Cơ sở lựa chọn:
Độ pH là một yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình EF. Quá trình EF thường được thực hiện trong môi trường axit. Trong quá trình Fenton truyền thống, quá trình kết tủa Fe(OH)3 ở giá trị pH cao hơn. Do đó, hiệu suất oxy hóa giảm đáng kể. Điều kiện môi trường có tính axit thuận lợi để H2O2 được tạo thành trong phản ứng 1.20.
Bảng 2.1. Giá trị pH của quá trình EF trong các nghiên cứu khác nhau
Chất ô nhiễm | Giá trị pH | Hiệu quả xử lý (%) | Thời gian thực hiện | Nguồn | |
1 | Nước thải dệt nhuộm | 3 | 70 | 150 | [120] |
2 | Methyl đỏ | 3 | 80 | 20 | [121] |
3 | Rhodamine B | 3 | 99,6 | 120 | [64] |
4 | Nước thải nhuộm | 3 | 75,2 | 240 | [65] |
5 | LGB | 2 | 40 | 120 | [122] |
Có thể bạn quan tâm!
-
Tình Hình Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Fenton Và Fenton Điện Hóa Tại Việt Nam -
Nguyên Nhân Cơ Chế Ảnh Hưởng Gây Bít Tắc Màng Mbr -
Hệ Ef Trong Phòng Thí Nghiệm Theo Đó, Hệ Ef Bao Gồm: -
Bảng Pha Chất Nuôi Bùn Hoạt Tính -
Nghiên Cứu Xử Lý Glyphosate Bằng Quá Trình Fenton Điện Hóa -
Ảnh Hưởng Của Khoảng Cách Điện Cực Đến Khả Năng Xử Lý Glyphosate
Xem toàn bộ 229 trang tài liệu này.
Từ cơ sở các nghiên cứu ở trên, luận án khảo sát lần lượt với các giá trị pH là: 2, 3, 4, 5, 6 (điều chỉnh bằng cách thêm axit H2SO4 0,1N). Để đánh giá ảnh hưởng của pH các thí nghiệm được tiến hành như sơ đồ Hình 2.6.
Điều kiện thí nghiệm:
- Mật độ dòng là 8,333 mA/cm2, khoảng cách điện cực (d = 1,0 cm), nồng độ glyphosate = 0,1mM tương đương với 16,9 mg/L, [Na2SO4] = 0,05M, nồng độ xúc tác [Fe2+] = 0,1mM,
Dung dịch glyphosate
Quá trình EF
Lấy mẫu tại các thời điểm:
0, 15, 30, 45, 60 phút
Mật độ dòng: 8,333 mA/cm2 d = 1,0 cm
[Fe2+] = 0,1 mM [Na2SO4] = 0,05 M
[glyphosate] = 0,1 mM
- pH: thực hiện thí nghiệm ở các giá trị pH đầu vào của dung dịch điện phân là: 2, 3, 4, 5, 6.
pH: 3, 4, 5, 6, 7
Phân tích TOC
pH thích hợp
Hình 2.6. Đánh giá pH đến quá trình xử lý glyphosate bằng quá trình EF
* Ảnh hưởng của thời gian và mật độ dòng điện đến hiệu quả của quá trình EF Cơ sở lựa chọn:
Hiệu quả quá trình EF ảnh hưởng đáng kể bởi mật độ dòng áp dụng. Mật độ dòng lớn ảnh hưởng đến gốc hydroxyl (•OH) tạo thành trong dung dịch. Mặt khác mật độ dòng lớn dẫn đến khả năng tạo Fe2+ nhanh hơn theo phản ứng (1.6) và tăng hiệu suất của quá trình EF.
Mật độ dòng điện cao cũng đòi hỏi tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, do đó mật độ dòng cần được nghiên cứu phù hợp hơn và thời gian sử dụng để loại bỏ chất ô nhiễm cũng ít hơn nhằm giảm chi phí năng lượng.
