Đề xuất phương pháp sử dụng hvc kết hợp với fenton để nâng cao chất lượng xử lý nước thải dệt nhuộm và nước thải chế bản ngành in

ảo quản và hoà tan để sử dụng thì giá thành sản xuất 1m3 nước sẽ giảm đến 30%. - Độ pH khi dùng PACN-95 ổn định và trong vùng trung hoà (pH=7,2), trong khi dùng phèn nhôm thì pH thấp (pH=6). Điều này góp phần nâng cao chất lượng và độ sạch của hệ thống đường ống. II.4. Chất keo tụ khác: * Sử dụng tách protein trong nước thải giết mổ [15]: - Sử dụng polyme C13OH liều lượng trong khoảng 2-40 mg/l để keo tụ. - Sử dụng PAC và FeCL3 liều lượng cao nhất tới 400 mg/l. Trong trường hợp sử dụng FeCL3, do quá trình thuỷ phân mạnh nên pH của nước giảm, vì vậy trước khi kết tủa và keo tụ, có điều chỉnh pH (8-9) sao cho pH cuối cùng đạt trên 6. Khi sử dụng PAC và FeCL3 có bổ sung thêm một lượng ổn định chất trợ keo tụ A101 là 4 mg/l để thúc đẩy quá trình keo tụ. Kết quả khảo sát: + Polyme loại C có khả năng kết tủa protein với liều lượng polyme 2 mg/l, liều lượng kết tủa bắt đầu xuất hiện. Tuy nhiên, hiệu quả tăng ít khi liều lượng đến 40 mg/l. Điều đó chứng tỏ polyme loại C chỉ có khả năng kết tủa các thành phần không tan trong nước. + Sử dụng kết hợp muối sắt và PAC với polyme cho kết quả xử lý tốt hơn, trong đó tổ hợp giữa muối sắt và A101 cho kết quả tốt hơn khoảng 2,5 lần so với PAC và A101. + Khi tăng liều lượng muối sắt cần điều chỉnh pH ở mức sao cho chỉ vừa đủ xảy ra quá trình keo tụ, khi đó hiệu quả tách loại COD đạt khoảng 82% và protein đạt trên 90%. * Al2(SO4)3 [3]: Được đánh giá là hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động cao trong khoảng pH=5 đến 7,5. Trong quá trình đông tụ, Al2(SO4)3 tác dụng với canxi bicacbonat trong nước theo phản ứng: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ôAl(OH)3¯ + 3CaSO4 +6CO2 Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 tỉ lệ (10:1) đến (20:1). Việc sử dụng này cho phép tăng hiệu quả quá trình làm trong nước, tăng khối lượng và tốc độ lắng của các bông keo, mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường. Al2(OH)5Cl có độ axit thấp nên phù hợp để làm sạch nước có độ kiềm yếu. * Các muối sắt được sử dụng làm chất đông keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm, do: -Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp -Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn -Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối -Có thể khử mùi vị khi có H2S Chương V. Tổng quan về bể lắng. I. Phân loại bể lắng [5]. Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hoà tan ra khỏi nước thải. Tuỳ theo yêu cầu về mức độ cần thiết xử lý nước thải mà ta có thể dùng bể lắng như một công trình xử lý sơ bộ trước khi đưa tới những công trình xử lý phức tạp hơn. Cũng có thể sử dụng bể lắng như công trình xử lý cuối cùng, nếu điều kiện vệ sinh nơi đó cho phép. Tuỳ theo công dụng của bể lắng trong dây chuyền công nghệ mà người ta phân biệt bể lắng đợt I và đợt II. Bể lắng đợt I đặt trước công trình xử lý sinh học. Bể lắng đợt II đặt sau công trình xử lý sinh học. Căn cứ theo chế độ làm việc phân biệt bể lắng hoạt động gián đoạn và bể lắng hoạt động liên tục. Bể lắng hoạt động gián đoạn thực chất là một bể chứa mà ta cứ việc xả nước vào đó và để đứng yên trong khoảng thời gian nhất định. Nước đã được lắng tháo ra và cho lượng nước mới vào. Bể lắng loại này áp dụng trong trường hợp lượng nước thải ít và chế độ thải không đồng đều. Ví dụ nước thải từ xí nghiệp giặt là… Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải chảy liên tục qua bể. Căn cứ theo chiều nước chảy trong bể người ta phân biệt thành bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng Radian. Bể lắng ngang: trong đó nước chảy theo phương ngang từ đầu đến cuối bể. Bể lắng đứng: trong đó nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng. Bể lắng Radian: nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể hoặc có thể ngược lại. Trong trường hợp thứ nhất gọi là bể lắng ly tâm, trong trường hợp thứ hai gọi là bể lắng hướng tâm. Ngoài ra, còn có loại bể lắng trong đó có quá trình lắng nước được lọc qua tầng cặn lơ lửng-gọi là bể lắng trong. Số lượng cặn tách ra khỏi nước thải trong các bể lắng phụ thuộc vào nồng độ nhiễm bẩn ban đầu, đặc tính riêng của cặn (hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng, tốc độ rơi…) và thời gian nước lưu trong bể. Ví dụ: lượng chất lơ lửng còn lại trong nước thải đưa lên bể Biophin và Aeroten không được lớn hơn 150mg/l (khi đòi hỏi xử lý hoàn toàn). Thời gian lắng trong trường hợp đó lấy không nhỏ hơn 1,5 giờ. Lượng cặn lắng lại trong bể lắng đợt I (nước thải sinh hoạt) lấy vào khoảng 0,8 l/người/ngàyđêm, độ ẩm 93-95%. 0,8N W= –––ắắ– ; m3/ngày đêm. 1000 Thời gian giữ cặn trong bể lắng phụ thuộc vào phương pháp xả cặn, nhưng không được quá hai ngày. Lựa chọn loại và kết cấu bể lắng dựa trên cơ sở tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật và vệ sinh. Bể lắng đứng thường sử dụng khi mực nước ngầm thấp và công suất trạm đến 30.000 m3/ngàyđêm. Bể lắng ngang và bể lắng Radian không phụ thuộc vào mực nước ngầm, thường áp dụng khi công suất trạm lớn hơn 15.000 m3/ngàyđêm. II. Động học lắng nước thải [5]. Mỗi hạt tạp chất không hoà tan có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước, khi lắng sẽ chịu tác động của hai lực: trọng lượng bản thân và lực cản tổng cộng xuất hiện khi hạt chuyển động dưới tác dụng của trọng trường. Mối tương quan giữa hai lực đó sẽ quyết định giá trị, tốc độ lắng của hạt. Trọng lượng P của hạt phụ thuộc vào khối lượng, kích thước bản thân và tỷ trọng. Lực cản P1 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tốc độ của hạt và độ nhớt của nước. Tốc độ lắng của mỗi hạt riêng biệt có thể coi là đều trong suốt thời gian lắng, bởi vì gia tốc tự do cân bằng với lực cản của môi trường. Khi đó tốc độ lắng của các hạt riêng biệt trong nước ở trạng thái tĩnh có thể xác định từ điều kiện cân bằng của các lực tác dụng đối với hạt. P1 = P Và sau khi biểu thị thể tích hạt qua đường kính ta được công thức: 1 Uo = ––––ắắắ ( r - r1) gd2 18m Trong đó m -hệ số nhớt của nước r-tỷ trọng của hạt r1-tỷ trọng của nước d-đường kính của hạt Đối với các hạt hình cầu lớn (d>0,1mm) lực cản tỷ lệ với bình phương tốc độ lắng. Song hình dạng các hạt trong nước ở trạng