Nghiên cứu các quá trình đông tụ và oxy hóa nâng cao fenton trong xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm phong phú hòa khánh

1
B

2

GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG
----------------

TR N PHƯ C GIANG

Cơng trình đư c hoàn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. BÙI XN V NG

NGHIÊN C U CÁC Q TRÌNH ĐƠNG T VÀ OXY HÓA

Ph n bi n 1: GS.TS. Đào Hùng Cư ng

NÂNG CAO FENTON TRONG X

Ph n bi n 2: PGS.TS. Đ ng Minh Nh t

LÝ NƯ C TH I NHÀ

MÁY D T NHU M PHONG PHÚ
HỊA KHÁNH

Chun ngành: Hóa h u cơ
Mã s

: 60 44 27

Lu n văn s ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p
th c sĩ khoa h c t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 30 tháng 12 năm
2011

TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

Đà N ng – Năm 2011

Có th tìm hi u lu n văn t i:
- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng
- Thư vi n trư ng Đ i h c Sư ph m, Đ i h c Đà N ng


3
M

Đ U

1. Tính c p thi t c a đ tài
Hi n nay v n ñ x lý ngu n nư c ơ nhi m do các q trình
d t nhu m là h t s c c n thi t. Ư c tính có hơn 70.000.000 t n thu c
nhu m ñư c s n xu t hàng năm. Trong q trình nhu m thì có đ n
12-15% t ng lư ng thu c nhu m không ph n ng g n màu, th t thoát
theo nư c th i sau nhu m. Theo quy ñ nh c a EU hi n nay, thu c
nhu m t ng h p d a trên benzindine, 3, 3’-dimethoxybenzidine và 3,
3’-dimethylbenzidine ñã ñư c phân lo i là ch t gây ung thư, vì th nó
đang là m t v n đ nh c nh i cho xã h i và địi h i ph i có m t
phương pháp hi u qu đ lo i b nh ng đ c tính ñó.

Hi n nay, ñ x lý ngu n nư c th i t các quá trình d t
nhu m, ngư i ta s d ng nhi u phương pháp khác nhau như: phương
pháp sinh h c, phương pháp hóa h c, phương pháp hóa lý. Trong đó
n i b t hơn c là vi c x lý nư c th i b ng q trình đơng t và oxy
hóa nâng cao. Q trình đơng t làm gi m hàm lư ng các ch t r n lơ
l ng, ch t r n hịa tan và COD có trong nư c th i. Tuy nhiên, vi c x
lý nư c th i b ng phương pháp đơng t v n cho hi u qu chưa cao,
và quá trình x t o ra r t nhi u bùn. Vì v y, vi c k t h p gi a q
trình đơng t và q trình oxy hóa nâng cao đã đư c ch n ñ nâng
cao hi u qu x lý.
V i nh ng lý do trên, chúng tôi ti n hành đ tài: “Nghiên
c u các q trình đơng t và oxy hóa nâng cao Fenton trong x lý
nư c th i nhà máy d t nhu m Phong Phú – Hịa Khánh”.
2. M c đích nghiên c u
- Nghiên c u các q trình keo t t o bơng nư c th i d t
nhu m v i các ch t keo t l n lư t là FeCl3/Bentonit Thu n H i,
FeCl3/Cacbon ho t tính, FeCl3/Polime Anion, FeCl3/Polime Cation.
- Nghiên c u quá trình phân h y các ch t ô nhi m trong nư c
th i d t nhu m v i tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/UV m t tr i.

4
3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u
Đ tài ñư c th c hi n t i phịng thí nghi m c a trư ng Đ i
h c Sư ph m Đà N ng trên các m u nư c th i d t nhu m nhà máy
Phong Phú – Hòa Khánh
4. Phương pháp nghiên c u
Kh o sát các q trình đơng t và oxy hóa nâng cao Fenton
b ng phương pháp đo quang UV-VIS.
Ch s COD c a dung d ch ñư c xác ñ nh b ng phương pháp
Bicromat Cr2O72-/Cr3+.

5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài
Nghiên c u các quá trình keo t t o bơng và oxy hóa Fenton
đ tìm ra m t gi i pháp x lý nư c th i ñ t hi u su t cao nh t.
6. K t c u lu n văn:
Ngồi ph n m đ u, k t lu n và ki n ngh , n i dung lu n văn
g m 3 chương:
Chương 1. T ng quan
Chương 2. Th c nghi m
Chương 3. K t qu và bàn lu n
CHƯƠNG 1 - T NG QUAN
1.1. GI I THI U V CÔNG NGH D T NHU M
1.1.1. S phát tri n c a ngành d t trên th gi i và Vi t Nam
1.1.2. Công ngh s n xu t và ngu n phát sinh nư c th i d t nhu m
1.1.3. Đ c ñi m nư c th i d t nhu m và tác ñ ng c a nư c th i ñ n
môi trư ng
1.1.3.1. Đ c ñi m nư c th i d t nhu m
1.1.3.2. Tác ñ ng c a nư c th i đ n mơi trư ng
1.2. THU C NHU M TRONG CÔNG NGH D T NHU M
1.2.1. Khái quát v thu c nhu m
1.2.2. Phân lo i, ñ c ñi m thu c nhu m
1.2.2.1. Phân lo i theo c u trúc hóa h c


