nhôm sinh ra ở cathode phụ

thuộc và thời gian phản ứng hơn lượng điện tích trên một đơn vị thể tích.

c) Nồng độ anion

Nồng độ anion trong dung dịch ảnh hưởng đến lớp điện tích kép ở điện cực

nhôm. Anion sulphate là chất cản trở ăn mòn và do đó làm giảm lượng cation k im

loại sinh ra. Clo lại phá vỡ lớp điện tích kép và làm cho quá trình ăn mòn xảy ra

nhanh chóng. Ảnh hưởng của các chất điện phân lên hiệu quả của hệ thống EC đã

được nghiên cứu để xử lý nước thải quá trình sản xuất sữa và quá trình hấp thụ mỡ

bằng điện cực nhôm với sự có mặt của NaCl, Na2SO4, NH4Cl và (NH4)2SO4. Kết quả cho thấy, anion sulphate làm tăng lượng điện tích tiêu thụ và làm cho điện hóa 2-] nên lớn hơn hoặc bằng 0.1 để đảm bảo lớp điện có hiệu quả kém. Tỷ lệ [Cl -]/[SO4

tích kép bị phả vỡ. Trompette và Vergnes (2009) kết luận rằng nồng độ có thể ảnh

hưởng lên lớp điện tích kép, một vài loại muối có thể kết tủa ở bề mặt cathode nếu nồng độ muối trong nước quá cao. Lớp phủ này làm tăng lượng điện tiêu thụ một

cách đáng kể.

Hơn nữa, các anion có thể thay thế các anion hydroxit trong quá trình kết tủa, nó có ảnh hưởng đến tính chât của hydroxit và từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất và điều

kiện tối ưu của quá trình keo tụ. Sự cạnh tranh của các anion cũng ảnh hưởng trực

tiếp đến hiệu quả xử lý nếu các chất ô nhiễm là anion như fluoride hoặc photphat.

Nồng độ ion sulphate có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất xử lý flourie do ion fluoride có thể kết hợp với Al3+.

d) Nhiệt độ

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu quả xử lý chất ô nhiễm bằng điện hóa đã được

nghiên cứu. Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch lên hiệu quả xử lý Boron bằng điện

hóa ở khoảng nhiệt độ 293 ÷ 3330K đã được nghiện cứu (Khaoula và cộng sự, 2013). Khi nhiệt độ tăng từ 2930K lên 3330K, hiệu suất loại bỏ boron tăng từ 84% lên 96%. Quá trình xử lý nước thải nhà máy giấy cho kết quả ngược lại, hiệu quả loại bỏ độ màu, COD và Phenol giảm 10 ÷ 20% khi nhiệt độ tăng từ 293 0K lên 3330K. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu quả loại bỏ Photphat từ nước thải bởi điện hóa trong khoảng nhiệt độ trên có hiệu quả xử lý thấp hơn 29% ở 2930K và tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Tác giả đã kết luận ở nhiệt độ thấp, độ hòa tan của anode xảy ra ở tốc độ thấp. Bên cạnh đó, khi nhiệt độ quá cao, các hydroxit cấu

trúc lớn lơ lửng trong nước đóng trên bề mặt điện cực. Nhiệt độ tăng cũng làm làm

tăng độ hòa tan của nhôm. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng có cả ảnh hưởng tốt và xấu lên

hiệu quả xử lý. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất x ử lý phụ thuộc vào cơ chế

loại bỏ chất ô nhiễm.

2.3.2. Ưu nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

2.3.2.1 Nhược điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

- Hiện tại rất ít đề tài nghiên cứu về phương pháp nay, phụ kiện phục vụ cho

ngành điện hóa để nghiên cứu chưa có.

- Thiết bị điện hóa chưa có, đa số là thiết bị ngoại nhập.

- Qui mô điện hóa thường áp dụng ở mô hình nhỏ.

- Thiết bị điện cực của điện hóa hay bị thụ động sau thời gian phản ứng.

2.3.2.2 Ưu điểm của phương pháp keo tụ điện hóa

- Tiết kiện điện tích xây dựng, thời gian phản ứng nhanh.

- Xử lý hoàn toàn ở dạng vết (các phương pháp khác rất khó thực hiện)

- Dễ thao tác vận hành thiết bị.

2.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ điện hóa

2.3.3.1 Một số nước thải công nghiệp

- Quá trình điện hóa được nghiên cứu ứng dụng vào lĩnh vực môi trường để xử

lý làm sạch nước và nước thải, chủ yếu là nước thải công nghiệp. Phương

pháp này có thể được ứng dụng để xử lý các hợp chất xyanua, thuốc nhuộm

azo, amin, andehyd, antraquinon...trong nước thải công nghiệp nhuộm, sản

xuất hóa chất bảo vệ thực vật, hóa dầu, công nghiệp giấy…

- Trong quá trình oxi hóa điện hóa, các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại, khó phân

hủy trong nước thải có thể phân rã hoàn toàn thành CO 2, NH3, các ion vô cơ và nước, hoặc thành các hợp chất đơn giản hơn không độc hoặc ít độc hơn,

dễ bị phân hủy sinh học hơn. Anod thường là các vật liệu không hòa tan điện

hóa (điện cực thụ động), thông thường là điện cực titan được phủ một lớp

kim loại rất mỏng các kim loại quý như ruteni, rodi, platin, iridi, oxit chì,

thiếc,… , và thùng điện phân có thể có hoặc không có màng ngăn.

- Chiang và cộng sự (1997) đã pha chế loại nước thải chứa clotetraxyclin,

EDTA, lignin và tanic axit, mỗi thảnh phần có tải lượng COD là 2500 mg/l (±200) để xử dụng làm nguyên liệu cho quá trình oxi hóa điện hóa. Thí nghiệm tiến hành trong bình điện phân dung tích 600 ml với điện cực anot là titan phủlớp dioxit chì và catot là tấm thép. Kết quả cho thấy, dùng sodium clorua nồng độ 5000 mg/l với mật độ dòng điện 7500 mA/cm 2 là chất điện ly tốt hơn dùng sodium sunfat hoặc sodium nitrat có cùng nồng độvà mật độ

dòng. Ngoài ra, khả năng khử màu và COD được tăng lên khi tăng nồng độ natri clorua và mật độdòng điện. Mức độ xử lý COD đạt được 92, 66, 79 và

89 tương ứng với clotetraxyclin, EDTA, lignin và axit tanic khi sử dụng chất

điện ly là natri clorua. EDTA không có màu, nhưng độ màu của

clotetraxyclin, lignin và axit tanic đã giảm được 98, 95, 91 % tương ứng. Khi phân tích độ độc bằng phép thử microtox đã cho thấy quá trình oxi hóa đã có

tác dụng giảm độ độc của các hợp chất hữu cơ bền vững rất nhiều

Comninellis và Pulgarin (1991) đã đánh giá hiệu quả của quá trình oxi hóa

điện hóa khi xử lý nước thải có chứa các hợp chất phenol. Thí nghiệm tiến hành trong bình phản ứng có dung tích 600 ml ởnhiệt độ 25oC. Tất cả các

hợp chất phenol có nhóm thế cacboxylic hoặc hydroxyl đều bị oxi hóa một cách dễ dàng trên điện cực platin và tạo thành các anion phenolat và cation

phenixium. Tốc độ phân hủy các hợp chất hữu cơ tỉ lệ theo dòng điện trên

anot. Dòng anot khi xử dụng dung dịch kiềm nhận thấy cao hơn khi sửdụng

dung dịch axit. Trong số các hợp chất phenol thử nghiệm, những hợp chất

phenol có nhóm định chức hydroxyl càng nhiều thì càng dễ bị oxi hóa điện

hóa.

2.3.3.2 Nước thải nhuộm

- Theo nhà hóa học Hattori và cộng sự (2003) dòng điện một chiều sẽ phân

hủy thuốc nhuộm hòa tan, màu tím khi sử dụng điện cực bằng kim cương

hoặc platin. Thuốc nhuộm màu tím sẽ bị phân hũy trên bề mặt catod và trong

khi đó những phần chia nhỏ hơn sẽ bi phân hũy thành những dạng đơn giản

có khối lượng phân tử nhỏ hơn trên bề mặt anod. Tốc độ nhạt màu cao nhất

khi sử dụng kim cương làm anod và catod hơn là khi sử dụng những chất khác. Tuy nhiên, khi sử dụng những vật liệu khác làm điện cực thì tổng hàm

lượng cacbon hữu cơ cũng giảm đi rất là nhanh chống. Acid acetic và acid oxalic là sản phẩm trung gian của quá trình, khí CO2 là sản phẩm cuối cùng

ứng với sự giảm nồng độ acid oxalic.

- Theo các nhà khoa học Nhật Bản đã nghiên cứu hiệu quả của việc phân hủy

các hợp chất hữu cơ bằng phương pháp điện hóa để xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm được nghiên cứu với anode PbO 2. Phenol, Natri dodecyl sulfat là những chất được chọn nghiên cứu chính. Và thuốc nhuộm màu tím được

chọn nghiên cứu phân hủy bằng phương pháp này, thông thường, màu sẽ mất đi sau 1 giờ điện phân Vlyssides và Israilides (1998) đã nghiên cứu ở cấp độ thử nghiệm áp dụng quá trình oxi hóa điện hóa để xử lý nước thải của nhà

máy dệt nhuộm ở Thrace, Hy Lạp.