thái lơ lửng rất đa dạng và không phải là hình cầu. Do vậy, người ta đưa ra khái niệm bán kính tương đương-tức là bán kính bằng bán kính hạt hình cầu có tốc độ lắng và tỷ trọng ở nhiệt độ 15oC. Bán kính tương đương của hạt thay đổi theo vị trí khi lắng, đặc biệt là các hạt không phải là hình cầu. ở trong nước thải, hỗn hợp không hoà tan gồm tổ hợp nhiều phần nhỏ khác nhau về số lượng, hình dáng và trọng lượng riêng. Trong quá trình lắng các phần nhỏ sẽ liên kết với nhau làm thay đổi hình dáng, kích thước và trọng lượng riêng của chúng. Qui luật lắng của tập hợp các hạt dạng bông khác nhau hoàn toàn khác đối với các hạt hình cầu riêng lẻ và đồng nhất. Ngoài ra, quá trình lắng được thực hiện không phải trong điều kiện tĩnh mà nước luôn luôn chuyển động. Như vậy, tốc độ lắng thực tế của các hạt cặn bé hơn tốc độ Uo (xác định trong phòng thí nghiệm) và bằng Uo-W (W-tốc độ thành phần đứng rối, phụ thuộc vào chiều sâu bể lắng và tốc độ nước chảy). Giáo sư Jukov A.L đưa ra phương trình xác định thành phần đứng rối trong các bể lắng khi tốc độ tính toán < 20mm/s W = kVn với k=const n=f(V) Cho đến nay, người ta vẫn chưa thể biểu thị tất cả các yếu tố ảnh hưởng phức tạp về hoá lý và thuỷ lực của quá trình lắng bằng một phương trình toán học. Do đó, quá trình lắng động học chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm. Thời gian lắng cần thiết xác định theo công thức : H t = –––ắắắ 3,6.Uo Trong đó H- chiều sâu công tác của bể lắng, m; Uo- tốc độ lắng, mm/s; Trong thực tế, thuận tiện nhất là sử dụng các số liệu có sẵn về Uo. Nhưng xác định tốc độ lắng cho từng hạt nhỏ chất nhiễm bẩn gặp nhiều khó khăn và không có điều kiện thực hiện. Vì vậy, người ta thường giới hạn việc xác định tốc độ lắng nhỏ nhất đối với những thành phần nào đó mà thôi. Không phải mọi loại nước thải đều có số liệu cho trước. Trong những trường hợp như vậy, ta căn cứ vào các số liệu đối với nước thải có thành phần tương tự. Số lượng ban đầu để tính toán bể lắng là: -Lưu lượng và hàm lượng cặn của nước thải C1. -Hàm lượng cặn cho phép của nước thải sau khi lắng C2. C2 căn cứ vào điều kiện vệ sinh và tính chất công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý. -Điều kiện về chế độ lắng của hạt, Uo. -Hệ số kết tụ n. Hiệu suất lắng xác định theo công thức: C1 - C2 E = –––ắắắ– 100% C1 Căn cứ vào E% dựa theo đồ thị quan hệ giữa cặn lắng với tốc độ lắng xác định Uo. III. Bể lắng ngang [5]. Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn 1/4 và chiều sâu đến 4m. a) b) L 2 3 5 3 4 2 3 h4 5 3 4 1 6 1 6 h1 h2 h3 Sơ đồ bể lắng ngang a) Mặt bằng ; b) Mặt cắt 1- Mương dẫn nước vào. 2-Máng phân phối. 3-Tấm chắn nửa chìm nửa nổi. 4-Máng thu nước. 5-Máng thu và xả chất nổi. 6-Mương dẫn nước ra. Nước thải dẫn vào bể theo mương và máng phân phối ngang với đập tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể trong suốt chiều rộng. Đối diện ở cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nửa chìm nửa nổi, cao hơn mực nước 0,15-0,2m và không sâu quá mực nước 0,25m. Tấm chắn này có tác dụng ngăn chất nổi, thường đặt cách thành tràn 0,25-0,5m. Để thu và xả chất nổi, người ta đặt một máng đặc biệt ngay sát bề mặt tấm chắn. Tấm chắn ở đầu bể đặt cách cửa vào khoảng 0,5-1m và không rộng hơn 0,2m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ chiều rộng của bể. Chiều cao xây dựng bể lắng xác định như sau: H=h1 + h2 + h3 + h4 Trong đó h1-chiều sâu làm việc, m. h2-chiều cao lớp chứa cặn, m. h3-chiều cao lớp nước trung hoà, m(~0,4m). h4-chiều cao thành bể cao hơn mực nước, m, thường lấy 0,25-0,4m. Đáy bể làm dốc I=0,01 để thuận tiện khi cào gom cặn. Độ dốc của hố thu cặn không nhỏ hơn 45o. Xả cặn ra thường bằng áp lực thuỷ tĩnh với cột nước không nhỏ hơn 1,5m đối với bể lắng đợt I và 0,9m (sau bể Aeroten) hay 1,2m (sau bể Biophin) đối với bể lắng đợt II. Bể lắng ngang có thể làm một hố thu cặn ở đầu và cũng có thể làm nhiều hố thu cặn dọc theo chiều dài bể. IV. Phương pháp tổng quát tính toán bể lắng ngang [5]. Tính toán bể lắng trước hết là xác định kích thước, sau đó kiểm tra và điều chỉnh các giá trị đã thu được. Tốc độ chuyển động của nước ở trong bể lắng lấy sơ bộ bằng: Đối với bể lắng Radian (tại tiết diện ở giữa bán kính bể) và bể lắng ngang v= 5-7 mm/s. Chiều dài bể lắng ngang xác định theo công thức V.H L = ––––ắắắ k.Uo Bán kính bể lắng Radian và bể lắng đứng: R = [Q/(3,6pkUo)]1/2 với V-tốc độ chuyển động của nước thải ở trong bể, mm/s. H-chiều cao công tác của bể, m. k-hệ số, lấy căn cứ vào loại bể lắng. Bể lắng ngang k=0,5; bể lắng Radian k=0,45; bể lắng đứng k=0,35 và bể lắng Radian với thiết bị phân phối và thu nước di động k=0,85. Uo-tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng (độ lớn thuỷ lực) mm/s. Q-lưu lượng nước thải, m3/h. Độ lớn thuỷ lực của các hạt cặn xác định theo công thức: 1000.k.H Uo = ––––ắắắ–– - W a.t.(kH/h)n a-hệ số, tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của nước thải lấy theo bảng 2-6 sau: Nhiệt độ trung bình 60 50 40 30 25 20 15 10 của nước thải, oC a 0,45 0,55 0,66 0,80 0,90 1 1,14 1,3 n-hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào tính chất của cặn. t-thời gian nước lưu trong ống nghiệm với lớp nước h và hiệu suất lắng cho trước, xác định bằng thực nghiệm hay lấy theo bảng sau: Hiệu suất lắng (%) Thời gian lắng (s) ở trong ống nghiệm với chiều cao 500 mm Đối với cặn keo tụ Đối với cặn vô cơ tán sắc với khối lượng riêng 2-3 g/cm3 (n=0,4) Đối với cặn thô với khối lượng riêng 5-6 g/cm3 (n=0,6) Nồng độ, mg/l 100 200 300 400 500 1000 2000 3000 200 300 400 20 600 300 - - 150 140 100 40 - - - 40 1320 650 450 390 200 180 150 60 75 60 45 60 3800 1200 970 680 280 240 200 100 180 120 75 W-tốc độ rối thành phần đứng, lấy theo bảng: V, mm/s 5 10 15 20 W, mm/s 0 0,05 0,1 0,5 Sau khi xác định L&D người ta đi điều chỉnh tốc độ Q V = –––ắắắ–– 3,6.H.B B-chiều rộng bể, lấy bằng 2-5H. Đối với bể lắng Radian B lấy bằng chiều dài đi qua điểm giữa bán kính bể: Q V = –––ắắắắ–– 3,6.p.R.H Nếu giá trị điều chỉnh khác nhiều so với giá trị lấy sơ bộ (khi lấy W) thì chiều dài và bán kính của bể sẽ tính lại theo tốc độ điều chỉnh. *ứng dụng tính toán bể lắng lưu lượng 100m3/ngàyđêm. L = V.H/(k.Uo) 1000.k.H Uo = ––––ắắắ–– - W a.t.