Nghiên cứu vật liệu xúc tác từ bùn thải nhà máy cấp nước cho xử lý nước thải dệt nhuộm

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

1.2. Nội dung nghiên cứu

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu

1.3.2. Phạm vi nghiên cứu

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.4.1. Tính mới của đề tài

1.4.2. Ý nghĩa khoa học

1.4.3. Ý nghĩa thực tiễn

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Ô nhiễm hữu cơ và màu phát sinh từ nước thải dệt nhuộm

2.2. Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm phổ biến hiện nay

2.3. Công nghệ xử lý ô nhiễm dựa trên quá trình oxy hóa nâng cao AOPs

2.4. Cơ chế và khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm

2.5. Đặc tính K2S2O8 và cơ chế xử lý ô nhiễm

2.6. Các ưu điểm của PDS so với các tác nhân oxy hóa khác

2.7. Tình hình khai thác nước ngầm và đặc tính bùn thải ở Vũng Tàu

2.8. Đặc tính bùn thải nhà máy nước ngầm và vật liệu từ bùn thải nước ngầm

2.9. Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu xúc tác chế tạo từ bùn thải nhà máy nước ngầm hiện này

2.9.1. Nghiên cứu quốc tế

2.9.2. Nghiên cứu trong nước

2.10. Phương pháp chế tạo vật liệu xúc tác

3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Quy trình nghiên cứu

3.2. Vật liệu và hóa chất

3.3. Quy trình chế tạo vật liệu bùn sấy khô, bùn nung và bùn biến tính

3.4. Quy trình chế tạo vật liệu bùn sấy khô

3.5. Quy trình chế tạo vật liệu bùn nung

3.6. Quy trình pha chế và xây dựng đường chuẩn cho các mẫu giả thải

3.7. Quy trình thu thập và tiền xử lý mẫu giả thải

3.8. Phương pháp phân tích mẫu nước và vật liệu

3.8.1. Phương pháp phân tích mẫu nước

3.8.2. Phương pháp phân tích đặc tính vật liệu

3.9. Các thí nghiệm xử lý ô nhiễm màu trong nước thải và nước

3.10. Quy trình chế tạo vật liệu bùn nung biến tính với Mg

3.11. Thí nghiệm xử lý ô nhiễm trong điều kiện nước thải thực tế

3.12. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu

3.12.1. Cơ sở khoa học tính toán

3.12.2. Xử lý số liệu và đồ thị

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến đặc tính xử lý ô nhiễm hữu cơ của bùn

4.2. Đánh giá quá trình xử lý độ màu và COD của nước thải dệt nhuộm từ nhà NM1 bằng vật liệu bùn thải nung (Bun-300) và peroxydisunfat

4.3. Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu quả xử lý độ màu và COD

4.4. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất hoạt hóa [PDS] đến hiệu quả xử lý độ màu và COD

4.5. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ COD và độ màu đến hiệu quả xử lý

4.6. Khảo sát ảnh hưởng liều lượng vật liệu đến hiệu quả xử lý độ màu và COD

4.7. Đánh giá hiệu quả hấp phụ, oxy hóa (dựa vào PDS) và xúc tác dị thể trong việc xử lý độ màu và COD trong nước thải dệt nhuộm

4.8. Ảnh hưởng của việc bổ sung muối MgSO4 đến đặc tính xử lý ô nhiễm hữu cơ của bùn thải nung biến tính (hay bùn biến tính với Mg)

4.9. Đánh giá quá trình xử lý màu methylene blue trên vật liệu Bun-200(1/0,2)

4.10. So sánh hiệu quả xử lý màu Methylene blue, Rhodamine B và Tartrazine bởi Bun-200(1/0,2)

4.11. So sánh hiệu quả xử lý độ màu và COD ở nước thải từ ba nhà máy bởi mẫu bùn biến tính Bun-200(1/0,2)

4.12. Kết quả đặc tính vật liệu bùn khô, bùn nung, và bùn biến tính bằng các phân tích khác nhau

4.12.1. Phân tích TGA và DTG

4.12.2. Phân tích đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ khí N2 tại 77 K

4.12.3. Phân tích XRF

4.12.4. Phân tích SEM–EDS

4.12.5. Phân tích XRD

4.12.6. Phân tích FTIR

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển vật liệu xúc tác từ bùn thải của nhà máy cấp nước nhằm xử lý nước thải dệt nhuộm. Bùn thải chứa nhiều thành phần hữu ích có thể được biến đổi thành vật liệu xúc tác hiệu quả cho các quá trình xử lý nước thải. Mục tiêu chính là tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải bằng cách sử dụng vật liệu xúc tác từ bùn thải, kết hợp với công nghệ xử lý nước thải hiện đại như oxy hóa nâng cao (AOPs). Theo nghiên cứu, việc sử dụng bùn thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn mang lại hiệu quả kinh tế trong xử lý nước thải.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nước thải từ ngành dệt nhuộm thường chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và màu sắc khó phân hủy. Việc xử lý nước thải này không chỉ cần thiết để bảo vệ môi trường mà còn đáp ứng yêu cầu của các quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt. Việc phát triển vật liệu xúc tác từ bùn thải không chỉ giúp tái chế nguồn tài nguyên mà còn tạo ra giải pháp hiệu quả cho vấn đề ô nhiễm nước. Công nghệ xử lý ô nhiễm dựa trên vật liệu xúc tác từ bùn thải có thể là một hướng đi mới trong việc nâng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm.

