Đồ án Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ DAF xử lý COD, SS và dầu khoáng cho hệ thống xử lý nước thải Công ty Toyota Lý Thường Kiệt

p xúc giữa các hạt. Hay nói khác đi keo tụ là một phương cách làm biến mất hoặc làm giảm điện tích bề mặt hạt keo. Một khái niệm khác: Keo tụ (coagulation) : là hiện tượng các hạt keo nhỏ tập hợp lại với nhau tạo thành hạt lớn hơn dễ lắng. Có nhiều cơ chế khác nhau dẫn đến hiện tượng keo tụ nhưng có thể chia làm hai giai đoạn chính là khử tính bền của hệ keo và tạo ra liên kết giữa chúng. Để khử được tính bền của hệ keo người ta quy về bốn cơ chế sau : Nén ép làm giảm độ dày lớp điện tích kép. Hấp phụ và trung hòa điện tích. Lôi cuốn, quét cùng với chất kết tủa. Hấp phụ và tạo cầu liên kết giữa các hạt keo. Sự keo tụ bao gồm 2 giai đoạn: Keo tụ ẩn : bằng mắt thường, quan sát vẻ bên ngoài người ta không thể nhận biết bất cứ một biến đổi nào, mặc dầu trong thực tế các hạt keo đã chập lại với nhau thành các tập hợp hạt lớn hơn. Keo tụ rõ : là giai đoạn thấy rõ sự biến đổi màu sắc, vẻ ánh quang (opalescence), rồi chuyển đến trạng thái đục mờ và cuối cùng tạo kết tủa hoặc tạo ra dạng gel (thạch). Đối với một dung dịch keo, giai đoạn keo tụ ẩn sẽ nhanh chóng chuyển thành giai đoạn keo tụ rõ. Trong các dung dịch cao phân tử, giai đoạn keo tụ ẩn xảy ra rất dài và có thể không chuyển sang giai đoạn keo tụ rõ. Có thể gây ra keo tụ một dung dịch keo bằng cách thay đổi nhiệt độ, khuấy trộn, ly tâm siêu tốc, tăng nồng độ pha phân tán, thêm vào hệ keo các chất phụ gia khác nhau, đặc biệt là thêm chất điện ly, Tăng nhiệt độ, khuấy trộn, tăng nồng độ, làm cho các hạt keo sát lại gần nhau hơn, do đó làm tăng khả năng tập hợp, nghĩa là làm giảm độ bền tập hợp của hệ keo. Tuy nhiên, trong đại đa số trường hợp các tác động kể trên là không đáng kể. Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự keo tụ là tác động của chất điện ly. Có nhiều hiện tượng keo tụ như : keo tụ vùng, keo tụ bằng hỗn hợp chất điện ly (hiện tượng cộng tính, keo tụ hỗ trợ, keo tụ cản trở), tự keo tụ và sự keo tụ tương hỗ giữa hai keo. Đối với hiện tượng keo tụ tương hỗ thường được gặp nhiều trong thực tế, như đánh phèn làm trong nước là keo tụ tương hỗ giữa keo dương (phèn) và keo âm (các hạt huyền phù). 4.1.4 Phá bền của các huyền phù keo Nói chung, các vật liệu ở dạng huyền phù có kích thước khác nhau. Một số được gọi là “vật liệu ở dạng huyền phù” đó là những hạt có kích thước và mật độ đủ lớn để có thể lắng gạn hoặc sa lắng. Một số hạt khác có kích thước bé hơn, được gọi là hạt “keo”, chúng tự tổ hợp để tạo ra các tập hợp cồng kềnh hơn, có thể lắng gạn được. Sự tổ hợp đó ít khi tự xảy ra một cách tự nhiên trong nước vì hiệu ứng tương tác đẩy tĩnh điện (vì sự có mặt điện tích trên bề mặt các hạt keo), các điện tích cùng dấu cản trở sự tiếp xúc giữa các hạt. Thực vậy, tất cả các các chất rắn ở dạng huyền phù đều có thể tích điện khi tiếp xúc với nước. Các hạt keo, cũng như “vật liệu ở dạng huyền phù” là các hợp chất vô cơ (oxid kim loại, cacbonat, silicat, phosphat,) hoặc các chất hữu cơ (humic, protein, tảo, vi khuẩn,) đều có các nhóm chức ion khi tiếp xúc với nước. Điện tích bề mặt cũng được tạo ra bởi sự biến đổi pH, và được gọi là điện tích sơ cấp của các hạt keo. Trong nước tự nhiên, điện tích sơ cấp là âm đối với hầu hết các hạt keo. Do vậy, nước không phải là “trơ” vì có rất nhiều cation và anion hòa tan trong đó. Tất cả các điện tích sơ cấp ở bề mặt của một hạt phải được trung hòa bởi các ion trái dấu trong một thể tích nước cực kỳ nhỏ bao xung quanh các hạt. Trong trường hợp điện tích sơ cấp là âm, độ dày của nước bao quanh hạt gồm 2 lớp : lớp đầu rất mỏng, nằm sát ngay bề mặt phân cách lỏng-rắn, được tạo nên chủ yếu bởi các cation, do đó mang điện tích dương, đó là lớp Govy-Chapman (hay còn được gọi là lớp khuếch tán). 4.1.5 Sự cần thiết của các chất keo tụ Bảng sau giới thiệu một số các hạt thường có mặt trong môi trường nước và thời gian cần để các hạt này tự sa lắng trong môi trường nước dưới tác dụng của trọng lực ở 200C. Bảng 8 : Các Loại Hạt Có Mặt Trong Môi Trường Nước Loại hạt Đường kínhtb hạt (cm) Thời gian lắng Sỏi 1 1 giây Cát 0.1 10 giây Cát mịn 10-2 2 phút Đất sét 10-3 2 giờ Vi khuẩn 10-4 8 ngày Chất keo 10-5 2 năm Chất keo 10-6 20 năm Chất keo 10-7 200 năm Các số liệu của bản trên cho thấy rằng hạt có kích thước càng nhỏ càng khó lắng, đặc biệt là chất keo không có khả năng lắng tự nhiên, do đó để có thể lắng, người ta cần phải làm tăng kích thước cho các hạt keo đủ lớn bằng cách đưa vào môi trường một hợp chất có khả năng lôi kéo làm cho các hạt keo này tập hợp lại với nhau tạo thành tổ hợp lớn hơn hay tạo các kết tủa bông có kích thước lớn để lôi kéo cuốn các hạt keo này cùng lắng,Các chất có khả năng như thế được gọi là các chất keo tụ, vì thế vai trò của các chất keo tụ rất quan trọng trong việc xử lý nước. 4.1.6 Các biện pháp hóa học dùng để keo tụ Các phương pháp hóa học này đều dựa trên 4 cơ chế keo tụ ở trên để khử tính bền của hệ keo. Có 4 biện pháp hóa học keo tụ một hệ huyền phù dạng keo. Tăng lực ion Khi tăng nồng độ chất điện ly trung tính (NaCl) dẫn đến giảm độ dày của lớp điện tích kép, do đó làm giảm lực đẩy của các hạt. Lực tương tác tổng cộng tiến đến gần bằng không, vì vậy sự tổ hợp có thể xảy ra khi các hạt tiếp xúc nhau. Biện pháp này thực ra rất khó khăn trong việc ứng dụng thực tế vào việc xử lý nước. Hiện tượng keo tụ này thường được xảy ra ở các vùng tiếp giáp cửa sông và biển, giải thích sự lắng đọng của các trầm tích. Thay đổi pH Biến đổi pH của huyền phù có thể dẫn đến làm mất điện tích sơ cấp , do đó làm giảm hay vô hiệu hóa các lực đẩy. Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III Khi ta đưa vào nước một muối kim loại hóa trị III có thể thủy phân, ví dụ như : một muối sắt hoặc muối nhôm tạo ra nhiều cách keo tụ. Việc thêm vào này trước hết gây ra sự tăng nhẹ một lực ion, đồng thời cũng làm biến đổi pH vì xảy ra sự acid hóa của môi trường (do sự thủy phân). Mặt khác, cũng xảy ra sự hình thành các phức monome và oligone hòa tan mang điện tích dương và có thể bị hấp phụ ở bề mặt các hạt keo (nếu là keo âm) ở liều lượng thích hợp của các muối này, sự thủy phân diễn ra hoàn toàn tạo các kết tủa hydroxyd kim loại vô định hình dạng tủa bông. Chúng có thể “bẫy” hoặc “bắt” các hạt keo để rồi có thể lắng gạn chúng. Sử dụng một muối kim loại thủy phân hóa trị III là một biện pháp thường hay ứng dụng nhất trong việc xử lý nước. Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp Khi đưa vào các hợp chất polymer tự nhiên hoặc tổng hợp, nói chung là các polymer hữu cơ (amidon, alginate, polyelectronlyte tổng hợp ) đôi khi polymer vô cơ (silic) vào hệ keo thì xảy ra sự hấp phụ trên bề mặt các hạt keo làm cho các hạt keo bị phá vỡ trạng thái cân bằng. Các polymer với các mạch dài có khả năng liên kết các hạt keo lại với nhau tạo thành các bông keo tạo điều kiện hình thành tập hợp lớn hơn , nhưng nếu hàm lượng polymer cao sẽ dẫn đến sự tái tạo tính bền cho hệ keo. 4.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông Trị số pH của nước Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ, bao gồm : Aûnh hưởng tới độ hoà tan nhôm hydroxid. Aûnh hưởng đến điện tích của hạt keo nhôm hydroxid. Ảnh hưởng đối với chất hữu cơ có trong nước. Aûnh hưởng đến tốc độ keo tụ dung dịch keo. Lượng dùng chất keo tụ Quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng hoá học đơn thuần, nên lượng chất keo tụ cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác định. Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra liều lượng tối ưu. Lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nói chung là 0.1 – 0.5 mg/l, nếu dùng Al2(SO4).18 H2O thì tương đương 10 – 50 mg/l, đối với polymer khoảng 8-10mg/l. Nói chung vật huyền phù trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết càng lớn. Cũng có thể chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng keo tụ tương đối nhiều. Nhiệt độ nước Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ. Khi nhiệt độ nước thấp (< 50C ), bông phèn sinh ra to và xốp, chứa phần nước nhiều lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém. Khi dùng phèn nhôm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên với nhiệt độ nước thấp nhất là 25 – 300C. Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình keo tụ là không lớn. Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồng đều của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là chuyển từ nhanh sang chậm. Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân của chất keo tụ trong nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng sinh thành lượng lớn keo hydroxid hạt nhỏ làm cho chúng nhanh chóng khuếch tán đến những nơi trong nước kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng. Sau khi hỗn hợp hình thành bông và lớn lên, thì không nên khuấy nhanh vì có thể làm vỡ những bông phèn đã hình thành. Tạp chất trong nước Nếu cho các ion trái dấu vào dung dịch nước nó có thể điều khiển dung dịch keo tụ. Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Môi chất tiếp xúc Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm. Lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, trên bề mặt của nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng của các hạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết tinh. Cho nên hiện nay thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết kế có lớp cặn bùn. Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình keo tụ. Để tìm ra điều kiện tối ưu để xử lý bằng keo tụ, khi thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vận hành, có thể trước tiên tiến hành thí nghiệm mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết bị Jar-Test. 4.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT KEO TỤ PAC. 4.2.1 Giới thiệu. Keo tụ nước bằng phèn nhôm (phèn đơn hoặc phèn kép) là phương pháp thông dụng để làm trong nước bề mặt, nguồn nước xử lý chủ yếu nhằm cung cấp cho sinh hoạt gia đình theo các hộ gia đình, mặt khác phương pháp keo tụ cũng thường được áp dụng để xử lý nước thải tại các nhà máy. Phèn nhôm được sản xuất trong nước chủ yếu từ nguồn khoáng sét – kaolinite (hay quặng bauxite) và acid sunfuric nên giá thành hạ. Tuy vậy, hạn chế của phèn nhôm là liều dùng tương đối cao và khoảng pH thích hợp của nước tương đối hẹp từ 6 – 7,5. Vì tính acid của phèn nhôm cao, liều lượng dùng lớn nên pH của nước đã xử lý có độ pH thấp gây ăn mòn thiết bị, đường ống dẫn và lượng ion nhôm tồn dư cao gây bệnh đãng trí cho người sử dụng. Để khắc phục những nhược điểm kể trên, người ta đã chế tạo và hiện đang sử dụng ở một số nước là loại chế phẩm PAC. Sản phẩm thương mại loại này đã được lưu hành vào cuối những năm của thập kỷ 60. Nó đang được dần thay thế phèn nhôm truyền thống. Hiện nay ở Việt Nam chế phẩm này cũng được nhập (chủ yếu từ Trung Quốc, Ấn Độ) và được sử dụng trong