- Titan/platin được sử dụng làm điện cực anot và thép không rỉ 304 được sử

dụng làm điện cực atot. Các điện cực được cung cấp dòng điện 20V và 50A.

Thùng điện phân có dung tích 5 lít, dùng bơm để cho dung dịch lưu chuyển

tuần hoàn với tốc độ10 lít/phút. Hệ thống ổn nhiệt luôn duy trì nhiệt độ nước thải luôn ở 42oC. Đặc tính nước thải như sau: BOD 5450 mg/l; COD 1.200

mg/l; màu 3400 đơn vị ADMI; tổng Nitơ (TKN) 34 mg/l; pH=10.

Trong quá trình thử nghiệm, cho ta thấy nếu đưa thêm NaCl và axit HCl,

hiệu suất xử lý COD và xử lý màu gia tăng. Tải lượng COD giảm được 93% sau 40 phút xử lý, mật đô dòng điện 890 mA/cm 2 có thêm vào 2,0 ml NaCl

1% (tương ứng 10.000 mg NaCl/l) và 2 ml HCl 36%. Độ màu đơn vị ADMI

giảm được 92% và TKN giảm đến 99%.

- Từ các nghiên cứu trên cho thấy với ưu điểm nhỏ gọn, đơn giản dễ vận hành,

không tốn hóa chất phụ trợ (ổn định pH hoặc nồng độ), hiệu quả cao (có thể loại đến 99% chất hữu cơ, mà cũng rất kinh tế (Cao nhất 9.500 vnd/ m 3 nước thải theo Cañizares và cộng sự (2009)) cho thấy keo tụ điện hóa là công nghệ

rất triển vọng cao trong xử lý triệt để nước thải ngành nhuộm.

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM

3.1 Hóa chất và thiết bị

3.1.1 Hóa chất

Các màu nhuộm dùng trong thí nghiệm là màu nhuộm công nghiệ p: Sunzol Black B

150% (SBB) và Sunfix Red S3B 100% cung cấp bởi Công ty dệt nhuộm Tân Phú

Cường, Tân Bình với công thức và cấu trúc như hình 3.1.

λmax: bước sóng hấp thu tối đa

Hình 3.1 Đặc tính lý học của các màu dùng trong thí nghiệm

- Phèn nhôm dùng trong thí nghiệm là loại phèn nhôm (Kalium a luminum sulfat

K2SO4·Al2[SO4]3·24H2O) bột mịn 10,3% Al2O3, Công ty hóa chất Biên Hòa.

- Nước dùng pha chuẩn là nước cất hai lần

- Các hóa chất khác: NaOH 0,1N và H2SO4 0,2N, … đều đạt chuẩn trong phân tích.

Nước thải nhuộm thực tế tại DNTN Tiền Kim Thành (Lô D12, đường số 6A, Khu TTCN Lê Minh Xuân, xã Tân Nhựt, huyện Bình Chánh, Tp.HCM) với các thông số

được nêu trong bảng 3.1 đây cũng là thông số đặc trưng cho nước thải của nhà máy

nhuộm hoạt tính (Loan, 2011; Thanh và cộng sự, 2013).

Bảng 3.1 Thông số nước thải đầu vào của DNTN Tiền Kim Thành

Các thông số Đơn vị Kết quả phân tích

pH 8 - 11

TSS mg/l 250-270

mg/l 150-200 BOD5

COD mg/l 180-300

Pt - Co 200-350 Độ màu

3.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 3.1.2.1 Máy quang phổ so màu UV-Vis

Máy quang phổ so màu DR5000 do hãng HACH (Hoa Kỳ) sản xuất. Bước sóng

quét có thể đạt từ 190 – 1100 nm.

Hình 3.2 Máy quang phổ UV-Vis

3.1.2.2 Máy đo pH

Máy đo pH do hãng METTLER TOLEDO (Thụy Sĩ) sản xuất

Hình 3.3 Máy đo pH

3.2. Phương pháp tạo mẫu nước chứa màu và chất keo tụ

3.2.1 Phương pháp tạo mẫu nước Cân 0,050 g MN cho vào bình định mức 1,0lít, thêm 80ml nước cất, vài giọt NaOH (0,1M), lắc đều cho MN tan hết. Thêm 800ml nước cất, dùng NaOH chỉnh pH khoảng 11, định mức thành 1,0 lít, sau đó đun nóng dung dịch đến 700C, kết hợp khuấy từ trong 1,0 giờ, đảm bảo cho mẫu tan hoàn toàn và MN trong nước là dạng

hoàn toàn thủy phân.

3.2.2 Phương pháp Jartes

- Sunzol Black B 150%: 50mg/l Nồng độ màu nhuộm khảo sát:

- Sunfix Red S3B 100%: 50mg/l

3.2.2.1 Xác định pH tối ưu

- Cho vào 6 becker đánh số thự tự mỗi becker 500 ml dung dịch MN.

- Dùng dung dịch NaOH (0,1N) và acid HCl (0,1N) chỉnh pH mỗi becker lần lượt

5-12.

- Nồng độ phèn trong dung dịch màu nhuộm 60 mg/l. - Đặt becker vào thiết bị Jar -test, lắp các cánh khuấy, khuấy nhanh 180vòng/phút trong 2,0 phút, giảm tốc độ quay xuống 60 vòng/phút, giữ tốc độ này trong 15

phút.

- Tắt máy khuấy, để lắng 30phút, sau đó lấy 3,0 ml mẫu trên bề mặt xác định chỉ

tiêu độ màu.

pH tối ưu sẽ tương ứng với mẫu có độ màu thấp nhất. 3.2.2.2 Khảo sát nồng độ màu tối ưu

- Cho vào 6 becker đánh số thự tự mỗi becker 500ml MN với các nồng độ khác

nhau 30-140 mg/l.

- Dùng dung dịch NaOH (0,1N), acid HCl (0,1N), chỉnh và cố định pH tối ưu ở

mỗi becker.

- Cố định nồng độ phèn tối ưu trong dung dịch màu nhuộm đã k hảo sát ở trên.

- Đặt becker vào thiết bị Jar -test, lắp các cánh khuấy, khuấy nhanh 180 vòng/phút

trong 2,0 phút, giảm tốc độ quay xuống tốc dộ khuấy tối ưu, giữ tốc độ này trong

thời gian khảo sát tối ưu.

- Tắt máy khuấy, để lắng 30 phút, sau đó lấy mẫu trên bề mặt xác định chỉ tiêu độ

màu.

Nồng độ màu tối ưu sẽ tương ứng với mẫu có độ màu thấp nhất.

3.2.2.3 Khảo sát quá trình xử lý màu bằng phèn nhôm

Bảng 3.2 Các yếu tố khảo sát của phèn nhôm

Yếu tố Khoảng khảo sát

pH 5- 12

1000

2 Nồng độ chất keo tụ phèn nhôm (mg/l) Nồng độ màu (mg/l)

Hình 3.4 Mô hình Jartest dùng trong thí nghiệm

3.2.3 Phương pháp thí nghiệm

Sử dụng trong điện phân như trong hình 3.5 sử dụng bộ nguồn một chiều có

điều chỉnh điện thế giữ ổn định điện thế trong suốt quá trình điên phân. Kích thước điên cực 10×10 cm. Khoảng cách điên cực là 15 -20 mm, sử dụng hai

cặp điện cực (2 anôt, 2 catôt). Vật liệu điện cực CT3. Mẫu màu nhuộm pha với

nồng độ nhất định bằng nước cất.

Hình 3.5 Mô hình điện hóa dùng tron g thí nghiệm

3.3 Khảo sát quá trình xử lý màu pha bằng điện hóa

Quá trình khảo sát dựa trên sự đánh giá phô hấp phụ UV, qua quá trình điện

phân bản hấp phụ màu nhuộm thay đổi, thông qua chất phổ

đó đánh giá sự phân hủy cấu trúc của màu nhuộm và hợp chất khác được tạo ra.

Ngoài việc đánh giá thay đổi cấu trúc của màu nhuộm theo sự thay đổi của phổ

UV, thông số COD cũng được đề cập đến như là một thông số cho biết việc oxi hóa

một phần màu nhuộm trong dung dịch tạo ra sản phẩm khoáng hóa. Căn cứ vào đặc tính nước thải nhuộm lấy tại cơ sở , điều kiện phòng thí nghiệm và

tham khảo tài liệu từ các nghiên cứu (Pekel và cộng sự, 2013; Al và cộng sự, 2012;

Lakshmanan và cộng sự, 2009; Asselin và cộng sự, 2008) các yếu tố điều chỉnh và

thông số thay đổi được tóm tắt trong bảng 3.2

Bảng 3.3 Các bước và yếu tố thí nghiệm cho màu SRB , SRS

Bước Yếu tố Khoảng khảo sát thí nghiệm

1 pH 3-12

2 1200 -1400 Muối Na2SO4(g/l)

3 30-140

4 43,3-130 Nồng độ màu (mg/l) Mật độ dòng (A/m2)

5 4-10 Thời gian (phút)

Được chi tiết hóa như sau :

3.3.1. Xác định pH tối ưu

 Cố định lượng sulphate (chọn nồng độ 4000 mg/l) và các yếu tố nồng độ thuốc nhuộm (30 - 140 mg/l), mật độ dòng (43,3 - 130,0 A/m2) và thời gian phản ứng (4 -

10 phút);

 Biến thiên giá trị pH tại các điểm 3 - 12 (điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH

0,1M và HCl 0,1M).