5

6

1.2.2.2. Phân lo i theo đ c tính áp d ng
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP X LÝ NƯ C TH I D T NHU M
1.3.1. Phương pháp sinh h c

1.3.2. Phương pháp hóa lý
1.3.2.1. L c qua song ch n rác
1.3.2.2. Phương pháp đơng t và keo t
1.3.2.3. Tuy n n i
1.3.2.4. H p ph
1.3.2.5. Trao ñ i ion
1.3.3. Phương pháp ñi n hóa
1.3.4. Phương pháp hóa h c
1.3.4.1. Phương pháp trung hịa
1.3.4.2. Phương pháp oxy hóa kh
1.3.5. Các q trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation
Processes - AOPs)
1.3.5.1. Ozon
1.3.5.2. Ozon + H2O2
1.3.5.3. Ơxy hóa quang hóa
1.3.5.4. Ph n ng Fenton
1.3.5.5. Ph n ng Fenton s d ng h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng
m t tr i
Fe(III)- oxalat h p th ánh sáng m nh bư c sóng λ = 550 nm
và t o ra g c OH• v i hi u su t lư ng t cao.
FeIII(C2O4)33- + hν → Fe2+ + 2C2O42- + C2O4• −
C2O4• −
→ CO2• − + CO2
CO2• − + FeIII(C2O4)33- → Fe2+ + CO2 + 3C2O42T ba ph n ng trên, có th thu g n l i thành m t ph n ng
như sau:
2FeIII(C2O4)33- + hν → 2Fe2+ + 5C2O42- + 2CO2

Và như v y Fe2+ s ñư c t o thành và ph n ng v i H2O2 có
trong dung d ch đ t o g c OH• b ng ph n ng Fenton.
Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH•

Cơ ch ph n ng c a h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng m t tr i
s ñư c tóm t t trong sơ ñ sau ñây:

CHƯƠNG 2 - TH C NGHI M
2.1. NGUYÊN LI U, D NG C VÀ HÓA CH T
2.1.1. Nguyên li u và hóa ch t
2.1.2. D ng c và thi t b nghiên c u
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U
2.2.1. Phương pháp l y m u
2.2.2. Phương pháp chu n b hóa ch t
2.2.3. Phương pháp ño quang
Cơ s c a phương pháp là d a trên tính ch t h p ph m t
ph n năng lư ng ánh sáng c a các dung d ch mang màu trong vùng
quang ph kh ki n. Đ h p th tuân theo ñ nh lu t Lambert Beer:
D = log( Io/I) = ε.l.C
Trong ñó:
D: ñ h p th ánh sáng


7

8

Io, I: cư ng ñ b c x ñi n t trư c và sau khi ñi qua
ch t phân tích
ε: h s h p th , Lmol-1cm-1
l: chi u dày cuvet, cm
C: n ng đ ch t phân tích, mol.L -1
Máy UV-VIS s quét t mi n ph t ngo i ñ n mi n ph
h ng ngo i. T i bư c sóng mà dung d ch h p th c c ñ i g i là bư c

sóng c c đ i λmax đư c th hi n b i giá tr m t ñ quang c c ñ i Dmax.
Sau khi ñã xác ñ nh ñư c λmax, ta xác ñ nh m t ñ quang
trư c (Dt) và m t ñ quang sau (Ds) x lý, t đó tính hi u su t kh
màu.
2.2.4. Phương pháp x lý keo t
2.2.5. Phương pháp x lý Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng
m t tr i
2.2.6. Phương pháp xác ñ nh COD
2.2.6.1. Nguyên t c
2.2.6.2. Pha thu c th
2.2.6.3. Cách ti n hành
2.2.6.4. Tính k t qu
COD c a nư c th i đư c tính theo cơng th c:

2.2.7. Phương pháp ñánh giá hi u qu x lý
2.2.7.1. Hi u su t kh màu
Hi u su t kh màu đư c tính theo cơng th c:
Dt - Ds
Hmàu (Dgi m)=
x 100%
Dt
Trong đó Dt, Ds là m t đ quang c a dung d ch trư c và sau khi x lý.
2.2.7.2. Hi u su t kh COD
Hi u su t kh COD đư c tính theo cơng th c:
CODt - CODs
HCOD =
x 100%
CODt
Trong đó CODt, CODs là COD c a dung d ch trư c và sau khi x lý.
2.2.8. Các thí nghi m kh o sát q trình ñông t

