Đề tài Nghiên cứu xử lý hỗn hợp sau tẩy rửa cặn dầu chống ô nhiễm môi trường

Nhiệt độ ( 0C): Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý nước, sự tăng nhiệt độ phụ thuộc vào từng loại nguồn nước. Hàm lượng cặn không tan (mg/l): Được xác định bằng cách lọc một đơn vị thể tích nước qua giấy lọc, rồi đem sấy khô ở nhiệt độ ( 105- 110°C) . Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn phương pháp xử lý đối với nguồn nước. Độ mầu của nước (tính bằng độ): Được xác định theo phương pháp so sánh với thang mầu cơ bản, độ mầu của nước gây ra bởi các hợp chất hữu cơ, hợp chất keo sắt... Mùi vị của nước : Nước có mùi là do trong nước có các chất khí, muối khoáng hoà tan, các hợp chất hữu cơ... IV.1.2. Các chỉ tiêu về hoá học. - Độ xít: Độ xít của nước là đại lượng thể hiện khả năng trung hoà với bazơ mạnh: Tức là tiềm năng ion H+ của nước. Sự có mặt của axít là do thuỷ phân, oxi hoá khoáng vật, chất hữu cơ, hoạt động vi sinh.. - Độ kiềm: Độ kiềm của nước là đại lượng thể hiện khả năng trung hoà với axít mạnh gây ra bởi sự có mặt của các anion yếu (HCO3- CO22-, PO43-...) thành phần chủ yếu gây nên độ kiềm của nước là ion bicacbonat. - Trị số độ kiềm: Tuỳ từng nước có những quy định riêng khác nhau thường là mg/l hay g/l hoặc mol/l. - Oxi hoà tan: Là thông số rất quan trọng duy trì hoạt động, tồn tại của vi sinh, thuỷ sinh vật, thực vật trong nước. Lượng oxi hoà tan lớn thì chất lượng nước tốt, độ oxi hoà tan nhỏ chứng tỏ nước bị ô nhiễm, trong điều kiện tốt nhất oxi trong nước cũng chỉ đạt 8- 10 mg/l, độ hoà tan của oxi giảm khi nhiệt độ tăng. - Tạp chất hữu cơ: Trong nước tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: Polysacarit, protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, axit humic, lipit (dầu mỡ), phụ gia thực phẩm, chất hoạt động bề, phenol và họ của nó (Chất thải của người, động vật, chất bảo vệ thực vật, dược phẩm, chất mầu, nhiên liệu...), chất hữu cơ tạo phức, hydrocacbon và dẫn xuất của chúng. Chúng có thể được phân loại theo các tiêu chí: Tan, dạng keo hay tan, bay hơi hoặc không bay hơi, dễ hay khó phân huỷ. Trong phần lớn trường hợp thực tiễn, việc đánh giá, xác định từng hợp chất hữu cơ riêng rẽ là điều rất khó khăn, tốn kém nên người ta thường phải chọn một lối thoát là xác định tổng của chất hữu cơ. Thông số tổng được chọn để xác định là tổng hàm lượng cacbon trong hợp chất hữu cơ ( TOC, total organic carbon), một phần hoà tan của nó là lượng cacbon hữu cơ hoà tan (DOC, dissolved organic carbon). Lượng carbon tổng TOC bao gồm lượng carbon trong hợp chất hữu cơ hoà tan DOC và dạng hạt không tan ( POC, particulate, organic carbon) , thông thường để đánh giá chất lượng nước thì dùng chỉ số TOC, với các nguồn nước không bị ô nhiễm, DOC thường có gia trị 1- 2 mg/l, với các vùng nhiễm bẩn do tự nhiên giá trị DOC có thể tới 5mg/l. - Nhu cầu oxy sinh hoá BOD ( Biochemical Oxygen Demad) Nhu cầu oxy sinh hoá là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị và chất thải trong nước thải công nghiệp. BOD được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxy hoá các chất hữu cơ. Phương trình tổng quát của phản ứng này như sau: Vi khuẩn Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm cố định. Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxi hoà tan. Vì vậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là công việc quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước. BOD biểu thị lượng các các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ thành các vi sinh vật. Trong thực tế người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì thế tốn quá nhiều thời gian mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ ủ 200C, ký hiệu BOD5. Chỉ tiêu này được chuẩn hoá và sử dụng hầu khắp các nước trên thế giới ( D1 - D2) – ( B1 - B2) . F BOD5 = , mg/l P Phép phân tích BOD chỉ đo được hàm lượng các chất hữu cơ có thể bị phân huỷ bằng con đường sinh học. - Nhu cầu oxy hoá học COD ( Chemical Oxygen Demand) Chỉ số này được dùng rộng rãi để biểu thị hoá hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên. COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO2 và nước. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hoá được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hoá hoá học mạnh trong môi trường axít. Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp bicromat và cơ chế của nó theo phương trình phẩn ứng sau: Ag2SO4 Các chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ CO2 + H2O + 2Cr3+ tosôi Lượng Cr2O72- dư được chuẩn độ bằng dung dịch FAS (Fe( NH4)2( SO4)2) và sử dụng dung dịch feroin làm chất chỉ thị. Điểm kết thúc chuẩn độ là điểm khi dung dịch chuyển mầu xanh lam sang mầu nâu đỏ nhạt theo phản ứng sau: 6Fe + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O - Các chất hoạt động bề mặt Là nguyên liệu để sản xuất các chất tẩy rửa, khác với xà phòng có tính kiềm, chất tẩy rửa có tính trung tính và hoạt tính bề mặt. Tính chất hoạt động bề mặt là cơ sở của ứng dụng cho quá trình tẩy rửa. Chúng có khả năng hoà tan tốt trong nước và hiện nay được qui định bắt buộc là có khả năng phân huỷ do vi sinh vật. + Chất hoạt động bề mặt dạng âm: Trong môi trường nước chất hoạt động bề mặt dạng âm phản ứng với dạng dương tạo ra các sản phẩm không tan và chất hoạt động bề mặt có khả năng hấp phụ tốt trên các chất rắn( sét). Mặc dù chúng có tính sinh huỷ cao nhưng vẫn tồn tại một lượng nhất định trong nước thải, nó làm tăng tính độc của các độc chất khác và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống của thuỷ sinh, đặc biệt với một số loài cá, chúng có thể bị ngộ độc với nồng độ dưới 1 mg/l. Nồng độ của chất hoạt động bề mặt âm cho phép trong nước cho phép trong nước uống là dưới 0,2 mg/l + Chất hoạt động bề mặt dương: Chất hoạt động bề mặt dương được sử dụng làm chất tẩy trùng, chống mùi hôi, chất tạo nhũ và phân tán, trong môi trường nước, chất hoạt động bề mặt dương kết hợp với dạng âm tạo ra sản phẩm không tan, chúng có khả năng sinh huỷ cao và khả năng hấp hấp phụ trên chất rắn lớn. Dạng sản phẩm cộng hợp ít độc hại hơn so với ở trạng thái độc lập. Ngay cả khi nồng độ thấp, chất hoạt động bề mặt cũng là tác nhân gây kìm hãm quá trình hấp thụ oxy của nước từ khí quyển, nhất là trong quá trình xử lý nước thải do quá trình tích tụ của chúng trên bề mặt phân cách pha khí/ nước. Bản thân chúng gây ngộ độc và tăng cường tính độc của các độc tố khác đối với cá và các vi sinh trong nước. Chúng là nguồn photpho thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng trong nước mặt và gây khó khăn cho quá trình xử lý nước thải do tạo bọt. IV. 2. Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp. [1, 5, 13] IV.2.1. Phạm vi sử dụng: - Tiêu chuẩn này qui định giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất thành phần trong nước thải của các cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ…(gọi chung là nước thải công nghiệp) - Tiêu chuẩn này dùng để kiểm soát chất lượng nước thải công nghiệp trước khi đổ vào các vực nước. IV.2.2. Giá trị giới hạn. - Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất thành phần của nước thải công nghiệp khi đổ vào các vực nước phải phù hợp với quy định trong bảng 10. - Đối với nước thải của một số nghành công nghiệp đặc thù, giá trị các thông số và nồng độ các chất thành phần được quy định trong các tiêu chuẩn riêng - Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các thành phần bằng hoặc nhỏ hơn hoặc bằng giá trị quy định trong cột B chỉ được đổ vào các vực nước dùng trong các mục đích giao thông thuỷ, tưới tiêu, bơi lội, nuôi thuỷ sản, trồng trồng trọt… - Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất thành phần lớn hơn giá trị quy định trong cột B nhưng không vượt quá gí trị quy định trong cột C chỉ được phép đổ vào các nơi quy định. - Nước thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các thành phần lớn hơn giá trị quy định trong cột C thì không được phép thải ra môi trường. - Phương pháp lấy mẫu, phân tích tính toán, xác định từng thông số và nồng độ cụ thể được quy định trong các TCVN tương ứng. Bảng 10: Các thông số giới hạn của nước thải STT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B C 1 Nhiệt độ oC 40 40 45 2 pH 6 đến 9 5,5 đến 9 5 đến 9 3 BOD5 (200C) mg/l 20 50 100 4 COD mg/l 50 100 400 5 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 200 6 Chì mg/l 0.1 0.5 1 7 Dầu mỡ khoáng mg/l KPHĐ 1 5 8 Đồng mg/l 0.2 1 5 9 Niken mg/l 0.2 1 2 10 Sắt mg/l 1 5 10 Chương II: Thực nghiệm. I. Xác định hàm lượng dầu trong nước sau khi lắng tách. Nước thải sau khi tẩy rửa là một hỗn hợp rất phức tạp bao gồm nhiều thành phần, ngoài những thành phần đã biết trong chất tẩy rửa, nó còn chứa cả dầu, cặn dầu và cặn bẩn cơ học khác…Thông thường khi dầu hoà tan trong nước thường tạo thành hỗn hợp nhũ tương, tuy nhiên trong trường hợp này lượng dầu tạo thành nhũ tương trong chất tẩy rửa rất ít. Do vậy chỉ cần để lắng hỗn hợp một thời gian nhất định thì toàn bộ dầu sẽ tạo thành váng nổi lên trên và phân thành hai lớp ta có thể dễ dàng tách chúng ra bằng phễu chiết ( trong phòng thí nghiệm ) hoặc thiết bị tuyển nổi trong công nghịêp. Để đánh giá khả năng lắng tách của dầu trong hỗn hợp chất tẩy rửa chúng ta đi xác định hàm lượng dầu trong nước. Hiệu quả của phương pháp lắng tách được xác định bởi % lượng dầu tách ra so với lượng dầu ban đầu trong nước tẩy rửa. I.1. Nguyên tắc: Thực hiện quá trình tẩy rửa tối đa đối với nước tẩy rửa, ta xác định được lượng dầu đưa vào trong nước ( bằng phương pháp cân ). Sau đó dùng phễu chiết để tách lượng dầu nổi trên sau khi đã để lắng một thời gian, dầu nổi lên trên và nước lắng xuống dưới. Để xác định lượng dầu trong nước ta dùng ete dầu hoả, ete dầu hoả có khả năng hoà tan dầu và bản thân nó lại không tan được trong nước, do đó nó sẽ kéo dầu ra khỏi nước và tách thành hai lớp, lớp trên là dầu tan trong ete, lớp dưới là nước có chứa rất ít dầu. Dùng phễu chiết để tách lớp dầu tan trong ete ở trên, sau đó lại tiếp tục dùng ete để tách lượng dầu còn lại trong nước, làm như vậy trong 3 lần để tách triệt để lượng dầu trong nước. Cho toàn bộ ete và dầu vào bình chưng đã được sấy khô và cân chính xác khối lượng, sau đó chưng ở nhiệt độ 1000 C, sau khi ete bay hơi hết, còn lại lượng dầu bám trên thành bình. Đem cân bình lần cuối ta sẽ xác định được lượng dầu. I.2. Dụng cụ và hoá chất. Dụng cụ: Phễu chiết Máy khuấy Cốc thuỷ tinh Bình chưng Sinh hàn nước Bình tam giác Bếp điện Cân Hoá chất: Chất tẩy rửa, ete dầu hoả, cặn dầu I.3. Phương pháp tiến hành. Lấy 2,5 g chất tẩy rửa pha vào 500 ml nước. Cân que có dính dầu (m1) Thực hiện tẩy rửa đến khi chất tẩy rửa không còn khả năng tẩy rửa thì dừng lại. Để khô que sau khi tẩy và đem cân ta được khối lượng (m2) Do đó lượng dầu trong 500 ml nước tẩy rửa là: m1 – m2 (g) - Cho toàn bộ 500 ml nước thải chứa dầu vào phễu chiết, để lắng trong khoảng thời gian khác nhau sau đó tách lớp nước ở dưới. - Cho toàn bộ lượng nước sau khi tách dầu vào phễu chiết khác và thêm vào đó 50 ml ete dầu hoả, lắc đều và tách lấy phần ete cộng với dầu ở trên. Tiếp tục làm như vậy với lần 2 và lần 3 với lượng ete là 30 và 20 ml cho hết lượng dầu trong nước. - Cho toàn bộ lượng ete cộng với dầu vào bình chưng đã được sấy khô và cân sẵn, thực hiện quá trình chưng tách ete theo sơ đồ hình 1. - Tiến hành chưng cho đến khi nào không còn ete nữa thì thôi, đem sấy khô bình chưng ở nhiệt độ 800C sau đó đem cân. Khối lượng tăng lên của bình chính là lượng dầu cần xác định. Hình 1: Sơ đồ chưng tách xác định hàm lượng dầu I.4. Cách tính. Lượng dầu hoà tan trong chất tẩy rửa: m = m1 – m2 Trong đó: m: Là lượng dầu tẩy được (g). m1: Là lượng dầu đưa lên que thử (g). m2: Là lượng dầu còn lại trên que thử sau khi tẩy rửa (g). Hiệu quả của quá trình lắng tách: H = . 