II. Tổng quan về vật liệu xúc tác

Phân tích về vật liệu xúc tác cho thấy rằng bùn thải từ nhà máy cấp nước có thể được sử dụng như một nguồn tài nguyên quý giá. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng vật liệu xúc tác từ bùn thải có khả năng hấp phụ tốt các chất ô nhiễm trong nước. Hiệu suất xúc tác của các vật liệu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ nung, pH và nồng độ của các chất oxy hóa như Peroxydisulfate (PDS). Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt độ nung tối ưu cho bùn thải là khoảng 300ºC, giúp tăng cường tính chất vật liệu xúc tác và cải thiện khả năng xử lý nước thải.

2.1. Đặc tính của bùn thải

Bùn thải từ nhà máy cấp nước thường chứa nhiều thành phần như sắt và mangan, có khả năng tạo ra các phản ứng oxy hóa mạnh mẽ khi kết hợp với PDS. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bùn thải sau khi nung ở nhiệt độ cao không chỉ cải thiện khả năng hấp phụ mà còn làm tăng hoạt tính oxy hóa của PDS. Điều này mở ra cơ hội cho việc sử dụng vật liệu xúc tác từ bùn thải trong xử lý nước thải dệt nhuộm, giúp loại bỏ màu và giảm COD hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện qua ba giai đoạn chính: chế tạo vật liệu xúc tác, thử nghiệm trên nước thải dệt nhuộm, và phân tích hiệu quả xử lý. Giai đoạn đầu tiên tập trung vào việc nung bùn thải ở các nhiệt độ khác nhau nhằm tối ưu hóa tính chất vật liệu xúc tác. Giai đoạn thứ hai là thử nghiệm vật liệu xúc tác trên nước thải dệt nhuộm để đánh giá hiệu quả xử lý. Cuối cùng, các chỉ số như độ màu và COD được phân tích để đánh giá hiệu quả của công nghệ xử lý nước thải.

3.1. Quy trình chế tạo vật liệu

Quy trình chế tạo vật liệu xúc tác bắt đầu bằng việc thu thập bùn thải từ nhà máy cấp nước. Bùn thải được nung ở các nhiệt độ khác nhau (200, 300, 400ºC) để tạo ra các mẫu vật liệu khác nhau. Sau đó, các mẫu này được phân tích để xác định tính chất vật liệu xúc tác và khả năng hấp phụ chất ô nhiễm. Kết quả cho thấy rằng vật liệu xúc tác nung ở 300ºC cho hiệu suất hấp phụ cao nhất, mở ra khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng vật liệu xúc tác từ bùn thải có khả năng loại bỏ độ màu và COD hiệu quả trong nước thải dệt nhuộm. Các thí nghiệm cho thấy rằng ở pH tối ưu 3,0 và nồng độ PDS là 0,69 mM, hiệu suất xử lý đạt trên 90% cho cả độ màu và COD. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng vật liệu xúc tác từ bùn thải không chỉ hiệu quả mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt nhuộm.

4.1. Đánh giá hiệu quả xử lý

Dựa trên các thử nghiệm, vật liệu xúc tác đã chứng minh được khả năng xử lý ô nhiễm màu và COD cao. Nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ ô nhiễm càng thấp, thời gian và tốc độ xử lý càng nhanh. Các số liệu thu được từ thử nghiệm cho thấy rằng việc bổ sung PDS vào quy trình xử lý đã làm tăng đáng kể hiệu suất loại bỏ ô nhiễm, khẳng định vai trò quan trọng của công nghệ xử lý nước thải trong việc cải thiện chất lượng nước thải dệt nhuộm.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu xúc tác từ bùn thải của nhà máy cấp nước là một giải pháp khả thi cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Để tối ưu hóa hơn nữa quy trình xử lý, cần tiếp tục nghiên cứu về các phương pháp biến tính vật liệu và điều chỉnh các thông số xử lý. Việc phát triển các công nghệ mới dựa trên vật liệu xúc tác từ bùn thải sẽ góp phần nâng cao hiệu quả xử lý và bảo vệ môi trường.

5.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về khả năng tái sử dụng vật liệu xúc tác trong các điều kiện khác nhau, cũng như mở rộng nghiên cứu sang các loại nước thải khác. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất vật liệu xúc tác từ bùn thải và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm sẽ là hướng đi quan trọng trong nghiên cứu môi trường trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác từ bùn thải nhà máy cấp nước và ứng dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm