Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý màu đối với mẫu nước thải dệt nhuộm tự pha trong phòng thí nghiệm bằng tác nhân ozon
Nghiên cứu sự tiêu thụ và chuyển hóa ozon trong quá trình ozon Mục tiêu của việc nghiên cứu này là đánh giá khả năng hấp thụ O3 của các dạng dung dịch khác nhau. Ozon sau khi sục vào dung dịch nước thải dệt nhuột, một phần sẽ tự phân hủy hoặc phản ứng với các chất hữu cơ có trong nước thải tạo thành nhiều sản phẩm trung gian khác nhau, một phần sẽ thoát ra ngoài chuyển dạng khí.
Để nghiên cứu sự tiêu thụ và chuyển hóa của ozon trong các dung dịch khác nhau, chúng tôi tiến hành xác định gián tiếp thông qua việc xác định hàm lượng ozon cấp vào từ máy phát ozon và lượng ozon thoát ra ngoài sau khi hấp thụ qua dung dịch phẩm, từ đó, xác định lượng ozon đã tiêu thụ trong dung dịch.
Lượng ozon cấp vào từ máy phát được duy trì ổn định, không đổi trong các thí nghiệm. Máy phát ozon đã được chúng tôi xác định có công suất trung bình là 1,72 g/h, với lưu lượng dòng khí là 2 Lít/phút, nồng độ Ozon trung bình máy phát cấp vào trong dung dịch là 14,33 mg/L. Thí nghiệm được bố trí như trong hình 1 với các điều kiện như sau:
Tphản ứng = 10 phút
Vdung dịch = 1 Lít
Qkhí ra từ máy = 2 Lit/phút
Sử dụng dung dịch phẩm nhuộm tự pha có các thông số ban đầu được trình bày ở bảng 1.
Các thí nghiệm được thực hiện với các dung dịch phẩm nhuộm có nồng độ phẩm khác nhau (100 mg/L và 500 mg/L), nước deion, ở các giá trị pH là 3, 7, 8 và 10.
Kết quả các thí nghiệm xác định hàm lượng Ozon thoát ra khỏi dung dịch sau khi hấp thụ được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. Nồng độ Ozon thoát ra ngoài sau 10 phút hấp thụ qua các dung dịch
Tổng lượng Ozon (trung bình) cấp vào sau 10 phút từ đỉnh theo công thức:
∑ O3cấp vào = CO3 * Qkhí * Tphản ứng
Trong đó:
CO3 – nồng độ Ozon trung bình trong 1 Lít khí đầu ra của máy phát Ozon (mg/L)
Qkhí – Lưu lượng khí (Lít/phút) Tphản ứng – thời gian phản ứng (phút)
Như vậy, trong thí nghiệm này theo tính toán tổng lượng O3 cấp vào là 286,6 mg (**)
Từ bảng 2 và (**) có thể gián tiếp xác định lượng Ozon đã hấp thụ trong nước deion và các dung dịch phẩm nhuộm sau thời gian phản ứng 10 phút, kết quả thu được thể hiện qua bảng 3 như sau:
Bảng 3. Lượng Ozon tiêu thụ trong các dung dịch khác nhau sau thời gian 10 phút
Kết quả trên được thể hiện qua biểu đồ mô tả ảnh hưởng của pH, loại dung dịch và nồng độ chất ban đầu đến khả năng hấp thụ Ozon vào trong dung dịch qua hình 6 dưới đây:
Hình 6. Biểu đồ mô tả ảnh hưởng của pH và nồng độ phẩm ban đầu đến khả năng hấp thụ Ozon trong dung dịch.
Từ các kết quả từ thí nghiệm trên, rút ra một số nhận xét sau:
Đối với các loại dung dịch khác nhau thì mức tiêu thụ Ozon khác nhau. Sự hấp thụ Ozon trong dung dịch phẩm Direct Red 23 nhiều hơn so với phẩm Reactive Blue 19 và đều cao hơn rất nhiều so với nước deion. Điều này có thể giải thích: sau khi Ozon được sục vào dung dịch phẩm nhuộm, ngoài việc Ozon tham gia phản ứng với các phần tử phẩm nhuộm, còn có lượng Ozon tiêu tốn cho quá trình tự phân hủy, nên lượng Ozon bị tiêu tốn sẽ nhiều hơn. Còn trong nước deion, lượng Ozon tiêu tốn chỉ do quá trình hòa tan và tự phân hủy mà không có sự tham gia phản ứng với phẩm nhuộm nên lượng Ozon tiêu thụ ít hơn.
Đối với nước deion, ở điều kiện pH = 3 chỉ xảy ra quá trình tự phân hủy của Ozon nên lượng Ozon tiêu thụ tương đối ít. Khi pH nâng dần từ trung tính (pH =7), kiềm yếu (pH=8) và kiềm hơi mạnh (pH=10) thì lượng Ozon hấp thụ tăng dần và nhiều nhất ở pH = 10 (10,61 mg O3).
Điều này có thể giải thích: dung dịch kiềm có gốc OH-, ngoài quá trình tự phân hủy, còn xảy ra phản ứng giữa
Ozon và gốc OH- (O3 + OH- → HO * + 2 O *-) nên tiêu tốn Ozon nhiều hơn. Khi 2 pH càng tăng, gốc OH- càng nhiều thì lượng Ozon tiêu tốn càng tăng.
Cũng xảy ra tương tự như nước deion, ở dung dịch chứa phẩm nhuộm, ngoài các phản ứng trên còn mất thêm lượng Ozon để oxy hóa các phân tử phẩm nhuộm, nên lượng ozon tiêu thụ nhiều hơn. Ở các pH khác nhau, lượng Ozon tiêu thụ là khác nhau, pH càng tăng, lượng tiêu thụ Ozon càng lớn. Lượng O3 tiêu thụ nhiều nhất ở pH = 10 (cần 241,6 - 283,25 mg O3 đối với Direct Red 23, cần 240,8 – 282,4 mg O3 đối với Reactive Blue 19) điều này có thể là trong môi trường pH cao hơn, đã xảy ra các phản ứng tạo gốc *OH [3] làm tăng tốc độ phản ứng, phá vỡ cấu trúc phân tử phẩm nhuộm. Từ kết quả trên cũng cho thấy, với loại phẩm nhuộm có nồng độ khác nhau thì sự hấp thụ Ozon vào dung dịch khác nhau. Khi nồng độ phẩm trong dung dịch càng cao, sự hấp thụ Ozon vào dung dịch càng lớn (ví dụ đối với phẩm Direct Red 23: ở pH = 8, với nồng độ phẩm 100 mg/L thì lượng Ozon hấp thụ vào dung dịch là 143,4 mg O3, còn ở nồng độ phẩm 500 mg/L cần 218,3 mg O3).