Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ-Tuyển nổi điện hóa với anode hòa tan nhôm, sắt

-1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
 ĐINH TUẤN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ-TUYỂN NỔI ĐIỆN HĨA VỚI ANODE HỊA TAN NHƠM, SẮT Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Mã số: 60.52.75 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2011 -2- Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học : TS LÊ MINH ĐỨC Phản biện 1: TS. NGUYỄN ĐÌNH LÂM Phản biện 2: PGS.TS. TRẦN THỊ VĂN THI Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 7 năm 2011. *. Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. -3- MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cơng nghiệp ở nước ta ngày càng phát triển và đĩng gĩp đáng kể vào ngân sách nhà nước. Bên cạnh những mặt tích cực, sự phát triển này cũng gây ra khơng ít những mặt trái cần quan tâm. Đĩ là sự phát sinh các chất thải độc hại khác nhau gây ra các tác động đến mơi trường như biến đổi khí hậu, làm tăng nhiệt độ khí quyển, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Gĩp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ơ nhiễm mơi trường do nước thải dệt nhuộm trong đề tài này tơi trình bày phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hĩa. Nguyên tắc hoạt động của phương pháp này là dựa trên cơ sở của phương pháp điện hố hồ tan anode nhằm tạo ra nhơm hyđroxit cĩ hoạt tính cao để keo tụ các hợp chất ơ nhiễm trong nước thải, đặc biệt là chất màu hữu cơ. Nước thải cần xử lý được bơm từ bể gom vào hệ thống thiết bị điện hố và được xử lý thơng qua các quá trình như keo tụ, oxi hố, tuyển nổi điện hố. Nước thải sau khi xử lý được tháo vào bể lắng tấm nghiêng để loại bỏ bơng keo tụ. Trên nhu cầu ứng dụng thực tiễn chúng tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi điện hố với anode hồ tan nhơm, sắt”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu các điều kiện xử lý nước thải cơng nghiệp dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ-tuyển nổi điện hĩa với điện cực Fe, Al. Đánh giá hiệu suất xử lý nhu cầu oxy hĩa học các loại nước thải cơng nghiệp dệt nhuộm. -4- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ-tuyển nổi điện hĩa với điện cực Fe, Al từ nguồn nước cĩ pha chế một số loại thuốc nhuộn. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nguồn nước thải dệt nhuộm được pha chế một số loại thuốc nhuộm là cơ sở chính để nghiên cứu nước thải dệt nhuộm. Trong nghiên cứu chúng tơi tập trung vào một số loại thuốc nhuộm của Đức sản xuất cĩ khả năng phân tán tốt trong nước. 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng các phương pháp phân tích chỉ tiêu mơi trường thơng thường. Các kết quả xử lý và các phương pháp phân tích này được thực hiện tại phịng thí nghiệm ăn mịn điện hố Trường Đại học Bách khoa Đà nẵng và Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2 tại Đà nẵng. 5. Ý nghĩa khoa học của đề tại Về mặt khoa học thực tiễn, việc ứng dụng cơng nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ - tuyển nổi điện hố với anode hồ tan nhơm, sắt được các nhà khoa học trong và ngồi nước quan tâm. Vì cơng nghệ để xử lí này an tồn và triệt để, cĩ hiệu quả với nước thải dệt nhuộm, bảo đảm các tiêu chuẩn cho phép khi thải ra mơi trường, trong giai đoạn phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam hiện nay, đặc biệt là nghành cơng nghiệp dệt nhuộm. 