Một số nghiên cứu chỉ ra rằng sử dụng mật độ dòng điện sử dụng trong quá 10 A/m2, trong khi những nghiên cứu khác cho rằng mật độ dòng là 6,4 A/m2 [123]. Một số nghiên cứu về mật độ dòng điện của các nhà khoa học được tóm tắt trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Thời gian điện phân và cường độ dòng điện trong các nghiên cứu
Chất ô nhiễm | Điện cực | Điều kiện | Cường độ dòng điện | Hiệu suất (%) | Nguồn | |
1 | O – Chlorophenol | Thép không gỉ – Pt | Nồng độ [O – Chlorophenol] = 80 mg/L, Nồng độ [Fe2+] = 0,5 mg/L, t = 60 phút | 0,6A | 59,12 | [124] |
2 | Picloram | Vải C – Pt | Nồng độ [Picloram] = 0,125 mM, nồng độ [Fe2+] = 0,1 mM; [Na2O4] = 50 mM, pH = 3 | 0,3A | 100 | [125] |
3 | 2,.4,.6 Trinitrotoluen | Pt – Vải C | Nồng độ [TNT] = 0,2 mM; nồng độ [Fe2+] = 0,2 mM | 0,25A | 99 | [126] |
Các nghiên cứu chỉ ra hiệu suất xử lý tăng khi mật độ dòng điện tăng. Qua các nghiên cứu cho thấy khi tiến hành thí nghiệm ở mật độ dòng điện quá nhỏ thì hiệu suất xử lý thấp, khi thí nghiệm ở mật độ dòng điện lớn thì hiệu quả tốt nhưng sẽ tiêu tốn năng lượng.
Luận án đánh giá ảnh hưởng của mật độ dòng điện từ 1,667 ÷ 16,667 mA/cm2 và thời gian điện phân trong 60 phút.
Sơ đồ về ảnh hưởng mật độ dòng điện và thời gian điện phân được mô tả trên Hình 2.7.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ dòng điện và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý bằng quá trình EF. Mẫu được lấy sau khi điện phân tại thời điểm 0, 15, 30, 45, 60 phút đem phân tích hàm lượng tổng carbon hữu cơ (TOC) để xác định hiệu quả khoáng hóa của quá trình EF ở các giá trị mật độ dòng điện khác nhau. Từ đó xác định được điều kiện mật độ dòng điện phù hợp với quá trình EF.
Điều kiện thí nghiệm:
- Thể tích bể phản ứng: 250 mL.
Dung dịch glyphosate
Quá trình EF
Thời điểm lấy mẫu: 0, 15, 30, 45, 60 phút
pH = 3
d = 1,0 cm [Fe2+] = 0,1 mM
[Na2SO4] = 0,05M
[glyphosate] = 0,1mM
- Nồng độ glyphosate ban đầu là 0,1mM, pH = 3, nồng độ chất điện li Na2SO4 0,05M, nồng độ xúc tác Fe2+ 0,1mM, d = 1,0 cm.
Mật độ dòng: 1,667; 3,333; 5; 6,667; 8,333; 16,667 mA/cm2
Phân tích TOC
Mật độ dòng thích hợp
Hình 2.7. Sơ đồ ảnh.hưởng mật.độ dòng điện và thời gian.điện phân đến khả năng xử lý glyphosate
* Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực (d) Cơ sở lựa chọn:
Trong quá trình EF, hiệu suất xử lý có liên quan đến khoảng cách điện cực.
Nhúm nghiờn cứu của Zang [127] đó nghiờn cứu hiệu suất loại bỏ COD từ nước rỉ rỏc bằng cỏch giữ nguyờn d = 1,3 cm ữ 2,1 cm. Hiệu suất xử lý của quỏ trỡnh EF thấp khi xử lý trong thời gian ngắn hơn hoặc khoảng cỏch điện cực lớn hơn.
pH ban đầu: 3
Mật độ dòng: 8,333 mA/cm2 Nồng độ Fe2+: 0,1mM
Nồng độ Na2SO4: 0,05M Nồng độ glyphosate: 0,1mM
Thí nghiệm đánh giá khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý bằng quá trình EF được thể hiện trên Hình 2.8.
Khoảng cách điện cực: 0,5; 1,0; 1,5 cm
Dung dịch glyphosate
Quá trình EF
Lấy mẫu tại các thời điểm:
0, 15, 30, 45, 60 phút
Phân tích TOC
Khoảng cách thích hợp
Hình 2.8. Sơ đồ ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến khả năng xử lý
* Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến hiệu quả của quá trình EF Cơ sở lựa chọn:
Nồng độ ion Fe2+ thích hợp là một điều kiện quan trọng của quá trình. Hiệu quả của quá trình EF tăng lên khi tăng nồng độ Fe2+ dẫn đến quá trình tạo thành gốc hydroxyl (•OH) tăng lên theo phản ứng (1.1).
Wang và cộng sự [65] đã nghiên cứu và kết luận khi có mặt ion Fe2+ thì khả năng loại bỏ COD tăng. Khả năng loại bỏ COD tăng lên rõ rệt từ 19,8% lên tới 43% khi thêm ion Fe2+ từ bên ngoài với nồng độ là 0,33mM.