 Tiến trình thí nghiệm như sau:

- Cho vào bình điện hóa 3,0 lít dung dịch thuốc nhuộm đã được pha với nồng

độ 30-140 mg/l và lượng sulphate 4000 mg/l;

- Dùng dung dịch NaOH (0,1M), axít HCl (0,1M), chỉnh và cố định lần lượt

các giá trị pH đã chọn khảo sát;

- Gắn điện cực

- Bật máy, chỉnh dòng tương ứng 43,3 A trong 4,0 phút;

- Tắt máy, để lắng 30 phút, sau đó lấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.

pH lựa chọn chính là pH mẫu có độ hấp thu thấp hoặc thích hợp nhất.

3.3.2. Xác định nồng độ sulphate tối ưu

 Thực hiện tương tự bước khảo sát pH, nhưng cố định pH (tại ngưỡng X lựa chọn), mật độ dòng (43,3 - 130,0 A/m2), nồng độ màu nhuộm (30 - 140 mg/l) trong thời gian 4 - 10 phút.

 Thay đổi nồng độ muối ở các mức: 4000- 5000 mg/l.

 Trình tự thí nghiệm như sau:

- Cho vào bình điện hóa 4,0lít dung dịch thuốc nhuộm đã được pha với nồng

độ 30 - 140 mg/l lần lượt ở các hàm lượng muối s ulphate khác nhau;

- Dùng dung dịch NaOH (0,1M), axít HCl (0,1M), chỉnh và cố định pH theo

giá trị pH X tối ưu đã được khảo sát ở mục 3.3.1;

- Gắn điện cực - Bật máy, chỉnh mật độ dòng tương ứng 43,3 A/m2 trong 2 – 15 phút;

- Tắt máy, để lắng 30 phút, sau đó lấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.

Nồng độ sulphate lựa chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu thấp hoặc thích

hợp nhất.

3.3.3. Xác định mật độ dòng tối ưu

 Cố định các yếu tố pH, nồng độ màu nhuộm, hàm lượng sulphate trong

4,0phút.

 Thay đổi mật độ dòng ở các mức 43,3 - 130,0 A/m2;  Trình tự thí nghiệm như sau: - Cho vào bình điện hóa 3,0 lít dung dịch thuốc nhuộm đã được pha với nồng

độ màu 50 mg/l và sulphate thích hợp (mục.3.3.2);

- Dùng dung dịch NaOH (0,1M) và axít HCl (0,1M), chỉnh và cố định pH theo

giá trị pH X tối ưu đã được khảo sát ở mục 3.3.1;

- Gắn điện cực - Bật máy, chỉnh mật độ dòng tương ứng 43,3 A/m2 trong 4,0 phút;

- Tắt máy, để lắng 30 phút, sau đó lấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.

Cường độ dòng thích hợp được chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu t hấp

hoặc kinh tế nhất.

3.3.4. Xác định thời gian điện hóa tối ưu

 Cố định các yếu tố pH, nồng độ màu nhuộm, hàm lượng sulphate và cường

độ dòng trong ngưỡng thời giant hay đổi từ 4 - 10phút.

 Trình tự thí nghiệm như sau:

- Cho vào bình điện hóa 3,0 lít dung dịch thuốc nhuộm đã được pha với nồng

độ màu 50 mg/l và sulphate thích hợp (mục 3.3.2);

- Dùng dung dịch NaOH (0,1M) và axít HCl (0,1M), chỉnh và cố định pH theo

giá trị pH X tối ưu đã được khảo sát ở mục 3.3.1;

- Gắn điện cực

- Bật máy, chỉnh dòng khảo sát tươ ng ứng với mật độ dòng thích hợp (muc

3.3.3) trong khoảng thời gian khảo sát 4 - 10 phút;

- Tắt máy, để lắng 30 phút, sau đó lấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.

Thời gian điện hóa thích hợp được chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu

thấp hoặc kinh tế nhất.

3.3.5. Xác định nồng độ màu tối ưu

 Cố định các yếu tố pH, nồng độ sulphate, thời gian và cường độ dòng.

 Chọn khảo sát nồng độ MN ở các mức 30 - 140 mg/l

Trình tự thí nghiệm như sau: - Cho vào bình điện hóa 3,0 lít dung dịch thuốc nhuộm đã được pha với nồng

độ 50mg/l và dung dịch sulphate thích hợp xác định tại mục 3.3.2;

- Dùng dung dịch NaOH (0,1M), axít HCl (0,1M), chỉnh và cố định pH theo

giá trị pH X tối ưu đã được khảo sát ở mục 3.3.1;

- Gắn điện cực

- Bật máy, chỉnh mật độ dòng thích hợp (muc 3.3.3) trong thời gian tương ứng

(mục 3.3.4);

- Tắt máy, để lắng 30phút, sau đó lấy mẫu đem phân tích độ hấp thu.

Nồng độ màu được chọn sẽ tương ứng với mẫu có độ hấp thu thấp hoặc thích

hợp nhất.

3.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

3.4.1 Phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích dùng trong thí nghiệm hầu hết là các phương pháp phân

tích nước.

3.4.1.1 Xác định độ dài sóng có độ hấp thu cực đại

Bước sóng cho khả năng hấp thụ cực đại được xác định bằng cách cho quét 3,0 ml

dung dịch MN với máy quang phổ kế, cuvet thạch anh, trong dải bước sóng 190 -

900 nm. Từ phổ hấp thu này xác định các đỉnh hấp thu cực đại và các bước sóng

tương ứng của từng loại thuốc nhuộm sử dụng trong luận án.

Độ hấp thụ trình bày trong kết quả thí nghiệm là hiệu số giữa độ hấp thu tổn g cộng

trừ cho độ hấp thu của dung dịch nền.

3.4.1.2 Xác định pH và COD

Phân tích theo phương pháp thử tiêu chuẩn cho nước và nước thải của Hiệp hội

sức khỏe cộng đồng, Hoa kỳ (Clesceri và cộng sự, 1998).

3.4.2. Phương pháp xử lý số liệu

3.4.2.1 Phương pháp hồi quy tuyến tính

Dùng phần mềm bảng tính Excell xây dựng đường chuẩn biểu thị mối quan hệ

giữa lượng màu có trong dung dịch với độ hấp thụ quang, cũng như lượng màu cò n lại trong dung dịch với lượng màu đã bị hấp phụ.

3.4.2.2 Phương pháp thống kê toán học

Các phân tích thống kê được thực hiện gồm có trị số trung bình và độ lệch chuẩn

của 3 lần lặp lại các giá trị đo đạc và phân tích. - Trị số trung bình số học x được tín h:



x

 

x i n

- Độ lệch chuẩn S được tính bởi công thức:

(

)

    

Trong đó xi là giá trị thu được lần thứ i khi thí nghiệm được lặp lại n lần.

3.4.2.3 Tính toán trong thí nghiệm phân hủy màu

Hiệu quả xử lý

- Sự phân hủy màu của màu nhuộm được tính toán thông qua hệ số hấp thụ

x 100

cực đại của máy quang phổ UV-Vis:

A  A 0

Hiệu suất khử màu (%) =

Ao: Độ hấp thụ của dịch nhuộm ban đầu;

A: Độ hấp thụ của dịch nhuộm sau xử lý.

Điện năng và chi phí Điện năng tiêu thụ và chi p hí xử lý được tính toán dựa trên nghiên cứu của Abdel

và cộng sự cho bởi các phương trình sau (Abdel và cộng sự, 2012).

Điện năng tiêu thụ (kWh/ m3)

Chi phí xử lý = Giá điện * Điện tiêu thụ

Trong đó:

U: hiệu thế đặt tại hai bản điện cực (V),

I: cường độ dòng điện (A),

t: thời gian điện phân (giây),

V: thể tích bình phản ứng ( lít)

Giá điện tại việt nam quy đổi ra USD là 0.06 USD/kWh = 1200 - 1500 VNĐ/kWh.

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Xây dựng đường chuẩn của màu nhuộm

Sau khi pha dung dịch màu, quét bước sóng từ 380 – 750 nm xác định được bước

sóng ứng với độ hấp thu cực đại (Amax), đo độ hấp thu với bước sóng này (λ max)

được Bảng 4.1. Từ đó lập được đường chuẩn của MN.