(kH/h)n a) Chọn chiều cao H=1,5m; W=0; ở 20oC ga=1 +) Đối với bể lắng ngang: k=0,5. Lấy B = 2H = 3m; (kH/h)n = 1,11. Đối với cặn keo tụ nồng độ 100mg/l hiệu suất lắng 60% thì thời gian lắng 3800s. Q = 100m3/ngàyđêm = 100/24 m3/h. Q V = ––––ắắắ– 3,6.H.B Suy ra VH= Q/(3,6B). V.H L = ––ắắắ–– = Q/(3,6.B.k.Uo) k.Uo W = 0 1000.k.H Uo = –––––ắắắ– - W a.t.(kH/h)n 1000.k.H Suy ra Uo = –––ắắắắ––– a.t.(kH/h)n Q Suy ra L = –––––––ắắắắắắắắ–– 1000.k.H 3,6.B.k –––ắắắắ––– a.t.(kH/h)n 100/24 L = ––ắắắắắắ–– .1.3800.1,11 3600.3.1,5.0,52 4,44 m Vậy chiều dài L=4,44m; chiều rộng B=3m; chiều cao H=1,5m. +) Bể Radian: k=0,45. R= [Q/(3,6pkUo)]1/2 = [Q.a.t.(kH/h)n/(3,6pk.1000.k.H)]1/2 R=[100.1.3800.1,08/(24.3600.3,14.0,452.1,5)]1/2 R2m. Vậy R=2; H=1,5. b)Khi lấy chiều cao H=2m; W=0; ở 20oC ga=1 +) Bể lắng ngang: K=0,5;H=2 suy ra (kH/h)n =1,19; B=2H=4m. L=Q/[3,6.B.k.1000.k.H/(a.t.1,19)] L=(100/24)/(3,6.4.0,52.1000.2).1.3800.1,19 L2,62m. Vậy L=2,62; H=2; B=4. +)Bể lắng Radian: k=0,45; (kH/h)n =1,16. R=[Q.a.t.(kH/h)n /(3,6.3,14.k2.1000.H)]1/2 R=[(100/24).1.3800.1,16/(3,6.3,14.0,452.1000.2)]2 R2m. Vậy R=2; H=2. +)Bể lắng đứng: H=2; k=0,35 suy ra ; (kH/h)n =1,11. R=[Q.a.t.(kH/h)n /(3,6.3,14.k2.1000.H)]1/2 R=[(100/24).1.3800.1,11/(3,6.3,14.0,352.1000.2)] R2,52m. Vậy R=2,52; H=2. Chương VI Nghiên cứu xử lý chất màu hữu cơ của dung dịch nhuộm bằng phương pháp keo tụ diện hoá. I. Phương pháp thực nghiệm Điện cực anôt được sử dụng trong quá trình keo tụ điện hóa là nhôm mác A7 và thép CT3. Bề mặt điện cực được gia công bằng phẳng, đánh bóng cơ học bằng giấy nhám SiC (1200), tẩy dầu mỡ trong axeton và tẩy gỉ trong dung dịch HCl 15% có thêm chất ức chế Urotropin. Sau khi tẩy gỉ bề mặt kim loại được trung hòa trong dung dịch kiềm yếu (Na2CO3 10g/l) và rửa lại bằng nước cất nhiều lần. Các chất màu hữu cơ được dùng trong dung dịch nhuộm có tên thương mại là Ryndye-W-Red-3M (màu đỏ) có bước sóng đặc trưng l = 500nm và Ryndye - W - Violet FFBN (màu tím) có bước sóng đặc trưng l = 560nm. Dung dịch nghiên cứu được chuẩn bị bằng cách hòa tan một lượng NaCl vào 200ml nước cất. Sau đó hòa tan thuốc nhuộm hữu cơ vào dung dịch NaCl, pH dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch HCl và NaOH. Dung dịch điện phân được lấy ra theo thời gian điện phân và phân tích trên máy đo quang để tính hiệu suất quá trình keo tụ. II. Kết quả và thảo luận. II.1. ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt nhôm II.1.1. ảnh hưởng của pH ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ điện hóa dung dịch thuốc nhuộm màu đỏ và màu tím có thành phần và điều kiện điện phân như sau: Nồng độ NaCl 1000ppm Nồng độ chất màu 100ppm Khoảng cách anôt và catôt: 20mm Mật độ dòng i = 0,5A/dm2 Thời gian điện phân t = 10 phút Kết quả của ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 1. Bảng 1: ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ pH 4 5 6 7 8 9 10 Hiệu suất (Y%) Màu đỏ 40,25 57,54 73,87 87,75 78,45 50,65 41,50 Màu tím 35,50 48,61 67,38 75,18 70,35 40,58 34,23 Kết quả thu được cho thấy hiệu suất quá trình keo tụ cho dịch màu đỏ và màu tím đạt giá trị cao nhất tại pH = 7. Trong môi trường axit và kiềm hiệu suất quá trình keo tụ giảm. Nguyên nhân là do trong môi trường axit nhôm bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al3+ và Al(OH)2+. Cơ chế keo tụ trong môi trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép. Do vậy, để keo tụ các hạt keo màu theo cơ chế này thì phải cần một lượng rất lớn ion Al3+ và Al(OH)2+. Trong vùng pH từ 6 đến 8, cấu tử gây keo tụ thường tồn trại dưới dạng polime như Al13O4(OH)247+ hoặc kết tủa Al(OH)3. Các phức polime và kết tủa hydroxyt nhôm gây keo tụ cho hệ keo theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa. Việc kết hợp các cơ chế này đã làm cho quá trình keo tụ chất màu xảy ra dễ dàng và đạt hiệu suất cao. Trong môi trường kiềm (pH = 9 và 10), kết tủa Al(OH)3 bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al(OH)4- hoặc AlO2-. Nồng độ kết tủa Al(OH)3 giảm dẫn đến hiệu suất quá trình keo tụ giảm. Kết quả ở bảng 1 còn cho thấy hiệu suất keo tụ của dịch màu đỏ lớn hơn dịch màu tím. Nguyên nhân này có thể do cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu đỏ cồng kềnh hơn cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu tím. II.1.2. ảnh hưởng của mật độ dòng Mật độ dòng ảnh hưởng đến hiệu suất và thời gian tách loại chất màu. Quá trình keo tụ điện hóa được tíên hành trong dung dịch có thành phần như (2.1.1) ở pH = 7 với các giá trị mật độ dòng từ 0,5 A/dm2 đến 2 A/dm2. Kết quả của ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 2 và 3. Bảng 2: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dung dịch màu đỏ Mật độ dòng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phút 87,74 91,54 89,63 T = 15 phút 91,46 98,80 94,50 Bảng 3: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dung dịch màu tím Mật độ dòng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phút 75,18 81,57 77,42 T = 15 phút 82,36 95,62 89,56 T = 20 phút 90,15 97,84 91,28 Kết quả thu được cho thấy ở mật độ dòng thấp thời gian tách loại chất màu tăng và hiệu suất keo tụ giảm. Khi tăng mật độ dòng, lượng chất keo tụ tạo ra nhiều. Do đó, hiệu suất quá trình keo tụ tăng và thời gian keo tụ giảm. Với dung dịch nhuộm màu đỏ, ở mật độ dòng 1 A/dm2 thời gian keo tụ để đạt hiệu suất 98,80% là 15 phút. Trong trường hợp dịch màu tím, hiệu suất keo tụ đạt 97,84% với thời gian t = 20 phút (i = 1A/dm2). Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng mật độ dòng thì hiệu suất keo tụ giảm. Nguyên nhân là do sự thoát oxi trên bề mặt điện cực. II.1.3. ảnh hưởng của nồng độ chất màu ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ trong dung dịch có pH = 7, thời gian keo tụ 15 phút và mật độ dòng i= 1 A/dm2 được trình bày ở bảng 4. Bảng 4: ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ Nồng độ chất màu (ppm) 100 300 400 500 Hiệu suất keo tụ (Y%) Dịch màu đỏ 98,80 76,15 63,72 52,65 Dịch màu tím 95,62 70,52 58,38 43,71 Kết quả cho thấy khi nồng độ chất màu tăng từ 100-500ppm thì hiệu suất keo tụ trong cùng một thời gian điện phân giảm. Vì khi nồng độ chất màu tăng thì phải cần lượng lớn chất keo tụ. II.2. ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt sắt. II.2.1. ảnh hưởng của pH Thành phần dung dịch và điều kiện điện phân như (2.1.1). Kết quả của ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 5. Bảng 5: ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ pH 4 5 6 7 8 9 10 Hiệu suất (Y%) Màu đỏ 36,18 47,25 56,30 78,54 76,28 74,35 72,15 Màu tím 30,55 41,50 53,82 71,41 69,52 67,28 66,85 Như vậy, trong môi trường axit hiệu suất keo tụ cho dung dịch màu đỏ và tím đạt giá trị thấp. Vì trong môi trường axit sắt bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Fe2+ và Fe3+. Các ion này gây keo tụ chất màu theo cơ chế nén cấu trúc lớp kép. Do đó, để quá trình keo tụ xảy ra với hiệu suất cao thì phải cần một lượng lớn ion Fe2+ và Fe3+. Trong môi trường pH = 7 á 10, quá trình thủy phân của ion Fe2+ và Fe3+ xảy ra mạnh tạo thành phức chất keo tụ của Fe có điện tích dương và kết tủa hydroxyt sắt. Các phức và kết tủa này dễ dàng keo tụ chất màu để tạo thành khối kết tủa. Hiệu suất quá trình keo tụ đạt cao nhất tại pH = 7 (Y = 78,54% cho dịch màu đỏ và 71,41% cho dịch màu tím). ở môi trường kiềm mạnh, hiệu suất keo tụ lại giảm do sự tạo kết tủa hydroxyt trên bề mặt đã hạn chế quá trình hòa tan anôt sắt. II.2.2. ảnh hưởng của mật độ dòng Quá trình keo tụ điện hóa được tiến hành trong dung dịch có thành phần như (2.1.1) ở pH = 7 tại các giá trị mật độ dòng 0,5 A/dm2, 1A/dm2 và 2A/dm2. Kết quả của ảnh hưởng mật độ dòng được trình bày ở bảng 6 và 7. Bảng 6: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dịch màu đỏ Mật độ dòng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phút 78,54 85,25 80,57 T = 15 phút 86,36 93,70 91,68 Bảng 7: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dịch màu tím Mật độ dòng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phút 71,41 79,28 77,53 T = 15 phút 79,36 86,72 84,38 T = 20 phút 82,61 90,66 89,27 Cũng giống như trường hợp keo tụ với anôt nhôm, ở trường hợp anôt sắt hiệu suất keo tụ tăng khi mật độ dòng tăng. Tuy nhiên, ở mật độ dòng ³ 2A/dm2 thì hiệu suất keo tụ giảm vì có sự thoát oxi trên bề mặt điện cực. II.2.3. ảnh hưởng của nồng độ chất màu ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ trong dung dịch có pH = 7, thời gian keo tụ 15 phút và mật độ dòng i = 1A/dm2 được trình bày ở bảng 8. Bảng 8. ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ Nồng độ chất màu (ppm) 100 300 400 500 Hiệu suất keo tụ (Y%) Dịch màu đỏ 93,70 70,15 55,30 40,72 Dịch màu tím 86,72 65,76 43,28 32,63 Kết quả cũng cho thấy khi nồng độ chất màu tăng thì hiệu suất keo tụ giảm vì cần một lượng chất keo tụ lớn. Phần Ii phương pháp thực nghiệm Cơ sở về các phương pháp thực nghiệm xác định thành phần chất keo tụ. I. Phân tích nồng độ nhôm bằng phương pháp thể tích [7]. I.1. Cơ sở phương pháp. Trong môi trường axit yếu, việc định phân xác định nhôm bằng EDTA gặp khó khăn do phức hydroxo của nhôm tác dụng với EDTA rất chậm. Nên chuẩn độ nhôm bằng EDTA dùng phép chuẩn độ lượng dư (hay còn gọi là phương pháp chuẩn độ ngược) cho một lượng dư EDTA có nồng độ xác định và dung dịch muối nhôm, rồi đem đun nóng để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó lượng EDTA dư được chuẩn bằng dung dịch muối ZnCl2 có nồng độ xác định ở pH=5,2-5,5 với chất chỉ thị màu là xylen da cam, màu của dung dịch chuyển từ vàng sang đỏ. Các phản ứng chính xảy ra: Al3+ +H2Y 2- = AlY - + 2H + H2Y 2- +Zn2+ = ZnY2- + 2H+ Zn+(dư) + xylen da cam à phức màu đỏ I.2. Các hoá chất và dụng cụ cần dùng. - Dung dịch ZnCl2 0,1N - Dung dịch EDTA 0,1N - Dung dịch đệm axetat Natri pH=5,2-5,5 - Dung dịch chỉ thị xilen da cam - Axit HCl đậm đặc - Bình nón dung tích 250 ml - Bình định mức 250 ml - Pipet 5ml và 10 ml - Buret 25 ml I.3. Cách tiến hành. Lấy 5 ml chất keo tụ cho vào bình định mức 250 ml, thêm vào 1-2 ml dung dịch axit HCl để chống thuỷ phân mẫu, sau đó định mức bằng nước cất và lắc đều. Lấy 10 ml chất keo tụ sau định mức cho vào bình tam giác, tiếp tục cho dư dung dịch EDTA 0,1N vào, đun nóng đến gần sôi sau đó để nguội, cho thêm dung dịch đệm axetat natri có pH=5,2-5,5 ( tạo môi trường axit yếu), thêm 1-2 giọt xylen da cam, lắc đều, sau đó chuẩn độ lượng EDTA 0,1N dư bằng dung dịch ZnCl2 0,1N. Khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ thì dừng chuẩn độ, ghi thể tích ZnCl2 tiêu hao. I.4. Công thức tính toán. Ta có: (VEDTA.NEDTA- VZnCl2.N ZnCl2).V NAl3+ =––––––––––––––ắắắắắắ Vckt.Vpipet Trong đó: VEDTA: thể tích dung dịch complexon cho vào, ml. VZnCl2: thể tích ZnCl2 tiêu hao, ml. V: thể tích bình định mức, ml. Vpipet: thể tích lấy để phân tích, ml. Vckt: thể tích mẫu lấy, ml. NEDTA: nồng độ dung dịch EDTA, N. N ZnCl2: nồng độ dung dịch ZnCl2, N. NAl3+: nồng độ Al3+, N. II. Phân tích nồng độ SO42- [7]. II.1. Cở của phương pháp. SO42- được kết tủa bởi ion Ba2+ theo phản ứng: SO42- + Ba2+ à BaSO4i Lọc rửa kết tủa, sấy khô và nung ở 800oC đến khối lượng không đổi. Từ khối lượng BaSO4 suy ra được lượng SO42-. II.2. Các hoá chất và dụng cụ cần dùng. - Dung dịch BaCl 2 5% - Giấy lọc không tàn - Chén nung - Các dụng cụ khác như: bếp điện, lò nung, cân... - Bình định mức 250 ml - Bình tam giác II.3. Cách tiến hành. Lấy 5 ml mẫu chất keo tụ cho vào bình định mức 250 ml, thêm vào 1-2 ml axit HCl (để chống thuỷ phân). Lấy 10 ml mẫu đã pha loãng cho vào bình tam giác đun nóng đến gần sôi, sau đó cho dung dịch BaCl2 dư vào bình cho phản ứng triệt để. Thử xem đã kết tủa đã triệt để chưa ta để cho kết tủa lắng sau đó cho thêm vài giọt BaCl2 xem dung dịch có kết tủa không, nếu không thấy kết tủa tạo thành nữa thì ta cho bình tam giác trên đun cách thuỷ khoảng 40 phút cho bay hết Cl2, sau đó lấy giấy lọc không tàn lọc kết tủa, rửa kết tủa bằng nước cất. Kết tủa cho vào chén sứ đun trên bếp điện cho giấy lọc cháy từ từ, tránh bốc thành ngọn lửa, kết tủa bắn ra ngoài. Sau đó cho vào nung ở nhiệt độ khoảng 800oC khoảng 20-30 phút, bỏ ra ngoài để nguội và cân khối lượng. II.4. Công thức tính toán. Ta có: nSO42- Trong đó: b: khối lượng BaSO4 thu được, (g) V: thể thể bình định mức, (ml) 233,393 KLPT BaSO4 Vpipet: thể tích chất keo tụ lấy ban đầu, (ml) Vckt: thể tích dung dịch đã lấy (ml) III. Phân tích nồng độ Cl- (phương pháp Mo) [7]. III.1. Cơ sở của phương pháp. Ag+ + Cl- = AgCl i Điểm tương đương dược xác định bằng chất chỉ thị K2CrO4 (phương pháp Mo). Sau điểm tương đương khi thừa giọt AgNO3, xảy ra phản ứng sau: CrO42- + 2Ag+ = Ag2CrO4i Ag2CrO4 có màu đỏ gạch, căn cứ vào sự xuất hiện này ta kết thúc định phân. Do dung dịch có nhiều SO42- nên gây mất mát ion Ag+, ta cho CaCO3 vào để trung hoà lượng SO42- theo phản ứng: Ca2+ + SO42- à CaSO4 III.2. Các dụng cụ hoá chất cần dùng. - Dung dịch AgNO3 0,1N - CaCO3 tinh khiết - Chỉ thị K2CrO4 - Bình tam giác - Bình định mức 250 ml - Buret 25 ml III.3 Cách tiến hành. Lấy 5,l chất keo tụ cho vào bình định mức 250 ml, thêm vào 2-3 ml axit H2SO4, lắc đều, lấy 10 ml dung dịch này cho vào bình tam giác, sau đó cho dư một lượng CaCO3, lắc đều, để một lúc, sau đó cho 1-2 giọt chỉ thị K2CrO4 và tiến hành định phân bằng dung dịch AgNO3 0,1N cho đến khi dung dịch chuyển từ vàng tươi sang màu đỏ gạch thì dừng chuẩn độ, ghi số ml AgNO3 tiêu hao. III.4. Công thức tính toán. Ta có: VAgNO3.NAgNO3.V NCl- =–––––––ắắắ–– Vckt.Vpipet Trong đó: VAgNO3: thể tích dung dịch AgNO3 đã tiêu hao, ml NAgNO3 : số mol đương lượng dung dịch AgNO3 , N V: thể tích bình dịnh mức, ml VCl- : thể tích dung dịch keo tụ lấy vào sau định mức, ml Vpipet : thể tích chất keo tụ ban đầu, ml Do phản ứng trao đổi 1H+ hay n=1 nên NHCl = MCl- (mol/l) IV. Phân tích sắt [7]. IV.1. Cơ sở của phương pháp. Sau khi chế hoà mẫu (quặng, hợp kim..), sắt thường ở dạng Fe3+. Để xác định, trước hết khử Fe3+thành Fe2+ bằng SnCl2 hoặc Zn. ở đây phân tích ta khử Fe3+ thành Fe2+ bằng Zn. 2 Fe3+ + Zn = 2 Fe3+ + Zn2+ Có thể dễ dàng lọc bỏ Zn dư, sau đó chuẩn độ dung dịch Fe2+ bằng K2Cr2O7 theo phản ứng: Fe2+ -1e = Fe3+ Cr2O72- + 14H+ +6e = 2Cr3+ + 7H2O 6 Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ = 6 Fe3+ + 2Cr3+ 7H2O Có thể dùng axit phenylantranilic (Eo=1,08v) làm chất chỉ thị (dung dịch từ không màu chuyển thành màu đỏ tía). Hoặc diphenylamin (Eo=0,76) dung dịch từ không màu chuyển thành xanh tím. Khi dùng diphenylamin làm chất chỉ thị cần chú ý: -Chỉ dùng 1-2 giọt dung dịch chỉ thị, nếu dùng nhiều chất chỉ thị sẽ tạo ra lớp màu xanh không thay đổi nên không nhận biết được điểm tương đương. -Để có thể dùng diphenylamin, phải thêm vào dung dịch một lượng H3PO4. -Ngoài ra cần tạo môi trường có độ axit cao, vì vậy trước khi định phân người ta thêm vào dung dịch một hỗn hợp H2SO4 + H3PO4. IV.2. Hoá chất và dụng cụ cần thiết. - Dung dịch HCl 1:1 - Kẽm hạt - Hỗn hợp axit H2SO4 + H3PO4. (Cho 150 ml H2SO4 đặc d=1,84 thật cẩn thận vào 500 ml nước, để nguội, thêm 150 ml H3PO4 d=1,70 sau đó pha loãng dung dịch thành 1lít). - Chất chỉ thị diphenylamin (1g trong 100ml H2SO4 đặc). - Dung dịch K2Cr2O7 0,05N. - Bình nón 100ml, 500ml phễu lọc, giấy đũa, thuỷ tinh, các loại ống đong, buret. IV.3. Cách xác định nồng độ Fe3+. Lấy một thể tích dung dịch Fe3+ chính xác, cho vào bình nón nhỏ, thêm khoảng 5ml HCl 1:1, đun gần sôi (đậy nắp kính đồng hồ) thêm 4-5 hạt kẽm ( nghiêng bình và cho kẽm vào nhẹ nhàng, tránh làm vỡ bình), đun sôi nhẹ cho đến khi dung dịch mất màu hoàn toàn. (Nếu có kết tủa trắng hay muối bazơ của kẽm thì phải cho thêm HCl để tan hết). Dùng nước cất tráng kính đồng hồ và hứng vào bình nón. Làm nguội nhanh dung dịch, lọc bỏ Zn dư bằng giấy lọc chảy nhanh, hứng vào 1 bình nón cỡ 500ml. Dùng nước cất tráng rửa nhiều lần phễu lọc và bình nón nhỏ, thêm nước cất đến khoảng 300ml, thêm 10ml hỗn hợp axit , 1-2 giọt chất chỉ thị diphenylamin rồi định phân bằng K2Cr2O7 cho đến khi xuất hiện màu xanh tím. (Pha thêm nước là để giảm màu xanh của Cr3+, dễ nhận thấy sự thay đổi màu của chất chỉ thị). V. Phương pháp xác định độ oxy hoá COD. Phương pháp dùng kali pengat. V.1. Nguyên tắc. Dựa trên việc oxy hoá các chất hữu cơ có mặt trong nước bằng dung dịch kali pengat 0,1N trong môi trường axit ở nhiệt độ sôi. Lượng dư kali penganat được chuẩn bằng axit oxalic 0,1 N. Kết quả tính ra mg oxy trong lít. V.2. Yếu tố cản trở. Clorua, nồng độ lớn hơn 300 mg trong 1 lít loại bỏ bằng cách thêm vào 0,4 mg thuỷ ngân sunfat. Amoniac có nồng độ cao cũng gây cản trở. Để loại bỏ amoniac đun sôi nước cho cạn đến 2/3 thể tích cũ. Sắt gây sai số thừa phải lọc bỏ nước để loại bỏ sắt trước khi định lượng chất hữu cơ. V.3. Dụng cụ và thuốc thử. Dụng cụ:Buret, pipet, bình nón, bếp điện. Thuốc thử: axit oxalic 0,1 N. Hoá chất KMnO4 0,1 N; axit sunfuric đậm dặc (d= 1,84). V.4. Cách tiến hành. Cho vào bình nón dung tích 500 ml một lượng mẫu 10ml mẫu(nồng độ chất hữu cơ không quá 100 mg trong 1lit nếu quá thì pha loãng ra). Thêm vào đó 2ml axit sunfuric đặc, 10 ml kali pemanganat 0,1 N. Đun sôi và để sôi thêm 10 phút. Lấy bình ra khỏi bếp điện. Để nguội bớt rồi thêm vào đó chính xác 10ml axit oxalic 0,1 N. Lắc đều, chuẩn độ ngược lượng dư axit bằng kali pemanganat 0,1N đến khi màu của dung dịch chớm có màu hồng tím. Ghi thể tích kali pemanganat đã dùng (a). Làm song song một mẫu trắng như đã làm với thuốc thử. Ghi thể tích kali pemanganat dùng cho mẫu trắng. V.5. Tính kết quả. Lượng oxy cần thiết để oxy hoá chất hữu cơ trong 1000 ml nước thải (x) tính bằng mg, theo công thức: X= Trong đó N- nồng độ của dung dịch kali pemanganat. a- lượng kali pemanganat dùng cho mẫu nước thải, ml. b- lượng kali pemanganat dùng cho mẫu nước trắng, ml. S- đương lượng gam của oxy. V- thể tích nước thải lấy để phân tích, ml. Phần iii Kết quả và biện luận I. Giới thiệu về HVC HVC là một polyme có công thức chung là Al(OH)x(SO4)yClz, do trong thành phần có các gốc OH-, SO42-, Cl- nên tính chất của nó phụ thuộc vào những thành phần này. Gốc OH- giúp cho quá trình thuỷ phân nhanh hơn, từ đó có thể giảm được thời gian tạo mầm trong quá trình xử lý, gốc SO42- giúp cho bông nặng hơn, dễ lắng hơn ngay cả đối với nguồn nước có độ đục thấp, gốc Cl- giúp cho mạch polyme dài, to, có thể kết nối và lôi kéo các hạt keo khác thành những cụm bông to hơn và lắng tốt hơn, hơn nữa gốc SO42-, Cl- tạo mật độ điện tích dương cao, tốt cho quá trình trung hoà điện tích hệ keo trong nước, và khi thuỷ phân Al3+ thì Cl- tạo polyme nhôm Al13, SO42- tạo polyme Al7. Theo kết quả nghiên cứu của các sinh viên khoá trước, ta thấy rằng HVC có rất nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn các loại keo tụ khác. HVC có thể có các thành phần khác nhau. HVC có thể có các thành phần khác nhau xác định theo bảng sau: Bảng1: Thành phần chất keo tụ Thứ tự mẫu Lượng Al3+ (mol/l) Lượng SO42-(mol/l) Lượng Cl- (mol/l) Công thức thành phần HVC 1 1,62 0,324 4,212 Al(SO4)0,2(Cl)2,6 HVC 2 