Xác định tỷ lệ tối ưu Fe2+:H2O2 của hệ fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm

[G-News24/7] -

TÓM TẮT:

Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ mol tối ưu về Fe2+:H2O2 dao động trong khoảng nhỏ (0,7:10) ÷ (1:10) khi nước thải dệt nhuộm sau cụm bể Aerotank và bể lắng có trị số màu dao động từ 150÷250 Pt-Co. Đối với mẫu nước thải dệt nhuộm sau sinh học còn lẫn bùn hoạt tính trong nước thải và có độ màu lên tới 481 Pt-Co thì tỷ lệ mol tối ưu này tăng lên khá cao (0,4:10) trong cùng điều kiện pH tối ưu khoảng 3,0.

Từ khóa: hệ Fenton, FeSO4.7H2O, H2O2, nước thải dệt nhuộm, xử lý nước thải, dệt may.

1. Đặt vấn đề

Công nghiệp dệt may là một ngành đã phát triển từ rất lâu đời trên thế giới. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp này cũng đã có bề dày trên 100 năm phát triển. Cùng với nhu cầu càng cao và đa dạng của xã hội về trang phục, ngành công nghiệp dệt nhuộm, may mặc ở Việt Nam đã và đang phát triển mạnh, trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nước với kim ngạch xuất khẩu rất cao năm 2022 đạt hơn 41 tỷ USD, tăng 14% so với cùng kỳ 2021. Đồng thời ngành cũng là nguồn cung ứng công ăn việc làm cho rất nhiều lao động.

Theo xu hướng của thời đại, khi đã đạt được một mức độ phát triển nhất định về kinh tế con người sẽ chuyển sang quan tâm đến môi trường xung quanh. Để đảm bảo sự phát triển bển vững của ngành công nghiệp này ngoài việc cải thiện và đổi mới công nghệ sản xuất còn cần lưu ý kiểm soát, giảm thiểu cũng như xử lý các dòng thải.

Hiện nay, hầu hết các nhà máy dệt nhuộm lớn đều sử dụng các công đoạn xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính. Tuy nhiên, việc đảm bảo nước thải đầu ra thỏa mãn các yêu cầu của các Quy chuẩn Việt Nam đang hiện hành, nhất là giá trị cho phép về độ màu vẫn chưa thực hiện được. Vì thế, việc nghiên cứu để tìm ra các biện pháp xử lý bổ sung thích hợp sau công đoạn xử lý sinh học là một việc làm cần thiết để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm đảm bảo các tiêu chuẩn xả thải và bảo vệ môi trường sinh thái.

2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

• • Vật liệu nghiên cứu, hóa chất và thiết bị

Đối tượng nghiên cứu là nước thải dệt nhuộm được lấy sau cụm bể sinh học (Aerotank + lắng) theo kiểu lấy mẫu tổ hợp từ 2 Công ty TNHH Dệt may Thái Tuấn và Công ty Liên doanh Dệt Sài Gòn Joubo. Mỗi Công ty lấy ngẫu nhiên 3 mẫu tại các thời điểm khác nhau trong quá trình nghiên cứu.

Bảng 1. Giá trị pH và độ màu đầu vào của các mẫu trong nghiên cứu

Nghiên cứu quá trình được tiến hành trên mô hình Jartest. Mẫu thí nghiệm được đựng trong các cốc thủy tinh 1000ml. Hệ thống cánh khuấy có thể chỉnh được tốc độ vòng quay.

Hình 1: Mô hình Jartest

Hóa chất sử dụng: H2SO4 10%, NaOH 10%; FeSO4.7H2O 10%, H2O2 10% và polymer 1‰.

• Phương pháp nghiên cứu

Thí nghiệm xác định tỉ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu được thông qua 2 bước là xác định nồng độ Fe2+ phù hợp với một nồng độ H2O2 nhất định và kiểm tra lại nồng độ H2O2 với lượng Fe2+ vừa tìm được. Tỷ lệ này đảm bảo khả năng sinh gốc hydroxyl (OH*) và điều kiện hoạt động của gốc này đạt hiệu quả tốt nhất.