Sunzol Black B 150%

Sunfix Red S3B 100%

C (g/L)

COD

thu

Độ hấp

Độ màu

Độ hấp

Độ màu

(Pt-Co)

(mg/L)

(Abs)

(Pt-Co)

(mg/L)

(Abs)

8,1

0,01

0,235

246

4,07

0,154

16,2

0,02

0,461

484

129

4,07

0,322

19,9

0,03

0,685

750

191

6,1

0,467

24,3

0,04

0,936

1030

256

6,1

0,638

32,6

0,05

1,160

1230

315

10.,17

0,794

36,7

0,06

1,360

1440

371

14,24

0,951

44,1

0,07

1,577

1680

439

16,27

1,108

48,4

0,08

1,804

1910

499

20,34

1,261

56,2

0,09

2,011

2150

566

24,41

1,458

60,7

0,10

2,243

2370

622

26,44

1,58

67,8

0,11

2,491

2640

686

28,48

1,74

72,7

0,12

2,683

2860

765

32,54

1,885

80,5

0,13

2,900

3090

812

34,58

2,033

84,7

0,14

3,078

3310

878

38,64

2,181

91,9

0,15

3,302

3580

938

38,64

2,303

600

541

λ max

Bảng 4.1. Độ hấp thu ứng cực đại ứng với từng nồng độ màu của MN

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng màu của màu Sunzol Black B 150%ở bước sóng 600 nm

Hình 4.2 Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc độ hấp thụ và độ màu vào hàm lượng màu của

màu Sunfix Red S3B 100%ở bước sóng 541 nm

4.2 Mối liện hệ giữa cường độ, mật độ dòng và thế giữa các điện cực

Mối liện hệ giữa cường độ mật độ và hiệu thế giữa các điện cực được xác định

thông qua thí nghiệm khử màu 50 mg/l SRS chứa 1200 mg/l sulphate tại pH 11 trong 4,0 phút trong khi điều chỉnh mật độ dòng từ 43,3 đến 130,0 A/m2. Hơn nữa

như đề cập tại chương 3 khoảng cách giữa các điện cực được giử cố định 15 mm vì

vậy mật độ dòng ứng với mỗi thông số cường độ sẽ là hằng số. Mối liên hệ giữa các

thông số được biểu diễn trong bảng 4.2.

Bảng 4.2 Mối liên hệ giữa cường độ, mật độ dòng và hiệu thế trong thí nghiệm

điện hóa

Cường độ Mật độ Diện tích bề mặt Thế ban đầu Thế sau cùng

I J S Uđầu Ucuối

[A] [A/ m2] [cm2] [V] [V]

2 43.3 10 10

3 65.0 15 15 461.68 4 86.6 20 19

5 6 108.3 130.0 25 30 20 22

4.3 Khảo sát quá trình loại màu bằng điện hóa

4.3.1 Pha màu

Ở nhiệt độ thường độ hòa tan MN rất hạn chế. Để tạo dung dịch màu cho quá trình

xử lý, chúng tôi tiến hành pha màu theo quy trình trong mục 3.3., chương 3 có nêu.

Quá trình trải qua nhiều giai đoạn như: Đun nóng, khuấy từ, chỉnh pH… Nhằm mục

đích tạo ra mẫu dung dịch chứa MN “tan hoàn toàn” và MN trong dung dịch phải ở

dạng “thủy phân”.

Nhắc lại: Trong nước thải nhuộm dạng tồn tại của màu nhuộm hoạt tính là dạng

thủy phân. S─ R─T─X + OH → S ─ R─ T─ OH + HX

Với cấu trúc này, độ hòa tan trong dd của MN rất cao, vì thế khả năng xử lý triệt để

màu rất khó khăn.

4.3.2 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu và các yếu tố khảo sát 4.3.2.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là màu Sunzol Black B và Sunfix Red S3B. Đây là một trong số nhiều màu hoạt tính vẫn còn ít nghiên cứu. Hơn nữa, sau khi khảo sát một số cơ

sở nhuộm, chúng tôi thấy đây là một trong số những màu được sử dụng nhiều ở TP.

HCM và có thành phần độc hại cao cho môi trường.

 Sunzol Black B (SBB): Có phần hoạt tính là vinilsulfon, trong phân tử có hai

nhóm mang màu azobenzen tạo nên màu xanh đen của MN, cấu trúc khá đối xứng.

 Dạng tồn tại trong dung dịch xử lý là dạng thủy phân hoàn toàn (Hình 4. 3 và

4.4)

Chưa thủy phân

Thủy phân

Hình 4.3 Dạng tồn tại của Sunzol Black B trong dung dịch

 Sunfix Red S3B (SRB) có gốc mang màu azo, với phần hoạt tính hỗn hợp cả

Triazin lẫn Vinyl sulphone.

Chưa thủy phân

Thủy phân

Hình 4.4 Dạng tồn tại của màu Sunfix Red S3B

4.3.2.2 Các yếu tố khảo sát

Quá trình điện hóa khử màu thuốc nhuộm chịu ảnh hưởng của các yếu tố, trong

nghiên cứu này chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố sau:

1. pH

2. Hàm lượng muối Sulphate

3. Mật độ dòng

4. Thời gian điện hóa 5. Nồng độ chất màu

Khi khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nào thì yếu tố đó thay đổi trong quá trình thí

nghiệm, các yếu tố khác được giữ cố định. Kết quả thích hợp đạt được cho một yếu

tố, sẽ được lựa chọn ch o thí nghiệm khảo sát yếu tố tiếp theo.

4.4 Xác định các yếu tố thích hợp cho quá trình khử màu bằng điện hóa

4.4.1 Xác định pH thích hợp pH quyết định dạng tồn tại của ion keo tụ và thuốc nhuộm trong dung dịch,

pH quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả xử lý. Để xác định

pH tối ưu cho quá trình khử màu chúng tôi tiến hành khảo sát ở các điểm pH 3, 5, 6,

7, 9, 10, 11, 12 khi cố định các yếu tố nồng độ chất màu, nồng độ sulphate, mật độ

dòng trong một khoảng thời gian xác định thu được kết quả biểu diễn như hình sau:

2- 1200 mg/l; 65,0 A/m2; 4,0 phút cho SRS và 43,3 A/m2; 7,0 phút cho SBB)

Hình 4.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu và COD

(SO4

Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy được khoảng pH để các quá trình khử màu nhuộm hiệu quả là 6 - 11. Ở pH = 11 hiệu suất khử với hai màu là tốt nhất , hiệu quả khử màu và COD của SBB là 70,4 và 55,1%, với SRB giảm 46,1 và 42,4% . Việc này rất hợp lý vì theo Divagar và cộng sự (Lakshmanan và cộng sự, 2009) ngưỡng keo tụ của Fe3+ đạt hiệu quả cao nhất tại pH 6 - 11, tại đây dạng tồn tại của Fe3+chủ yếu của là Fe(OH)3 có khả năng loại màu rất hiệu quả (hình 4.6).

Hình 4.6 Dạng tồn tại của Fe3+ trong dung dịch ở các pH khác nhau

Hiệu suất có sự chênh lệch lớn có thể do sự sai khác về mật độ dòng và thời gian trong quá trình khảo sát thí nghiệm riêng của mỗi màu. Hơn nữa, bản chất nước thải dệt nhuộm đầu ra thường là 9 - 12 (Bảng 1.2), vì thế việc lựa chọn điều kiện pH thích hợp nằm trong ngưỡng này có lợi thế rất lớn về chi phí trung hòa

nước thải, do đó 11 được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo của SBB và SR S.

4.4.2 Xác định nồng độ sulphate tối ưu

Trong nước thải dệt nhuộm hàm lượng sulphate luôn rất cao ảnh hưởng lớn đến khả năng xử lý nước thải trong thực tế vì chúng gây ức chế vi sinh trong công

trình xử lý sinh học hay giảm hiệu quá trong quá trình keo tụ tạo bông. Nghiên cứu

khảo sát ngưỡng sulphate từ 800 – 2000 mg/l nhằm tìm hiểu ảnh hưởng của yếu tố

này đến quá trình keo tụ điện hóa kết quả thu được với hai màu được trình bày theo

hình 4.7.

Hình 4.7 Ảnh hưởng của nồng độ sulphate đến khả năng khử màu của SBB và SBR (pH 11; 65,0 A/m2, 4,0 phút cho SRS và 43,3 A/m2; 7,0 phút cho SBB)

Nhận xét: Qua biểu đồ trên ta thấy rằng: Nồn g độ muối sulphate có ảnh hưởng Đến khả năng khử màu của cả hai màu nhưng không đáng kể (chênh lệch 3 -5%).

Khi nồng độ muối tăng quá cao có xu hướng giảm hiệu suất khử màu kết quả này

cũng được khẳng định trong nghiên cứu của Primitivo (Del Ángel và cộng sự, 2014)

khi nồng độ sulphate quá cao làm giảm hiệu quả keo tụ. Chúng tôi chọn nồng độ

500 và 1200 mg/l cho các thí nghiệm tiếp theo của SRS và SBB.

4.4.3 Xác định mật độ dòng tối ưu

Một trong những yếu tố chính trong xử lý điện hóa chính là mật độ dòng, mật độ dòng càng cao, lượng electron tách khỏi anot càng nhiều, lượng ion kim loại sinh ra càng lớn khả năng khử màu theo đó cũng tăng lên. Tuy nhiên mật độ càng lớn lượng điện năng tiêu thụ và rũi ro về an toàn cũng tăng theo (định luật Faraday)

việc xác định được giá trị thích hợp vừa đủ hiệu quả nhưng tiết kiệm, an toàn là rất cần thiết. Thí nghiệm này thay đổi mật độ dòng từ 43,3 - 130,0 A/m2, để chọn ra giá

trị thích hợp nhất trong quá trình giảm màu.