2.2.8.1. Kh o sát FeCl3/Bentonite Thu n H i
2.2.8.2. Kh o sát FeCl3/C ho t tính
2.2.8.3. Kh o sát FeCl3/Polime Anion (PA)
2.2.8.4. Kh o sát FeCl3/Polime Cation (PC)
2.2.9. Các thí nghi m kh o sát h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng m t tr i
2.2.9.1. Kh o sát pH
2.2.9.2. Kh o sát n ng ñ Fe3+
2.2.9.3. Kh o sát n ng ñ H2O2
2.2.9.4. Kh o sát n ng ñ C2O42 −

COD =

(A - B).N.S.1000
V

(mg/l)

Trong đó:
A: th tích dung d ch FAS chu n cho m u tr ng (ml)
B: th tích dung d ch FAS chu n cho m u nư c th i (ml)
N: n ng ñ dung d ch FAS (N)
V: th tích m u đem phân tích (ml)
S: đương lư ng gam c a oxy (g)


10

9

CHƯƠNG 3 - K T QU VÀ TH O LU N

Hình 3.1. Dung d ch nư c th i
ban đ u

s COD; BOD; TSS; TDS, ño hàm lư ng m t s kim lo i n ng có
trong nư c th i.
Các q trình keo t s đư c l n lư t kh o sát v i 4 h sau:
FeCl3/Bentonite Thu n H i, FeCl3/C ho t tính, FeCl3/Polime Anion,
FeCl3/Polime Cation.
3.1.1. Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/Bentonite Thu n H i
3.1.1.1. Kh o sát FeCl3
Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng bentonit = 600
ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 200 ppm ñ n 600 ppm. Giá tr
m t ñ quang ban ñ u là D0=1,2242. K t qu đư c trình bày hình
3.5.

Hình 3.2. Dung d ch nư c th i
keo t

1,4

25
20

1
0,8

15

0,6

10

%

M t ñ quang

1,2

D
%D

0,4
5

0,2
0

0
200

300

400

500

600

N ng ñ (mg/l)

Hình 3.3. Nư c th i ñã l c sau
Hình 3.4. Nư c th i x lý b ng
khi keo t
Fenton
3.1. QUÁ TRÌNH KEO T
Trư c khi th c hi n quá trình keo t , ph i ti n hành kh o sát
các ch tiêu ban ñ u c a nư c th i như: m t đ quang D, pH, các ch

Hình 3.5. nh hư ng c a n ng ñ FeCl3
K t qu hình 3.5 cho th y vi c tăng n ng ñ FeCl3 s làm
hi u su t h p ph màu gi m xu ng. Đi u này có th gi i thích do khi
tăng n ng đ FeCl3 thì k t t a Fe(OH)3 s hình thành nhi u hơn, kéo
các ch t r n lơ l ng xu ng làm cho kh năng h p ph màu c a
bentonite b gi m xu ng. Do đó n ng ñ FeCl3 = 300 ppm s cho
hi u su t phân h y màu t t nh t.
3.1.1.2. Kh o sát Bentonit Thu n H i
Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng FeCl3 = 300
ppm, n ng ñ c a bentonit thay ñ i t 300 ppm ñ n 1000 ppm. Giá


11

12

20
15

0,4

10
5

0

D

%

0,6

%D

0
300

400

600

800

1000

N ng đ (mg/l)

1,1
1,08
1,06
1,04

1,02
1
0,98
0,96
0,94
0,92
0,9

30
25
20
15

%

M t đ quang

Hình 3.6. nh hư ng c a n ng đ Bentonit
K t qu hình 3.6 cho th y vi c tăng n ng ñ Bentonit s làm
hi u su t h p ph màu tăng lên. Đi u này có th gi i thích do tính
ch t quan tr ng c a Bentonit – tính ch t h p ph , khi tăng n ng ñ
bentonit s làm tăng kh năng h p ph các h p ch t h u cơ mang
màu. Vi c s d ng k t h p gi a FeCl3 và bentonit góp ph n nâng cao
hi u qu x lý, trong đó FeCl3 là ch t keo t chính cịn bentonit đóng
vai trị là ch t tr keo t . Bentonit có nhi m v là h p ph ch t màu,
FeCl3 s th y phân t o k t t a Fe(OH)3, và nó s quét cu n các h t
keo trong dung d ch t o thành các h t l n hơn và l ng xu ng. N ng
ñ bentonit là 800 ppm s ñư c ch n cho quá trình x lý ti p theo.
3.1.1.3. Kh o sát pH
Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 = 300 ppm, bentonit =

800 ppm, pH thay ñ i t 6 ñ n 10. Giá tr m t ñ quang ban ñ u là
D0=1,3072. K t qu đư c trình bày hình 3.7.