100% m’ = m – m0 (g) Trong đó: H: Hiệu quả của quá trình lắng tách (%). m' : Là lượng dầu tách ra sau khi lắng tách (g). m0: là lượng dầu còn lại sau khi tách (g). (m0 được xác định bằng phương pháp chưng cất mô tả ở trên). Kết quả thể hiện ở bảng 11, 12. II. Xác định hàm lượng kim loại trong cặn dầu và nước thải. Để xác định hàm lượng kim loại trong cặn dầu ta thực hiên theo hai bước: Vô cơ hoá mẫu Xác định nhờ quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa * Vô cơ hoá mẫu: Mục đích là chuyển toàn bộ kim loại có trong cặn dầu vào trong nước. Lấy một lượng mẫu xác định ( khoảng 10 g) đem đốt cháy thành than. Cho vài giọt H2SO4 1:1 vào, mục đích của việc làm này là để giữ cho các kim loại không bị bay hơi. Sau đó đưa lên bếp điện để đuổi khói trắng đi vì trong axit bao giờ cũng có nước. Cho vào lò nung ở 520oC trong khoảng 2 giờ cho đến khi thấy tro có màu xám trắng thì thôi. Sau đó thấm ướt tro bằng nước cất. Hoà tan bằng HCl 1:1 sau đó đun đuổi HCl dư đến khi thấy không còn khói trắng thì thôi. Cho nước vào đun và lọc rửa từ 2 – 3 lần bằng nước cất để đảm bảo đưa toàn bộ kim loại vào trong nước. Sau đó định mức dung dịch nước thu được đến 50 ml. Đem nước thu được đi xác định hàm lượng kim loại bằng máy quang phổ hấp thụ ngọn lửa. Xác định hàm lượng kim loại của nước thải sau xử lý: Với nước thải sau xử lý ta không cần thực hiện vô cơ hoá mẫu mà đem xác định trực tiếp trên máy.(Kết quả thể hiện ở bảng 22). III. Xác định các chỉ tiêu của nước thải. [19] III.1. Nhu cầu oxy hoá học COD ( chemical Oxigen Demand). III.1.1. Định nghĩa: Nhu cầu oxy hoá học ( COD): Nồng độ khối lượng của oxy tương đương với lượng dicromat tiêu tốn bởi các chất lơ lửng và hoà tan trong mẫu nước khi mẫu nước được sử lý bằng chất oxy hoá ở điều kiện xác định. Tiêu chuẩn này áp dụng được cho các loại nước có giá trị COD từ 30 đến 700 mg/l, hàm lượng clorua không vượt quá 1000 mg/ l. Nếu giá trị COD vượt quá 700 mg/l mẫu nước cần được pha loãng. III.1.2. Nguyên tắc: Đun hồi lưu mẫu thử với lượng dicromat đã biết trước khi có mặt thuỷ ngân II Sunphat và xúc tác bạc trong axít sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định. Trong quá trình đó một dicromat bị khử do sự có mặt của các chất có khả năng oxy hoá. Chuẩn độ lượng dicromat còn lại với sắt II amonisunfat. Tính toán giá trị COD từ lượng đicromat bị khử. 1 mol đicromat ( Cr2072-) tương đương với 1,5 mol oxi. III.1.3. Hoá chất và dụng cụ. a. Hoá chất: - Axít sunfuric [H2S04] = 4 mol/ l. H2SO4 4M được tạo ra bằng cách thêm từ từ 200 ml axit sunfuric (r = 1,84 g/ml) vào khoảng 500 ml nước cất sau đó để nguội và chuẩn thành 1000 ml. - Bạc sunfat – axít sunfuaric. Cho 10 g bạc sunfat ( Ag2S04) vào 35 ml nước. Cho từ từ 965 ml H2S04 đặc (r = 1,84 g/ml) để 2 ngày cho tan hết, có thể khuấy dung dịch để tăng sự hoà tan. - Kali dicromat. Đây là dung dịch chuẩn có nồng độ 0,04% mol/l có chứa muối thuỷ ngân. Hoà tan 80g HgS04 trong 500 ml nước. Thêm vào chính xác 100 ml axít sunfuric (r = 1,84 g/ml) . Để nguội và hoà tan 11,768g kali dicromat đã sấy khô ở 1050C trong 2 giờ vào dung dịch. Chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức đến 1000 ml. - Sắt (II) amonisunfat. Dung dịch chuẩn có nồng độ [( NH4)2 Fe(SO4). 6 H20 ] ằ 0,12 mol/l Hoà tan 47,0g sắt(II) amonisunfat ngậm 6 phân tử nước vào trong nước. Thêm 20 ml axit sunfuaric đặc (r= 1,84 g/ml). Làm nguội và pha loãng bằng nước thành 1000 ml Dung dịch này dùng để chuẩn độ lượng kali dicromat dư, do vậy nồng độ của nó phải được xác định hàng ngày bằng cách: Pha loãng 10,0 ml dung dịch kali dicromat đến khoảng 100 ml với axit sunforic. Chuẩn độ dung dịch này bằng dung dịch sắt (II) amonisunfat nói trên sử dụng 2 – 3 giọt chỉ thị feroin. Nồng độ của sắt II amoninsunfat tính bằng mol/l, được xác định theo công thức. - Kali hydro phtalat. Dung dịch chuẩn [K4H8H504] = 2,0824 mol/l Hoà tan 0,4251g kali phtalat đã được sấy khô ở 1050C vào trong nước và định mức đến 100 ml. Dung dịch này có giá trị COD lý thuyết là 500 mg/l. Ta phải thử COD của dung dịch này để xác định xem hoá chất còn giá trị sử dụng không. - Feroin, dung dịch chỉ thị. Dung dịch này có bán trên thị trường, bền trong vài tháng khi bảo quản trong tối. b. Thiết bị và dụng cụ. - Bộ chưng cất hồi lưu: Gồm một bình phản ứng 250 ml có cổ nhám để nối với một ống sinh hàn để tránh mất mát đáng kể các chất bay hơi. - Thiết bị gia nhiệt: Bếp điện để đun và bộ phận điều chỉnh nhiệt độ, có thể duy trì việc đun ở nhiệt độ nhất định. - Pipet với các loại: 2 ml; 5 ml; 10 ml. - Buret có độ chính xác cao dùng để chuẩn độ. - Hạt sôi. III.1.4. Phương pháp tiến hành. a. Xác định mẫu: Sấy khô bình cầu phản ứng sau đó lấy 10 ml mẫu cho vào bình phản ứng, tiếp theo đó ta cho 5 ml dung dịch kali dicromat trong axít sunfuaric và nhanh chóng lắp sinh hàn vào bình phản ứng như hình vẽ. Hình 13: Sơ đồ chưng xác định COD 1.Bình phản ứng. 2.Sinh hàn nước. 3. Bếp điện. 4.Tủ hút. 5. Bộ phận điều chỉnh nhiệt độ. Đưa hỗn hợp phản ứng tới sôi trong vòng 10 phút, sau đó đun tiếp 110 phút nữa ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp khoảng 1500C. Kết thúc phản ứng làm nguội bình phản ứng bằng nước cho đến 600C và rửa ống sinh hàn với lượng nước nhỏ, tháo sinh hàn và pha loãng hỗn hợp phản ứng đến khoảng 100 ml và làm nguội đến nhiệt độ trong phòng thí nghiệm. Chuẩn độ lượng dư dicromat bằng sắt(II) amoni sunfat, dùng 2 giọt chỉ thị feroin, kết thúc chuẩn độ khi dung dịch chuyển từ màu xanh lục sang màu nâu đỏ. Ghi lại thể tích sắt(II) amoni sunfat tiêu tốn. b.Phép thử mẫu trắng. Tiến hành phép thử mẫu trắng song song cho mỗi lần xác định mẫu. Nhưng thay thế mẫu thử bằng 10 ml nước cất. Sau khi chuẩn độ ghi lại thể tích sắt (II) amoni sunfat tiêu tốn. c. Thử kiểm chứng. Mỗi lần xác định cần kiểm tra kỹ thuật và độ tinh khiết của hoá chất bằng cách phân tích 10 ml dung dịch chuẩn kali hydro phtalat theo cùng quy trình tiến hành như với mẫu thử. Nhu cầu oxy hoá lý thuyết của dung dịch này là 500 mg/l. Nếu kết quả của việc thử đạt 96% thì đạt yêu cầu. d. Tính toán. Nhu cầu oxy hoá học COD được xác định bằng mg oxy/ lít. 8000 . C . ( V1 - V2) V0 Trong đó: C: Là nồng độ của sắt II amoni sunfat ( N ). V0: Là thể tích của mẫu thử trước khi pha loãng (ml). Nếu COD của mẫu thử cao hơn 700 mg/l thì mẫu thử cần được pha loãng. V1: Thể tích của sắt II amoni sunfat sử dụng khi chuẩn độ mẫu trắng (ml). V2: Thể tích của sắt II amoni sunfat sử dụng khi chuẩn độ mẫu thử (ml). 