một số hệ thống xử lý nước cấp và nước thải. Theo đó, một sản phẩm PAC do Liên hiệp Khoa học sản xuất - Viện công nghệ hoá học thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu thành công và đưa vào ứng dụng rộng rãi ở nhiều công trình xử lý nước kể từ năm 2000 đến nay. Việc tự lực sản xuất được PAC tạo điều kiện khai thác sử dụng hợp lý nguồn nguyên liệu trong nước và tiết kiệm ngoại tệ. 4.2.2 Đặc điểm và tính chất. PAC là loại phèn nhôm thế hệ mới dạng cao phân tử, công thức tổng quát: [Al(OH)xCly]n. PAC được sử dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến thay cho phèn nhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và nước thải. Có nhiều ưu điểm so với sử dụng phèn nhôm sunfat: Hiệu quả lắng trong cao hơn 2 – 3 lần, thời gian keo tụ nhanh. Ít làm biến động pH của nước, không cần hoặc dùng rất ít chất hỗ trợ. Dễ sử dụng, không bị đục khi dùng thiếu hoặc thừa PAC. Có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ và kim loại nặng tốt hơn nên tạo được nguồn nước uống chất lượng cao. Liều lượng ít, ít gây ăn mòn thiết bị. Tuy nhiên PAC cũng chịu ảnh hưởng của một số yếu tố: Các tạp chất có trong nước như chất hữu cơ, ion photphat, sunfat có ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ của PAC, làm thay đổi cơ chế keo tụ. Không tìm thấy mối quan hệ tuyến tính giữa liều lượng PAC với độ đục ban đầu của nước, vì vậy trước khi sử dụng cần tiến hành thí nghiệm trước. Đơn giá của PAC cao hơn đơn giá phèn nhôm. 4.2.3 Sản phẩm PAC của Viện công nghệ hoá học. Chất keo tụ lắng trong nước PAC do Viện công nghệ hoá học chế tạo là sản phẩm keo tụ polymer đầu tiên sản xuất ở Việt Nam với số lượng lớn chất lượng không thua kém, trong khi đó giá thành của PAC lại chỉ bằng 2/3 sản phẩm PAC ngoại nhập. Thành phần và đặc tính: dạng bột màu trắng ngà ánh vàng, tan hoàn toàn trong nước. Thời hạn sử dụng: Ở điều kiện bảo quản thông thường (bao kín, để nơi khô ráo, nhiệt độ phòng), có thể lưu giữ để sử dụng lâu dài. 4.2.4 Nguyên lý công nghệ sản xuất PAC. Có thể điều chế PAC từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như: từ nhôm hydroxit, oxit nhôm, nhôm chlorua Công trình của Viện Công nghệ Hoá học thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu - chế tạo thành công và đã đưa ra sử dụng sản phẩm PAC có hàm lượng Al2O3 đạt ≈ 30%. Sản phẩm này đã có mặt kịp thời để giải quyết vấn đề nước sinh hoạt cho bà con vùng lũ đồng bằng sông Cửu Long. PAC này được điều chế từ nguồn nhôm hydroxit và axit chlohydric ở điều kiện áp suất hơi quá nhiệt là 5 atm (nhiệt độ khoảng 155oC) trong thời gian 3 giờ, tạo ra hợp chất polymer nhôm có dạng [Al(OH)xCly]n với tỷ lệ [OH]:[Al] có thể khống chế được để đảm bảo đạt độ kiềm ưu việt (50%) và đạt được trạng thái polymer ổn định lâu dài. Nguyên tắc điều chế theo phương trình cơ bản: nAl(OH)3 + (3n-m)HCl = Aln(OH)mCl3n-m + (3n-m)H2O Hình 3 : Quy Trình Điều Chế PAC Al(OH)3 Thiết bị phản ứng toC,Pcao Bể lắng Bã rắn HCl dd PAC PAC lỏng Cô đặc PAC rắn Nghiền trộn Làm khô Hiện nay Viện vẫn còn đang tiếp tục nghiên cứu nhằm nâng cao hàm lượng nhôm oxit trong sản phẩm và tìm các hướng đi từ các nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên như: quặng bauxite, đất sét hoặc từ các chất thải công nghiệp và sinh hoạt như: bùn đỏ, phôi nhôm, vỏ lon nhôm 4.2.5 Đặc điểm và tính ưu việt. Quy trình công nghệ hợp lý, tiết kiệm vật liệu, không có phế thải. Tận dụng các nguyên liệu có sẵn trong nước: Từ bauxite có trữ lượng lớn ở Việt Nam hoặc từ Kaolin. Các phụ gia có trong nước, tận dụng được một số phế thải. Quy mô chế tạo linh hoạt từ nhỏ dạng pilot (cơ khí phối hợp với thủ công) đến tổ chức dây chuyền sản xuất ở quy mô công nghiệp. 4.2.6 Một số ứng dụng PAC trong xử lý nước. a. Xử lý nước sinh hoạt ( 4 – 10g): - Trong các nhà máy nước, trạm cấp nước. - Trong hộ gia đình. - Làm trong bể bơi, bể nuôi con giống thuỷ sản. b. Xử lý nước thải ( 10 – 20g): - Nước thải từ bệnh viện và các cơ sở y tế. - Nước thải xí nghiệp gốm sứ, gạch ceramic. - Nước thải nhà máy giấy, dệt nhuộm, thuộc da. - Nước thải chế biến thuỷ sản, thực phẩm, nông sản. - Nước thải xí nghiệp giết mổ gia súc, chuồng trại chăn nuôi. Riêng trong mùa lũ lụt năm 2000 đã cung cấp cho tám tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long: 60 000 bộ chất xử lý nước (gồm PAC lỏng và chất khử trùng) để tạo ra trên một triệu mét khối nước sạch. Trên 40 tấn PAC dạng bột để làm trong khoảng 8 triệu nước sạch dùng trong sinh hoạt. Phổ biến các giải pháp đơn giản và hiệu quả để xử lý nước uống, làm sạch nước hồ nuôi tôm cho nông dân. CHƯƠNG 5: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI BẰNG KHÍ HOÀ TAN. 5.1 GIỚI THIỆU. Mỗi một ngành công nghiệp phát sinh những loại nước thải có thành phần và tính chất khác nhau. Và mỗi loại nước thải có một phương pháp xử lý phù hợp .Việc nghiên cứu và cung cấp các thông số đầu vào cho việc thiết kế một hệ thống nước thải có tầm quan trọng rất lớn. Các thông số này được phân tích trước khi đưa vào áp dụng để xử lý một loại nước thải nào đó. Phát hiện và loại bỏ những nghiên cứu và phân tích không cần thiết là một khó khăn rất lớn khi nghiên cứu một phương pháp xử lý hay thiết kế một hệ thống xử lý nước thải các nhà nghiên cứu và kỹ sư thiết kế gặp phải. Trong trường hợp này chỉ có những nhà nghiên cứu và kỹ sư có kinh nghiệm mới có cách giải quyết phù hợp.Các kỹ sư này có thể dự đoán được các khả năng xảy ra trong tương lai và giảm tối thiểu