10
5
0
6

7

8

9

10

pH

Hình 3.7. nh hư ng c a pH

D
%D

1,4

40

1,2

35

30

1

25
0,8
20
0,6

%

25

0,8

0,2

M tñ

30

1
quang

1,2

Khi mà giá tr pH th p nó s mang đi n tích dương, khi pH
cao nó mang đi n tích âm. S th y phân mang đi n tích dương s h p
th trên b m t các h t keo và làm m t tính n đ nh c a nó. Cơ ch
này ñư c g i là s trung hòa ñi n tích. Khi n ng đ FeCl3 tăng lên thì

k t t a Fe(OH)3 s đư c hình thành và nó s quét cu n các h t keo
trong dung d ch t o thành các h t l n hơn và l ng xu ng.
K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/Bentonit
Thu n H i thu ñư c k t qu t t nh t là: pH=7, FeCl3 = 300 ppm,
bentonit Thu n
H i = 800 ppm, %D = 25,80%.
3.1.2. Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/C ho t tính
3.1.2.1. Kh o sát FeCl3
Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng C ho t tính cho
vào m i c c là 400 ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 100 ppm ñ n
500 ppm. Giá tr m t ñ quang ban ñ u là D0=1,3218 K t qu ñư c
trình bày hình 3.8.

M t đ quang

tr m t đ quang ban ñ u là D0=1,1238. K t qu ñư c trình bày
hình 3.6.

D
%D

15
0,4

10

0,2

5

0

0
100

200

300

400

500

N ng đ (mg/l)

Hình 3.8. nh hư ng c a n ng ñ FeCl3
Khi lư ng FeCl3 cho vào chưa đ đ phá v hồn tồn đ b n
c a h huy n phù → Kh năng k t dính gi a các h t huy n phù trong
nư c th i và Fe(OH)3 còn h n ch , do đó nư c v n cịn đ c. N u lư ng
FeCl3 cho vào vư t quá li u c n thi t đ trung hịa đi n tích huy n phù
gây b n, lúc này do tương tác gi a các h t huy n phù gây b n và
hydroxit t o thành mà đi n tích h t keo thay ñ i t âm sang dương


14

13

30
25

0,8

%

20
0,6
15
0,4

D
%D

10

0,2

5

0

0
200

300

400

500

600

N ng đ (mg/l)

Hình 3.9. nh hư ng c a C ho t tính
K t qu hình 3.9 cho th y vi c tăng n ng ñ C ho t tính s
làm hi u su t h p ph màu tăng lên, đi u này có th gi i thích do C
ho t tính có di n tích b m t ngồi r t l n, di n tích b m t c a than
ho t tính n u tính ra đơn v kh i lư ng thì là t 500 đ n 2500 m2/g .
V i di n tích b m t l n như v y thì ph n l n các v t r ng – mao
qu n vi m ch c a C ho t tính đ u có tính h p ph r t m nh, do đó
các ch t h u cơ mang màu s b h p ph theo các l r ng cacbon và
khu ch tán b m t, sau đó đư c h p ph trên b m t cacbon. Vi c s
d ng k t h p v i FeCl3 s nâng cao hi u qu x lý, k t t a Fe(OH)3
s quét cu n các h t keo trong dung d ch t o thành các h t l n hơn và
l ng xu ng sau khi quá trình h p ph x y ra.
3.1.2.3. Kh o sát pH
Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 cho vào m i c c là 400
ppm, C ho t tính là 500 ppm, pH thay đ i t 6 ñ n 10. Giá tr m t ñ
quang ban ñ u là D0=1,1630. K t qu ñư c trình bày hình 3.10.

25
20

1,05

15
1

D

%

M t đ quang

30

1,1

%D

10

0,95

5

0,9

0
6

7

8

9

10

pH

Hình 3.10. nh hư ng c a pH
K t qu hình 3.10 cho th y giá tr pH=7 thì hi u su t phân
h y màu t t nh t (38,56%). Đi u này ñư c gi i thích tương t như
kh o sát Bentonit.
K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/C ho t tính
thu đư c k t qu t t nh t là: pH = 7, FeCl3 = 400 ppm, C ho t tính =
500 ppm, %D = 38,56%.
3.1.3. Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/Polime Anion (PA)
3.1.3.1. Kh o sát FeCl3
Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng polime anion cho
vào m i c c là 2 ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 200 ppm ñ n
1000 ppm. Giá tr m t ñ quang ban ñ u là D0=1,2045. K t qu ñư c
trình bày hình 3.11.
1,2

50
45

1

40
35

0,8

30
0,6

25

%

35

1

M t ñ quang

1,2

1,15

M t ñ quang

(hi n tư ng ñ o d u ñi n tích) và h huy n phù b n tr l i, nư c s ñ c
hơn. Vi c s d ng k t h p gi a FeCl3 v i C ho t tính đã góp ph n
nâng cao hi u qu x lý, làm gi m chi phí hóa ch t keo t .
3.1.2.2. Kh o sát C ho t tính
Đi u ki n ti n hành: C đ nh pH = 8, lư ng FeCl3 cho vào
m i c c là 300 ppm, n ng ñ c a cacbon ho t tính thay đ i t 200
ppm đ n 600 ppm. Giá tr m t ñ quang ban ñ u là D0=1,1862. K t
qu ñư c trình bày hình 3.9.

D
%D

20
0,4

15
10

0,2

5
0

0
200

400

600

800

1000

N ng đ (mg/l)

Hình 3.11. nh hư ng c a n ng đ FeCl3
K t qu hình 3.11 cho th y khi tăng n ng đ FeCl3 thì hi u
su t h p ph màu tăng lên và ñ t hi u qu t t nh t n ng ñ FeCl3 =
800 ppm (44,90 %). Tuy nhiên khi n ng đ FeCl3 tăng q cao thì


15

16

hi u su t h p ph màu b t ñ u gi m, n ng ñ FeCl3 = 1000 ppm thì
hi u su t b t đ u gi m (42,32 %). Lúc này do tương tác gi a các h t
huy n phù gây b n và hydroxit t o thành mà đi n tích h t keo thay
ñ i t âm sang dương và h huy n phù b n tr l i.
3.1.3.2. Kh o sát Polime Anion
Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng FeCl3 cho vào
m i c c là 800 ppm, n ng ñ c a polime anion thay ñ i t 1 ppm
ñ n 5 ppm. Giá tr m t ñ quang ban ñ u là D0=1,3103. K t qu đư c
trình bày hình 3.12.

3.1.3.3. Kh o sát pH
Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 cho vào m i c c là 800
ppm, polime anion là 2 ppm, pH thay ñ i t 6 ñ n 10. Giá tr m t ñ
quang ban ñ u là D0=1,2981. K t qu ñư c trình bày hình 3.13.

1,2

45

%

M t đ quang

%

M t đ quang

30

0,6

D
%D

20
10
0
6

30
25

40
0,8

0

35

0,6

50

1

0,2

40

0,8

60

1,2

0,4

50

1

1,4

D

7

8

9

10

pH

%D

20
0,4

15
10

0,2

5
0

0
1

2

3

4

5

N ng ñ (mg/l)

Hình 3.12. nh hư ng c a n ng ñ Polime Anion
K t qu hình 3.12 cho th y khi tăng n ng đ polime lên thì
hi u su t h p ph màu b t ñ u gi m xu ng. M t đ đi n tích và kh i
lư ng phân t c a polime đóng vai trị quan tr ng trong q trình keo
t . Ngồi ra tương tác ñ c thù gi a polime và h t keo cịn x y ra gi a
nhóm ch c c a polime v i các trung tâm ho t ñ ng trên b m t ch t
r n lơ l ng. Trong q trình đó, ch t tr keo t có vai trị phá v tính
b n c a h t keo, giúp quá trình liên k t các h t đã m t tính b n l i v i

nhau. Do l c h p ph có tính c ng h p nên tương tác gi a polime và
h t keo r t t t làm cho quá trình l ng d dàng hơn.
Tuy nhiên khi n ng đ cao thì đ nh t c a dung d ch tăng,
các polime s bao b c các h t keo l i làm tái n ñ nh h keo d n ñ n
hi u su t kh màu b gi m.

Hình 3.13. nh hư ng c a pH
K t qu hình 3.13 cho th y giá tr pH=7 và pH=8 thì hi u
su t phân h y màu cao nh t v i giá tr l n lư t là 48,00% và 45,24%.
Tuy nhiên khi pH tăng lên thì đ b n c a bơng keo gi m, các bơng
keo t nh hơn d n đ n hi u qu x lý gi m.
K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/Polime Anion
thu ñư c k t qu t t nh t là: pH = 7, FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion
= 2 ppm, %D = 48 %.
3.1.4. Kh o sát nh hư ng c a FeCl3/Polime Cation (PC)
3.1.4.1. Kh o sát FeCl3
Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng polime cation
cho vào m i c c là 2 ppm, n ng ñ c a FeCl3 thay ñ i t 200 ppm
ñ n 1000 ppm. Giá tr m t ñ quang ban ñ u là D0=1,3238. K t qu
đư c trình bày hình 3.14.


18

17

40

0,6

30

0,4

20

0,2

10

0

D

%

0,8

%D

0
200

400

600

800

1000

N ng đ (mg/l)

Hình 3.14. nh hư ng c a n ng đ FeCl3
K t qu hình 3.14 cho th y khi tăng n ng đ FeCl3 thì hi u su t
kh màu tăng, tuy nhiên ñ n kho ng n ng đ nh t đ nh thì hi u qu x
màu n đ nh. Do đó n ng đ 800 ppm s ñư c ch n ñ x lý ti p theo.
3.1.4.2. Kh o sát Polime Cation
Đi u ki n ti n hành: C ñ nh pH = 8, lư ng FeCl3 cho vào
m i c c là 800 ppm, n ng ñ c a polime cation thay ñ i t 1 ppm
ñ n 5 ppm. Giá tr m t ñ quang ban ñ u là D0=1,3238. K t qu đư c
trình bày hình 3.12.