2- 1400 mg/l; 7,0 phút cho SBB)

Hình 4.8 Ảnh hưởng của mật độ dòng đến khả năng khử màu

2- 1200 mg/l cho SRS và SO4

(pH 11; 4,0 phút, SO4

Nhận xét: Hình 4.8 cho thấy rằng hiệu quả có thể ghi nhận rỏ khi J ≥ 108,3 A/m2, ở giá trị thấp hơn hiệu quả thường không cao. hiệu suất giảm màu tại mật độ này đối

với cả hải màu nhuộm đạt rất cao > 97% việc tối ưu hóa không còn ý nghĩa. Các thí

nghiệm trước đây cũng chứng minh được tốc độ và khả năng loại bỏ chất ô nhiễm

tăng theo cường độ dòng điện. Thí nghiệm của Umran Tezcan Un và cộng sự

(2009) (Tezcan Ün và cộng sự, 2009) cho kết quả % COD xử lý tăng từ 63,8% lên 70,2% khi mật độ dòng tăng 150 A/m2 lên 250 A/cm2. K.S. Parama Kalyani và cộng sự (2009) (Kalyani và cộng sự, 2009) cũng đã nêu ra kết quả thí nghiệm là hiệu quả xử lý COD tăng 58% lên 84% với cường độ dòng điện 5 0 A/m2 lên 150 A/m2.

Tuy nhiên, cường độ dòng điện tăng dẫn đến điện thế tăng theo, làm cho trong bể

phản ứng có các tác dụng phụ như nhiệt tăng. Đồng thời chi phí vận hành cũng tăng

theo do tải trọng điện tích cần thiết và lượng sắt bị oxy hóa tăng. Do đó, cần giới

hạn cường độ dòng điện để tránh những phản ứng phụ và giảm chi phí vận hành. Vì thế chúng tôi lựa chọn mật độ 86,6 A/m2 với hiệu suất khử màu và COD lần lượt

98,1và 64,8% cho SBB và 68,5và 48,5% cho SRS cho thí nghiệm xác định thời gian

phản ứng thích hợp.

4.4.4 Xác định thời gian điện hóa tối ưu

Cùng với mật độ dòng, thời gian xử lý chính là một trong những thông số quan

trọng nhất trong quá trình điện hóa, thời gian càng tăng lượng ion kim loại thoát ra

từ anot càng nhiều, hiệu suất cũng tăng lên. Nhưng cũng giống với mật độ đòng,

thời gian càng dài năng lượng sinh ra càng lớn (định luật Faraday), tốn thêm chi phí

động thời làm gia nhiệt phản ứng. Vì thế việc xác định được thời điểm dừng thích

hợp cho quá trình xử lý là một trong những yêu cầu cơ bản của xử lý bằng dòng

điện. Do yếu tố quan trọng của thời gian phản ứng chúng tôi thực hiện lần lượt

nhiều thí nghiệm thay đổi từ 2- 13 phút, với các yếu tố khác được giử cố định như

bảng 4.3 và xác định được ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả khử màu theo hình

4.9 sau.

pH SO4

Thông số

2- Mật độ dòng Nồng độ màu nhuộm

Thời gian

[mg/l]

[A/m2]

[mg/l]

[Phút]

Màu nhuộm

1400

86.6

4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

Bảng 4.3 Thông số các yếu tố trong thí nghiệm thay đổi thời gian

SBB

SRS

1200

86.6

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

2- 1400 mg/l cho SBB)

Hình 4.9 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng loại màu

2- 1200 mg/l cho SRS và SO4

(pH 11; 86,6 A/m2; SO4

Nhận xét: Trong tất cả các thí nghiệm và trong suốt thời gian điện phân, dung dịch

chuyển sang màu xanh và các bọt khí xuất hiện ở cathode. Từ phút thứ 6 trở đi hiệu

quả khử màu gần như hoàn toàn (> 97 %) cho cả hai màu nhuộm, màu trong bể phản ứnbị loại gần như hoàn toàn, các cặn màu xanh và màu vàng hình thành. Màu

xanh và màu vàng là do sự có mặt của các hydroxide Fe(II) và Fe(III). Các hydroxit kim loại sinh ra theo quy trình như công thức đã được nêu trên.

Theo định luật Faraday, khi thời gian điện phân tăng lượng ion sắt và hydro tăng

cao dẫn đến mật độ phân bố của các cấu tử keo tụ tăng. Lượng điện tích trong bể

phản ứng cũng tăng theo thời gian ) khi cố định cường độ dòng điện, điều

này ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất xử lý. Kết q uả là hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm

tăng khi thời gian điện phân tăng. Tuy nhiên, khi thời gian phản ứng dài, lượng ion OH- sinh ra trong quá trình điện phân H2O ở cathode tăng, làm cho pH của dung - là ion chính trong dung dịch tăng lên. Khi pH của dung dịch lớn hơn 10, Fe(OH) 4

dịch, ion này không có khả năng keo tụ hiệu quả. Chính vì vậy, các chất ô nhiễm - hòa tan làm còn lại trong dung dịch không keo tụ được, cộng thêm lượng Fe(OH) 4

cho COD và độ màu của dung dịch tăng lên. Kết quả này tương tự như Abde l và

cộng sự trong quá trình khử COD trong nước thải thuốc trừ sâu (Abdel và cộng sự,

2012). Trong thí nghiệm này, chúng tôi chọn thời gian thích hợp là 5,0 phút với

màu SRS và 6,0 phút với màu SBB cho thí nghiệm xử lý tiếp theo.

4.4.5 Xác định nồng độ màu nhuộm hiệu quả

Thông thường hàm lượng màu trong nước thải nhuộm hoạt tính khá cao (độ

màu xấp xỉ 1000 Pt-Co), nồng độ quá cao hay quá thấp cần một lượng xác định chất

keo tụ hay nói cách khác mỗi nồng độ màu cần xác định chính xác điều kiện thí

nghiệm điện hóa. Trong thí nghiệm này, chúng tôi thay đổi nồng độ chất màu từ 30 – 140 mg/l nhằm tìm kiếm ngưỡn g chất màu hiệu quả nhất của SRS và SBB, kết

2- 1400 mg/l; 5,0 phút

quả được trình bày tại hình 4.10.

(pH 11; 86,6 A/m2; 5,0 phút; SO4 Hình 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ màu đến khả năng khử màu 2- 1200 mg/l cho SRS và SO4

cho SBR)

Nhận xét: Qua biểu đồ trên cho thấy nồng độ màu ảnh hưởng lớn đền khả năng xử

lý nồng độ càng cao hiệu suất khử màu càng giảm. Điều này có thê giải thích ứng

với một mật độ dòng và thời gian nhất định hàm lượng hydroxit tạo thành trong dung dịch chỉ có nồng độ nhất định khi nồng độ càng cao hay phân tử màu nhuộm

trong dung dịch càng nhiều lượng hydroxit không thể phản ứng đủ và ngược lại. Theo đó nồng độ thí nghiệm thích hợp cho quá trình xử lý là 50mg/l cho cả hai

thuốc nhuộm với hiệu suất khử màu đạt trên . Kết quả này một lần nữa khẳng định

được ý tưởng dùng xử lý hoàn toàn màu nước thải nhuộm trong thời gian ngắn bằng dòng điện là rất có cơ sở.

4.4.6 Điện năng tiêu thụ và chi phí xử lý

Điện năng tiêu thụ và chi phí đóng vai trò rất quan trọng trong việc xem xét tính ứng dụng công nghệ này trong thực tế. Trong nghiên cứu này c húng tôi tính

đến hai thông số này dựa vào phương trình đã được đề cập trong chương 3 tại các

thời điểm tối ưu trong quá trình xử lý. Các tính toán được tóm gọn trong bảng 4.4

IDC

CODR

Econs

Chi phí

*Thông số

2- pH SO4

CFe

Màu

[mg/l]

[phút]

[mg/l]

[A/m2]

[%]

kWh/m3

[g/l]

VNĐ/m3

11 1400

86.6

97.1

79.9

0.104

Bảng 4.4 Chi phí xử lý và điện năng tiêu thụ tại thời điểm tối ưu

SBB

1.90

1.800

SRS

11 1200

86.6

98.7

54.7

0.087

1.67

1.580

*T Thời gian, IDC: nồng độ màu , J Mật độ dòng , CR hiệu quả khử màu, CODR hiệu quả khử COD, Econs Điện năng tiêu thụ và CFe nồng độ ion sắt trong dung dịch.

Các tính toán từ bảng 4 cho thấy, chi phí xử lý nước thải trong trường hợp chứa 2 màu SRS và SBB chỉ là 0.079 và 0.09 USD/m3. So sánh với các nghiên cứu khác xử lý màu nhuộm dung điện cực sắt giá tiền xử lý rất phù hợp thậm chí rẽ hơn

(Ozyonar và Karagozoglu, 2011; Bayramoglu và cộng sự, 2004).

4.5 Nước thải thực tế

Qua khảo sát sau 13 lần chạy với mẫu nước thải thực tế cho thấy màu nước thải nhuộm loại gần như triệt để (98,8 %) tại m ật độ dòng 6,0 A/m2; Thời gian xử lý 4,5

phút.

Phân tích kết quả thực nghiệm bằng phần mềm minitab 14 cho thấy 2 thông số thời

gian và cường độ gần như có tương tác thuận với nhau ( hình 4.11 và 4.12). Thời

gian càng tăng hay cường độ càng tăng hiệu suất càng cao (hình 4.13). Phương trình

hồi quy thu được: Hiệu suất khử màu (%) = - 82.5 + 0.954 x J + 12.5*t

với R2 = 86,95 % và p = 0.000 (Phụ lục A8) cho thấy kết quả thu được là rất c ó ý nghĩa, điều này khẳng định th êm lần nữa rằng keo tụ điện hóa có thể ứng dụng rất

tốt trong xử lý nước thải nhuộm hoạt tính.