1,375 0,96 1,4 Al(OH)0,58(SO4)0,7(Cl)1,02 HVC 3 1,263 0,18 0,95 Al(OH)1,97(SO4)0,14(Cl)0,75 HVC 4 i 1,567 0,65 0,95 Al(OH)1,58(SO4)0,41(Cl)0,6 HVC 5 1,45 1,144 1,7 Al(OH)0,27(SO4)0,78(Cl)1,17 Trong quá trình làm thực nghiệm dưới đây mẫu HVC được dùng là mẫu thứ 3. II. Kết quả xử lý nước thải dệt vải Nam Sơn Nam Định bằng HVC. -Độ pH được đo bằng thiết bị thử pH tại bộ môn Công Nghệ Vô Cơ và thiết bị đo pH tại viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trường trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Có 3 loại dung dịch chuẩn pH: loại pH=4,1; 7,0; 10. Các quá trình keo tụ được thực hiện tại viện bộ môn Công Nghệ Vô Cơ trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. -Độ đục được đo trên thiết bị đo độ đục DRT-15CE của phòng thí nghiệm viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trường với các mức đo khác nhau là 0,02NTU; 10 NTU; 100 NTU; 1000 NTU . -Độ màu được đo trên thiết bị đo độ màu UV-1201 của phòng thí nghiệm viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trường, dung dịch chuẩn là nước cất có độ đục là 0,000Pt/Co. -Xác định COD từ các mẫu theo thời gian bằng phương pháp kali pemanganat. Đặc tính nước thải dệt vải Nam Sơn Nam Định: Ban đầu nước có độ đục là 75,4 NTU; độ màu là 481,1 Pt/Co; chỉ số COD là 492mg/l; pH=11. Xử lý: Thể tích mẫu lấy: 500ml. Tốc độ thời gian khuấy: 1 phút quay với vận tốc 120 vòng/phút sau đó để lắng 20 phút. Khảo sát lượng sắt đưa vào xử lý COD và pH sau xử lý: 0,5; 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 (ml). Khảo sát ảnh hưởng của HVC đến lượng COD và độ đục, độ màu: 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,6; 0,8 (ml). Khảo sát ảnh hưởng thời gian lắng đến lượng COD. Bảng khảo sát trực quan lượng chất keo tụ sau khi đưa vào xử lý (0,5; 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 ml): trang sau Bảng 2: Khảo sát trực quan lượng chất keo tụ sau khi đưa vào xử lý: 0,5; 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 ml. Chất keo tụ Thể tích dùng (ml) Quan sát được Fenton ( muối FeCl2) 0,5 Bông nhỏ, ít, lắng chậm, bông không đều, mầu nước có thay đổi nhưng còn đục 0,7 Bông nhỏ, ít, lắng chậm, mầu nước thay đổi nhưng còn đục 0,9 Bông nhỏ, lắng chậm, màu thay đổi nhiều nhưng còn vàng 1,1 Bông to, xốp, nhiều hơn, lắng chậm, màu nước vàng 1,3 Bông bình thường, xốp, có cả bông nổi lên, lắng chậm, nước màu vàng, 1,5 Bông nhỏ, xốp, có cả bông nổi lên, lắng chậm, nước màu vàng, Mẫu xử lý bằng Fenton và cho thêm HVC để khảo sát Có thêm 0,3 ml HVC 0,5+0,3 Bông bình thường, chắc, còn ít, đều, lắng nhanh, màu còn đục 0,7+0,3 Bông to, chắc, đều, nhiều dần, lắng nhanh, màu còn vàng nhẹ 0,9+0,3 Bông to, chắc, đều, nhiều hơn, lắng nhanh, màu còn vàng nhẹ 1,1+0,3 Bông to, đều, chắc, nhiều, lắng nhanh, đẹp, nước trong 1,3+0,3 Bông to, đều, chắc, nhiều, lắng nhanh, đẹp, nước trong 1,5+0,3 Bông to, đều, chắc, nhiều, lắng nhanh, đẹp, nước trong Nhận xét: Như vậy lượng Fentol đưa vào chỉ oxy hoá được chất hữu cơ, nhưng độ đục, độ màu còn cao, chỉ cần quan sát bằng trực quan cũng nhận thấy sự khác nhau rất nhiều khi chỉ có Fentol và khi cho thêm lượng HVC vào. Khi chỉ có Fentol nước có màu vàng, mờ đục, lượng bông tạo ra ít, nhỏ, xốp, tốc độ lắng chậm, bông còn nổi lên, Fentol chỉ oxy hoá được các chất hữu cơ tạo ra màu nước hơi vàng và nước vẫn còn đục. Bản thân Fentol là muối sắt(II) khi đưa vào xử lý nó thực hiện phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải, sau đó HVC sẽ thực hiện nốt phần còn lại là keo tụ để hấp phụ tất cả các thành phần gây đục trong nước. Khi có thêm HVC độ đục và độ màu nước thay đổi rõ rệt, từ có màu vàng, đục của nước đã chuyển sang không màu và trong suốt, lượng bông tạo ra nhiều, bông chắc, lắng nhanh, không hề còn thấy bông nổi. Chính HVC đã tạo ra quá trình keo tụ để hấp phụ các thành phần gây đục trong nước thải và lắng xuống. HVC là một chất keo tụ hiệu quả cao, khả năng xử lý rất tốt chỉ với liều lượng rất nhỏ. Trong những liều lượng Fentol đưa vào xử lý thì đưa vào 1,1 ml là đạt tốt nhất. Từ đó ta đi khảo sát thực nghiệm lượng keo tụ tối ưu được đưa vào xử lý nước thải: II.1. Khảo sát lượng sắt đưa vào xử lý COD và pH Bảng 3. Khảo sát lượng sắt đưa vào xử lý COD và pH: Lượng phentol đưa vào (ml) Thêm HVC vào (ml) COD sau 2 giờ xử lý (mg/l) pH 0,5 Thêm 0,3 ml HVC vào 140 7,31 0,7 112 7,30 0,9 80 7,30 1,1 40 7,11 1,3 40 6,91 1,5 40 6,78 Nhận xét: Vậy lượng Fentol đưa vào tối ưu là 1,1 ml đưa vào để thực hiện phản ứng oxy hoá hoá học, ở giá trị này COD đạt giá trị nhỏ nhất và lượng keo tụ dùng xử lý để đạt được giá trị đó cũng là nhỏ nhất. Nếu cho ít lượng Fentol thì không oxy hoá hết chất hữu cơ, nếu cho dư ra thì thừa sắt nước sẽ có màu vàng đậm. Bảng 4. Khảo sát lượng keo tụ tới độ đục, độ màu Lượng Fentol đưa vào (ml) Thêm HVC vào (ml) Độ đục (NTU) Độ màu (Pt/Co) pH 0,5 Thêm 0,3 ml HVC vào 81,31 183,6 7,31 0,7 54,10 135,3 7,30 0,9 18,43 99,4 7,30 1,1 1,92 68,8 7,11 1,3 4,91 68,8 6,91 1,5 7,62 79,9 6,78 Nhận xét: Vậy lượng keo tụ Fentol tối ưu đem dùng xử lý là 1,1ml, dùng lượng Fentol như vậy đã oxy hoá được tối ưu lượng chất hữu cơ có trong nước thải bằng các phản ứng oxy hoá hoá học. Khi cho ít hơn thì độ đục và độ màu tăng do không đủ sắt để thực hiện phản ứng oxy hoá hết các chất hữu cơ, còn khi nhiều hơn thì sẽ dư sắt làm nước có màu vàng và đục. Lượng HVC cho vào ngay lập tức làm độ đục của nước thay đổi rõ rệt nhờ vào hiệu quả xử lý cao của HVC và gây keo tụ để hấp phụ các chất màu kéo các chất này lắng xuống làm cho nước trở nên trong. Từ đây ta đi khảo sát lượng HVC đưa vào xử lý cùng với lượng Fentol tối ưu: II.2. Khảo sát lượng HVC đưa vào xử lý độ màu và độ đục Bảng 5. Khảo sát lượng HVC đưa vào xử lý độ màu và độ đục: Lượng Fentol tối ưu (ml) Thêm HVC vào (ml) Độ đục (NTU) Độ màu (Pt/Co) 1,1 0,1 7,81 99,5 0,2 7,60 86,6 0,3 1,92 68,8 0,5 1,92 68,8 0,6 1,92 68,8 0,8 1,96 68,8 Nhận xét: Vậy lượng HVC tối ưu cho vào xử lý độ đục và độ màu là 0,3ml. ở liều lượng này hiệu quả xử lý cao nhất, và là lượng ít nhất có thể đưa vào dùng để mức độ xử lý hiệu quả nhất, cho ta được sản phẩm là loại nước không màu, trong, lớp bông tạo ra chắc, đẹp, lắng nhanh. Dùng ít đi lượng HVC thì chưa đủ xử lý hết độ đục độ màu trong nước, còn nếu dư ra thì hầu như không ảnh hưởng tới khả năng xử lý của HVC nhưng sẽ tốn về mặt kinh tế. II.