đ nh c a các h t keo nh vào các cơ ch h p ph và trung hịa đi n
tích. Ngồi ra dư i s h tr c a polime cation thì liên k t b t c u là
s h p ph các polime lên các c nh riêng c a b m t các h t keo ho c
ch t keo t , k t qu là các h t keo b l ng xu ng và màu b gi m ñi.
Do ñó, n ng ñ 2 ppm s ñư c ch n ñ kh o sát.
3.1.4.3. Kh o sát pH
Đi u ki n ti n hành: Lư ng FeCl3 cho vào m i c c là 800
ppm, polime cation là 2 ppm, pH thay ñ i t 6 ñ n 10. Giá tr m t ñ
quang ban ñ u là D0=1,3238. K t qu đư c trình bày hình 3.16.
1,4

60

1,2

50

1

40

0,8
30
0,6

10

0,2
0

0

0,4

20
10

0

%

30

0,2

M t ñ quang

40

0,6

7

8

9

10

50

0,8

%D

pH

60

1

D

20

0,4

6
1,2

%

50

M t ñ quang

60

1

M t ñ quang

1,2

D
%D

0
1

2

3

4

5

N ng ñ (mg/l)

Hình 3.15. nh hư ng c a n ng đ FeCl3
K t qu hình 3.15 cho th y n ng ñ 2 ppm và 3 ppm thì
hi u su t h p ph màu t t nh t và ñ t hi u su t l n lư t là 51,05% và
52,32%. Polime cation là lo i polime khi hòa tan trong dung d ch s
ion hóa thành cation t o nên l p đi n tích dương xung quanh phân
t polime, l p đi n tích dương này góp ph n trung hịa các h t keo
mang đi n âm trong dung d ch. Ch t keo t FeCl3 làm m t tính n

Hình 3.16. nh hư ng c a pH
K t qu hình 3.17 cho th y giá tr pH=8 thì hi u su t phân
h y màu cao nh t (53,64%). K t qu có nh hư ng r t t t đ n qu
trình x lý nư c th i b ng phương pháp keo t , b i vì nư c th i d t
nhu m có giá tr pH r t cao (kho ng 9-14), do đó x lý keo t
pH=8 s ti t ki m đư c nhi u hóa ch t.
K t lu n: Kh o sát q trình đơng t v i FeCl3/Polime
Cation thu ñư c k t qu t t nh t là: pH = 8, FeCl3 = 800 ppm, Polime
cation = 2 ppm, %D = 53,64 %.
Sau khi kh o sát 4 q trình trên, chúng tơi ch n q trình
đơng t FeCl3/Polime Cation đ ti p t c x lý b ng phương pháp oxy
hóa nâng cao.


19

20

COD

BOD
TSS
TDS

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

1476
75
316
6540

554
27
98
1230

150
50
100
1000

Fe
mg/L
0,527
0,213
5
Cu

mg/L
0,0411
0,0360
2
Cr(III)
mg/L
0,1662
0,0778
1
T k t qu b ng 3.13 ta th y, các ch s như BOD, TSS và
m t s kim lo i n ng c a nư c th i ñ u ra sau khi keo t b ng
FeCl3/Polime Cation ñã ñ t tiêu chu n c t B c a b tài nguyên môi
trư ng. Tuy nhiên, ch s COD v n còn khá cao và nư c th i s ñư c
ti p t c x lý b ng phương pháp oxy hóa nâng cao.
3.2. Q TRÌNH FE(III) – OXALAT/H2O2/ÁNH SÁNG M T TR I
3.2.1. K t qu kh o sát nh hư ng c a pH
100
90
80

%

70
60
50
40
30
5

10

15

20

25

30

Th i gian (phút)

pH=3

pH=4

pH=6

pH=7

pH=5

Hình 3.18. Đ th th hi n nh hư ng c a pH ñ n hi u su t x lý màu (%)

80
70
60
50
% COD

B ng 3.13. Các thông s nư c th i ñ u vào và ñ u ra sau khi đơng

t v i FeCl3/Polime Cation
Ch tiêu
Đơn v
Nư c th i Nư c th i
QCVN
ñ u vào
ñ u ra
13:2008, c t B

pH=4
40

pH=5
pH=6

30
20
10
0
10

20

30

Th i gian (phút)

Hình 3.19. Đ th th hi n nh hư ng c a pH ñ n hi u su t x COD (%)