chi phí cho việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống. Đó là sự khác biệt giữa những kỹ sư hoạt động lâu năm có kinh nghiệm lâu năm với việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống xử lý nước thải với các kỹ sư mới vào nghề. Công nghệ DAF hay tuyển nổi bằng khí hoà tan là một quá trình xử lý hiệu quả mà tiết kiệm trong xử lý nước thải. Công nghệ tuyển nổi bằng khí hoà tan (DAF) là hệ thống sử dụng các bọt khí vô cùng nhỏ để loại bỏ các chất rắn lơ lửng, làm tăng khả năng nổi của những bọt khí. Sau đó các chất rắn lơ lửng này theo dòng chảy nổi lên bề mặt, tại đây thiết bị gạt cặn sẽ gạt phần bọt này vào trong thùng chứa bọt. Một hệ thống DAF gồm có ba thành phần cơ bản và mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong quá trình thực hiện của hệ thống DAF: Thiết bị xử lý tách dầu sơ bộ. Thiết bị định lượng hoá chất. Thiết bị hoà tan không khí hay tạo ra bọt khí nhỏ. Ưu điểm của DAF: Cho phép làm sạch nước với nồng độ tạp chất còn lại rất nhỏ, thiết bị cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ thực hiện, thi công, lắp đặt sửa chữa, tốc độ xử lý cao khi so sánh với hệ thống lọc cặn dựa trên nguyên lý trọng lực. DAF có thể được thiết kế là những hệ thống nhỏ, gọn và linh hoạt với tốc độ xử lý cao. Các hệ thống DAF có khả năng đối phó với những biến đổi vừa phải theo dòng chảy của nước tới những biến đổi lớn trong dòng chảy. Nhược điểm của hệ thống DAF: Chi phí sửa chữa và bảo trì cao khi so sánh với các thiết bị lọc cặn truyền thống và tăng chi phí vận hành vì những nhu cầu năng lượng của hệ thống. Đồng thời, hệ thống DAF yêu cầu người vận hành hệ thống phải có những hiểu biết về hệ thống, nắm bắt được các thông số vận hành hệ thống và phải thường xuyên kiểm tra hệ thống để xử lý kịp thời các sự cố có thể xảy ra. Phạm vi ứng dụng của hệ thống DAF ngày càng phát triển từ xử lý nước uống, nước thải. Đặc biệt hệ thống DAF được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong xử lý các loại nước thải công nghiệp bao gồm: Xử lý nước thải từ các nông trại nuôi cá tập trung. Tiền xử lý nước thải trong ngành sản xuất thực phẩm và thịt. Xử lý nước thải sinh ra từ ngành công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy. Xử lý nước thải công nghiệp phát ra từ nhà máy lọc dầu. Xử lý nước thải từ nhà máy hoá chất. Xử lý nước thải từ nhà máy khí đốt tự nhiên. Xử lý nước thải đáy tàu. Xử lý nước thải từ nhà máy năng lượng. Xử lý nước thải nuôi trồng thuỷ sản và cả xử lý nước uống. 5.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG. DAF là quá trình xử lý nước thải mà nước thải được làm sạch bằng việc loại bỏ những chất rắn lơ lửng như dầu mỡ khoáng. Việc loại bỏ được thực hiện bằng cách hoà tan không khí vào trong nước hoặc nước thải dưới một áp lực và sau đó cho không khí thoát ra tại một áp lực không khí trong một bể tuyển nổi. Khí thoát ra dưới dạng bọt vô cùng nhỏ, sau đó các chất rắn lơ lửng bám vào bọt khí này và nổi lên bề mặt nước nơi nó có thể được loại bỏ bởi thiết bị tách, hớt bọt. Thiết bị DAF tách các chất rắn lơ lửng trong nước thải. Thiết bị DAF có thể là bể hình tròn hoặc là hình chữ nhật. Khi vận hành hệ thống DAF cần thêm vào một vài hợp chất đông tụ để tăng tốc độ loại bỏ chất rắn lơ lửng có trong nước thải. Công nghệ tuyển nổi bằng khí hoà tan có hiệu quả kinh tế cao hơn công nghệ công nghệ làm sạch cặn với chi phí thiết kế kỹ thuật thấp hơn, chi phí lắp đặt hệ thống thấp hơn, chỉ chiếm 1/3 thời gian xử lý. DAF được xem là một công nghệ tuyệt vời cho việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng và cho ra nước sạch. Với DAF nước được làm sạch có thể được tái sử dụng hoặc được thải ra hệ thống cống rãnh của thành phố. Một yếu tố quan trọng khi vận hành hệ thống DAF là dòng nước thải đầu vào phải phù hợp và ổn định cả về lưu lượng và thành phần. Kinh nghiệm cho thấy thành phần nước thải của một số ngành công nghiệp thay đổi một cách đáng kể trong nhiều giờ, bởi vì những loại chất thải khác nhau lắng đi trong đường ống hình chữ U mà chúng ta không thể ước lượng được. Có thể dùng các tấm chắn trước các hệ thống DAF, chúng sẽ giúp loại bỏ các chất rắn có kích thước lớn trước khi dòng nước thải được bơm vào một bể điều hoà. Khi thiết kế bể lắng thì nên thiết kế đáy hình nón như vậy sẽ tăng vận tốc lắng và hiệu quả lắng. Nếu chất keo tụ và tạo bông được thêm vào dòng nước thải thì chúng cần phải có thời gian xáo trộn và lưu lại. Nhiệt độ thấp nhất và cao nhất trong nước cũng như độ pH cũng ảnh hưởng đến quá trình thực hiện của DAF. Với nước thải chứa dầu thì dầu thải có thể được tách trước khi đưa vào hệ thống DAF. Kích thước ống cần được thiết kế một cách chính xác. Điều kiện tối ưu khi thực hiện DAF và giá trị hoá chất lưu giữ sẽ được nghiên cứu, phân tính trước và tính toán phù hợp với từng trường hợp, với từng loại nước thải và được đưa vào vận hành bằng các thiết bị chuyên dùng được thiết kế . Một hệ thống xử lý DAF được thiết kế tốt sẽ dẫn đến chi phí thấpvà xử lý hiệu quả. Hiệu quả xử lý của hệ thống DAF phụ thuộc vào một số yếu tố: Kích thước của bọt khí ảnh hưởng đến quá trình tuyển nổi, với những bọt khí lớn hơn 100 µm được xem là hiệu quả nhất ( Lovettt và Travers, 1986). Còn những bọt khí từ 20 – 50 µm được coi là tốt nhất trong việc khôi phục lại những chất béo (Le Roux và Lanting, 2000). Sự hình thành những bọt khí vô cùng nhỏ phụ thuộc vào năng lượng khí cho vào nước để chúng bão hoà với nhau. Áp suất khí tại 