Wang và cộng sự [60] quan sát thấy sự tăng tốc độ khoáng hóa TOC bởi quá trình EF khi nồng độ Fe2+ ban đầu tăng từ 0 đến 1mM. Tuy nhiên nồng độ các ion Fe2+ trong dung dịch điện phân lớn có thể tiêu thụ gốc hydroxyl (•OH) dẫn đến có thể làm giảm hiệu suất.
Nhóm nghiên cứu của Zhou [121] đã công bố hiệu quả xử lý metyl đỏ tăng từ 45% lên 75% trong 10 phút khi có ion Fe2+ khi sử dụng nồng độ Fe2+ là 0,25mM.
Bảng 2.3 tóm tắt một số công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ được các nhà khoa học công bố.
Bảng 2.3. Nồng độ Fe2+ tối ưu của quá trình EF trong các nghiên cứu khác nhau
Chất ô nhiễm | Điều kiện | Nồng độ Fe2+ | Hiệu suất (%) | Nguồn | |
1 | Methyl parathion | pH = 3, I = 100 mA, [Metyl parathiol] = 0,13 mM, t = 45 phút | 0,1 mM | 100 | [52] |
2 | Imazaquin, Imazapyr | I = 0,2 A, t= 3,5 h | 0,1mM | 97 | [128] |
3 | Nước thải nhuộm | Pt – PAN , Mật độ dòng điện = 3,2 mA/cm2, tốc độ tạo O2 là 150 cm3/phút, pH = 3, toC = 20oC | 2mM | 75 | [65] |
Điều kiện thí nghiệm:
- Điện cực: Cực dương (Pt), cực âm (vải C)
- Thể tích bể phản ứng: 0,25 L
pH ban đầu: 3
Mật độ dòng: 8,333 mA/cm2 Khoảng cách điện cực: 1,0 cm Nồng độ Na2SO4: 0,05M Nồng độ glyphosate: 0,1 mM
- Nồng độ glyphosate ban đầu là 0,1mM, pH = 3, [Na2SO4] = 0,05M; nồng độ xúc tác Fe2+ lần lượt nghiên cứu tại các giá trị 0,05 mM; 0,1mM; 0,2 mM; 0,5mM.
Nồng độ Fe2+: 0,05 mM; 0,1 mM; 0,2 mM; 0,5 mM
Dung dịch glyphosate
Quá trình EF
Thời điểm lấy mẫu 0, 15, 30, 45, 60 phút
Phân tích TOC
Nồng độ Fe2+ thích hợp
Hình 2.9. Thí nghiệm ảnh hưởng Fe2+ đến hiệu khả năng xử lý bằng quá trình EF
* Ảnh hưởng.của nồng độ.glyphosate ban đầu Điều kiện thí nghiệm:
- Điện cực: Cực dương (Pt), cực âm (vải C)
- Máy khuấy từ tốc độ khuấy 200 vòng/phút
- Thể tích bể phản ứng: 0,25 L
pH ban đầu: 3
Mật độ dòng: 8,333 mA/cm2 Khoảng cách điện cực: 1,0 cm Nồng độ Na2SO4: 0,05M Nồng độ Fe2+: 0,1mM
- Mật độ dòng J = 8,333mA/cm2, pH = 3, [Na2SO4] = 0,05M; d = 1 cm, [Fe2+] = 0,l mM; nồng độ glyphosate ban đầu là 0,05 mM; 0,1 mM; 0,2 mM; 0,4 mM.
Nồng độ glyphosate: 0,05 mM; 0,1 mM; 0,2mM; 0,4 mM
Dung dịch glyphosate
Quá trình EF
Thời điểm lấy mẫu:
0, 15, 30, 45, 60 phút
Phân tích TOC
Nồng độ glyphosate thích hợp
Hình 2.10. Thí nghiệm ảnh.hưởng.nồng.độ glyphosate.bằng quá trình EF
* Nghiên cứu khả năng tạo thành H2O2 trong quá trình EF
Trong quá trình EF, H2O2 tạo thành đóng vai trò quan trọng. Khi H2O2 được tạo thành càng nhiều thì hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm tăng.
Điều kiện thí nghiệm:
- Điện cực: Cực dương (Pt), cực âm (vải C).
- Thể tích bể phản ứng: 0,25 L.
- Mật độ dòng J = 8,333 mA/cm2, pH = 3, [Na2SO4] = 0,05M.
Trong một số nghiên cứu trên, để giải thích kết quả, việc xác định nồng độ H2O2 tạo thành trong quá trình EF là rất quan trọng. Tiến hành thí nghiệm như sau:
- Pha 0,2 L dung dịch chất điện ly Na2SO4 0,05M cho vào bình phản ứng.