T hình 3.18 và 3.19 cho th y s phân h y màu tăng d n khi

pH tăng t 3 ñ n 5 và sau đó gi m xu ng khi pH=7, hi u su t phân
h y màu t t nh t t i pH=5. Và hi u su t COD ñ t giá tr cao nh t là
71,19 % t i pH=5. Đi u này có th đư c gi i thích như sau: T i pH
th p s x y ra ph n ng kh g c HO•, b i ion H+ theo ph n ng: HO•
+ H+ + e → H2O vì v y s n sinh ít hơn g c HO•, làm gi m t c đ
phân h y. Hơn n a, khi pH th p thì ph c oxalate t n t i ch y u
d ng FeIII(C2O4)+ nên kh năng quang ho t r t kém nên hi u qu x
lý kém. pH = 4 ho c 5 thì ph c oxalate t n t i ch y u d ng
FeIII(C2O4)2− và FeIII(C2O4)33− có tính quang ho t cao, do đó g c t
do HO• s ñư c t o ra nhi u hơn nên hi u qu x lý cao hơn do hai
ph n ng sau:
FeIII(C2O4)2− + hν → Fe2+ + C2O42− + C2O4• −
(k=0,04 s−1)
FeIII(C2O4)33− + hν → Fe2+ + 2C2O42− + C2O4• − (k=0,04 s−1)
pH ho t ñ ng > 6 t c ñ phân h y b gi m m nh vì các ion
s t t do b gi m trong dung d ch do s t o thành k t t a Fe(OH)3
làm ngăn c n s tái sinh ion Fe2+. Như v y, x lý nư c th i b ng h
Fenton Fe(III)-Oxalat có hi u qu cao trong kho ng pH = 4-5 ( so v i
Fenton c ñi n là pH= 2-4), do đó x lý trong đi u ki n này s ti t
ki m ñư c hóa ch t hơn.


22

21
3.2.2. K t qu kh o sát nh hư ng c a H2O2
100

90

H2O2=5 mM

80
%

H2O2=10 mM
H2O2=15 mM

70

Ngoài ra vi c dư H2O2 nhi u v a không kinh t v a nh
hư ng đ n mơi trư ng s ng các vi sinh n u s d ng phương pháp
này trư c phương pháp x lí b ng vi sinh. Vì v y [H2O2]o phù h p
trong nghiên c u này là 15 mM.
3.2.3. K t qu kh o sát nh hư ng c a Fe3+

H2O2=20 mM
60

100

H2O2=25 mM
90

50
5

10

15

20

25

30

80

Fe3+=0,1mM

Th i gian (phút)

Fe3+=0,3mM
%

Hình 3.20. Đ th th hi n nh hư ng c a [H2O2]o ñ n hi u su t x
lý màu (%)

70

Fe3+=0,5mM
Fe3+=0,7mM
Fe3+=0,9mM

60

50

80

70

40
60

5

10

15

20

25

30

Th i gian (phút)

50
%

H2O2=5 mM
H2O2=15 mM

40

H2O2=25 mM
30
20

10

Hình 3.22. Đ th th hi n nh hư ng c a [Fe3+]o ñ n hi u su t x lý
màu (%)

0

80
10

20

30

Th i gian (phút)

60
50
% COD

Hình 3.21. Đ th th hi n nh hư ng c a [H2O2]o ñ n hi u su t x
COD (%)
K t qu t hình 3.20 và 3.21 cho th y vi c tăng [H2O2]o làm
hi u su t phân h y màu tăng lên, tuy nhiên ñ n m t n ng đ nh t
đ nh thì hi u su t b t ñ u gi m. Hi u su t COD cũng tăng nhanh và
ñ t giá tr cao nh t là 72,92% n ng ñ 15 mM sau 30 phút x lý.
Nguyên nhân là do khi tăng n ng ñ H2O2 s làm t o nhi u g c HO•
hơn do ph n ng:
Fe2+ + H2O2 + 3C2O42- → FeIII(C2O4)33- + OH- + OH•
Nhưng khi lư ng H2O2 dư nhi u s có ph n ng gi a H2O2

v i g c HO• v a m i sinh ra theo ph n ng:
HO + H2O2 → H2O + HO2
HO + HO2 → H2O + O2

70

Fe3+=0,1mM
40

Fe3+=0,5mM
Fe3+=0,9mM

30
20
10
0
10

20

30

Th i gian (phút)

Hình 3.23. Đ th th hi n nh hư ng c a [Fe3+]o ñ n hi u su t x
COD (%)
Các k t qu trong hình 3.22 và 3.23 cho th y hi u su t
chuy n hóa màu và COD có xu hư ng tăng khi tăng [Fe3+], nhưng
khi tăng hơn 0.5 mM thì hi u qu x lý tăng khơng đáng k n a. Đó
là do vi c tăng [Fe3+] làm tăng s lư ng g c HO• đư c t o thành,

23

24

nhưng khi [Fe3+] tăng lên đ l n thì có m t lư ng g c t do HO•
đư c hình thành s ph n ng v i Fe2+ ph n ng sau:
HO + Fe2+ → Fe3+ + HO- (k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1)
3.2.4. K t qu kh o sát nh hư ng c a C2O42 −

