I. GIỚI THIỆU

Nước thải ngành dệt nhuộm thường có độ kiềm cao (pH = 8-11) và gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Bên cạnh đó, hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm luôn ở mức cao (COD = 620-4585 mg/L) đã làm suy giảm oxi hòa tan trong nước, gây hại cho đời sống các động thực vật thủy sinh [1].

Methylene blue (xanh methylen, MB) là loại thuốc nhuộm được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp dệt nhuộm. Nồng độ MB trong nước quá cao sẽ cản trở sự hòa tan oxy từ không khí do đó cản trở sự sinh trưởng của các động thực vật [2]. Đồng thời, MB có thể gây ra các bệnh về mắt, da, đường hô hấp, tiêu hóa và thậm chí gây ung thư. Một số tác dụng phụ của MB bao gồm ngứa, dị ứng da, buồn nôn và chóng mặt. Một số người có thể có phản ứng quá mẫn đối với MB và chất này được khuyến nghị không nên sử dụng đối với phụ nữ đang trong thai kỳ hoặc cho con bú.

 

Ở Việt Nam và trên thế giới, việc nghiên cứu nhằm giảm thiểu (hoặc loại bỏ) MB thường được xem xét theo hướng hấp phụ bằng các loại vật liệu sản xuất từ phế phẩm nông nghiệp (lõi ngô, mụn xơ dừa, bã chè…) [1] [2], hoặc oxi hóa khử sử dụng các vật liệu xúc tác nano [3]. Đã có nhiều nghiên cứu xử lý MB bằng ozone tuy nhiên chưa có công trình thực hiện trên hệ tháp đệm trong điều kiện động. Do vậy, nghiên cứu này giới thiệu một số kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của phản ứng ôxy hóa MB bằng ozone trên hệ thống tháp đệm tự chế tạo trong điều kiện động, với quy mô phòng thí nghiệm.

 

II. THỰC NGHIỆM

2.1. Thiết bị và quy trình thí nghiệm

Các loại hóa chất sử dụng của Trung Quốc gồm MB (dạng rắn, ³ 98,5%), H₂SO₄ (95-98%), Ag₂SO₄, K₂Cr₂O₇, (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.6H₂O (99,5%), kali hydrogen phthalate (C₈H₅KO₄), 1-10- phenantrolin C₁₂H₈N₂.H₂O.

Hình 1: Hệ thống phản ứng ôxy hóa MB bằng ozone trên tháp đệm

Hệ thống thiết bị nghiên cứu sử dụng trong phòng thí nghiệm được thể hiện trong Hình 1.

Quy trình thí nghiệm nghiên cứu phản ứng ôxy hóa MB bằng ozone trên tháp đệm được mô tả trên sơ đồ Hình 2.

Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát các yếu tố bao gồm thời gian phản ứng, lưu lượng dòng chảy MB trong tháp đệm, lưu lượng khí ozone vào tháp đệm, nồng độ MB ban đầu. Định hướng nghiên cứu là xử lý nước thải dệt nhuộm theo QCVN 28:2010/BTNMT, nên hiệu suất phản ứng ôxy hóa MB bằng ozone trong nghiên cứu này được đánh giá thông qua giá trị COD (nhu cầu oxi hóa học, mg/L) của dung dịch MB trước và sau phản ứng:

Giá trị COD của dung dịch MB đầu vào và dung dịch MB sau phản ứng sẽ được xác định theo TCVN-6491:1999 [4].

2.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng

a) Ảnh hưởng thời gian phản ứng

Thời gian phản ứng được nghiên cứu với các khoảng: 0; 40; 80; 120; 160; 200; 240; 280; 320 (phút). Nồng độ MB ban đầu là 250 (mg/L). Lưu lượng dòng chảy MB là 2,0 (L/phút). Lưu lượng khí ozone 4,0 (L/phút).

 

b) Ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy MB

Lưu lượng dòng chảy MB trong tháp đệm được điều chỉnh và đo bằng đồng hồ lưu lượng lỏng với các mức: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 (L/phút). Nồng độ MB  ban đầu 250 (mg/L) tương ứng với COD ban đầu khoảng 300 (mg/L). Thời gian phản ứng 200 (phút). Lưu lượng khí ozone 4,0 (L/phút).

c) Ảnh hưởng của lưu lượng khí ozone

Lưu lượng dòng khí ozone được điều chỉnh và đo bằng đồng hồ đo lưu lượng khí với các mức: 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0 (L/phút). Nồng độ MB ban đầu là 250 (mg/L). Thời gian phản ứng là 200 (phút). Lưu lượng dòng chảy MB là 2,0 (L/phút).