8000: Là khối lượng mol của 1/2 O2 tính bằng mg/ l. e. Các yếu tố cản trở. Phép thử này nhạy với vài yếu tố cản trở như clorua, các tác nhân khử vô cơ như: Nitrit, sunfua và sắt (II) sẽ làm tăng kết quả, giảm sự cản trở của clorua bằng cách thêm thuỷ ngân (II) sunfat, chất này cùng với ion clo hình thành phức tan thuỷ ngân clorua (II). Các hydrocacbon thơm và pyridin bị oxy hoá không đáng kể. Một vài chất hữu cơ dễ bay hơi có thể tránh khỏi sự oxy hoá do bay hơi, ngoài ra phép thử còn bị sai số khi lấy hoá chất, lắp đặt thiết bị không kín. (Kết quả thể hiện ở bảng 20). III.2. Nhu cầu oxi sinh hoá BOD ( Biochemical Oxygen Demand). III.2.1. Định nghĩa: Nhu cầu oxi sinh hoá (BOD) là lượng oxi cần thiết cung cấp để vi khuẩn phân huỷ các chất hữu cơ trong điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và thời gian. Như vậy BOD phản ánh được lượng các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có trong nước mẫu. III.2.2. Phương pháp xác định: Phương pháp trực tiếp: Với những mẫu nước có BOD không lớn hơn 7 mg/l thì có thể tiến hành xác định BOD bằng phương pháp trực tiếp (không cần pha loãng). BOD5 = DO0 – DO5 DO0 - Giá trị DO được xác định ở ngày đầu. DO5 - Giá trị DO sau 5 ngày ủ. Phương pháp pha loãng: Phương pháp pha loãng để xác định BOD dựa trên quan niệm tốc độ phân huỷ chất hữu cơ tỷ lệ thuận với lượng chất hữu cơ chưa bị phân huỷ tại thời điểm tính toán. Theo nguyên tắc này thì tốc độ tiêu thụ oxi trong các mẫu pha loãng của nước thải tỷ lệ thuận với phần trăm chất có trong mẫu đã pha loãng với các điều kiện giống nhau. Điều quan trọng là phải kiểm soát các yếu tố môi trường và dinh dưỡng để không cản trở đến phản ứng, cụ thể là: Không có mặt chất độc hại đối với vi sinh vật. Có pH và điều kiện thẩm thấu thuận lợi. Có đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh vật. Nhiệt độ tiêu chuẩn. Cách xác định BOD0 và BOD5 tương tự như phương pháp trực tiếp: Giá trị BOD5 được tính bằng: BOD5 = (DO1 – DO2).d (mg/l). DO1 – Giá trị DO trung bình của các mẫu trắng sau khi ủ. DO2 – Giá trị DO trung bình của các mẫu pha loãng sau khi ủ. d – Hệ số pha loãng. III.2.3. Dụng cụ và hoá chất. a. Dụng cụ: Bình ủ 130 á 350 ml. Buồng ủ có khả năng duy trì nhiệt độ t0 = 200C ± 10C. Thiết bị làm lạnh ở 0 á 40C. Bình pha loãng chia vạch đến ml, nút thuỷ tinh. b. Hoá chất: Kali dihydrophotphat KH2PO4 Kali hydrophotphat K2HPO4 Natri hydrophotphat heptahydrat Na2HPO4.7H2O Amoni Clorua Magie sulphat heptahydrat MgSO4.7H2O. Canxiclorua khan CaCl2 Sắt (III) clorua hexahydrat FeCl3.6H2O Dung dịch axit Clohydric. Dung dịch NaOH. Dung dịch Natrisulfit Na2SO3. Gluco khan C6H12O6 Axit glutamic. Dung dịch alylthioure (ATU) C4H8N2S . III.2.4. Phương pháp tiến hành. Dùng xiphông nạp các mẫu đã pha loãng vào các bình ủ, để cho tràn nhẹ. Để các bọt khí bám trên thành bình thoát ra hết. Đậy bình, chú ý tránh giữ lại bọt khí. Chia các bình ủ đã nạp thành 2 dãy, mỗi dãy gồm các mẫu của mỗi một độ pha loãng và một mẫu trắng. Đặt một dãy các bình vào buồng ủ và để trong tối 5 ngày. Đo nồng độ oxi hoà tan ở thời điểm không trong mỗi bình, kể cả mẫu trắng của dãy còn lại. Sau khi ủ, xác định nồng độ oxi hoà tan trong mỗi bình và trong mẫu trắng của dãy đã đặt trong buồng ủ. III.2.5. Tính toán. Nhu cầu oxi hoá sau 5 ngày (BOD5), tính bằng miligam oxi trong một lít, được tính theo phương trình: Trong đó: C1 : Là nồng độ oxi hoà tan, của một trong các mẫu thử ở thời điểm không, mg/l. C2 : Là nồng độ oxi hoà tan, cũng của mẫu đó sau 5 ngày, mg/l. C3 : Là nồng độ oxi hoà tan, của mẫu trắng ở thời điểm không, mg/l. C4 : Là nồng độ oxi hoà tan, của mẫu trắng sau 5 ngày, mg/l. V : Là thể tích của mẫu dùng để chuẩn bị dung dịch thử tương ứng, ml V1 : Là tổng số thể tích của dung dịch thử đó, ml. Nếu nhiều mẫu đạt kết quả nằm trong khoảng yêu cầu, tính giá trị trung bình của các kết quả thu được của các mẫu đó. (Kết quả thể hiện trong bảng 20). III.3. Oxi hoà tan DO ( Dissolved Oxygen). DO là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước thải.Việc xác định DO được dùng làm cơ sở cho việc xác định BOD để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải. Phương pháp xác định DO: Phương pháp dựa vào khả năng DO oxi hoá Mn2+ thành Mn4+ trong môi trường kiềm. Và Mn4+ lại có khả năng oxi hoá I thành I2 trong môi trường axit. Do vậy, lượng I2 tạo ra có quan hệ định lượng DO và được xác định bằng dung dịch natrithiosulphat (Na2S2O3). + Thiết bị dụng cụ. Pipet. ống đong. Bình tam giác. Cân phân tích. Bình định mức 50 á 1000 ml. Bình ủ 130 á 350 ml. Bình pha loãng chia vạch đến ml, nút thuỷ tinh. + Hoá chất Mangansunfat (MnSO4). NaOH (hoặc KOH). NaI (hoặc KI). NaN3. Axit sunfuric đặc 98%. Tinh bột. Axit salicilic. Na2S2O3 _ 0,1N. K2Cr2O7. KF. Trình tự tiến hành. Bổ xung vào dưới bề mặt nước mẫu trong bình BOD (dung tích 250 – 300ml) 2ml dung dịch MnSO4. Tiếp theo là 2ml dung dịch kiềm iotdua azide. Đậy nút cẩn thận tránh tạo bọt khí và trộn bằng cách quay ngược bình lại ít nhất 15 lần. Khi kết tủa hình thành và lắng xuống, lớp nước trong bên trên tạo thành ít nhất là 100ml thì mở nút cẩn thận, bổ xung 2ml H2SO4 đậm đặc cho chảy theo cổ bình. Đậy nút lại và lắc cho đến khi kết tủa tan hoàn toàn. Dùng bình dung tích 200ml để lấy ra lượng mẫu cần thiết sau khi đã trừ đi lượng dung dịch bổ xung. Định phân bằng dung dịch Na2S2O3 – 0,025N đến màu vàng rơm. Bổ xung từ 1 đến 2ml dung dịch hồ tinh bột và tiếp tục định phân đến khi hết màu xanh. Tính toán kết quả. Tính cho 200ml dung dịch ban đầu/1 ml dung dịch Na2S2O3 – 0,025N bằng 1mg/l DO. Hiệu chỉnh kết quả ở 0oC và áp suất 760mm bằng cách nhân mg/l DO với 0,70 (nếu cần). Trong trường hợp không có bình dung tích chính xác thích hợp để giữ lại 203 ml dung dịch cuối cùng thì kết quả được tính theo công thức: Trong đó: A = Lượng dung dịch Na2S2O3 tiêu tốn để định phân (ml). K = Hệ số hiệu chỉnh nồng độ Na2S2O3 . N = Nồng độ đương lượng của Na2S2O3 . 8000 = Đương lượng oxy. V1 = Thể tích bình chuẩn BOD (ml). V2 = Lượng chất phản ứng bổ xung vào bình chuẩn BOD khi xác định DO (ml). IV. Xử lý bằng keo tụ. IV.1. Hoá chất sử dụng. IV.1.1. Phèn nhôm. [5] Khi cho phèn nhôm ( NH4 Al(SO4)2.12H2O) vào nước, chúng phân ly thành các ion Al3+, sau đó các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3. Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ Trong phản ứng thuỷ phân trên đây, ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành, còn giải phóng ra các ion H+. Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước. Trong trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hoá nước. Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi (CaO), một số trường hợp khác có thể dùng xô đa ( Na2CO3) hoặc xút ( NaOH). Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân của Al3+, khi pH 7,5 làm cho muối kiềm kém tan ít đi và hiệu quả keo tụ bị hạn chế. Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5 á 7,5. Yếu tố nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ, nhiệt độ của nước cao, tốc độ keo tụ lớn, hiệu quả keo tụ cao, giảm lượng phèn cho vào nước. Độ đục nước thải càng cao, thì ảnh hưởng của nhiệt độ càng rõ riệt, nhiệt độ của nước thích hơp dùng cho phèn nhôm vào khoảng từ 20 á 400°C, tốt nhất là nhiệt độ từ 35 á 400°C. So với phèn nhôm thì để kết tủa lượng phèn sắt cho vào chỉ bằng 1/3 á 1/2 lượng phèn nhôm. Ngoài ra ảnh hưởng nhiệt độ và giới hạn của pH đối với phèn sắt là rộng, tuy nhiên phèn sắt ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm vì có HCl sinh ra. ở nước ta, người ta vẫn quen dùng phèn nhôm. Do đó phèn được lựa chọn là phèn nhôm loại chứa 45% Al2(SO4)3 và không ngậm nước, loại này có mầu trắng đục và ở dạng cục. IV.1.2. Vôi. [5] Vôi được dùng để kiềm hoá nước, làm mềm nước hoặc ổn định nước. Vôi có thể cho vào nước ở dạng vôi sữa hay vôi bão hoà. Vôi là chất có độ hoà tan trong nước rất thấp, ở nhiệt độ 200C độ hoà tan của vôi bằng 1,23 g/l tức là 0.123%. Trong khi độ hoà tan của phèn là 1000 g/l. Do đó lượng vôi còn lại trong nước sau khi sử lý là rất nhỏ, vả lại vôi không độc hại đối với con người và môi trường, do đó ta chọn vôi làm chất kiềm hoá để khống chế độ pH của nước thải. IV.1.3. Chất kết bông. [ 1, 4, 20] Để tăng cường quá trình tạo thành bông keo hydroxyt nhôm với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành quá trình keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ đông tụ (kết bông). Việc sử dụng các chất trợ đông tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất đông tụ (phèn nhôm), giảm thời gian quá trình đông tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo. Để xử lý người ta có thể sử dụng các chất tạo bông có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Các hợp chất kết bông có nguồn gốc thiên nhiên hay dùng là tinh bột, dextrin ( C6H10O5)n , các ete, xenlulo và dioxit silic hoặc hoạt tính ( x SiO2 . y H2O). Ngày nay chất kết bông tổng hợp thường dùng nhất là polyacryamit (có tên thương mại là Aronfloc (CH2CHCONH2)n , đó là các đại phân tử thu được do kết hợp các đơn phân tử tổng hợp trong đó một số tích điện hay nhóm khả năng ion hoá chúng có khối lượng phân tử rất cao 106 á 107, cho phép đạt được hiệu quả lớn hơn rất nhiều so với polyme tự nhiên. - Có tác dụng lớn khi cho một lượng nhỏ chất keo tụ - Quá trình tạo bông keo nhanh - Bông keo tạo ra lớn và chắc - Dễ làm sạch và loại chúng ra khỏi nước - Sử dụng trong khoảng pH rộng - Aronfloc không ăn mòn, do đó không cần phải dùng thùng chứa làm bằng nguyên liệu đặc biệt. Đặc biệt aronfloc không làm tổn hại đến môi trường, không gây độc hại cho người, động vật và sự phát triển của thực vật. Tuỳ thuộc vào nhóm ion khi phân ly mà các chất kết bông có điện tích âm hoặc dương. Chúng được phân loại theo tính chất ion của polyme. a. Anion. Hợp chất loại này nói chung là các đồng trùng hợp của acrylamit và axit acrylic. b. Trung tính. Hợp chất loại này thực chất là polyacrylamit, chúng có công thức phân tử như sau: c. Cation. Đó là các đồng trùng hợp của acryamit với một đơn phân cation, nói chung là MADAM hay ADAM. R = CH3 : Madam R = H : Adam Chúng có thể được sử dụng ở các dạng như: Rắn, nhũ (polyme dạng nhũ trong dung môi hữu cơ) hoặc dung dịch khoảng 20 mg/l trong nước. Dạng hạt có thể bảo quản trong 1 năm, dạng lỏng có thể bảo quản trong nửa năm. Nếu bảo quản tốt có thể được lâu hơn nữa. Trên thị trường hiện nay có bán Aronfloc với rất nhiều chủng loại khác nhau. Loại cation kí hiệu: C – 303H, C – 303M, C – 303ML…Là loại cation cao. C – 302; C – 325; C – 402 … Là loại cation trung bình. C – 310H; C – 310; C – 300 ; C – 401… Là loại cation thấp. Loại anion kí hiệu: A – 118; A – 117; A – 140…là loại anion cao. A – 351; A – 350; A – 121… là loại anion trung bình A – 106; A – 166; A – 218… là loại anion thấp. Loại không ion kí hiệu: N – 107; N – 101; N – 110; N- 208… ở đây chúng tôi chọn chất trợ đông tụ là loại cation vì nước thải sau tẩy rửa tạo thành keo âm do vậy nếu ta sử dụng chất trợ đông tụ là cation thì việc đông tụ sơ bộ sẽ ít tốn kém hơn (tốn ít phèn hơn). Cụ thể qua quá trình thử nghiệm với các loại Aronfloc khác nhau chúng tôi đã chọn ra loại phù hợp nhất cho quá trình xử lý nước thải đó là C-300. d. Một số tính chất của C-300. - Là dạng cation thấp, trên thị trường có bán ở dạng bột màu trắng Tỷ trọng 0,65 ± 0,10. Nồng độ bão hoà 0,1 – 0,3 % Khối lượng phân tử 8.106 Độ nhớt ở 25oC của dung dịch 0,3% là 750 - Loại này được sử dụng cho việc tách nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ như nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Đặc biệt nó có thể sử dụng cho nước thải công nghiệp nhuộm, thực phẩm và nước thải chứa dầu. Chất đông tụ vô cơ e. Sơ đồ khối của quá trình xử lý nước thải có dùng Aronfloc (polyacryamit): Nước thải Trung hoà Chất trung hoà Xử lý sinh học Keo tụ Dung dịch Aronfloc đốt cặn rắn Lọc Tuyển nổi Sự kết tủa Hình 14: Sơ đồ nguyên tắc của quá trình xử lý nước thải IV.2. Dụng cụ thí nghiệm. Cốc đựng mẫu. 2. Phễu chiết. 3. Máy khuấy. 4. Đũa thuỷ tinh. 5. ống đong. 6. Giấy đo pH. IV.3. Trình tự làm thí nghiệm. Dùng ống đong (100 ml), đong chính xác một lượng nước thải cho vào cốc đựng mẫu. Ta có thể kiểm tra độ pH của nước thải bằng giấy đo pH. Tuỳ thuộc vào nguồn nước pha vào chất tẩy rửa và việc tẩy rửa mà nước thải có pH khác nhau, tuy nhiên thực tế thì pH = 6 á 7. Sau đó dùng ống đong lấy một lượng chính xác phèn cho vào nước thải và khuấy. Phèn có nhiệm vụ phá vỡ sự ổn định của hệ keo. Do chất tẩy rửa trong nước tạo thành hệ keo âm nên khi cho phèn nhôm (keo dương) vào thì thì các hệ keo bị trung hoà về điện và kết lại với nhau. Ta có thể quan sát bằng mắt thường được sự liên kết này. Đo pH của mẫu sau khi cho phèn, do phèn có tình axít do đó sẽ làm giảm pH của dung dịch. Tuỳ theo lượng phèn cho vào mà pH của dung dịch sẽ cao hay thấp. Thêm vôi sữa vào, lượng vôi sữa được thêm vào sao cho đảm bảo dung dịch đạt pH ằ 7. Vì chất tạo bông Aronfloc chỉ có hiệu quả cao trong khoảng pH = 6,5 á 7,5. Cuối cùng dùng ống đong lấy một lượng Aronfloc cho vào khuấy trong một thời gian và để lắng, bông keo sẽ tạo thành, tuỳ thuộc vào độ nặng hay nhẹ của keo mà chúng có thể lắng xuống hoặc nổi lên. Trong quá trình keo tụ có nhiều yếu tố tác động lên hiệu quả keo tụ, ta sẽ lần lượt đi khảo sát từng yếu tố sau: Tỉ lệ phèn và Aronfloc; độ pH, thời gian khuấy, lượng hoá chất cho vào. Hình 15: Sơ đồ xử lý nước thải V. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ V.1. Khảo sát tỷ lệ phèn/Aronfoc. Để khảo sát khoảng tối ưu của một biến thì ta phải khống chế cố định các biến còn lại. Cụ thể: Lấy cùng một lượng mẫu nước thải là 100 ml. Cố định nhiệt độ ( lấy nhiệt độ môi trường ). Cố định pH = 7. Cố định thời gian khuấy là 60 giây. Cố định lượng aronfloc cho vào là 1 ml. Do vậy chỉ còn một biến thay đổi là lượng phèn, thực hiện quá trình keo tụ như đã mô tả ở trên ta có kết quả thể hiện ở bảng 13. V.2. Khảo sát khoảng giá trị của pH. Để khảo sát khoảng giá trị pH ta khống chế cố định các điều kiện còn lại: Tỷ lệ phèn: Aronfloc = 3:1 (lấy 1ml Aronfoc) Nhiệt độ trong phòng thí nghiệm. Thời gian khuấy là trong 60 giây. Cùng một lượng mẫu và lấy 100 ml. Thay đổi giá trị pH và thực hiện quá trình keo tụ như đã mô tả ở trên ta có kết quả thể hiện ở bảng 14. V.3. Khảo sát thời gian khuấy. Muốn khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy ta cố định các biến còn lại: Lượng mẫu lấy là 100 ml Hoá chất phèn lấy là ( 3 ml ); Aronfloc lấy ( 1 ml ) Nhiệt độ môi trường pH = 7. Thay đổi thời gian khuấy và thực hiện quá trình keo tụ như đã mô tả ở trên ta có kết quả thể hiện ở bảng 15. V.4. Khảo sát khoảng nồng độ hoá chất. Muốn khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hoá chất ta cố định các biến còn lại: Lượng mẫu lấy là 100 ml Thời gian khuấy 45 giây Nhiệt độ môi trường pH = 7. Thay đổi nồng độ của hoá chất và thực hiện quá trình keo tụ như đã mô tả ở trên ta có kết quả thể hiện ở bảng 16. Chương III. Kết quả và thảo luận I. Xác định khả năng hoà tan dầu trong chất tẩy rửa. Nước thải sau khi tẩy rửa cặn dầu bao giờ cũng gồm 2 phần: phần dầu và phần nước. Phần dầu nổi lên trên, để lắng một thời gian thì có thể tách ra khỏi phần nước. Dầu càng được tách triệt để bao nhiêu thì càng tốt bấy nhiêu vì một mặt, nước thải dễ xử lý, mặt khác tận dụng được cặn dầu đó để sản xuất bitum. Trong phần này chúng tôi nghiên cứu hiệu suất tách dầu đối với 2 loại chất tẩy rửa: BK và Greasemarter của Mỹ. I.1. Chất tẩy rửa BK. Lượng dầu ban đầu là 0,7508 (g). Thực hiện lắng tách với những thời gian lắng tách khác nhau ta có bảng kết quả sau. Bảng 11: Khả năng lắng tách dầu của chất tẩy rửa BK . Số TT Thời gian (phút) Khối lượng bình trước khi chưng (g) Khối lượng bình sau khi chưng (g) Lượng dầu tan trong chất tẩy rửa (g) Hiệu quả lắng tách % 1 15 95,7130 95,8717 0,1587 78,9 2 45 95,7110 95,8077 0,0967 87,1 3 75 95,7125 95,7332 0,0207 97,2 4 105 95,7112 95,7261 0,0140 98,1 5 135 95,7118 95,7246 0,0128 98,2 Hiệu suất tách, % Từ bảng 11 ta dựng được đồ thị hình 11. Thời gian, phút Hình 11:Biểu diễn mối quan hệ giữa lượng dầu tách ra và thời gian (chất tẩy rửa BK) Nhận xét: Nhìn vào đồ thị ta thấy khả năng phân tách dầu- nước tẩy rửa cao, vì ở 15 phút đầu hiệu quả tách đạt 78,9%, nếu tiếp tục để lắng thì hiệu quả tăng dần, tuy nhiên chỉ đến một thời gian nhất định thì khả năng phân tách chậm lại và đạt tối đa. Như trên đồ thị bắt đầu từ 75 phút thì đường bắt đầu nằm ngang, điều đó chứng tỏ rằng nếu như có để lâu hơn nữa thì hiệu quả của việc lắng tách cũng không đạt cao hơn là mấy, do đó có thể chọn thời gian lắng là 75 phút với hiệu quả đạt 97,2%. I.2. Chất tẩy rửa Greasemarter Mỹ . Thực hiện tương tự như vậy, với chất tẩy rửa của Greasemarter Mỹ ta có bảng kết quả sau: Bảng 12: Khả năng tách dầu của chất tẩy rửa Greasemarter Mỹ ( với lượng dầu ban đầu là 0,7555g/500ml) Số TT Thời gian (phút) Khối lượng bình trước khi chưng (g) Khối lượng bình sau khi chưng (g) Lượng dầu (g) Hiệu quả (%) 1 15 95,7128 96,0193 0,3065 59,4 2 45 95,7116 95,9474 0,2358 68,8 3 75 95,7121 95,8145 0,1024 86,4 4 105 95,7130 95,7650 0,052 93,1 5 135 95,7127 95,7615 0,0488 93,5 Hiệu suất tách, % Từ bảng 12 ta dựng được đồ thị hình 12 (trang bên). Thời gian, phút Hình 12: Biểu diễn mối quan hệ giữa lượng dầu tách ra và thời gian ( chất tẩy rửa Greasemarter Mỹ) Nhận xét: Nhìn vào đồ thị ta thấy nếu tăng thời gian lắng thì hiệu quả lắng tách càng cao, tức là lượng dầu trong nước còn lại ít đi, và ở thời điểm 105 phút thì đường biểu điểm bắt đầu nằm ngang, chứng tỏ nếu tiếp tục tăng thời gian thì khả năng lắng tách cũng không tăng lên nữa. Do vậy với nước thải sau tẩy rửa của Mỹ thời gian lắng tách tốt nhất là 105 phút và đạt hiệu quả là 93,1%. Nhìn vào kết quả thể hiện ở trên ta thấy lượng dầu không tan trong chất tẩy rửa rất lớn điều đó chứng tỏ rằng quá trình tẩy rửa chủ yếu là theo cơ chế cuốn trôi. Lượng dầu tan trong chất tẩy rửa bé tuy nhiên càng để lâu thì lượng dầu bị tách ra càng nhiều do đó ta có thể kết luận rằng sự tan của dầu trong nước thải chỉ là tạm thời, nếu để một thời gian thì dầu sẽ bị tách ra và nổi lên trên vì nhẹ hơn nước. I.3. So sánh khả năng lắng tách dầu của 2 loại chất tẩy rửa. - Nước thải có chứa chất tẩy rửa của BK thời gian lắng tối ưu là 75 phút và đạt hiệu quả là 95%. - Nước thải có chứa chất tẩy rửa của Greasemarter Mỹ phải lắng trong 105 phút hiệu quả đạt 93,6%. - Vậy khả năng lắng tách dầu chất tẩy rửa của BK tốt hơn của Greasemarter . Điều đó chứng tỏ rằng lượng dầu hoà tan trong chất tẩy rửa của Greasemarter Mỹ là lớn hơn. II. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ Bảng 13: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phèn/aronfloc đến hiệu quả keo tụ( với điều kiện cố định: pH=7; Thời gian khuấy 60 giây; nhiệt độ phòng; aronfloc=1ml). STT Aronfloc Phèn COD Nhận xét 1 1 1 420 Keo nổi, bông nhỏ 2 1 2 312 Keo nổi, bông nhỏ 3 1 3 231 Keo nổi, bông to 4 1 4 320 Keo nổi, bông nhỏ có keo lơ lửng 5 1 5 415 Keo nổi, bông nhỏ, lơ lửng nhiều, lâu lắng COD (mg/l) Từ bảng 13 ta dựng được đồ thị thể hiện ở hình 16: Tỉ lệ thể tích phèn/aronfloc Hình 16: Biểu diễn sự phụ thuộc COD vào tỷ lệ phèn/ Aronfloc. Nhìn vào hình 16 ta thấy, đường biểu diễn sự phụ thuộc COD vào tỷ lệ phèn/Aronfloc đạt cực tiểu khi phèn/ Aronfloc = 1/3 (về thể tích). Do vậy với tỷ lệ phèn/aronfloc = 3/1 thì quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao nhất. Bảng 14: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình keo tụ( với điều kiện cố định: Aronfloc=1ml; phèn=3ml; thời gian khuấy 60 giây; nhiệt độ phòng). STT pH COD Nhận xét 1 6 502 Bông keo nhỏ, nhiều keo lơ lửng. 2 6,5 389 Bông keo lớn hơn, có cặn lơ lửng. 3 7 240 Keo to rất ít cặn lơ lửng. 4 7,5 296 Keo bé có cặn lơ lửng. 5 8 350 Keo nhỏ, nhiều cặn lơ lửng. Từ bảng 14 ta dựng được đồ thị thể hiện ở hình 17: COD (mg/l) Hình 2: Biểu diễn mối quan hệ giữa COD và pH. pH Hình 17: Biểu diễn sự phụ thuộc COD vào pH. Nhìn vào hình 17 ta thấy rằng khi pH nhỏ ( pH = 6 ) thì môi trường là axít và khả năng tạo bông keo kém do đó COD cao, nhưng khi tăng dần pH thì khả năng tạo bông keo tăng lên đến giá trị pH = 7 thì khả năng tạo bông keo là tốt nhất ứng với COD = 240. Nếu tiếp tục tăng pH nữa thì nó sẽ không thuận lợi cho quá trình tạo bông keo. Bảng 15: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình keo tụ (với điều kiện cố định: phèn = 3ml; aronfloc = 1ml; nhiệt độ môi trường; pH = 7). STT Thời gian (giây) Hoá chất ( ml ) COD Nhận xét 1 15 4 360 Keo tụ chậm 2 30 4 256 Keo tụ nhanh 3 45 4 230 Keo tụ nhanh 4 60 4 270 Keo tụ nhanh nhưng bông keo nhỏ 5 75 4 320 Keo tụ nhanh, bông keo nhỏ Từ bảng 15 ta dựng được đồ thị thể hiện ở hình 18: COD (mg/l) Thời gian (s) Hình 18: Biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian khuấy và COD. Nhìn vào hình 18 ta thấy, nếu thời gian khuấy ngắn thì khả năng tiếp xúc của hoá chất kém do vậy sự keo tụ diễn ra chậm, nếu tăng thời gian khuấy trộn thì sự keo tụ diễn ra nhanh hơn, tuy nhiên nếu thời gian khuấy trộn diễn ra dài dẫn đến việc các bông keo tạo thành lại bị phá vỡ do khuấy trộn, điều này được thể hiện ở giá trị của COD. Do vậy ta chọn khoảng thời gian khuấy từ 30 – 60 giây là phù hợp nhất. Bảng 16: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hoá chất lên quá trình keo tụ (với điều kiện cố định: Thời gian khuấy 45 giây; pH = 7; nhiệt độ môi trường; tỷ lệ phèn/aronfloc = 3/1). STT Thời gian (giây) Hoá chất ( g/l ) COD Nhận xét 1 45 0,0321 450 Keo tụ chậm 2 45 0,0767 330 Keo tụ nhanh hơn 3 45 0,1143 223 Keo tụ nhanh 4 45 0,1519 310 Keo tụ nhanh 5 45 0,1842 387 Keo tụ nhanh Từ bảng 16 ta dựng được đồ thị thể hiện ở hình 19: COD (mg/l) Nồng độ hoá chất (g/l) Hình 19: Biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ hoá chất và COD Nhìn vào hình 19 thấy rằng, khi nồng độ hoá chất tăng lên thì COD giảm, tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nồng độ hoá chất đến một giá trị nào đó thì COD lại tăng lên, do lượng hoá chất đưa vào thừa. Ta có thể chọn nồng độ hoá chất nằm trong khoảng 0,0767 – 0,1519 g/l để khảo sát. III. Kết quả xử lý keo tụ. III.1. Nước thải Greasemarter Mỹ . Bảng 17: Kết quả xử lý nước thải Greasemarter Mỹ. (với các thông số cố định: COD ban đầu là 960mg/l; BOD ban đầu là 379mg/l; pH = 7; nhiệt độ phòng; tốc độ khuấy 30 vòng/phút; tỷ lệ phèn/aronfloc = 30). STT Thời gian khuấy (s) Hoá chất (g/l) COD BOD 1 30 0,0767 428 171 2 30 0,1519 421 163 3 45 0,1143 355 145 4 45 0,1143 353 140 5 60 0,0767 398 156 6 60 0,1519 369 151 III.2. Nước thải BK . Bảng 18: Kết quả xử lý nước thải BK. (với các thông số cố định: COD ban đầu là 620mg/l; BOD ban đầu là 271mg/l; pH = 7; nhiệt độ phòng; tốc độ khuấy 30 vòng/phút; tỷ lệ phèn/aronfloc = 30). Mẫu Thời gian khuấy ( s) Hoá chất ( g/l ) COD BOD 1 30 0,0767 368 162 2 30 0,1519 360 155 3 45 0,1143 220 91 4 45 0,1143 223 93 5 60 0,0767 298 130 6 60 0,1519 240 102 III.3. So sánh kết quả xử lý hai loại nước thải. Bảng 19: So sánh kết quả của quá trình xử lý nước thải BK và Greasemarter Mỹ. STT Thời gian khuấy ( giây) Hoá chất (g/l) Nước thải Greasemarter Mỹ Nước thải BK COD BOD COD BOD 1 30 0,0767 428 171 368 162 2 30 0,1519 421 163 360 155 3 45 0,1143 355 145 220 91 4 45 0,1143 353 140 223 93 5 60 0,0767 398 156 298 130 6 60 0,1519 369 151 240 102 COD ban đầu của nước thải BK là 620 mg/l và của nước thải Greasemarter Mỹ là 960 mg/l. Sau khi xử lý bằng phương pháp keo tụ trong điều kiện: pH = 7; thời gian khuấy 45 phút; nồng độ hoá chất là 0,1143 g/l (phèn/aronfloc = 30/1 về nồng độ), tốc độ khuấy là 30 vòng/phút. Ta thu được nước thải BK có COD là 220 mg/l, BOD là 91 mg/l và nước thải Greasemarter Mỹ có COD là 353mg/l, BOD là 140mg/l. Như vậy hiệu quả của việc xử lý đối với nước thải BK là 64,5% và với nước thải Greasemarter Mỹ là 63,2%. Nếu như ta so tỷ lệ giữa giá trị COD và BOD thì ta thấy rằng COD/BOD của nước thải Greasemarter Mỹ là 2,5 trong khi đó của nước thải BK là 2,3. Điều đó chứng tỏ rằng khả năng phân huỷ vi sinh vật của nước thải BK là lớn hơn. So với tiêu chuẩn (bảng 10) thì chỉ có nước thải BK sau khi xử lý được đổ vào nơi quy định vì BOD của nước thải Greasemarter Mỹ lớn hơn 100. Điều này thể hiện ở bảng sau: Bảng 20: Kết quả xử lý các loại nước thải STT Mẫu nước thải COD BOD Trước Sau Trước Sau 1 BK 620 220 271 91 2 Greasemarter Mỹ 960 353 379 140 IV. Biện luận về sự giảm hàm lượng kim loại sau xử lý. Bảng 2: Hàm lượng kim loại trong nước thải trước và sau xử lý: Nước thải Fe (ppm) Cu (ppm) Pb (ppm) Trước xử lý 10,2 1,4 7,0 Sau xử lý 0,0 0,0 0,0 Nhìn vào bảng trên ta thấy, sau xử lý hàm lượng kim loại trong nước thải đều bằng không, điều đó chứng tỏ rằng trong quá trình keo tụ, lượng kim loại này đã bị dính vào hạt keo và tách ra khỏi nước. Do đó nước thải có đủ tiêu chuẩn về hàm lượng kim loại để thải ra môi trường. V. Biện luận về sự giảm COD, BOD sau keo tụ. Nguyên nhân làm cho COD và BOD của nước thải cao là do hàm lượng các hợp chất hữu cơ trong nước cao. Với nước thải chúng ta đang nghiên cứu các hợp chất hữu cơ này ở dạng keo mang điện âm. Chúng ở trạng thái lơ lửng, rất bền vững và không tự lắng tách được. Do vậy khi cho phèn nhôm vào thì các hạt keo liên kết lại với nhau thành hạt to hơn và dưới tác động của trọng lực, các hạt keo này bị lắng tách ra khỏi nước( tuỳ thuộc vào độ nặng nhẹ của hạt keo mà nó có thể bị lắng xuống hoặc