Các k t qu trong hình 3.24 và 3.25 cho th y hi u su t
chuy n hóa màu đ t ñư c 100 % n ng ñ 10 mM và 15 mM sau
15 phút x lý, hi u su t COD ñ t giá tr cao nh t là 81,07% sau 30
phút x lý. Như v y oxalat vai trò r t quan tr ng trong x lý nư c
th i b ng ánh sáng m t tr i. N u dùng h Fenton Fe(III) mà khơng
có oxalat thì vi c t o ra g c t do HO s r t ch m và x y ra theo
ph n ng sau:
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+
(k=3.1×10-3 M-1s-1 )
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO(k=53 M-1s-1)
N u tăng n ng đ oxalat lên thì n ng đ FeII(C2O4) s tăng
lên, do đó FeII(C2O4) b oxy hóa b i H2O2 v i h ng s t l k = 3 ×
104 M-1s-1 nên g c HO s ñư c t o ra nhi u hơn theo ph n ng sau:
FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII(C2O4)+ + HO + HO- ( k = 3 × 104 M-1s-1)
M t khác, n u n ng đ oxalat cho vào ít thì ph c Fe(III)oxalat ch y u t n t i d ng FeIII(C2O4)+ và FeIII(C2O4)2− do đó kh
năng quang ho t cịn th p. Khi năng n ng đ oxalat lên thì
FeIII(C2O4)+ và FeIII(C2O4)2− l n lư t b chuy n thành FeIII(C2O4)33−
s quang ho t t t hơn và x y ra theo ph n ng sau:
(k=3.31×106 M-1 )

FeIII(C2O4)+ + C2O42− → FeIII(C2O4)2−
FeIII(C2O4)2− + C2O42− → FeIII(C2O4)33−
(k=2.75×104 M-1 )
Ngồi ra ph c oxalat có kh năng quang ho t cao dư i ñi u
ki n ánh sáng m t tr i, nguyên nhân là do s t oxalat có h s h p th
phân t cao bư c sóng dài hơn ( λ = 550 nm) và t o ra g c HO v i
hi u su t lư ng t cao.
Như v y, oxalat đóng vai trị quan tr ng trong vi c t o ra g c
HO , ph c Fe(III) - oxalat s b quang hóa t t hơn so v i Fe(III),
ph c Fe(II) - oxalat s b oxy hóa t t hơn Fe(II) và đ c bi t ph c
oxalat có kh năng quang hóa r t t t dư i ánh sáng m t tr i.

100

90
[C2O4]2 =5mM
80
%

[C2O4]2 =10mM
[C2O4]2 =10mM
[C2O4]2 =20mM

70

[C2O4]2 =20mM
60

50
5

10

15

20

25

30

Th i gian (phút)

Hình 3.24. Đ th th hi n nh hư ng c a [C2O42 −]o ñ n hi u su t x
lý màu (%)
80
70
60

% COD

50
[C2O4]2 =5mM
40

[C2O4]2 =15mM
[C2O4]2 =25mM

30
20

10
0
10

20

30

Th i gian (phút)

Hình 3.25. Đ th th hi n nh hư ng c a [C2O4]o ñ n hi u su t x
COD (%)


25

26

K T LU N VÀ KI N NGH

lư ng m t tr i t nhiên, góp ph n gi i quy t tình tr ng năng lư ng
ngày càng c n ki t hi n nay và ti t ki m đư c r t nhi u chi phí x lý.
- Ch t xúc tác Fenton h Fe(III)-Oxalat có chi phí th p,
kho ng pH x lý hi u qu r ng hơn so v i các quá trình Fenton thơng
thư ng, do đó ti t ki m đư c nhi u hóa ch t.

1. K T LU N
Sau th i gian th c hi n ñ tài: “Nghiên c u các q trình
đơng t và oxy hóa nâng cao Fenton trong x lý nư c th i nhà
máy d t nhu m Phong Phú – Hịa Khánh” chúng tơi rút ra ñư c

m t s k t lu n như sau:
a) Q trình đơng t
Các y u t nh hư ng ñ n s phân h y màu trong nư c th i
d t nhu m thu ñư c k t qu l n lư t là:
- FeCl3/Bentonit Thu n H i: pH = 7, FeCl3 = 300 ppm,
Bentonit Thu n H i = 800 ppm, %D = 25,80%.
- FeCl3/C ho t tính thu đư c k t qu t t nh t là: pH = 7,
FeCl3 = 400 ppm, C ho t tính = 500 ppm, %D = 38,56%
- FeCl3/Polime Anion thu ñư c k t qu t t nh t là: pH = 7,
FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = 2 ppm, %D = 48 %
- FeCl3/Polime Cation thu ñư c k t qu t t nh t là: pH = 8,
FeCl3 = 800 ppm, Polime Anion = 2 ppm, %D = 53,64 %
V i hi u su t phân h y màu t t nh t, h FeCl3/Polime Cation
ñã ñư c ch n ñ x lý oxy hóa nâng cao Fenton ti p theo.
b) Q trình Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng
m t tr i
Đi u ki n t t nh t cho vi c x lý nư c th i dư i ánh sáng
m t tr i là pH=5, [H2O2]o= 15 mM, [Fe3+]o= 0, 5 mM, [C2O42 −]o = 10
mM thì hi u su t phân h y màu g n như hồn tồn và đ gi m COD
kho ng 73,07 sau 30 phút x lý.
2. KI N NGH
- Nghiên c u này ñã kh ng ñ nh ñư c ưu th c a s k t h p
gi a q trình đơng t và oxy hóa nâng cao Fenton trong q trình x
lí nư c th i ơ nhi m, đ c bi t là t n d ng hi u qu ñư c ngu n năng