6. Cấu trúc của luận văn Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn gồm cĩ các chương như sau : -5- Chương 1: Tổng quan về chất màu hữu cơ và các kỹ thuật xử lý Chương 2: Phương pháp keo tụ điện hố xử lý nước thải Chương 3: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận -6- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU HỮU CƠ VÀ CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ 1.1. Một số đặc điểm cấu trúc và tính chất của chất màu hữu cơ (thuốc nhuộm) 1.1.1. Cấu trúc của phân tử chất màu hữu cơ - Trong các phân tử chất màu hữu cơ thường chứa các mạch nối tiếp cách, chủ yếu các vịng thơm, dị vịng cĩ cấu trúc : -CH=CH-CH=CH-..... - Trong phân tử của chúng thường cĩ các nguyên tử hay các nhĩm hút điện tử như: -NO2, -NO, -COCH3.... hoặc nhường điện tử dễ dàng như -OCH3, -NH2, -SH, -OH, -NHCH3, -N(CH3)2.... - Các nguyên tử trong phân tử cùng nằm trong một mặt phẳng. 1.1.2. Một số tính chất của thuốc nhuộm - Tính cĩ màu được gây ra do cấu tạo hĩa học đặc trưng. - Khả năng liên kết với bề mặt trong của sợi do các lực hĩa học và vật lý. 1.1.3. Sự hịa tan trong nước Tùy theo sự cĩ mặt và bản chất của các nhĩm phân cực trong phân tử mà thuốc nhuộm cĩ thể tan nhiều hay ít hoặc khơng tan trong nước. Căn cứ vào độ tan trong nước, thuốc nhuộm được chia thành các nhĩm sau: - Nhĩm hịa tan trong nước: đĩ là các thuốc nhuộm trực tiếp, axit, cation, hoạt tính, azo và điazo. Độ hịa tan đạt được trong khi sử dụng từ 40 ÷ 100 g/l. các phân tử của nhĩm này cĩ các ion phân cực cĩ tính tan như: SO3Na, -COOH, -SO3Na, -N+H2-HCl, -N+R3Cl... -7- - Thuốc nhuộm tạo nên tính tan tạm thời ở giai đoạn sử dụng như thuốc nhuộm lưu huỳnh... Độ tan tạm thời khi sử dụng vào khoảng 50g/l và do các nhĩm ion –ONa và SNa gây ra. - Nhĩm thuốc nhuộm ít tan trong nước ( độ tan vào khoảng 0.1 ÷ 30mg/l ở nhiệt độ 60 ÷ 90 0C): các thuốc nhuộm phân tán..., độ hịa tan nhỏ do trong phân tử cĩ các nhĩm trao đổi điện tử như -OH, - NH2, -SO2NH2, -NO2... - Nhĩm khơng tan trong nước như các pigment... Các chất màu này khơng nằm trong cấu trúc của sợi mà liên kết với sợi bằng các liên kết giữa các phân tử và gắn đính với bề mặt bởi các liên kết polymer đặc biệt. 1.2. Phân loại các loại thuốc nhuộm Cĩ hai cách phân loại thuốc nhuộm: phân loại theo cấu tạo hĩa học và phân loại theo các đặc tính kỹ thuật. Trong luận văn này, em xin trình bày phân loại theo đặc tính kĩ thuật. Theo phân loại kĩ thuật, thuốc nhuộm được chia thành các loại sau: - Thuốc nhuộm trực tiếp là những chất màu tan trong nước. Cơng thức chung của dạng này là cĩ dạng R-SO3Na với gốc R là gốc hữu cơ phức tạp. - Thuốc nhuộm axit (nhuộm trong mơi trường axit): thuốc nhuộm này hịa tan trong nước phân ly thành các ion. Thuốc nhuộm axit là các hợp chất chứa một hay nhiều nhĩm –SO3H và một vài dẫn xuất cacboxul hĩa