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến lượng COD với chất keo tụ tối ưu: Bảng 6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến lượng COD với chất keo tụ tối ưu: Thời gian lắng Chỉ số COD (mg/l) Ban đầu 492 30 phút 80 60 phút 56 120 phút 40 180 phút 40 1 ngày 40 Nhận xét: Với liều lượng chất keo tụ tối ưu đưa vào, chỉ tiêu COD được xử lý tốt nhất là 2 giờ, chỉ tiêu COD lúc này là 40 mg/l. Theo thời gian lâu hơn thì chỉ tiêu COD cũng không giảm thêm nữa do các phản ứng oxy hoá hoá học đã xảy ra hết, nên không còn làm giảm COD, còn ở thời gian ngắn hơn thì các phản ứng oxy hoá hoá học chưa xảy ra hết. III. Kết quả xử lý nước thải chế bản ngành in bằng HVC: -Độ pH được đo bằng thiết bị thử pH tại bộ môn Công Nghệ Vô Cơ và thiết bị đo pH tại viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trường trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Có 3 loại dung dịch chuẩn pH: loại pH=4,1; 7,0; 10. Các quá trình keo tụ được thực hiện tại bộ môn Công Nghệ Vô Cơ trường đại học Bách Khoa Hà Nội. -Độ đục được đo trên thiết bị đo độ đục DRT-15CE của phòng thí nghiệm viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trường với các mức đo khác nhau là 0,02NTU; 10 NTU; 100 NTU; 1000 NTU . -Độ màu được đo trên thiết bị đo độ màu UV-1201 của phòng thí nghiệm viện Khoa Học Công Nghệ Môi Trường, dung dịch chuẩn là nước cất có độ đục là 0,000Pt/Co. -Xác định COD từ các mẫu theo thời gian bằng phương pháp kali pemanganat. Thể tích mẫu lấy: 500ml. Đặc tính nước thải chế bản ngành in: Ban đầu nước thải có màu xanh đen đậm đặc, độ đục không đo được; độ màu là 41300Pt/Co; chỉ số COD là 13200; pH =13. Với các thông số cao như vậy thì đây là loại nước thải gây ô nhiễm nghiêm trọng. Tốc độ thời gian khuấy: 1 phút quay với vận tốc 120 vòng/phút sau đó để lắng 40 phút. Do độ màu và các chỉ tiêu khác của nước rất cao nên lượng chất keo tụ ở đây ta cho nhiều hơn so với nước dệt Nam Định. Khảo sát lượng sắt đưa vào xử lý COD và pH sau xử lý: 3;5; 7; 9; 10; 11(ml). Khảo sát ảnh hưởng của HVC đến lượng COD và độ đục, độ màu: 1; 2; 3; 4; 5. Bảng khảo sát trực quan lượng chất keo tụ đưa vào xử lý sau xử lý ( 3; 5; 7; 9; 10; 11ml): trang sau Bảng 1: Khảo sát trực quan lượng chất keo tụ đưa vào xử lý sau xử lý: 3; 5; 7; 9; 10; 11(ml). Chất keo tụ Thể tích dùng (ml) Quan sát được Fenton ( muối FeCl2) 3 Bông nhỏ, xốp, lắng chậm, bông không đều, mầu nước có thay đổi còn xanh đen 5 Bông nhỏ, xốp, lắng chậm, mầu nước thay đổi nhưng xanh đậm 7 Bông nhỏ, xốp, lắng chậm, màu nước thay đổi nhiều nhưng còn xanh đậm 9 Bông bình thường, xốp, nhiều hơn, lắng chậm, màu nước vàng sáng 10 Bông nhỏ, xốp, có cả bông nổi lên, lắng chậm, nước màu vàng, 11 Bông nhỏ, xốp, có cả bông nổi lên, lắng chậm, nước màu vàng nặng, Mẫu xử lý bằng Fenton và cho thêm HVC để khảo sát Có thêm 2 ml HVC 3+2 Bông bình thường, chắc, đều, lắng nhanh, màu nước còn đục 5+2 Bông to, chắc, đều, lắng nhanh, màu nước còn xanh nhạt 7+2 Bông to, chắc, đều, lắng nhanh, màu nước trong 9+2 Bông to, đều, chắc, lắng nhanh, đẹp, nước trong 10+2 Bông to, đều, chắc, nhiều, lắng nhanh, đẹp, nước trong 11+2 Bông to, đều, chắc, nhiều, lắng nhanh, đẹp, màu nước trong. Nhận xét: Như vậy lượng Fentol đưa vào chỉ oxy hoá được chất hữu cơ, nhưng độ đục, độ màu còn cao, chỉ cần quan sát bằng trực quan cũng nhận thấy sự khác nhau rất nhiều khi chỉ có Fentol và khi cho thêm lượng HVC vào. Khi chỉ có Fentol, nếu ít thì nước có màu xanh do chưa oxy hoá hết các chất hữu cơ có trong nước, nhiều lên thì nước vàng dần do dùng thừa ra lượng sắt, nhiều quá thì có màu vàng đậm, đục, lượng bông tạo ra nhỏ, xốp, tốc độ lắng chậm, bông còn nổi lên. Khi có thêm HVC độ đục và độ màu nước thay đổi rõ rệt, từ có màu nặng, đục của nước đã chuyển sang không màu và trong suốt, lượng bông tạo ra nhiều, bông chắc, lắng nhanh, không hề còn thấy bông nổi. HVC là một chất keo tụ hiệu quả cao, khả năng xử rất tốt chỉ với liều lượng rất nhỏ. Trong những liều lượng Fentol đưa vào xử lý thì đưa vào 9 ml là đạt tốt nhất. Từ đó ta đi khảo sát thực nghiệm lượng keo tụ tối ưu được đưa vào xử lý nước thải: III.1. Khảo sát lượng sắt đưa vào xử lý COD và pH Bảng 2. Khảo sát lượng sắt đưa vào xử lý COD và pH: Lượng Fentol đưa vào (ml) Thêm HVC vào (ml) COD sau 8 giờ xử lý (mg/l) pH 3 Thêm 2 ml HVC vào 340 7,63 5 213 7,57 7 76 7,46 9 45 7,11 10 45 6,93 11 50 6,38 Nhận xét: Vậy lượng Fentol đưa vào tối ưu là 9 ml. Ta phải dùng với lượng Fentol nhiều như thế mới oxy hoá hết được các chất hữu cơ có trong nước thải do đây là loại nước thải chứa quá nhiều lượng chất hữu cơ. Nếu dùng ít quá thì không đủ oxy hoá hết lượng chất hữu cơ trong nước thải, nếu nhiều quá thì làm nước có màu vàng do dư sắt. Bảng 3. Khảo sát lượng keo tụ tới độ đục, độ màu Lượng Fentol đưa vào (ml) Thêm HVC vào (ml) Độ đục (NTU) Độ màu (Pt/Co) pH 3 Thêm 2 ml HVC vào 99,31 380,2 7,63 5 63,10 293,3 7,57 7 7,80 79,79 7,46 9 4,25 68,80 7,11 10 10,05 73,02 6,93 11 17,63 100,40 6,38 Nhận xét: Vậy lượng keo tụ Fentol tối ưu đem dùng xử lý là 9 ml. Từ đây ta đi khảo sát lượng HVC đưa vào xử lý cùng với lượng Fentol tối ưu: III.2. Khảo sát lượng HVC đưa vào xử lý độ màu và độ đục Bảng 4. Khảo sát lượng HVC đưa vào xử lý độ màu và độ đục: Lượng Fentol tối ưu (ml) Thêm HVC vào (ml) Độ đục (NTU) Độ màu (Pt/Co) 9 1 17,99 100,04 2 4,25 68,8 3 4,25 68,8 4 4,25 68,8 5 5,13 71,7 Nhận xét: Vậy lượng HVC tối ưu cho vào xử lý độ đục và độ màu là 2ml. ở liều lượng này hiệu quả xử lý cao nhất, và là lượng ít nhất có thể đưa vào dùng để mức độ xử lý hiệu quả nhất, cho ta được sản phẩm là loại nước không màu , trong, lớp bông tạo ra chắc, đẹp, lắng nhanh. Nếu cho ít quá thì chưa đủ xử lý hết độ đục và độ màu, còn nếu cho nhiều quá thì độ đục bắt đầu tăng, độ màu hầu như không thay đổi nữa nhưng sẽ tốn kém về mặt kinh tế. III.