300 – 600 kPa được bơm vào bình điều áp để khí hoà tan vào bình nước thải. Tại áp suất 300 – 400 kPa, khí hoà tan bão hoà vào nước có thể đạt được 60 – 80%. Nước đã được bão hoà được đưa vào trong bể DAF, theo dòng chảy đưa các chất rắn nổi lên trên bề mặt nước. Thời gian lưu nước thải trong bể DAF nên nằm trong khoảng giữa 15 – 25 phút, với tốc độ nạp là 9 – 12 m3/m2/h. Nước thải đầu vào được đưa vào thiết bị khuấy trộn của hệ thống DAF tạo ra các bọt khí nhỏ. Để đạt được tốc độ loại bỏ các chất rắn cao, thì điều quan trọng là phải tạo ra được các bọt khí nhỏ có kích thước bằng nhau và giảm đến mức tối thiểu sự xáo trộn nước trong bể DAF. Một yếu tố quan trọng để tăng hiệu quả của DAF lên tối đa là việc tạo ra các bọt khí nhỏ có kích thước bằng nhau, tránh việc tạo ra các bọt khí to. Những bọt khí tốt là những bọt khí có kích thước bằng nhau, kích thước bọt khí từ 20 – 50 µm sẽ mang theo các chất rắn lên bề mặt của bể với tốc độ 10 – 12 inches/phút. Những bọt khí lớn hay còn gọi là bọt khí thô, kết hợp với các bọt khí nhỏ tạo ra các bọt khí lớn hơn. Những bọt khí này sẽ đẩy lên và lọc khi lên mặt bể. Với những bọt khí lớn hiệu quả xử lý thấp hơn khoảng trên 50%. Thiết bị ATM tạo ra các bọt khí nhỏ bằng cách điều hoà và bão hoà nước thải với một thiết bị nén khí. Hệ thống đường ống của ATM sẽ mang nước đến hệ thống DAF tại một áp suất nước và khí sẽ bão hoà nhau. Tỷ lệ khí trên chất rắn (A/S) có một ảnh hưởng lớn đến việc thực hiện của một hệ thống DAF (Langeneggere và Viviers 1978). Tỷ lệ xuất hiện của TS cũng như chất rắn lơ lửng cũng được đề cập đến trong việc xác định hiệu quả xử lý. Tỷ lệ A/S cao thì cần thiết để duy trì hiệu quả loại bỏ nước thải với phần trăm chất lơ lửng thấp (husband, Undated). Chất thải có nồng độ chất rắn lơ lửng thấp bằng 1000 mg/l, tỷ lệ A/S là 0,05 thì cần phải tăng sự phục hồi qua sự tuyển nổi hơn là ổn định. Để cung cấp tỷ lệ A/S đạt yêu cầu thì máy nén khí cần thiết để thay đổi áp suất. Một thành phần quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống DAF là hoá chất dùng để keo tụ - tạo bông. Một số chất keo tụ thường được dùng là muối kim loại chủ yếu là sắt và nhôm, các dạng polymer để kết dính các hạt lại làm cho nó dễ kết với các bọt khí để nổi lên trên bề mặt. Khi được sử dụng, sự điều hoà hoá chất sẽ làm tăng khả năng loại bỏ các chất rắn trong nước thải. Việc cho chất keo tụ thêm vào có thể làm tăng hiệu quả kinh tế cũng như hiệu quả xử lý. Hiệu quả xử lý này phụ thuộc vào việc xử lý hoá học phù hợp, thời gian xáo trộn phù hợp và hiểu rõ cách và vị trí để cho hoá chất vào trong hệ thống đường ống phía trước của hệ thống DAF. 5.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. Nước được đưa đến một bể tuyển nổi DAF, rồi cho vào một chất keo tụ để làm đông như sắt clorua hay nhôm sunfat để tạo thành những chất keo tụ - tạo bông. Một phần của dòng nước thải đi ra khỏi bể được bơm vào một bình áp suất nhỏ, trong bình này không khí được nén để khí và nước được bão hoà với nhau. Dòng nước được bão hoà với khí đựơc đưa sang bể tuyển nổi để phục hồi và chảy qua một van giảm áp suất và kết quả là không khí được thoát ra dưới dạng những bọt nhỏ xíu. Những bọt này bám vào những chất huyền phù, tạo ra các chất lơ lửng nổi trên mặt nước và tạo ra một lớp màng mà sau đó được lạo bỏ bởi một thiết bị gạt lọc. Nước không chứa bọt chảy ra khỏi bể sau khi được làm sạch từ hệ thống DAF. Một số những thiết kế hệ thống DAF, trước khi nước thải được đưa vào hệ thống DAF dùng những lưới lọc để giữ lại những chất thải có kích thước lớn để nâng hiệu quả xử lý và vì thế nằn cao hiệu quả tách của hệ thống DAF. Hình 4: Nguyên Lý Hoạt Động Của Hệ Thống DAF Feed Water: Nước chưa xử lý. Flocculants: Chất keo tụ. Chemical Mix Tank: Bể trộn hoá chất. Distribution Baffle Rods: Thiết bị phân phối nước. Underflow Baffle: Màng ngăn. Flotation Tank: Bể tuyển nổi. Sludge: Bùn. Froth: Bông cặn. Outlet Weir: Màng ngăn chắn nước chảy ra. Air Sparger: Thiết bị phân phối khí. Air Saturated Water: Khí đã bão hoà nước. Compressed Air: Máy nén khí. Vent: Van nước. Air Drum: Bình khí. Recycle Water: Nước tuần hoàn. Recycle Pump: Bơm tuần hoàn. Effuent Water: Nước đã xử lý. CÁC THÔNG SỐ ĐỂ VẬN HÀNH MỘT HỆ THỐNG DAF. 5.4.1 Giới thiệu. DAF là một quá trình hoá lý. Nước đầu vào có thể đòi hỏi xử lý trước như một sự cần thiết, ví dụ sự thêm vào hoá chất keo tụ - tạo bông có thể yêu cầu liên quan đến sự xáo trộn trong quá trình keo tụ - tạo bông. Sự điều chỉnh pH cũng có thể được xem xét để bảo đảm điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ - tạo bông. Hệ thống DAF có thể được thiết kế cho việc tạo áp suất và hoà tan không khí của dòng chảy hay thông thường hơn, nước thải đầu vào tham gia vào bể tuyển nổi nơi nó xảy ra với một phần nước thải tái tạo và đã xử lý.. Phần trăm của tổng dòng nước tham gia vào quá trình hoà tan không khí dưới một áp suất và tái tạo sau này sẽ được xác định bằng một vài nhân tố. Việc tăng áp suất bên trong bình điều áp nơi không khí được hoà tan bảo đảm nồng độ cao hơn của khí hoà tan trong pha lỏng hơn là tại một áp suất không khí. Một phần nước thải tham gia vào bể tuyển nổi, áp suất được thoát ra tại một áp suất khí quyển. Điều này ngay lập tức dẫn đến kết quả dòng chảy hoàn lưu trở nên siêu bão hoà, đưa đến kết quả tạo ra các bọt khí nhỏ khi khí hoà tan quay lại trạng thái phân tán. Những bọt khí này gắn vào các chất rắn hay các bông hoá chất tham gia vào bình, sau