Main Effects Plot for Hiệu suất khử màu (%) Data Means

Interaction Plot for Hiệu suất khử màu (%) Data Means

Mật độ dòng (A/m2)

Thời gian (phút)

100

)

%

Mật độ dòng (A/m2) 56.0 65.0 86.6 108.3 117.3 130.0

n a e M

( u à m ử h k

ả u q u ệ i H

2.4

3.0

4.0

4.5

6.0

6.6

Thời gian (phút)

56.0

65.0

86.6

108.3

117.3

130.0

2.4

3.0

4.0

4.5

6.0

6.6

Hình 4.11 Tác động chính (a) và tương tác (b) của mật độ và thời gian trong thí

nghiệm xử lý nước thải thực tế

Surface Plot of Hiệu suất khử mà vs Mật độ dòng (A/m, Thời gian (phút)

100100

Hiệu suất khử màu (%)

4 4

125

100

Thời gian (phút)

Mật độ dòng (A/m2)

Hình 4.12 Hiệu quả xử lý keo tụ điện hóa trong thí nghiệm xử lý nước thải thực tế

4.6 So sánh với phương pháp keo tụ

Để so sánh hiệu suất loại màu dung keo tụ điện hóa so với các phương pháp khác, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng xử lý các màu này bằng phương

pháp keo tụ phèn nhôm - thí nghiệm Jar-test. Đây là một phương pháp phổ biến áp dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp trong đó có nước thải nhuộm.

Đầu tiên , chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng xử lý dung dịch màu pha loãng 2

mg/l trong khoảng pH: 4, 5, 6, 7, 8 và cố định nồng độ phèn là 1000 mg/l.

Sau khi tìm được điểm pH tối ưu, chúng tôi tiến hành cố định yếu tố pH và thay

đổi liều lượng phèn: 600, 800, 1000, 1200 và 1400 mg/l để tìm ra hàm lượng phèn

tối ưu.

Hiệu suất xử lý được trình bày trong Bảng 4.5, 4.6 và các Hình 4.13 và 4.14

Bảng 4.5 Hiệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2 mg/ l khi thay đổi pH

Màu pha

SBB

SRS

pH

15,94

19,56

16,06

21,85

16,14

22,50

12,25

15,88

5,45

14,25

Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý các dung dịch màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi liều lượng

phèn

Màu pha

SBB

SRS

Phèn (mg/l)

600

14,73

17,81

800

18,73

23,47

1000

16,16

22,51

1200

15,82

19,47

1400

15,11

18,90

Hình 4.13 Hiệu suất xử lý màu nhuộm 2 ,0 mg/l khi thay đổi pH

Hình 4.14 Hiệu suất xử lý màu nhuộm 2,0 mg/l khi thay đổi liều lượng phèn

Nhận xét:



Tất cả các loại MN hoạt tính trên đều có điểm xử lý pH tối ưu là 6, trong đó khoảng pH từ 4 - 6 tỏ ra thích hợp với quá trình xử lý, ở pH kiềm (8) hoặc acid (3)

đều không thích hợp cho quá trình keo tụ.

 Liều lượng phèn tối ưu đạt được là 800mg/ l, liều lượng phèn mặc dù không

ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất keo tụ như pH, nhưng ở nồng độ quá cao hoặc quá

thấp đều không cho kết quả tốt.

 Thí nghiệm cho thấy, kết quả xử lý dung dịch MN hoạt tính loại vinyl

sulphone và triazine không thích hợp xử lý bằng phương pháp keo tụ , hiệu suất tổng

cộng thu được khi khảo sát cả hai yếu tố đều < 30%.

Với hiệu suất vượt trội > 90% khử màu (sau 5,0 phút) bất chấp đó là màu

nhuộm loại nào, cho thấy tính hiệu suất của điện hóa so với phương pháp keo tụ

thông thường.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Nghiên cứu quá trình phân hủy hai màu nhuộm (MN) hoạt tính: Sunzol Black B

150 % và Sunfix Red S3B 100% ở dạng dung dịch màu pha và nước thải thực tế tại

một cơ sở nhuộm dùng mô hình điện hóa, bước đầu cho ta những kết luận sau:

1. Điều kiện thích hợp trong quá trình loại màu bằng keo tụ điện hóa:

Mật độ dòng: 86,6 A/m2; pH 11; nồng độ màu nhuộm 50 mg/l; nồng độ

sulphate 1200 mg/l và thời gian 5,0 phút với màu SRS hay 1400 mg/l, trong

6,0 phút với màu SBB.

2. Quá trình khử màu dung dịch màu pha và nước thải đều có hiệu suất khá cao,

hiệu suất khử màu gần như hoàn toàn (trên 90%, sau 5,0 phút), bất kể màu hoạt

tính đó thuộc nhóm họ vinyl sulphone hay triazine. Điều này cho thấy cấu trúc MN không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả khử màu.

3. Thí nghiệm Jar-test cho thấy khả năng loại màu các nhóm hoạt tính họ vinyl

sulphone và triazine cho kết quả rất thấp. Khẳng định ưu thế của điện hóa xử lý màu so với phương pháp xử lý keo tụ thông thường (không chọn lọc và hiệu suất

cao).

4. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ của quá trình keo tụ điện hóa đối với nước thải cao

hơn dung dịch màu pha.

5. Chi phí điện năng trong quá trình xử lý cũng khá hợp lý so với các phương pháp

xử lý hiện đang dùng trong xử lý nước thải nhuộm.

Với ưu điểm cơ bản là điều kiện vận hành đơn giản không phải cho thêm hóa chất phụ trợ, không cần thêm nhiều năng lượng trong quá trình vận hành. Keo tụ điện

hóa là một sự lựa chọn tương đối khả thi cho việc xử lý hoàn toàn độ màu và xử lý một phần COD của nước thải nhuộm. Do đó sự kết hợp quá trình xử lý keo tụ điện

hóa và quá trình sinh học có triển vọng trở thành một công cụ xử lý hiệu quả và

thân môi trường trong công nghệ xử lý nước thải nhuộm.

Kiến nghị

Quá trình keo tụ điện hóa nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng, phá màu,

loại bỏ kim loại năng, hỗ trợ tốt cho quá trình xử lý nước thải ở các công đoạn tiếp

theo vì vậy nên kết hợp giữa phương pháp keo tụ và với các phương pháp xử lý sinh

học để đạt kết quả tốt nhất. Cần tiếp tục nghiên cứu và thực hiện phương pháp

tối ưu hóa để đạt được hiệu quả tốt hơn đối với các loại nước thải nhuộm hoạt

tính và các loại màu nhuộm khác như acid, hoàn nguyên, phân tán…, đồng thời

có thể mở rộng cho các loại nước thải khác bị nhiễm màu khác (cà phê, rỉ rác)

và nhiễm kim loại nặng (xi mạ, thuộc da).

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. D.J. Joo, W.S. Shin, J.H. Choi, S.J. Choi, M.C. Kim, M.H. Han, T.W. Ha, 'Decolorization of reactive dyes using inorganic

[2]. (1984).

[3].

[4].

Y.H. Kim, (2007). coagulants and synthetic polymer'. Dyes Pigm.,73 (1), 59-64. E.A. Vik, D.A. Carlson, A.S. Eikum, E.T. Gjessing, 'Electrocoagulation of potable water'. Water Res.,18 (11), 1355-1360. S.G.A. Abdel, A.M. Baraka, K.A. Omran, M.M. Mokhtar, (2012). 'Removal of Some Pesticides from the Simulated Waste Water by Electrocoagulation Method Using Iron Electrodes'. Int. J. Electrochem. Sci.,7 (8), 6654-6665. B.K. Körbahti, A. Tanyolaç, (2008). 'Electrochemical treatment of simulated textile wastewater with industrial components and Levafix Blue CA reactive dye: Optimization through response surface methodology'. J. Hazard. Mater.,151 (2–3), 422-431. [5]. H.V. Khánh, (2004). 'Nghiên cứu ứng dụng dòng điện xoay chiều trong xử lý nước thải dệt nhuộm'. Tạp chí Hóa học,42 (1), 5-7. [6]. N.T.P. Loan, Greening Textile Industry in Vietnam, in: Environ. Technol., Wageningen University, Wageningen, , 2011.

[8].

[9].

[7]. D.M. Lam, T.T. Chiên, (2014). 'Nghiên cứu một số đặc tính sinh học của chủng nấm đảm trametes maxima CPB30 sinh Laccase ứng dụng trong xử lí màu nước ô nhiễm do thuốc nhuộm'. Tạp chí Sinh học,35 (4), 477-483. B.X. Thanh, N.T. Tin, N.P. Dan, (2013). 'Influence of Recirculation Rate on Performance of Membrane Bioreactor Coupling with Ozonation Treating Dyeing and Textile Wastewater'. J. Water Sustain.,3 (2), 71-78. B.M. Hà, B.N.H. Trinh, L.N. Thạch, (2011). 'Nghiên cứu phân hủy màu nhuộm dưới sự hỗ trợ của siêu âm'. Tạp chí Khoa học và Công Nghệ,49 (2), 81-91.

[10]. Y.S. Perng, B.M. Ha, (2015). 'The feasibility of cassia fistula gum with polyaluminium chloride for decolorization of reactive dyeing wastewater'. J. Serb. Chem. Soc.,80 (01), 115-125.

[11]. A. Assadi, M. Amin, R. Nateghi, (2013). 'Application of coagulation process reactive blue 19 dye removal from textile industry wastewater'. Int. J. Environ. Health Eng.,2 (1), 5-5.