 

d) Ảnh hưởng của nồng độ MB ban đầu

Nồng độ dung dịch MB ban đầu được chuẩn bị với các giá trị 50; 100; 150; 200; 250; 300 (mg/L). Thời gian phản ứng là 200 (phút). Lưu lượng dòng chảy MB là 2,0 (L/phút). Lưu lượng khí ozone 4,0 (L/phút).

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng

Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng được thể hiện trên Hình 3.

Từ Hình 3 có thể thấy thời gian tiếp xúc trong tháp đệm càng tăng thì hiệu suất ôxy hóa MB càng cao. Từ  khoảng 200 phút trở đi, hiệu suất phản ứng tăng không đáng kể mà bắt đầu có xu hướng đi ngang. Điều đó cho thấy với nồng độ MB ban đầu là 250 (mg/L) tương ứng với COD ban đầu khoảng 300 (mg/L), lưu lượng dòng chảy 2,0 (L/phút), lưu lượng khí ozone 5,0 (L/phút) thì thời gian phản ứng cấn thiết là 200 phút. Giá trị thời gian tối ưu này được dùng cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.2. Kết quả khảo sát lưu lượng dòng chảy

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy MB được thể hiện trên Hình 4.

Từ Hình 4 có thể thấy lưu lượng dòng chảy MB càng lớn thì khả năng va chạm giữa các phân tử MB với ozone trong tháp đệm càng nhỏ, dẫn đến hiệu suất phản ứng giảm. Tuy nhiên khi lưu lượng MB quá nhỏ thì thời gian để xử lý MB dài. Do vậy để cân bằng giữa hiệu suất và thời gian phản ứng, nghiên cứu chọn giá trị dòng chảy là 2,0 (L/phút).

3.3. Kết quả khảo sát lưu lượng khí ozone

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng khí ozone được thể hiện trên Hình 5.

Trái với sự ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy MB, khi lưu lượng khí ozone càng lớn thì khả năng tương tác giữa các phân tử MB với ozone trong tháp đệm càng cao, dẫn đến hiệu suất phản ứng càng lớn. Khi tăng lưu lượng dòng khí ozone lên 4,0 (L/phút) thì hiệu suất không tăng thêm mà đi ngang, đồng thời xuất hiện hiện tượng ozone dư thoát ra ngoài gây mùi hăng, khó ngửi ở khu vực thí nghiệm. Do đó nghiên cứu này chọn lưu lượng dòng khí 4,0 (L/phút) cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.4. Kết quả khảo sát nồng độ MB ban đầu

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ MB ban đầu được thể hiện trên Hình 6.

Tương tự như ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy, ảnh hưởng của nồng độ MB tỉ lệ nghịch với hiệu suất, tức là nồng độ MB càng lớn thì hiệu suất càng giảm. Điều này có thể được giải thích bởi ở vùng nồng độ MB nhỏ, khả năng tương tác giữa ozone và MB gần như đạt giá trị tối đa nên hiệu suất phản ứng cao. Khi nồng độ MB lớn hơn mà hàm lượng ozone không thay đổi thì một lượng lớn MB sẽ không tham gia phản ứng và bị đào thải ra ngoài theo dòng dung dịch sau phản ứng, vì thế hiệu suất ôxy hóa MB giảm đi rõ rệt.

IV. KẾT LUẬN

Nghiên cứu đã thực hiện khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng ôxy hóa MB bằng ozone trên tháp đệm. Kết quả cho thấy để đạt hiệu suất ôxy hóa tối ưu cho phản ứng thì nồng độ MB ban đầu 250 (mg/L) tương ứng với COD khoảng 320 (mg/L), thời gian phản ứng là 200 (phút), lưu lượng khí ozone 4,0 (L/phút), lưu lượng dòng MB 2,0 (L/phút). Trong điều kiện đó hiệu suất xử lý MB đạt khoảng 55%.

V. TÀI LIỆU THAM KHẢO