chứa nhĩm –COOH. - Thuốc nhuộm hoạt tính là thuốc nhuộm trong cấu trúc phân tử cĩ chứa các nhĩm nguyên tử cĩ thể thực hiện mối liên kết hĩa trị với vật liệu. -8- - Thuốc nhuộm bazơ – cation: thuốc nhuộm bazơ là những chất màu cĩ cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng là các muối clorua, oxalat hay muối kép của bazơ hữu cơ. - Thuốc nhuộm hồn nguyên thuốc nhuộm trở lại tính chất ban đầu sau khi hấp phụ lên vật liệu. - Thuốc nhuộm phân tán cĩ độ hịa tan trong nước rất thấp. - Thuốc nhuộm lưu huỳnh là những hợp chất màu khơng tan trong nước ở các dạng : -S-, SH, -S-S-, -SO-, -SN-... - Thuốc nhuộm azơ khơng tan là những hợp chất cĩ chứa nhĩm azơ và điazơ trong phân tử nhưng khơng chứa các nhĩm cĩ tính tan nên chúng khơng tan trong nước. - Thuốc nhuộm pigment: Thuốc nhuộm pigment là những chất màu cĩ cấu tạo hĩa học khác nhau nhưng đều khơng tan trong nước do trong phân tử khơng chứa các nhĩm cĩ tính tan hoặc các nhĩm này bị chuyển về dạng muối natri, canxi khơng tan trong nước. 1.3. Trạng thái phân tán của thuốc nhuộm trong nước Trạng thái của thuốc nhuộm liên quan đến cấu trúc, bản chất hĩa học của chúng và chịu ảnh hưởng của bản chất dung mơi, pH mơi trường và sự cĩ mặt của các chất phụ gia... 1.4. Một số đặc điểm, tính chất của chất keo hữu cơ 1.4.1. Đặc điểm hình dạng và kích thước Phân tử keo hữu cơ cĩ thể tồn tại ở các dạng hình cầu, hình que hay hình xoắn với kích thước từ vài chục angtron đến hàng nghìn angtron. 1.4.2. Độ nhớt của keo hữu cơ Các phân tử cĩ độ nhớt cao thường là các chất phân cực, chúng dễ liên kết với nhau thơng qua tương tác tĩnh điện của các lực tích -9- điện trái dấu. Độ nhớt cịn phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, khối lượng phân tử và nồng độ chất keo. 1.4.3. Các tính chất điện Các chất keo điện ly bao gồm các dạng: mixen như xà phịng..., đại phân tử anion như pectin, polyacrylic axit..., đại phân tử cation như polyvinyl pyridin bromua..., đại phân tử như protein... Dưới tác dụng của điện trường, chúng thể hiện tính chất điện di, điện thẩm tích. 1.4.4. Cấu trúc hạt keo hữu cơ Các hạt keo được chia thành hai nhĩm lớn: Các chất keo phân tử mà các hạt là những phân tử lớn liên kết với nhau bằng các lực liên kết hố học. Mixen keo là những tập hợp của nhiều phân tử nhỏ, các phân tử này liên kết với nhau bằng cả lực hố trị và lực Van der Waals. Mixen thường kém bền hơn các đại phân tử do nĩ cĩ thể hồ tan, phân rã thành những phân tử cơ sở trong dung mơi thích hợp. 1.4.5. Tính chất keo của chất màu hữu cơ Tuỳ thuộc bản chất, cấu tạo kích thước và khối lượng phân tử của chất màu hữu cơ mà nĩ nằm ở trạng thái hồ tan hay phân tán trong dung dịch. Kích thước phân tử của các chất màu hữu cơ rất khác nhau và phụ thuộc vào nhiều thành phần hố học. 1.4.6. Tương tác giữa các chất keo trong dung dịch Độ bền của các hệ keo phụ thuộc vào các tương tác của nĩ với dung mơi, với chất keo khác, với chất điện li... 1.5. Các phương pháp xử lý chất màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm Để phá bền các chất màu hữu cơ trong nước thì tùy theo độ hịa tan, bản chất sự phân ly trong nước