- Dung dịch được khuấy đều liên tục đồng nhất.
- Khí nén được sục vào cốc thủy tinh trong 30 phút để dung dịch bão hòa không khí.
- Tiến hành điện phân. Tại các thời điểm 0, 15, 30, 45, 60 phút, lấy mẫu đem phân tích xác định nồng độ H2O2 được sinh ra trong quá trình EF.
* Nghiên cứu động học của quá trình EF
Tiến hành điện phân 0,2 L dung dịch glyphosate nồng độ 0,1mM trong điều kiện pH = 3; [Fe2+] = 0,1mM; mật độ dòng là 8,333 mA/cm2, d = 1,0 cm; nồng độ chất điện ly Na2SO4 là 0,05M để đánh giá động học của quá trình.
Thời điểm: 0, 15 phút, 30 phút , 45 phút, 60 phút, lấy mẫu đem phân tích nồng độ glyphosate, phân tích mối tương quan giữa nồng độ glyphosate còn lại và thời gian phản ứng, tìm hàm tương quan giữa 2 đại lượng trên và xác định hằng số động học của quá trình.
Thời điểm: 0, 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, các mẫu lấy ra cũng được phân tích hàm lượng TOC, xác định mức độ khoáng hóa và sự tạo thành sản phẩm trung gian của quá trình EF.
* Xác định sản phẩm phụ chính của glyphosate bằng quá trình EF
Thí nghiệm tiến hành điện.phân 0,2 L dung dịch.glyphosate nồng độ 20 mg/L ở các điều kiện tối ưu đã tìm được ở pH = 3; [Fe2+] = 0,1mM; mật độ dòng là 8,333 mA/cm2, d = 1,0 cm; [Na2SO4] = 0,05M.
Tại các thời điểm 0, 60 phút, lấy mẫu đem phân tích nồng độ glyphosate, phân tích sản phẩm phụ của quá trình EF bằng thiết bị phân tích hiện đại LCMS/MS tại Viện Hóa công nghiệp Việt Nam.
2.2.1.2. Hệ MBR
Các thí nghiệm trong hệ MBR nghiên cứu các điều kiện phù hợp của tải trọng đầu vào của chất ô nhiễm (OLR), quá trình sục khí và dừng sục khí (S/D), thời gian lưu bùn (SRT), thời gian lưu thủy lực HRT để xử lý glyphosate, glycine.
a) Hệ MBR
Các thí nghiệm được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm với sơ đồ được thể hiện như trong Hình 2.11 dưới đây.
Theo đó, hệ MBR có các bộ phận chính:
Bể phản ứng sinh học hiếu khí: Bể được thiết kết với dung tích hữu ích là 36 L, kích thước bể là 30 cm x 30 cm x 50 cm. Bể chứa bùn hoạt tính, nước cần xử lý và tại đây xảy ra chủ yếu các quá trình phân hủy hiếu khí bằng bùn hoạt tính lơ lửng.
Modum màng lọc: là một bó màng sợi rỗng của hãng Mitsubishi, Nhật Bản, được làm từ vật liệu Polyethylen, loại màng vi lọc chịu lực kéo dãn: 120,000 kpa, với kích
thước lỗ lọc tương đương 0,3𝜇m, chịu áp lực 10 ÷ 30 kpa. Màng lọc có diện tích bề mặt là 0,5 m2. Modun màng được nhúng ngập trong bể phản ứng sinh học hiếu khí.
Máy thổi khí: cung cấp không khí cho hệ VSV trong bùn hoạt tính, lưu lượng không khí thổi vào khoảng 5 ÷ 7 lít không khí/phút được khống chế ở mức nhất định đảm bảo duy trì DO trong bể ở mức 4 ÷ 5 mg/L. Các bơm và máy thổi khí được kết nối với tủ điện cài đặt tự động các chế độ hoạt động.
Các thành phần khác bao gồm:
Bơm cấp và bơm hút, máy nén khí, cảm biến mức nước, lưu lượng, đầu đo pH, cảm biến nhiệt độ, đo oxy hòa tan (DO) và đồng hồ đo lưu lượng khí, áp kế đo và hiển thị áp suất qua màng (TMP). Các bơm, máy thổi khí, sensor được kết nối và điều khiển bởi PLC.
Hình 2.11. Sơ đồ khối hệ thống MBR
Hình 2.12. Hình ảnh bể và modun màng sợi rỗng được sử dụng trong hệ MBR