đó các bông cặn này được đưa lên mặt bể và chúng được loại bỏ bằng các thiết bị gạt cặn. Trong trường hợp những bể tuyển nổi hình chữ nhật, thiết bị gạt cặn bao gồm một loạt những cần điều khiển chạy trên một vành đai và gạt ở dưới bề mặt của bể mang nước sạch tới bể tiếp theo để xử lý tiếp, trong một số trường hợp đặc biệt thu hồi lại nguyên liệu. 5.4.2 Các thông số vận hành. Tất yếu khi thiết kế cụ thể cho bất kỳ hệ thống xử lý nước thải nào sẽ phụ thuộc vào những thông số đặc biệt. Tuy nhiên có một vài thông số thiết kế mà thường ứng dụng khi xem xét và đánh giá hệ thống. Air: solids ratio - Tỷ số A/S Tỷ số A/S có thể được xem như là tỷ số thể tích/ khối lượng hay khối lượng/ khối lượng và sẽ được ứng dụng cụ thể. Để đưa ra một phạm vi về tỷ lệ A/S thường được ứng dụng, giá trị tiêu biểu dao động từ 0,005 – 0,06 ml/mg, tại 200C và áp suất khí quyển. Hydraulic Loading rate - Tốc độ thuỷ lực. Tốc độ thuỷ lực trong DAF là phép đo thể tích của dòng chảy được áp dụng trên đơn vị hiệu quả diện tích bề mặt trên một đơn vị thời gian. Những kết quả này trong những sơ đồ thiết kế được biểu thị tương đương với vận tốc chảy dưới với đơn vị m/h. . Một sự xem xét với sự quan tâm đến thông số thiết kế này thì không biết có tốc độ dòng chảy hay không bao gồm thể tích hồi lưu tốt như thể tích nước thải đầu vào được áp dụng trên đơn vị diện tích của hệ thống. Typical solids loadings - Đặc trưng những chất rắn đầu vào. Những chất rắn đầu vào thường có đơn vị là khối lượng/ thể tích/ thời gian (kg/m2.h). Những sơ đồ đặc trưng gặp trong phạm vi từ 2 – 15 kg/m2.h, mặc dù khi thiết kế lại sẽ áp dụng riêng, phụ thuộc vào tính tự nhiên của chất rắn được loại bỏ và lượng hoá chất sử dụng. Recycle Ratio - Hệ số hoàn lưu. Hệ số tuần hoàn được xác định khi một phần nhỏ của dòng chảy cuối cùng được sinh ra mà quay lại bão hoà dưới một áp suất trước khi chảy vào bể tuyển nổi nơi áp suất được thoát ra sau này và những bọt khí được hình thành. Hệ số tuần hoàn có thể thay đổi rất nhiều với những hệ số tuần hoàn điển hình từ 15 – 50% cho ứng dụng xử lý nước và nước thải. Tuy nhiên, sự dày đặc nổi bùn hoạt hoá tới 150 – 200% những tốc độ hoàn lưu được áp dụng. Tốc độ hoà tan không khí thì cân đối với áp suất tuyệt đối, theo Henry’ Law những áp suất thành phần của khí gần tới chất lỏng. Như vậy, một ứng dụng đã cho, áp suất thực hiện của bình bão hoà khí nước càng cao thì phần trăm tái chế càng thấp và trở lại ngược lại. Áp suất thực hiện có thể thay đổi nhưng phải nằm trong phạm vi 1 – 4 atm. Saturation of Effluent – Bão hoà nước thải. Việc tạo ra dòng nước bão hoà , sinh ra các bọt khí nhỏ thì thường được thực hiện bằng 2 cách. Cách đầu tiên thì phổ biến để xử lý nước thải có thể uống được bao gồm chảy qua dòng chảy yêu cầu của chất thải được xử lý qua một hệ thống lớp nổi mà được điều hoà bởi một bơm, thường là bơm ly tâm. Trong các hệ thống nơi các chất rắn có thể gặp nhau, ví dụ xử lý nước thải, bình bão hoà thì có thể trống rỗng để ngăn chặn của bất kỳ lớp nguyên liệu nào. Phần trăm bão hoà có thể đạt được phụ thuộc vào việc thiết kế hệ thống nhưng với một hệ thống thiết kế tốt hiệu quả bão hoà có thể lên đến 80 – 95%. Flow regime - Chế độ dòng chảy. Để bảo đảm các hệ thống DAF vận hành như thiết kế, điều quan trọng là phải bảo đảm hệ thống không gặp một sự cố nào về chế độ chảy. Vì lí do này cần có những thiết bị điều chỉnh chế độ chảy của nước thải vào để đảm bảo một tốc độ chảy phù hợp. Chế độ chảy phù hợp sẽ không ảnh hưởng đến đường ống chảy qua bể tuyển nổi, tạo điều kiện để hình thành các bọt khí và làm tăng hiệu quả loại bỏ các chất rắn lơ lửng. 5.5 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DAF XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU. Dòng thải chứa dầu được tìm thấy trong những dòng nước thải đến từ những nguồn khác nhau như từ nhà máy lọc dầu, sự tháo dỡ đáy tàu, hoạt động sửa chữa ô tô, mua bán xăng dầu, những xưởng kim loại và từ nhà máy sản xuất dầu và xà phòng. Quá trình xử lý dầu sẽ phụ thuộc vào trạng thái dầu tồn tại trong nước như thế nào. Dầu có thể tồn tại ở dạng tự do, dạng nhũ tương và dạng hoà tan. Trong đó dầu dạng hoà tan là dạng khó xử lý nhất. Dầu ở dạng tự do được loại bỏ bởi những thiết bị tách bằng trọng lực, còn dầu dạng nhũ tương và hoà tan được tách bởi những thiết bị chuyên dùng hoặc hoá học. Dầu hoà tan và dầu ở dạng nhũ tương đòi hỏi phải dùng các phương pháp phức tạp để xử lý nước đạt yêu cầu. Và DAF là một trong những công nghệ xử lý dầu được nghiên cứu mang lại hiệu quả cao. Không những xử lý dầu hệ thống DAF còn xử lý hiệu quả hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), nhu cầu oxy sinh hoá (COD). Trong một quá trình xử lý DAF bao gồm hai giai đoạn khác nhau: Giai đoạn hoá học: phá vỡ nhũ tương và hình thành các bông cặn từ các chất keo tụ - tạo bông. Giai đoạn vật lý: cho phép tách bỏ các chất keo tụ tạo bông cặn từ pha lỏng bằng việc sử dụng các bọt khí. CHƯƠNG 6: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6.1 HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM. 6.1.1 Giới thiệu. Việc điều chỉnh các thông số được thực hiện tại hệ thống xử lý nước thải của Công ty Toyota Lý Thường Kiệt, Quận Tân Bình, Tp. Hồ Chí Minh. Trong đó chỉ quan tâm đến các thiết bị liên quan đến hệ thống DAF. Hệ thống bao gồm các thiết bị chính như bể điều hoà, bơm nước thải từ hố ga về bể điều hoà, bơm nước thải từ bể điều hoà lên bể tuyển nổi, bình điều áp, bơm nén