nổi lên, trong trường hợp đang nghiên cứu thì các hạt keo tụ là nổi), nguyên nhân của sự keo tụ này là do khi cho phèn nhôm vào trong nước, nó tạo thành keo Al(OH)3 mang điện dương, do sự tác động tương hỗ của hai keo làm cho chúng bị trung hoà về điện. Mất đi nguyên nhân chính tạo nên sự bền vững cho hạt keo. Chính vậy hàm lượng các hợp chất hữu cơ trong nước giảm, làm cho COD và BOD cũng giảm theo. Để được thải ra môi trường thì nước thải cần phải đạt rất nhiều chỉ tiêu, tuy nhiên hai chỉ tiêu quan trọng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị và nước thải công nghiệp đó là COD và BOD. Trong môi trường nước, khi quá trình oxi hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxi hoà tan. Vì vậy xác định tổng lượng oxi hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là công việc quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước. Như vậy BOD biểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật. BOD mới chỉ đánh giá được hàm lượng các hợp chất hữu cơ có thể bị phân huỷ trong nước thải chứ chưa đánh giá được toàn bộ lượng chất hữu cơ trong nước thải vì có một số chất không bị phân huỷ bởi vi sinh vật. Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không bị phân huỷ bởi vi sinh vật do đó nó có giá trị cao hơn BOD. Thực hiện đo BOD5 tại điểm tối ưu ta có kết quả sau: BOD5 = 87 mg/l. Thuyết minh Từ các kết quả nghiên cứu, chúng tôi đề xuất quy trình xử lý nước thải sau tẩy rửa cặn dầu. Sơ đồ được mô tả ở trang bên. Chuẩn bị hoá chất: Do phèn cục thường chứa nhiều tạp chất và hoà tan chậm, để đảm cho phèn được hoà tan đều trong nước ta pha phèn làm hai bậc.Trước tiên phèn cục được đưa vào bể hoà trộn phèn để hoà tan thành dung dịch có nồng độ cao và loại bỏ cặn bẩn sau đó dung dịch này được dẫn sang bể tiêu thụ để pha loãng thành nồng độ sử dụng. Vôi sống phải được đem tôi trong bể tôi vôi, thông thường thành dạng sữa đặc, sau đó vôi sữa được đưa sang bể pha vôi. Tại đây vôi được pha loãng đến nồng độ thích hợp ( không lớn hơn 5%). Chất trợ đông tụ (Aronfloc) được chuẩn bị trong bể hoà trộn giống như với phèn. Tiến hành xử lý: Hỗn hợp sau tẩy rửa được để lắng trong bể, phần dầu nổi ở trên được tách ra và là nguyên liệu đầu cho quá trình oxi hoá tạo bitum. Phần bùn cặn chủ yếu là các tạp chất cơ học được lắng xuống dưới và thải vào nơi quy định. Phần nước thải còn lại chủ yếu chứa các cấu tử chất tẩy rửa và một phần dầu tan được đưa vào bể trung hoà, bể trung hoà có nhiệm vụ phá vỡ sự bền vững của hệ keo. Phèn từ bể tiêu thụ được đưa qua bể trung hoà để hoà trộn cùng với nước thải, lượng phèn đưa vào theo nồng độ tính trước. Kiểm tra độ pH của dung dịch trong bể hoà trộn. Sau đó đưa vôi từ bể pha loãng vôi vào bể cho đến khi dung dịch có pH = 7. Thực hiện khuấy liên tục trong suốt quá trình với tốc độ 30 vòng/phút để đảm bảo hoà trộn đều chất phản ứng. Toàn bộ dung dịch được đưa qua bể keo tụ. Tại đây dung dịch aronfloc đã được chuẩn bị sẵn sẽ được đưa vào theo nồng độ tính trước. Thực hiện quá trình khuấy liên tục với tốc độ 30 vòng/phút trong vòng 45 giây, để đảm bảo hoà trộn đều hoá chất. Bể keo tụ có nhiệm vụ tạo ra bông keo to, chắc nhờ vào chất trợ tạo bông aronfloc. Nước và các chất phản ứng sau khi được hoà trộn đều trong bể keo tụ sẽ được đưa sang bể phản ứng. Bể phản ứng có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo để tạo nên những bông keo đủ lớn. Thời gian nước lưu trong bể kéo dài từ 6 á 40 phút tuỳ theo từng kiểu bể. Bông keo nổi được tách ra, và đem đốt. Nước sau khi tách keo được đưa qua bể lọc cát để loại bỏ những hạt keo lơ lửng khó tách. Nước thải sau khi ra khỏi bể lọc cát được xác định các chỉ tiêu và thải vào những nơi quy định. Kết luận 1- Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ, thấy rằng quá trình keo tụ thực hiện tốt nhất tại: pH = 7; thời gian khuấy 45 (giây); nồng độ hoá chất 0,1143 (g/l). 2- Đã xử lý được nước thải sau tẩy rửa đạt kết quả như sau: Trước xử lý: COD = 620 mg/l ; BOD = 271 mg/l. Sau khi xử lý: COD = 220 mg/l; BOD = 91 mg/l. Đạt 64,5%. So với nước thải Greasemarter Mỹ khi xử lý ở cùng điều kiện (đạt 63,2%) thì kết quả cao hơn. Và nước thải BK sau xử lý đã đạt tiêu chuẩn thải vào những nơi quy định. 3- Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước thải sau tẩy rửa cặn dầu chống ô nhiễm môi trường. Tài liệu tham khảo 1. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải. NXB KHKT- 1999 2. Kỹ thuật môi trường. NXB KHKT- 2001. 3. Nguyễn Hữu Phú: Hoá lý hoá keo, NXBKHKT – 2003. 4. Sổ tay xử lý nước ( Tập 1). NXBXD -1999. 5. PTS Nguyễn Ngọc Dung: Xử lý nước cấp. NXBXD -1999 6. Hồ Tấn Tài: Các sản phẩm tẩy rửa và chăm sóc cá nhân. 12-1999. 7. Hoàng Tuấn Bằng: Luận văn tốt nghiệp cao học. Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc tập hợp giọt nhũ tương dầu/nước và phương pháp phân chia. - 12/1999 8. Huỳnh Anh Hoàng: Luận án thạc sỹ KHKT. Đề tài: Khảo sát nguồn cặn dầu tại VN, nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý cặn dầu từ quá trình vệ sinh tàu dầu. 12 – 1999. 9. Nguyễn Hữu Phú . Hoá lý và hoá keo, NXBKHKT – 2003. 10. Nguyễn Lệ Tố Nga: Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên nghành công nghệ hữu cơ hoá dầu đề tài : Xác định thành phần cặn dầu và phương pháp tẩy rửa chúng. 2002. 11. Báo cáo tổng quan kinh nghiệm thế giới và chống nhiễm bẩn môi trường biển do dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ gây ra.1985 12. Báo cáo nghiên cứu các trường hợp cụ thể xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. 2002 13. Lâm Ngọc Thụ : Nghiên cứu hệ thống tiêu chuẩn môi trường VN, đề xuất các phương pháp thích hợp để xác định một số chỉ tiểu môi trường. 1999 14. Tạp chí sinh học. Vol 25, No 3, tháng 9/2003 15. Tạp chí sinh học. Vol 22, No 4, tháng 12/2000. 16. Tạp chí sinh học. Vol 25, No 4, tháng 12/2003. 17. Phương pháp loại bỏ hoá chất gây ô nhiễm ( 6188A).2000 18. Nguyễn Đức Huỳnh : Thiết bị tách dầu- nước . Bằng sáng chế số 3590A của Việt Nam.Tổng cục dầu khí VN. 2002 19. Tiêu chuẩn Việt Nam 1999- Chất lượng nước. 20. Bản giới thiệu sản phẩm Aronfloc. 21. Environ. Sci. Technol. Vol 34 No 8 2000. 22. Organic chemicals in the aquatic environment – 1997. 23. Water quality control handbook – 2001.