[12]. A.K. Verma, R.R. Dash, P. Bhunia, (2012). 'A review on chemical coagulation/flocculation technologies for removal of colour from textile wastewaters'. J. Environ. Manage.,93 (1), 154-168.

[13]. A. Al-Kdasi, A. Idris, K. Saed, C.T. Guan, (2004). 'Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes—a review'. Global Nest Int J,6 (3), 222-230.

[14]. X. Zhu, Y. Zheng, Z. Chen, Q. Chen, B. Gao, S. Yu, (2013). 'Removal of reactive dye from textile effluent through submerged filtration using hollow fiber composite nanofiltlration membrane'. Desalin. Water Treat.,51 (31-33), 6101-6109. [15]. S. Karcher, A. Kornmüller, M. Jekel, (2002). 'Anion exchange resins for

removal of reactive dyes from textile wastewaters'. Water Res.,36 (19), 4717- 4724. [16]. X. Yang, B. Al-Duri, (2005). 'Kinetic modeling of liquid-phase adsorption of reactive dyes on activated carbon'. J. Colloid Interface Sci.,287 (1), 25-34.

[17]. A. Gottlieb, C. Shaw, A. Smith, A. Wheatley, S. Forsythe, (2003). 'The toxicity of textile reactive azo dyes after hydrolysis and decolourisation'. J. Biotechnol.,110 (1), 49-56.

[18]. N.H. Ince, G. Tezcanlı́, (2001). 'Reactive dyestuff degradation by combined sonolysis and ozonation'. Dyes Pigm.,49 (3), 145-153.

[19]. A. Naimabadi, H.M. Attar, A. Shahsavani, (2009). 'Decolorization and biological degradation of azo dye reactive Red 2 by anaerobic/aerobic sequential process'. Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng.,6 (2).

[20]. C. Jinwook, K. Jong-Oh, (2011). 'Application of advanced oxidation processes to remove refractory compounds from dye wastewater'. Desalin. Water Treat.,25 (1-3), 233-240.

[21]. H. Moreno, D.L. Cocke, J.A. Gomes, P. Morkovsky, E. Peterson, J.R. Parga, J. Appl. 'Electrocoagulation: Cod Removal Mechanism'. (2006). Electrochem.,53 (3), 245-253.

[23]. in [22]. T. Picard, G. Cathalifaud-Feuillade, M. Mazet, C. Vandensteendam, (2000). 'Cathodic dissolution in the electrocoagulation process using aluminium electrodes'. J. Environ. Monit.,2 (1), 77-80. J.-L. Trompette, H. Vergnes, (2009). 'On the crucial influence of some supporting electrolytes during electrocoagulation the presence of aluminum electrodes'. J. Hazard. Mater.,163 (2), 1282-1288.

[24]. P.K. Holt, G.W. Barton, M. Wark, C.A. Mitchell, (2002). 'A quantitative comparison between chemical dosing and electrocoagulation'. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp.,211 (2–3), 233-248.

[25]. M. Khaoula, B. Wided, H. Chiraz, H. Béchir, (2013). 'Boron Removal by Electrocoagulation Using Full Factorial Design'. J. Water Res. Prot.,2013 (5), 867-875.

[26]. L.-C. Chiang, J.-E. Chang, S.-C. Tseng, (1997). 'Electrochemical oxidation pretreatment of refractory organic pollutants'. Water Sci. Technol.,36 (2–3), 123-130. [27]. C. Comninellis, C. Pulgarin, (1991). 'Anodic oxidation of phenol for waste water treatment'. J. Appl. Electrochem.,21 (8), 703-708.

[28]. S. Hattori, M. Doi, E. Takahashi, T. Kurosu, M. Nara, S. Nakamatsu, Y. Nishiki, T. Furuta, M. Iida, (2003). 'Electrolytic decomposition of amaranth dyestuff using diamond electrodes'. J. Appl. Electrochem.,33 (1), 85-91. [29]. A.G. Vlyssides, C.J. Israilides, (1998). 'Electrochemical oxidation of a textile dye and finishing wastewater using a Pt/Ti electrode'. Journal of Environmental Science & Health Part A,33 (5), 847-862.

[30]. P. Cañizares, F. Martínez, C. Jiménez, C. Sáez, M.A. Rodrigo, (2009). 'Technical and economic comparison of conventional and electrochemical

coagulation processes'. J. Chem. Technol. Biotechnol.,84 (5), 702-710. [31]. L.C. Pekel, S. Ertunc, Z. Zeybek, M. Alpbaz, (2013). 'Optimization of electrochemical treatment of textile dye wastewater'. Manage. Envi. Qual. Int. J,24 (4), 452-462.

[32]. B.A. Al, Y. Yavuz, A.S. Koparal, (2012). 'Electrocoagulation of heavy metals containing model wastewater using monopolar iron electrodes'. Sep. Purif. Technol.,86 (0), 248-254.

[33]. D. Lakshmanan, D.A. Clifford, G. Samanta, (2009). 'Ferrous and Ferric Ion Generation During Iron Electrocoagulation'. Environ. Sci. Technol.,43 (10), 3853-3859.

removing organic compounds in

[34]. M. Asselin, P. Drogui, H. Benmoussa, J.-F. Blais, (2008). 'Effectiveness of from electrocoagulation process slaughterhouse wastewater using monopolar and bipolar electrolytic cells'. Chemosphere,72 (11), 1727-1733.

[35]. L.S. Clesceri, A.E. Greenberg, A.D. Eaton, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition, APHA American Public Health Association, Section 4500-H+, 1998.

[36]. P. Del Ángel, G. Carreño, J.L. Nava, M.T. Martínez, J. Ortiz, (2014). 'Removal of Arsenic and Sulfates from an Abandoned Mine Drainage by Electrocoagulation. Influence of Hydrodynamic and Current Density'. Int. J. Electrochem. Sci,9 710-719.

[37]. Ü. Tezcan Ün, A.S. Koparal, Ü. Bakir Öğütveren, (2009). 'Hybrid processes for the treatment of cattle-slaughterhouse wastewater using aluminum and iron electrodes'. J. Hazard. Mater.,164 (2–3), 580-586. [38]. K.S.P. Kalyani, N. Balasubramanian, C. Srinivasakannan,

(2009). 'Decolorization and COD reduction of paper industrial effluent using electro- coagulation'. Chem. Eng. J.,151 (1–3), 97-104.

[39]. F. Ozyonar, B. Karagozoglu, (2011). 'Operating cost analysis and treatment of domestic wastewater by electrocoagulation using aluminum electrodes'. Pol. J. Environ. Stud,20 (1), 173.

[40]. M. Bayramoglu, M. Kobya, O.T. Can, M. Sozbir, (2004). 'Operating cost analysis of electrocoagulation of textile dye wastewater'. Sep. Purif. Technol.,37 (2), 117-125.

PHỤ LỤC A

SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Phương pháp phân tích thống kê được sử dụng để xử lý các số liệu thu được trong

quá trình khảo sát khả năng keo tụ điện hóa số liệu gồm có trị số trung bình và độ lệch chuẩn của 2 lần lặp lại các giá trị đo đạc và phân tích.

A1 Bảng ảnh hưởng pH

Kết quả khảo sát keo tụ điện hóa khi thay đổi các yếu tố trên màu pha

IDC

J

T

CODR

CR

2- SO4

Econs

pHđầu pHsau

Màu

[mg/l]

[A/m2]

[phút]

[mg/l]

[kWh/m3]

[%]

3.29

3.69

16.1

55.9

0.58

6.13

7.26

37.4

58.3

0.58

7.29

7.60

34.4

43.8

0.58

7.42

8.40

43.6

48.3

0.58

43.3

B B S

7.43

8.45

54.0

31.7

0.58

9.54

8.45

68.0

34.1

0.58

11.22

11.24

70.4

55.1

0.58

12.1

12.19

37.0

28.1

0.58

3.39

3.67

27.1

67.6

0.75

1200

5.1

6.23

25.8

53.3

0.90

5.9

6.87

20.6

53.3

0.90

6.9

6.66

23.6

17.4

0.90

65.0

8.18

7.75

25.7

31.7

0.75

S R S

9.1

8.45

33.8

38.9

1.00

9.9

10.19

36.1

74.8

1.00

10.24

9.82

42.4

46.1

0.75

12.33

12.79

24.9

46.2

0.50

*T Thời gian, IDC: nồng độ màu, J Mật độ dòng, CR hiệu quả khử màu, CODR hiệu quả

khử COD, Econs Điện năng tiêu thụ.

A2 Bảng ảnh hưởng của nồng độ Sulphate

IDC

J

T

CODR

CR

2- SO4

pHsau

Econs

pHđầu

Màu

[mg/l]

[A/m2]

[phút]

[kWh/m3]

[%]

800

10.97

10.88

59.1

33.5

0.58

10.15

10.42

1000

66.8

55.1

0.58

11.22

11.04

43.3

1200

70.4

55.1

0.58

B B S

1400

11.01

10.89

78.2

37.5

0.58

1600

11.01

10.75

60.7

35.0

0.58

1000

11.41

43.2

38.5

0.90

1200

10.24

9.82

42.4

46.1

0.75

1400

10.88

11.66

43.3

67.6

0.75

65.0

S R S

1600

11.45

44.4

58.5

0.55

1800

10.97

11.44

43.6

46.4

0.50

2000

11.38

42.0

46.1

0.50

*T Thời gian, IDC: nồng độ màu, J Mật độ dòng, CR hiệu quả khử màu, CODR hiệu quả khử COD, Econs Điện năng tiêu thụ.

A3 Ảnh hưởng của mật độ dòng

J

IDC

T

CR

CODR

pHsau

2- SO4

Econs

pHđầu

Màu

[A/m2]

[mg/l]

[phút]

[kWh/m3]

[%]

43.3

78.2

37.5

0.58

65.0

85.7

48.6

1.31

1400

86.6

98.1

64.8

1.87

B B S

108.3

98.3

76.1

2.92

130.0

99.0

84.0

4.38

43.3

11.16

39.1

43.2

0.33

65.0

10.24

9.82

42.4

46.1

0.75

1200

S R S

86.6

10.62

10.99

68.5

48.5

1.33

108.3

10.57

10.98

97.4

54.0

2.08

*T Thời gian, IDC: nồng độ màu, J Mật độ dòng, CR hiệu quả khử màu, CO DR hiệu quả khử COD, Econs Điện năng tiêu thụ .

A4 Bảng ảnh hưởng của thời gian

T

IDC

J

CR

CODR

pHsau

2- SO4

Econs

pHđầu

Màu

[phút]

[mg/l]

[A/m2]

[kWh/m3]

[%]

89.2

73.3

1.07

92.0

75.1

1.33

96.9

79.6

1.60

1400

98.2

86.3

1.87

B B S

98.8

89.6

2.13

99.1

96.9

2.40

99.4

99.6

2.67

86.6

10.7

10.79

41.9

24.6

0.67

10.78

58.4

39.1

1.00

10.75

69.6

47.9

1.33

10.45

1200

98.7

54.7

1.67

S R S

10.35

98.9

65.9

2.00

10.95

99.0

84.1

2.33

10.74

99.7

84.5

2.67

*T Thời gian, IDC: nồng độ màu, J Mật độ dòng, CR hiệu quả khử màu, CODR hiệu quả

khử COD, Econs Điện năng tiêu thụ.

A5 Bảng ảnh hưởng của nồng độ màu

IDC

T

J

CR

CODR

pHsau

2- SO4

Econs

pHđầu

Màu

[mg/l]

[phút]

[mg/l]

[A/m2]

[kWh/m3]

[%]

1.60

99.3

76.0

1.60

97.1

79.9

1.60

93.6

61.5

1400

B B S

1.60

91.7

50.3

100

1.60

89.4

43.8

140

86.6

1.60

99.3

76.0

10.6

10.58

1.67

99.8

67.0

10.45

1.67

98.7

54.7

10.8

10.81

1200

1.58

98.8

54.5

S R S

10.9

11.04

1.67

98.3

54.5

100

10.7

10.73

1.67

96.3

54.5

140

*T Thời gian, IDC: nồng độ màu, J Mật độ dòng, CR hiệu quả khử màu, CO DR hiệu quả khử COD, Econs Điện năng tiêu thụ.

Kết quả khảo sát keo tụ điện hóa khi thay đổi các yếu tố trên màu thực tế

A6. Bảng số liệu chạy thí nghiệm

pHsau

Mật độ dòng

Thời gian % khử màu

Độ dẫn trước Độ dẫnsau pHtrước

Stt

[A/m2]

[phút]

[%]

4,5

60,9

10,66

10,41

109,6

109,8

4,0

6,0

80,0

10,66

10,19

109,1

109,8

5,0

4,5

76,1

10,66

10,4

108

109,8

4,0

6,6

79,1

10,66

10,36

108,7

109,8

4,0

4,5

64,5

10,66

10,35

107,5

109,8

4,0

3,0

12,6

10,66

10,55

108,4

109,8

3,0

52,4

10,66

10,43

107

109,8

5,0

4,5

65,0

10,66

10,47

107,9

109,8

4,0

4,5

80,9

10,66

10,41

109,2

109,8

5,4

6,0

59,3

10,66

10,33

107,6

109,8

3,0

4,5

17,0

10,66

10,38

108,1

109,8

2,6

2,4

23,6

10,66

10,44

108,9

109,8

4,0

6,0

4,0

98,8

109,8

109,9

10,66

10,30

Hiệu suất khử màu (%) =

-82.4767 + 0.954253 Mật độ dòng (A/m2) + 12.5233 Thời gian (phút)

Coefficients

Term Coef SE Coef T P

Constant

-82.4767 17.6599 -4.67028 0.001

òng (A/m2) 0.9543 0.1424 6.70345

Mật độ d 0.000 Thời gian (phút) 12.5233 2.4700 5.07015 0.000

Summary of Model

S = 10.5252 R-Sq = 86.95% R-Sq(adj) = 84.34%

PRESS = 1780.77 R-Sq(pred) = 79.02%

Analysis of Variance

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P

Regression 2 7378.90 7378.90 3689.45 33.3044 0.000038 Mật độ dòng (A/m2) 1 4531.15 4978.01 4978.01 44.9362 0.000053 Thời gian (phút) 1 2847.75 2847.75 2847.75 25.7065 0.000485

Error 10 1107.79 1107.79 110.78

Lack-of-Fit 7 977.86 977.86 139.69 3.2255 0.182195

Pure Error 3 129.93 129.93 43.31

Total

12 8486.69

Fits and Diagnostics for Unusual Observations

A6. Số liệu phân tích bằng minitab 14 Regression Equation

Phụ lục A7. Kết quả giảm độ hấp thu trong thí nghiệm keo tụ điện hóa

SBB

SRS

TN

Ngưỡng

S

H (%)

TB

S

H (%)

TB

ố t u ế Y

1

2

1

2

0.591

0.589

0.590

0.001

27.1

0.732

0.736

0.734

0.003

16.1

0.694

0.692

0.693

0.001

20.6

0.750

0.746

0.748

0.003

37.4

0.672

0.676

0.674

0.003

23.6

0.723

0.719

0.721

0.003

34.4

0.665

0.661

0.663

0.003

25.7

0.625

0.627

0.626

0.001

43.6

H p

0.583

0.581

0.582

0.001

33.8

0.517

0.515

0.516

0.001

54.0

0.56

0.558

0.559

0.001

36.1

0.288

0.286

0.287

0.001

68.0

0.446

0.444

0.445

0.001

42.4

0.276

0.278

0.277

0.001

70.4

0.487

0.483

0.485

0.003

24.9

0.762

0.760

0.761

0.001

37.0

800

0.382

0.384

0.383

0.001

59.1

0.467

0.463

1000

0.465

0.003

43.2

0.322

0.320

0.321

0.001

66.8

] l / g m

0.447

0.443

1200

0.445

0.003

42.4

0.275

0.279

0.277

0.003

70.4

0.445

0.447

1400

0.446

0.001

43.3

0.204

0.206

0.205

0.001

78.2

l

0.469

0.467

1600

0.468

0.001

44.4

0.367

0.365

0.366

0.001

60.7

0.433

0.435

1800

0.434

0.001

43.6

[ e t a h p u s ộ đ g n ồ N

0.464

0.462

2000

0.463

0.001

42.0

]

0.498

0.500

43.3

0.499

0.001

39.1

0.204

0.206

0.205

0.001

78.2

A

0.444

0.446

65.0

0.445

0.001

42.4

0.136

0.132

0.134

0.003

85.7

0.261

0.263

86.6

0.262

0.001

68.5

0.017

0.019

0.018

0.001

98.1

0.03

0.010

108.3

0.02

0.014

97.4

0.015

0.017

0.016

0.001

98.3

[ g n ò d ộ đ t ậ M

130.0

0.01

0.008

0.009

0.001

99.0

0.514

0.508

0.511

0.004

41.9

0.390

0.388

0.389

0.001

58.4

0.248

0.246

0.247

0.001

69.6

0.1

0.102

0.101

0.001

89.2

0.013

0.009

0.011

0.003

98.7

0.077

0.073

0.075

0.003

92.0

0.008

0.010

0.009

0.001

98.9

0.03

0.028

0.029

0.001

96.9

0.007

0.009

0.008

0.001

99.0

0.018

0.016

0.017

0.001

98.2

] t ú h p [ n a i g i ờ h T

0.003

0.001

0.002

0.001

99.7

0.014

0.008

0.011

0.004

98.8

0.009

0.007

0.008

0.001

99.1

0.005

0.007

0.006

99.4

0.002

0.000

0.001

99.8

0.004

0.006

0.005

0.001

99.3

] l / g m

0.01

0.008

0.009

0.001

98.9

0.026

0.028

0.027

0.001

97.1

0.013

0.015

0.014

0.001

98.8

0.117

0.115

0.116

0.001

93.6

100

0.022

0.020

0.021

0.001

98.3

0.188

0.186

0.187

0.001

91.7

140

0.083

0.085

0.084

0.001

96.3

0.324

0.328

0.326

0.003

89.4

[ u à m ộ đ g n ồ N

* TB: Trung bình, S: độ lệch, H: Hiệu suất khử màu , TN: Thí nghiệm

PHỤ LỤC B

HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM

B1 Hình ảnh màu SRS trước điện hóa

B2 Hình ảnh thí nghiệm màu SRS sau điện hóa

B4 Hình ảnh thí nghiệm màu SBB sau điện hóa

B3 Hình ảnh thí nghiệm màu SBB trước điện hóa

B5 Hình ảnh lấy mẫu thực tế tại Công ty TNHH Tiền Kim Thanh