và mức độ độc hại... Vì vậy cĩ -10- thể ứng dụng các phương pháp phá bền tương ứng: phá hủy bằng các chất oxy hĩa và chất khử, hấp phụ, keo tụ tuyển nổi... 1.6. Lợi ích của keo tụ điện hố trong cơng nghệ xử lý nước thải nhuộm Việc ứng dụng keo tụ điện hố – một phương pháp tổng hợp- trong xử lý nước thải nhuộm đáp ứng được các yêu cầu sau. Cơng nghệ xử lý khá đơn giản, dễ điều khiển. Tốc độ xử lý rất nhanh do nhiều quá trình xảy ra đồng thời trong cùng một thiết bị (keo tụ, hấp phụ của chất keo mới sinh, tuyển nổi, phá bền bởi điện trường, ơxy hố khử..) nên tiêu tốn ít kim loại. Quá trình xử lý tổng hợp, liên tục nên khơng cần mặt bằng lớn. Chất lượng nước sau xử lý cao do cĩ thể sử dụng lượng chất điện ly nhỏ, ơxy mới sinh tiệt trùng nước, dư lượng các ion kim loại rất nhỏ bùn cặn tạo ra ít hơn và dễ tách loại hơn so với bùn cặn của các quá trình xử lý hố học, hố lý. Chi phí giá thành khơng cao hơn so với giá thành xử lý bằng hố chất, nước thải sau xử lý cĩ khả năng tái sử dụng. -11- CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HỐ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Khái niệm chung Phương pháp keo tụ, tạo bơng là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải nĩi chung, nước thải cơng nghệ dệt nhuộm nĩi riêng. Cơ sở của phương pháp là sử dụng muối kim loại cĩ khả năng hình thành các bơng keo tụ. Các bơng keo tụ này sẽ hấp phụ các chất bẩn trong nước thải và được tách ra. 2.2. Sự hình thành keo trong quá trình hồ tan nhơm, sắt anode Đối với dung dịch cĩ pH= 5-7, khi điện phân do sự thốt khí O2 trên anode, H2 trên cathode, nhơm ion bị thủy phân nên pH dung dịch thấp, thành phần chủ yếu là Al(OH)2+ và Al(OH)2+ ngồi ra cịn cĩ Al3+ và Al(OH)3. Nếu dung dịch cĩ tính acid, hàm lượng phức hydroxo tích điện dương khá cao, chúng nằm phân tán, chậm liên kết lại để tạo hạt keo lớn hơn. Khi tăng pH>6, ion Al3+vừa hình thành sẽ bị thuỷ phân hồn tồn, phức hydroxo Al(OH)2+, Al(OH)2+ tiếp tục thuỷ phân, sản phẩm thuỷ phân là Al(OH)3. Đến pH=7-8 Al(OH)3 đạt nồng độ cực đại. Như vậy khi tăng pH, hàm lượng các hạt keo dương giảm dần, các sản phẩm thuỷ phân dễ liên kết với nhau lại hơn tạo thành các hạt keo lớn hơn. Thứ tự các phản ứng thuỷ phân như sau: Al 3+ .6H2O + H2O → Al(OH)2+.5H2O + H3O+ Al(OH)2+.5H2O + H2O → Al(OH)2 + 4H2O + H3O+ Al 3+ .6H2O + 2H2O → Al(OH)2 + 4H2O + 2H3O+ Al(OH)2 + 4H2O + H2O → Al(OH)3.3H2O + H2O+ Trong quá trình điện phân, pH của lớp dung dịch sát anode giảm dần do tạo ra keo nhơm và thốt O2 nên các hydroxo tích điện -12- dương cĩ độ phân tán rất cao. Trong điện trường, H + chuyển về cathode sẽ trung hồ các ion OH-chuyển từ cathode sang anode, giúp cho quá trình thuỷ phân hình thành các hydroxo dễ dàng. Trong khoảng pH =5,7-7,0 các thành phần chính là Al(OH)2+, Al(OH)2+... và Al(OH)3. Tăng pH và thời gian điện phân, các phân tử đĩ liên kết tạo các hạt đa nhân. 2.3. Đặc tính chung của keo vơ cơ Hạt keo gồm ba phần: - Nhân hạt keo: là tập hợp nhiều phân tử rắn liên kết với nhau, được bao bọc bởi một lớp vỏ ion. Sự hấp phụ một loại ion nào đĩ trong dung dịch tạo nên lớp vỏ ion này. - Lớp điện tích kép: hình thành bởi các ion trái dấu với lớp vỏ ion. - Lớp ion khuếch tán hình thành ở phần ngồi của lớp điện tích kép 2.4. Quá trình keo tụ tạo bơng của keo nhơm, sắt Keo nhơm, sắt được sử dụng rộng rãi trong cơng nghệ xử lý nước và nước thải. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào tính chất, độ bền của các chất keo trong dung dịch và cơ chế keo tụ. Sự keo tụ của các huyền phù bằng các phức hydro và hydroxit. 2.5. Các dạng nhơm hydroxít và phương pháp điều chế Các dạng nhơm hydroxit và tính chất của chúng. Trong nước, nhơm hydroxit tồn tại ở nhiều dạng khác nhau tuỳ thuộc nguyên liệu ban đầu và điều kiện phản ứng. Willstater và Kraut đã khảo sát các dạng gel khác nhau được hình thành từ nhiều dung dịch muối nhơm cho thấy: nhơm hydroxit tồn tại ở các dạng keo, gel, tinh thể. Kết tủa nhanh từ các dung dịch nhơm sunfat với dư lượng nhỏ của amoniac,độ kiềm thấp sẽ tạo thành α-orthohydroxit Al(OH)3 là những khối bơng màu trắng, gel vơ định hìng này chuyển -13- thành β-orthohydroxit {[4Al(OH)3 -3H2O] +2H2O } dẻo, rắn, hơi vàng. 2.6. Động học và chuyển khối của quá trình keo tụ - Cĩ thể coi sự tương tác của hai chất này tuân theo lý thuyết keo tụ nhanh của Smoluchowski. Theo lý thuyết này thì tốc độ keo tụ tuân theo cơ chế phân tử bậc hai và bậc phản ứng cũng là bậc hai, phương trình động học cĩ dạng: 2 .Nk dt dN −= Trong đĩ: N là mật độ hạt keo trong dung dịch, k là hằng số tốc độ của phản ứng, k phụ thuộc vào yếu tố vật lý và bản chất hố học của hệ. K = 4.π.d.D với D là hệ số khuyếch tán Brown, d là khoảng cách giữa hai hạt keo cĩ tương tác hút. - Quá trình chuyển khối trong keo tụ phụ thuộc vào bản chất và kích thước các hạt huyền phù, sự va chạm tương tác của chúng. Chuyển khối do khuyếch tán Brown chỉ xảy ra với các hạt huyền phù nhỏ, sự chuyển khối phụ thuộc vào động năng của hệ, tức là tỷ lệ với tích số k.T (k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối của hệ). Chuyển khối cưỡng bức: trong hệ huyền phù được khuấy trộn sự di chuyển của các hạt huyền phù kích thước lớn là do chuyển động lơi cuốn của dịng chất lỏng. -14- CHƯƠNG 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Nguyên vật liệu và hĩa chất 3.1.1. Thuốc nhuộm Trong luận văn này các chất màu được sử dụng như sau: Số TT Tên thương mại Đặc điểm Nguồn gốc 1 Indanthren DirBlack RBS Màu đen, phân tán tốt Đức 2 Indanthren Olive T Coll Màu đen, phân tán tốt Đức 3 Indanthren Red FBB Coll Màu đỏ, phân tán tốt Đức 4 Remazol Navy RGB Màu xanh, phân tán tốt Đức 3.1.2. Hố chất Số TT Tên thương mại Nguồn gốc 1 Natriclorua Trung Quốc 2 Kalibicrommat Trung Quốc 3 Axit sunphuaric Trung Quốc 4 Natrihydroxit Trung Quốc 3.2. Vật liệu điện cực và kỹ thuật xử lý ban đầu 3.2.1. Điện cực Anode và Cathode là nhơm tấm mua trên thị trường. Cĩ thành phần chính khoảng (99,5%Al; 0,5% của Si, Fe, Zn ...). Kích thước 70×70(mm), chiều dày 2mm; diện tích 2 mặt = 1 dm2. -15- 3.2.2. Dung dịch và kỹ thuật xử lý bề mặt nhơm Bề mặt nhơm được làm sạch bằng các dung dịch HNO3 15% và dung dịch NaOH 2,5%. Kỹ thuật xử lý bề mặt nhơm như sau: Nhơm được rửa sạch bằng xà phịng để tẩy dầu mỡ, sau rửa qua nước sạch rồi cho vào dung dịch NaOH 2,5% trong thời gian từ 3-5 phút để hịa tan lớp oxit Al2O3. Tiếp theo rửa sạch bề mặt bằng nước, rồi nhúng vào dung dịch HNO3 15% trong khoảng 10-30 giây. Cuối cùng rửa lại bằng nước cất để tẩy axit và đem vào bình điện phân. 3.