khí, bồn hoá chất PAC, bơm định lượng PAC, bể tuyển nổi và cuối cùng là bể lắng 1. Trong quá trình nghiên cứu sẽ thay đổi nồng độ PAC/1 m3 nước thải và điều chỉnh áp suất của bình điều áp. Mục đích cuối cùng của việc nghiên cứu này là tìm ra hiệu suất xử lý cao nhất đối với các chỉ tiêu COD, SS và dầu khoáng sau khi được xử lý qua hệ thống DAF. 6.1.2 Thiết bị thực nghiệm. Bơm nước thải từ hố ga về bể điều hoà. Có nhiệm vụ bơm nước thải từ hố ga về bể điều hoà, gồm hai phao điện luân phiên nhau hoạt động khi mức nước bể nằm trong khoảng thấp nhất ở hố ga và cao nhất ở bể điều hoà. Có thể hoạt động bằng chế độ tự động hay được điều chỉnh bởi người vận hành hệ thống. Đảm bảo cho lưu lượng nước ở bể điều hoà ổn định để bơm lên bình điều áp. Bơm ONPAS, loại ST – 70AB, AC 110 V/ 220 V, 15A/ 7.5A. Bơm nước thải từ bể điều hoà lên bể tuyển nổi. Bơm này có nhiệm vụ bơm nước thải từ bể điều hoà lên bể tuyển nổi áp lực phản ứng. Gồm có hai phao điện luân phiên nhau hoạt động khi mức nước bể nằm trong khoảng thấp nhất ở bể điều hoà và cao nhất ở bể hiếu khí. Có thể hoạt động bằng chế độ tự động hay được điều chỉnh bởi người vận hành hệ thống. Bơm ONPAS, loại ST – 70AB, AC 110 V/ 220 V, 15A/ 7.5A. Máy nén khí. Có chức năng là cung cấp khí cho bộ tuyển nổi khí nước và hoạt động theo chế độ tự động của máy bơm nước thải từ bể điều hoà lên bể tuyển nổi. Vì vậy máy nén khí đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra áp lực khí - nước để sinh ra những bọt khí nhỏ nhất. Máy nén khí SUNBEAM, loại SB – 210P, công suất 7kg/m3. Bơm định lượng hoá chất PAC. Có nhiệm vụ cung cấp hoá chất PAC, bổ sung cho dòng nước đầu vào. Lượng PAC được bơm vào ảnh hưởng rất lớn đến khả năng keo tụ - tạo bông của các bọt khí, liên quan đến khả năng lắng của các bông cặn. Do vậy ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất xử lý của hệ thống. Giới hạn bơm dao động từ 0 – 100%. Muốn bổ sung lượng PAC phù hợp ta điều chỉnh thiết bị bơm này dựa vào hiệu suất của nó. Bơm CHEM – TECH, loại X100 – XB – AAAC365, Nominal 100 GPD, out put 15.75 LPH, Maximum 60 PSI, Pressure 4.2 bar. Thiết bị pha trộn hoá chất PAC. Hoá chất được mua về ở dạng bột màu vàng, để đưa vào hệ thống xử lý thì cần phải pha trộn với chất lỏng. Thiết bị pha trộn hoá chất PAC có nhiệm vụ pha trộn hoá chất ở dạng rắn với nước sạch thành dung dịch có một nồng độ nhất định trước khi bổ sung vào dòng nước thải đầu vào. Thiết bị này vận hành bằng tay khi ta cho hoá chất PAC vào rồi mở máy khuấy và cho mấy khuấy quay khoảng 15 – 20 phút thì PAC sẽ tan hoàn toàn. Nếu thận trọng hơn thì khi bắt đầu vận hành hệ thống mỗi ngày ta có thể cho khuấy lại dung dịch khoảng 5 phút để dung dịch được hoà tan đều một lần nữa. Bình điều áp. Khi hệ thống vận hành, bơm nước thải từ bể điều hoà lên bể tuyển nổi hoạt động. Lúc này bơm hoá chất định lượng PAC cũng hoạt động. Nước thải từ bể điều hoà được bơm lên bình điều áp dưới một áp lực không khí được tạo ra từ bể nén khí, đồng thời hoá chất PAC cũng được thêm vào bình áp. Tại bình áp sẽ tạo ra sự xáo trộn giữa các phân tử khí - nước, tạo ra các bọt khí vô cùng nhỏ. Kích thước bọt khí càng nhỏ thì hiệu suất xử lý càng cao. Khi đó các chất rắn lơ lửng bám vào các bọt khí này và nổi lên mặt của bể tuyển nổi, tại đây chúng được loại bỏ thiết bị gạt vào thùng chứa bọt. 6.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU HOÁ HỌC. 6.2.1 Địa điểm lấy mẫu. Mẫu được lấy tại tại hệ thống xử lý nước thải của Công ty Toyota, Lý Thường Kiệt, Quận Tân Bình. Mẫu đầu vào lấy tại bể điều hoà và mẫu đầu ra lấy tại bể lắng 1. 6.2.2 Kỹ thuật lấy mẫu. Kỹ thuật lấy mẫu đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích, nghiên cứu đánh giá chất lượng của mẫu nước. Với nghiên cứu này mẫu được lấy vào các chai nhựa được rửa sạch. Trước khi lấy mẫu thì bình chứa được súc rửa ít nhất ba lần bằng nguồn nước thải trước khi lấy. Lượng nước thải lấy vào bình không đầy quá và khi lấy mẫu thì bể nước thải phải yên tĩnh không có sự xáo trộn mạnh. Đặc biệt khi có mưa nước mưa chảy vào bể điều hoà nên nguồn nước thải lúc này không đảm bảo cho việc nghiên cứu nên khi có mưa thì không lấy mẫu. Mẫu sau khi lấy được ghi các thông tin liên quan đến việc lấy mẫu như vị trí lấy mẫu, thời gian lấy mẫu. Mẫu sau khi được lấy được đem đi phân tích tại Viện Sinh học Nhiệt đới. Mỗi lần lấy 2 mẫu, một mẫu đầu vào và một mẫu đầu ra. 6.2.3 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm. Bóp cao su. Bình tam giác (erlen) 100 ml. Pipet Phễu thuỷ tinh. Bếp đun . Giấy lọc. Kẹp gắp. Đĩa petri. Cân giấy. Tủ sấy. Tủ hút. Cốc thuỷ tinh Cốc platin. Tủ ấm. 6.2.4 Phương pháp phân tích. 6.2.4.1 Phân tích chỉ tiêu COD. Định nghĩa. Nhu cầu oxy hoá học (viết tắt là COD – Chemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết để oxy hoá toàn bộ các chất hữu cơ có trong nước thải, kể cả các chất hữu cơ không bị phân huỷ sinh học. Đơn vị đo của COD là mgO2/l hay đơn giản là mg/l. Nguyên tắc Hầu hết các chất hữu cơ đều bị phân hủy khi đun sôi trong hỗn hợp cromic và acid sulfuric . CnHaOb + cCrO7 + 8cH+ ® nCO2 + ½* (a+8c)(H2O) + 2cCr3+ c = 2/3n + a/6 - b/6 Lượng kali dicromate và acid sulfuric được biết trước sẽ giảm tương ứng với lượng chất hữu cơ có trong mẫu. Lượng dicromate dư sẽ được định phân bằng dung dịch Fe(NH4)2(SO4)2 và lượng chất hữu cơ bị oxy hóa sẽ tính ra bằng lượng oxy tương đương qua CrO7 bị khử. Lượng oxy tương đương là COD. Hoá chất. Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0.25N : hòa tan 122,59g K2Cr2O7 đã được sấy khô ở 103oC trong 2h với nước cất tới 1000ml ta được dung dịch chuẩn K2Cr2O7 2.5N. Từ dung dịch này ta pha thành 0.25N. H2SO4 : thêm Hg2SO4 vào H2SO4 đậm đặc theo tỷ lệ 22g/4kg H2SO4 để từ 1 đến 2 ngày cho hòa tan hoàn toàn(dung dịch này dùng khi có chất trở ngại). Dung dịch ferous amonium sulfate (FAS) 0.25N: hòa tan 98g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong nước cất. Thêm 20ml H2SO4 làm lạnh pha loãng đến 1000ml . Chuẩn lại dung dịch FAS bằng dung dịch K2Cr2O7 0.1N : ta dùng 1ml K2Cr2O7 0.1N cho vào bình sau đó cho 1ml H2SO4 đậm đặc, đậy phễu ngay, để nguội rồi tráng bình và phễu bằng nước cất. Thêm 1 giọt ferroin vào và chuẩn độ với FAS : NFAS = ( thể tích K2Cr2O7 0.1N * NK2Cr2O7 )/thể tích FAS Ferroin : 1.485 g 1.10-phenantroline và 0.695 g FeSO4.7H2O vào 100ml. Dung dịch COD chuẩn: hòa tan 0.425g potassium hydrogen phthalat chuẩn HCOOC6H4COOK đã được sấy nhẹ vào trong 100ml ta được dung dịch chuẩn là 500mg/l. Trình tự thí nghiệm. Lấy 2ml mẫu và 2ml nước cất cho vào 2 bình thêm thể tích K2Cr2O7 0.25N (thể tích tùy thuộc vào chất lượng mẫu), thêm 3ml H2SO4 đậm đặc đậy phễu liền, đun trên bếp cho đến lúc thấy khói trắng bốc lên hay thấy sôi thì bắt xuống để nguội , tráng phễu và thành bình bằng nước cất . Thêm 1giọt ferroin và chuẩn độ bằng FAS . C (mg/l) = [(V FAS nước – V FAS mẫu) * 1000* 8 * nFAS] /thể tích mẫu 6.2.4.2 Phân tích chỉ tiêu SS. Định nghĩa. Hàm lượng chất rắn lơ lửng (viết tắt là SS – Suspended solid) là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh, khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103 – 1050C tới khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính của hàm lượng chất rắn lơ lửng là mg/l. Trình tự thí nghiệm. Giấy lọc được đem sấy ở nhiệt độ 1030C ở tủ sấy trong vòng 2 tiếng. Sau đó lấy ra để trong tủ hút ẩm khoảng 5 – 15 phút cho nguội rồi đem đi cân. Khối lượng cân được là m0. Sau đó đong thể tích nước thí nghiệm, lọc qua giấy lọc đã sấy và cân, qua phễu thuỷ tinh. Sau khi lọc xong dùng kẹp gắp gắp giấy lọc vào các đĩa petri và đem sấy ở 1030C khoảng 30 phút thì lấy ra bỏ vào tủ hút. Sau 5 – 15 phút thì lấy ra đem cân ta được khối lượng m1. SS = (m1 - m0)*8000/2*Vmẫu. 6.2.4.3. Phân tích hàm lượng dầu . Định nghĩa. Là chất lỏng, khó tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp. Độc tính và tác động sinh thái dầu mỡ phụ thuộc vào từng loại dầu. Dầu thô có chứa hàng ngàn phân tử khác nhau nhưng phần lớn là các hydrocarbon có số carbon từ 4-6. Trong dầu thô còn có hợp chất lưu huỳnh, nitơ kim loại. Các loại nhiên liệu sau khi tinh chế (dầu DO, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ còn chứa các chất độc như hydrocacbon thơm đa vòng (PAH), polyclobiphenyl (PCB), kim loại (chì)... do đó dầu mỡ có độc tính cao và tương đối bền trong môi trường nước . Phương pháp phân tích – phương pháp trọng lượng. Nguyên tắc Dùng sulfat nhôm Al2(SO4)3 để keo tụ dầu phân tan trong nước . Bông cặn sau khi hòa tan được tách ra khỏi muối khoáng bằng dung môi hữu cơ. Hóa chất Dung dịch nhôm sulfat Al2(SO4)3 30% Dung dịch Na2CO3 20% Acid sulfuric đậm đặc Tetra clorua cacbon CCl4 Trình tự thí nghiệm. Lấy 100-500ml nước, tùy thuộc vào hàm lượng dầu nhiều hay ít cho vào 0.1 ml dung dịch Al2(SO4)3 trong 100ml nước, sau đó cho vào 0.1ml Na2CO3. Lắc đều để yên 12h. Gạn bỏ nước trong ở trên. Hòa tan bông cặn bằng vài giọt H2SO4 đậm đặc. Cho vào 10ml CCl4 và lắc đều. Đun cách thủy cho khô chỉ còn vài ml. Cho vào cốc platin, rửa lại bằng 1ml CCl4. Để vào tủ ấm 2h ở 110oC, đem cân . Làm mẫu không chứa dầu làm đối chứng . Tính toán (Tinh cặn sấy khô – X) / Thể tích mẫu X : lượng tinh cặn sấy khô của CCl4 và nước cất . 6.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ PAC TỐI ƯU. 6.3.1 Giới thiệu. Điểm nổi bật của quá trình xử lý bằng phương pháp tuyển nổi bằng khí hoà tan có sử dụng chất keo tụ đó là quá trình xử lý phụ thuộc vào lượng PAC châm vào nước thải. Thay đổi nồng độ PAC sẽ làm thay đổi lượng bùn tạo ra và lắng, đặc biệt ảnh hưởng đến độ trong của nước đầu ra. 6.3.2 Phương pháp xác định. Qua khảo sát nghiên cứu xác định được lượng PAC bơm vào hệ thống xử lý là 63g/m3.Theo tài liệu vận hành do ThS. Lê Công Nhất Phương đưa ra thì nồng độ tốt nhất khi xử lý nước thải là 50 – 100 g/m3. Dựa vào đó nghiên cứu này sẽ thay đổi hàm lượng PAC được bơm vào 6 lần. Mỗi lần sẽ cho hệ thống vận hành trong 3 ngày để khảo sát hiệu suất xử lý đạt được cao nhất. Từ đó tìm được nồng độ tối ưu cho hệ thống xử lý. Việc điều chỉnh lượng bơm PAC thơm vào được thực hiện trên bơm định lượng PAC. 6.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ÁP. 6.4.1 Giới thiệu. Song song với lượng PAC được bơm vào thì điều chỉnh áp suất cũng có tầm quan trong tiên quyết đối với hiệu suất xử lý của hệ thống DAF. Nếu điều chỉnh được áp suất phù hợp thì sẽ tạo ra được các bọt khí vô cùng nhỏ đồng nghĩa với việc hiệu xuất xử lý tăng. Kết hợp được hai yếu tố sẽ làm tăng hiệu suất xử lý của hệ thống. 6.4.2 Phương pháp điều chỉnh. Sau khi đã tìm được lượng PAC tối ưu cần thiết để xử lý 1m3 nước thải. Để tiếp tục tăng hiệu quả xử lý của hệ thống DAF ta tiếp tục điều chỉnh áp suất khí - nước trong bình điều áp. Ở nghiên cứu này áp suất được điều chỉnh ở 3 mức, mỗi mức sẽ cho hệ thống vận hành trong 3 ngày để khảo sát hiệu suất. Từ đó tìm ra áp suất tối ưu nhất.Việc điều chỉnh được thực hiện trên đồng hồ áp lực.