• Phương pháp xác định các thông số thực nghiệm

Phương pháp xác định các thông số thực nghiệm được trình bày tóm tắt như Bảng 2.

Bảng 2. Phương pháp xác định các thông số thí nghiệm

3. Kết quả và thảo luận

Trước khi đi vào nghiên cứu, các mẫu nước thải đã được xác định giá trị pH tối ưu thông qua việc cố định lượng FeSO4.7H2O là 300 mg/l và thay đổi lượng H2O2 cho từng mẫu, thay đổi pH của hỗn hợp nước thải. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.

Bảng 3. Giá trị pH tối ưu đối với các mẫu nước thải nghiên cứu

Từ kết quả của Bảng 3 cho thấy đối với nước thải dệt nhuộm từ 2 Công ty TNHH Dệt may Thái Tuấn và Công ty Liên doanh Dệt Sài Gòn Joubo thì pH tối ưu để diễn ra phản ứng của hệ Fenton dao động 2,9 - 3,2. Trong khoảng này hiệu quả xử lý màu của hệ là tốt nhất.

Điều chỉnh giá trị pH tối ưu vừa tìm được để xác định tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu. Đối với 3 mẫu nước thải của Công ty TNHH Dệt may Thái Tuấn cho kết quả trong Bảng 4, 5, 6.

Bảng 4. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 cho mẫu T1

Bảng 5. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 cho mẫu T2

Bảng 6. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 cho mẫu T3

Trong mẫu T1 khi cố định lượng H2O2 là 300 mg/l thì lượng phèn FeSO4.7H2O tối ưu là 350 mg/l (độ màu nước thải sau quá trình 21 Pt - Co). Khi kiểm tra lại nồng H2O2 ở lượng phèn FeSO4.7H2O 350 mg/l, nồng độ H2O2 giảm xuống còn 240 mg/l. Tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu là 1:10. Tương tự mẫu T1, mẫu T3 cũng cho tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu là 1:10 với lượng phèn FeSO4.7H2O tối ưu là 400 mg/l và lượng H2O2 tối ưu là 380 mg/l. Mẫu T2 khi lấy mẫu do hoạt động của cụm bể sinh học aerotank + lắng hoạt động không tốt, mẫu có chứa bùn nên tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu là 0,4:10 tương ứng với lượng phèn FeSO4.7H2O tối ưu là 150 mg/l và lượng H2O2 tối ưu là 400 mg/l. So với mẫu T1 và T3, lượng H2O2 sau khi thử lại cao hơn so với điều kiện ban đầu.

Đối với 3 mẫu nước thải của Công ty Dệt nhuộm Joubo cho kết quả trong Bảng 7, 8, 9.

Bảng 7. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 cho mẫu S1

Bảng 8. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 cho mẫu S2

Bảng 9. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol Fe2+: H2O2 cho mẫu S3

Tương tự như mẫu của Công ty TNHH Dệt may Thái Tuấn, mẫu S1 cũng cho tỉ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu là 1:10 (điều kiện 350 mgFeSO4.7H2O/L; 360mgH2O2/L). Riêng 2 mẫu S2, S3 cho tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu cao hơn lần lượt là 0,9:10 (điều kiện 300 mgFeSO4.7H2O/L; 400mgH2O2/L) và 0,7:10 (điều kiện 200 mgFeSO4.7H2O/L; 340mgH2O2/L). Lượng H2O2 tối ưu dùng cho mẫu S2, S3 cũng tăng lên sau khi kiểm tra lại ứng với lượng phèn tối ưu vừa tìm được. Đồng thời, mẫu S2, S3 cũng có chứa một lượng cặn bùn khi lấy mẫu.