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến lượng COD với chất keo tụ tối ưu: Bảng 5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến lượng COD với chất keo tụ tối ưu: Thời gian lắng Chỉ số COD (mg/l) Ban đầu 13200 2giờ 189 4 giờ 96 6 giờ 53 8 giờ 45 10 giờ 45 1 ngày 45 Nhận xét: Thời gian để các phản ứng oxy hoá hoá học xảy ra hoàn toàn là 8 giờ, lúc này chỉ tiêu COD nhỏ nhất và bằng 32, lâu hơn 8 giờ thì chỉ tiêu này vẫn không thay đổi do các phản ứng đã phản ứng hết. Thời gian để các phản ứng oxy hoá hoá học ở loại nước thải này lâu hơn so với khi xử lý nước dệt Nam Định vì các thành phần và chỉ tiêu của nước chế bản ngành in cao hơn gấp nhiều lần nước dệt Nam Định. Vậy lượng HVC đưa vào làm khả năng xử lý nước thải nhanh chóng và đạt hiệu quả hơn rất nhiều. Ta thay liều lượng chất keo tụ HVC như trên bằng chất keo tụ PAC để khảo sát, được bảng sau: Bảng 6. Khảo sát lượng PAC đưa vào xử lý độ màu và độ đục: Lượng Fentol tối ưu (ml) Thêm PAC vào (ml) Độ đục (NTU) Độ màu (Pt/Co) 9 1 25,77 129,50 2 9,43 79,79 3 10,25 79,79 4 15,29 121,40 5 21,10 163,50 Bảng 7. Khảo sát lượng phèn đưa vào xử lý độ màu và độ đục: Lượng Fentol tối ưu (ml) Lượng phèn thêm vào (ml) Độ đục (NTU) Độ màu (Pt/Co) 9 1 65,63 235,71 2 56,81 211,44 3 33,49 166,63 4 29,50 133,43 5 37,43 171,57 Qua các bảng số liệu và đồ thị, ta thấy điểm tối ưu của PAC là 2ml nhưng chỉ xử lý được độ đục tới 9,43NTU; độ màu tới 79,79Pt/Co vẫn kém hơn so với khả năng xử lý của HVC cùng ở điểm tối ưu là 2ml nhưng HVC xử lý độ đục tới 4,25 NTU; độ màu tới 68,8 Pt/Co. Còn phèn có nồng độ nhôm là 0,5 mol/l thì điểm tối ưu lấy tới 4ml phèn mà chỉ xử lý được độ đục tới 29,5 NTU; độ màu tới 133,43 Pt/Co. Ta lấy lượng PAC tối ưu để khảo sát COD theo thời gian được bảng sau: Bảng 8: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến lượng COD với chất keo tụ tối ưu khi dùng PAC: Thời gian lắng Chỉ số COD (mg/l) Ban đầu 13200 2 giờ 277 4 giờ 134 6 giờ 80 8 giờ 56 10 giờ 56 1 ngày 56 Ta thấy khả năng xử lý COD theo thời gian khi dùng PAC cũng kém hơn khi dùng HVC. HVC là một polyme có công thức chung là Al(OH)x(SO4)yClz, do trong thành phần có các gốc OH-, SO42-, Cl- nên tính chất của nó phụ thuộc vào những thành phần này. Gốc OH- giúp cho quá trình thuỷ phân nhanh hơn, từ đó có thể giảm được thời gian tạo mầm trong quá trình xử lý, gốc SO42- giúp cho bông nặng hơn, dễ lắng hơn ngay cả đối với nguồn nước có độ đục thấp, gốc Cl- giúp cho mạch polyme dài, to, có thể kết nối và lôi kéo các hạt keo khác thành những cụm bông to hơn và lắng tốt hơn, hơn nữa gốc SO42-, Cl- tạo mật độ điện tích dương cao, tốt cho quá trình trung hoà điện tích hệ keo trong nước, và khi thuỷ phân Al3+ thì Cl- tạo polyme nhôm Al13, SO42- tạo polyme Al7. Như vậy, do đặc điểm về thành phần của HVC mà quá trình keo tụ của chúng vượt trội hơn hẳn phèn, Phenton hơn ngay cả PAC. HVC thuỷ phân nhanh, rút ngắn thời gian tạo mầm trong quá trình xử lý, tạo thành polyme mạch to, dài và nặng bông, làm cho bông lắng nhanh và tốt hơn kéo tất cả các huyền phù, các chất hữu cơ tạo thành bông keo lắng xuống. Do có đặc điểm như vậy mà HVC có dải hoạt động rộng hơn, ứng dụng xử lý được rất tất cả các nguồn nước có độ đục khác nhau. Kết luận Fenton có khả năng oxy hoá khử COD và màu của các dung dịch thải của nhà máy dệt và chế bản in. ở đây ta phải dùng pH từ 5 đến 5,5. Khi cho thêm HVC thì xử lý độ màu và độ đục triệt để hơn và có giảm lượng COD (tuy không nhiều). HVC hoạt động trong khoảng pH từ 5,5 đến 6. Phương pháp xử lý chất thải chứa hàm lượng COD cao và độ màu cao bằng Fenton kết hợp HVC là phương pháp rẻ tiền, hiệu quả và dễ thực hiện. Chất keo tụ HVC là một chất keo tụ hiệu quả cao, cao hơn hẳn phèn và PAC. Dùng HVC làm cho lượng bông tạo ra to, chắc, bông lắng nhanh, sự phân lớp giữa lớp bông và lớp nước rõ ràng, nước tạo ra rất trong. Qua thời gian nhận và làm đề tài tốt nghiệp, nhờ có sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của cô giáo TS. Lê Thị Mai Hương, và những điều kiện thuận lợi nhất mà các thầy cô giáo trong bộ môn CN Hoá Lý, bộ môn CN Vô Cơ, các thầy cô viện KHCN Môi Trường, cùng toàn thể thầy cô giáo trong Khoa Hoá mang lại cho em, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Tuy nhiên, do thời gian và kiến thức có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được các thầy, cô giúp đỡ chỉ ra hướng giải quyết những vấn đề còn tồn tại trong đề tài này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô! Hà Nội 6/2006 Sinh viên Vũ Văn Chung tài liệu tham khảo Cơ sở và lý thuyết công nghệ xử lý nước tự nhiên-Nguyễn Hữu Phú/Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp-Nguyễn Thu Thuỷ/ Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải-Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga/ Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội-2005. Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp/tập1-Trịnh Xuân Lai, Đồng Minh Thu/ Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. Xử lý nước thải-Hoàng Huệ/trường đại học kiến trúc Hà Nội/nhà xuất bản xây dựng Hà Nội-2005. Nước thải và công nghệ xử lý nước thải-Nguyễn Xuân Nguyên/nhà xuất bản KHKT Hà Nội-2003. Hướng dẫn thí nghiệm hoá phân tích-Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng/trường đại học Bách Khoa Hà Nội-1996. Phân tích hoá lý-Từ Văn Mạc/nhà xuất bản KHKT Hà Nội-2003. Xác định bề mặt riêng của keo hidroxyt sắt (II) bằng phương pháp keo tụ điện hoá dung dịch xanh metylen-Trương Ngọc Liên, Quách Đăng Triều, Hồ Văn Khánh/Tạp chí khoa học và công nghệ XXXV, 2, 1997, 28-31. So sánh khả năng làm sạch nước sông Hồng và sông Tô Lịch giữa keo nhôm hoạt tính, nhôm sunfat và PAC-Hồ Văn Khánh/Tạp chí hoá học, T. 42, 2004, 463-465. Tìm hiểu bản chất và cơ chế tương tác keo tụ của keo nhôm hoạt tính được chế tạo bằng phương pháp điện hoá-Hồ Văn Khánh/Tạp chí KH & ứng dụng số 6-2004, 23-27. Sử dụng chất keo tụ PACN-95 để xử lý nước trên dây chuyền công nghiệp ở nhà máy nước Nam Định/Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Lê Văn Lợi, Nguyễn Thị Hồng Vân, Nguyễn Thị Kim Thanh/Tạp chí KH &CN số XXXIV, 4, 1996, 26-28. Phương pháp làm sạch nước bằng chất keo tụ PACN-95/ Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Ngô Kim Chi, Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Thị Hồng Vân. Chất keo tụ làm trong nước PACN-95/Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải/Tạp chí hoạt động KH số 6/1996. Tách protein trong nước thải giết mổ bằng phương pháp kết tủa và keo tụ/Trần Mai Phương, Lê Văn Cát/Báo cáo tóm tắt hội nghị hoá học toàn quốc lần IV, Vđ 938. PHụ lục Kết quả xử lý nước thải chế bản ngành in Kết quả xử lý nước thải dệt Nam Định