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 3.3.1. Sơ đồ nghiên cứu sự keo tụ điện hĩa Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu sự keo tụ điện hĩa. 3.3.2. Các bước tiến hành thực nghiệm Pha chế các dung dịch thí nghiệm, chuẩn bị và làm sạch điện cực. Tiến hành điện phân ở các chế độ cần nghiên cứu. Tính thời gian từ khi bắt đầu điện phân đến khi dung dịch bị mất màu, chất màu bị tách loại hết hay đến khoảng thời gian xác định theo mục tiêu nghiên cứu. Kết quả xử lý: sau xử lý bằng keo tụ điện hĩa, chất màu bị keo tụ tạo bơng, dung dịch trở nên trong, nước khơng cịn màu sắc. 1. Nguồn điện 1 chiều 2. Biến trở 3. Catốt nhơm(sắt) 4. Anốt nhơm 5. Dung dịch thí nghiệm -16- 3.4. Các phương pháp phân tích kết quả 3.4.1. Đánh giá nồng độ theo chỉ số COD (nhu cầu oxy hĩa học) cho các chất màu ở hệ nước thải Nguyên tắc: Xác định chỉ số chỉ số COD dựa vào phương pháp phân tích Dicromat. 3.4.3. Đánh giá nồng độ màu Nguyên tắc: Xác định màu của mẫu bằng cách so sánh bằng mắt dựa vào một dãy các dung dịch so sánh hoặc với một dãy các kính chuẩn cố định. -17- CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Ảnh hưởng của mật độ dịng anode đến quá trình keo tụ điện hố Mật độ dịng anode là một trong những thơng số quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hịa tan anode và tốc độ quá trình điện hĩa. Hình 4.1: Ảnh hưởng của mật độ dịng anode đến hiệu quả keo tụ 4.2. Vai trị của muối điện ly Chất điện ly pha chế làm tăng độ dẫn điện dung dịch, cải thiện sự hịa tan anode, giảm độ bền phân tán và thế điện động của hạt keo. Do đĩ hiệu quả quá trình keo tụ điện hĩa được cải thiện rõ rệt. Trong keo tụ điện hĩa với nhơm hịa tan anode, chúng tơi sử dụng muối NaCl. Sự cĩ mặt của muối NaCl đã cải thiện rõ rệt hiệu quả quá trình: hiệu suất hịa tan lớn, lượng keo nhơm mới sinh tạo ra trong một đơn vị thời gian nhiều, kích thước nhỏ mịn, tốc độ tương tác cao, thời gian keo tụ điện hĩa và tiêu hao anode. Khoảng nồng độ NaCl ≤1,0 g/l thích hợp cho keo tụ điện hĩa xử lý các dung dịch nước thải nhuộm. 82 84 86 88 90 92 94 96 98 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 Mật độ dịng (A/dm2) H iệu su ất x ử lý (% ) H iệ u su ất x ử lý C O D (% ) -18- Hình 4.2 : Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả keo tụ 4.3. Ảnh hưởng của pH mơi trường Trong mơi trường axit (pH≤6) và mơi trường kiềm (pH≥8), nhơm hồ tan khá tốt. Trong các mơi trường này, lớp oxit bị hồ tan, bề mặt nhơm khá sạch nên sự hồ tan xảy ra dễ dàng. Hình 4.3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Nồng độ muối NaCl (g/l) H iệ u su ất x ử lý (% ) H iệ u su ất x ử lý C O D (% ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 3 4 5 6 7 8 9 10 pH H iệ u x u ất x ử lý (% ) Điện cực nhơm Điện cực sắt H iệ u su ất x ử lý C O D (% ) -19- 4.4. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực Khoảng cách điện cực cĩ vai trị quan trọng vì dung dịch dẫn điện kém, điện thế rơi trong dung dịch tăng theo khoảng cách điện cực. Sự thuỷ phân của ion nhơm tạo thành các phân tử keo tụ xảy ra theo chuổi các phản ứng nối tiếp nên khoảng cách điện cực cĩ lai trị quan trọng trong sự phân tán và phân bố của chất keo tụ trong tồn khối dung dịch, duy trì cơ chế trung hồ điện tích của quá trình keo tụ hệ keo màu. Hình 4.4: Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý COD 4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ dung dịch ảnh hưởng đến độ dẫn điện dung dịch, tốc độ khuyếch tán của các phân tử phân tử phản ứng trong quá trình điện hĩa, ảnh hưởng đến độ hịa tan và sự hấp thụ của các phân tử. Khi nhiệt độ dung dịch thấp thì hiệu suất hịa tan thấp, sự di chuyển của các phẩn tử keo tụ mới sinh và chất màu khá chậm nên thời gian keo tụ điện hĩa tăng đáng kể. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp thì độ hịa tan của các cấu tử thấp, chuyển động nhiệt giảm, sự định hướng tương tác tăng lên nên sự hấp phụ của chất màu với keo nhơm 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 Khoảng cách điện cực(cm) H iệu x u ất x ử lý (% ) nhơm sắt H iệ u su ất x ử lý C O D (% ) -20- mạnh. Sự tăng nhiệt độ làm cho quá trình điện phân và quá trình keo tụ diễn ra thuận lợ. Trong khoảng 20÷350 C sự di chuyển, đối lưu của các cấu tử tăng, các chất màu hấp thụ kém tên bề mặt điện cực nên hiệu suất hịa tan anode tăng nên thời gian keo tụ điện hĩa giảm. Tăng nhiệt độ dung dịch qua 400C, quá trình điện hĩa diễn ra rất thuận lợi do dung dịch dẫn điện tốt, điện thế phân giảm, hiệu suất hịa tan anode của nhơm tăng cao. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao thì hiệu ứng giải hấp phụ chất màu của keo nhơm xuất hiên. Chuyển động nhiệt lớn làm giảm sự định hướng tương tác nên thời gian điện phân kéo dài, tiêu tốn nhiều chất keo tụ. 4.6. Ảnh hưởng của bản chất và nồng độ chất màu hữu cơ Tùy thuộc bản chất, cấu trúc và khối lượng phân tử, độ hịa tan mà các chất màu tồn tại trong dung dịch ở dạng keo phân tán hoặc hịa tan tạo thành ion hay phân tử. 1.Black RBS; 2.Indathrent Olivent; 3.Indathrent Red; 4.Remazol Navy. Hình 4.6: Ảnh hưởng của bản chất chất màu đến hiệu quả keo tụ điện Chất màu H iệ u su ất x ử lý C O D (% ) -21- 4.7. Ảnh hưởng của dịng chảy-sục khí-khuấy trộn Một trong những đặc trưng của quá trình điện phân nĩi chung và keo tụ điện hố nới riêng là sự thốt khí trên bề mặt điện cực: khí ơxy thốt ra trên anode và khí hydro thốt ra trên cathode. Các khí này cũng tham gia vào quá trình khuấy trộn cùng với quá trình sục khí giúp truyển nổi các khối bơng tụ. Vì vậy tốc độ của quá trình tách loại là rất cao. Sự khuấy trộn tăng cường sự di chuyển của các ion Al3+, H+, OH..., các sản phẩm thuỷ phân, các phần tử chất màu..., nên tần suất va chạm keo tụ và tạo bơng rất lớn. Do đĩ ảnh hưởng mạnh đến cơ chế phá bền, keo tụ các chất màu và thời gian tách loại. Sự di chuyển càng nhanh thì sự phân tán của các cation và keo nhơm càng cao. Các phân tử chất màu phân cực cĩ tương tác với nhau tạo thành các tập hợp lớn kém bền. Hình 4.9 : Ảnh hưởng của dong chảy, sục khí, khuấy trộn -22- 4.8. Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý Thời gian điện ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý, khi nồng độ và mật độ dịng cố định thì hiệu suất xử lý phụ thuộc vào thời gian điện phân. Thí nghiệm thực hiện với nồng độ muối NaCl (1 g/l), Màu Black RBS 0,2g/l, điện cực nhơm, khoảng cách điện cực 2cm, thời gian thay đổi từ 15 đến 40 phút. Kết quả khảo sát hình 4.10. 4.9. So sánh hiệu suất xử lí giữa điện cực nhơm và điện cực sắt Trong các dung dịch chất màu tự pha thì các loại chất màu thuộc nhĩm hồn nguyên thì khả năng keo nhơm điện hĩa cho hiệu suất tách màu cao hơn so với keo sắt. Nguyên nhân cĩ thể do khối lượng mol của Fe lớn hơn Al nên khi hình thành tạo thành các muối Fe(OH)2, Fe(OH)3 hình thành các bơng keo hấp thụ chất màu hữu cơ nhưng khí H2 và khí O2 thốt ra ở điên cực khơng thể tuyển nổi chất màu lên trên bề mặt như keo nhơm. Hình 4.10: Ảnh hưởng của thời gian điện phân H iệ u su ất x ử lý C O D (% ) -23- Hình 4.11: Hiệu suất xử lý khi dùng anode nhơm và anode sắt. 1.Indanthren DirBlack RBS; 2.Indanthren Olive T Coll 3.Indanthren Red FBB Coll; 4.Remazol Navy RGB 4.10. Khảo sát sự keo tụ điện hĩa với việc đánh giá hiệu suất khử màu của các chất màu khác nhau Điện cực nhơm được xử lý (tẩy sạch lớp oxit nhơm và dầu mỡ bằng axit, xà phịng. Sau đĩ được trung hịa bằng dung dịch Na2CO3, rửa lại bằng nước), lắp vào bình điện phân cĩ chứa 0,5g/l NaCl. Điện phân 30 phút với mật độ dịng 0,9A/dm2, khoảng cách điện cực 2cm. Kết quả hình 4.12 Hình 4.12: Hiệu suất tách loại chất màu khi dùng anode nhơm. H iệ u su ất x ử lý m àu (% ) 1400 1540 45 5796.8 96.3 0 500 1000 1500 2000 1 2 Chất màu Đ ộ m àu Trước XL mg/lPt Sau XL mg/lPt Hiệu suất (%) -24- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua nghiên cứu các đặc tính và khả nawng keo tụ của keo nhơm điện hố trong dung dịch điện phân với nhơm hồ tan anode ta nhận thấy: - Keo nhơm điện hố mới sinh ra cĩ độ phân tán cao và kích thước hạt nhỏ mịn - Keo nhơm mới sinh ra cĩ độ bền phân tán kém, dễ liên kết lại với nhau tạo thành các khối lớn - Về chế độ điện phân sau qua khảo sát thích hợp cho keo tụ điện hố chất màu hữu cơ với anode hồ tan nhơm hoặc sắt: Mật độ dịng 0,5-1 A/dm2, nơng độ NaCl ≤ 1g/l, pH khoảng 6,5-8,5, khoảng cách điện cực 1-2cm, nhiệt độ khoảng 350C. - Keo tụ điện hố với nhơm hồ tan anode hoặc sắt hồ tan anode cĩ thể tách loại phần lớn chất màu. Hiệu quả tách loại tăng khi tăng cường khả năng khuấy trộn thuận lợi cho việc tách loại và làm sạch nước. - Keo tụ điện hố với nhơm hồ tan anode hoặc sắt hồ tan anode cĩ nhiều ưu điểm hơn so với keo tụ hố học vì cĩ nhiều quá trình đồng thời tham gia tác động trong cùng một thiết bị như keo tụ, tuyển nổi, phá bền bỡi điện trường, điện di, định hướng tương tác thuận lợi, tiệt trùng... kích thước của hạt keo mới sinh nhỏ nên cơ chế hấp thụ và trung hồ điện tích chiếm ưu thế khống chế chủ yếu quá trình keo tụ điện hố, chất lượng nước sau xử lí cĩ khả năng tái sử dụng, cĩ thể áp dụng ở những nơi cĩ mặt bằng chật hẹp.