Từ kết quả trên, cho thấy với nước thải Thái Tuấn tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu trung bình là (0,8:10) và với nước thải Sài Gòn Joubo là (0,9:10). Tỷ lệ chung về tỷ lệ hóa chất cần dùng cho nước thải đã qua xử lý sinh học của nước thải dệt nhuộm khoảng Fe2+:H2O2 (mol) là (0,7:10). Ngoài ra thành phần nước thải cũng ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ tối ưu này. Điển hình khi nước thải có lẫn bùn hoạt tính, hay còn nhiều tạp chất có khả năng phân hủy sinh học, lượng H2O2 cần sử dụng cho phản ứng nhiều hơn so với bình thường và bùn sinh ra từ quy trình xử lý cũng nhiều hơn.

4. Kết luận, kiến nghị

Trong nghiên cứu này, đã xác định được tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu cho nước thải của cả 2 công ty là 1:10 với độ màu ban đầu của mẫu nước thải dao động từ 150 - 250 Pt-Co, pH tối ưu của nước thải là 3,0. Đối với nước thải có chứa cặn bùn, tỷ lệ mol Fe2+:H2O2 tối ưu dao động từ (0,4:10 đến 0,9:10) trong cùng điều kiện pH của nước thải là 3,0.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006). Giáo trình công nghệ xử lý nước thải. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2005). Các quá trình oxi hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Thành phố Hồ Chí Minh.
3. Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Cường (2007). Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý COD khó phân hủy sinh học trong nước rác bằng phản ứng Fenton. Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, số 01, tập 10.
4. Tiêu chuẩn Việt Nam về phân tích hóa nước TCVN 4565:1988. Truy cập tại: https://tieuchuan.vsqi.gov.vn/tieuchuan/view?sohieu=TCVN%204565:1988.
5. Tập đoàn Dệt may Việt Nam (2023). Truy cập tại: vinatex.com
6. Công ty TNHH Dệt may Thái Tuấn (2023). Truy cập tại: thaituan.com.vn
7. Công ty Liên doanh Dệt Sài Gòn Joub (2023). Truy cập tại: saigonjoubo.com.vn.
8. EFA Guidance Manual. Alternative Disinfectants and Oxidants.Avaiable at: https://nepis.epa.gov/Exe/ZyPURL.cgi?Dockey=2000229L.TXT.
9. Flaherty K.A. - Huang C.P. (1976). Coutinuous Flow Applications of Fenton’s Reagent for the treatment of Refactory Wastewater. Department of Civil Engineering - University of Delaware - USA.
10. Lenore S. Clesceri, Andrew D. Eaton, Arnold E. Greenberg (1999). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater - 20th USA: American Public Health Association.
11. William W. P. et al. (1998). Remolval of color and TOC from Segregated Dye Discharges Using Ozone and Fenton’s Reagent. USA: Virginia Polytechnic Institute and State University.
12. Rubin B.M. (2001). The History of Ozone. Bulletin for the History of Chemistry, 26(1).

Determining the optimum Fe2+:H2O2 ratio

of Fenton system in the treatment of dyeing textile wastewater

Nguyen Thi Thu Hien1

Tran Ngoc Bao Luan1

Tran Thi Kim Hong2

1Ho Chi Minh University of Natural Resources and Environment

2 Ho Chi Minh City University of Technology

ABSTRACT:

This study finds that the optimum molecular ratio of Fe2+:H2O2 fluctuates in a small range of 0.7:10 ÷ 1:10 when the dyeing textile wastewater behind the Aerotank cluster and the reservoir has color values ranging from 150 ÷ 250 Pt-Co. For the post-biodegraded dyeing textile wastewater sample, which is mixed with active mud in wastewater and has a color value of up to 481 Pt-Co, the optimal molecular ratio is quite high, up to 0.4:10 under the same optimal pH conditions of around 3.0.

Keywords: Fenton, FeSO4.7H2O, H2O2, textile wastewater, wastewater treatment, textile.

Nghiên cứu, chế tạo vật liệu hấp phụ và công nghệ xử lý nước thải chứa phóng xạ trong ngành khai thác và chế biến quặng phóng xạ