Phương pháp sử dụng than hoạt tính hấp phụ Mn2+

mặt trong và ngoài của Bentonit. Sự hấp phụ ở bề mặt trong của Bt chỉ xảy ra khi chất hấp phụ là chất hữu cơ ở dạng ion hoặc hợp chất hữu cơ phân cực. Còn đối với hợp chất hữu cơ không phân cực, các chất polime và đặc biệt là vi khuẩn thì sự hấp phụ chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của Bentonit. Cũng như Diatomit, để tăng khả năng hấp phụ của khoáng Bentonit, người ta phải thực hiện thực hiện quá trình làm biến tính khoáng Bt. Các phương pháp điện hoá: Người ta sử dụng các quá trình oxi hoá cực anot và khử cực catot, đông tụ điện, tuyển nổi bằng điện để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hoà tan và phân tán. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải. Ưu điểm của phương pháp này là sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản và tự động hoá, không cần sử dụng các tác nhân hoá học, nhưng ngược lại nhược điểm của nó là lượng điện năng sử dụng rất lớn. 4.1. Phương pháp oxi hoá cực anot và khử cực catot: Các quá trình này đã được sử dụng để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xianua, các amin, alcol, aldehit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm…Trong quá trình oxi hoá điện hoá, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, NH3,và nước hay tạo thành các chất không độc hại và đơn giản hơn để có thể tách ra bằng các phương pháp khác. Quá trình này có thể làm sạch nước thải ra khỏi ion các kim loại nặng như Pb2+, Cu2+, Hg2+, As3+… Ta có sơ đồ bình điện phân đơn giản như sau: Hình 3: Sơ đồ bể điện phân + Anot thường làm từ các vật liệu không hoà tan khác nhau có tính chất điện phân như: graphit, manetit(Fe3O4), dioxyt mangan … + Catot được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken… Quá trình được tiến hành trong bể điện phân với màng hoặc không có màng. Đây là phương pháp có hiệu quả rất cao. Trong một số trường hợp với điều kiện tối ưu hiệu suất làm sạch có thể gần đạt tới 100% [1]. 4.2. Phương pháp đông tụ điện: Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra quá trình đông tụ do hiện tượng sinh điện và phóng điện của các hạt mang điện trên các điện cực, tạo thành trong dung dịch các chất có tác dụng phá vỡ các muối của solvat (clo, oxy) trên bề mặt hạt. Quá trình như vậy có thể sử dụng để làm sạch nước chứa hàm lượng các hạt keo không cao và độ bền vững thấp của các chất gây ô nhiễm. Để làm sạch các nước thải công nghiệp chứa các tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử dụng các anot hoà tan bằng nhôm và thép. Dưới tác dụng của dòng điện, xảy ra quá trình hoà tan của các kim loại, dẫn đến các cation sắt hoặc nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydroxyt của các kim loại ở dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra mãnh liệt. Ưu điểm của phương pháp đông tụ bằng điện là thiết bị gọn và điều khiển đơn giản, không sử dụng các tác nhân hoá học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến hành quá trình làm sạch, không có các chất độc. Tuy vậy phương pháp này cũng có nhược điểm là tiêu tốn kim loại, chi phí điện năng cao. Phương pháp đông tụ bằng điện được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, hoá chất, giấy và bột giấy [1]. 4.3. Phương pháp tuyển nổi bằng điện: Nguyên tắc của phương pháp tuyển nổi bằng điện là làm sạch nước thải bằng cách tách các hạt lơ lửng trong nước nhờ các bọt khí được tạo thành trong quá trình điện phân nước. Ở anot các bóng khí oxy và ở catot là hydro .Khi các bóng khí này nổi lên gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên mặt nước. Sử dụng các điện cực hoà tan trong quá trình điện phân sẽ tạo ra đồng thời việc tạo bóng khí và đông tụ, hiệu quả quá trình làm sạch sẽ tăng lên [1]. Phương pháp trao đổi ion: Phương pháp này được dùng để làm sạch nước nói chung, trong đó có nước thải, loại ra khỏi nước các ion kim loại nặng như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Mg, Cd…Cũng như các hợp chất chứa asen, phospho, xianra và các chất phóng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước cứng. Đồng thời nó cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được độ làm sạch cao [1]. Trao đổi ion là quá trình trong đó trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionít (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng hút ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit. Những chất này mang tính axit. Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cationit lẫn anionit thị gọi chúng là các ionit lưỡng tính. Quá trình trao đổi ion được xem như gồm các giai đoạn: + Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất lỏng tới bề mặt ngoài của lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion. + Khuyếch tán các ion qua lớp biên giới . + Chuyển ion đã qua biên giới phân chia pha vào hạt nhựa trao đổi + Khuyếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi ion. + Phản ứng hoá học trao đổi hai ion A và B. + Khuếch tán các ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân chia pha. + Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng. + Khuyếch tán các ion B qua màng. + Khuyếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng. Tốc độ quá trình trao đổi ion được quyết định bởi quá trình chậm nhất trong các giai đoạn trên. Đó là quá trình khuyếch tán trong màng chất lỏng hay khuyếch tán trong hạt trao đổi, còn quá trình phản ứng hoá học trao đổi ion xảy ra rất nhanh [1]. IV. Xử lý nước thải bằng các phương pháp hoá học Phương pháp hoá học là phương pháp xử dụng các hoá chất để xử lý nước bị ô nhiễm. Đây là phương pháp khá tốn kém về kinh tế, do đó nó chỉ áp dụng cho việc xử lý sơ bộ của giai đoạn đầu hay là cho việc xử lý lần cuối trước khi thải ra môi trường. Phương pháp trung hoà: Nước thải từ các nhà máy, các khu công nghiệp, các khu dân cư thường có những pH khác nhau. Lượng pH trong nước mất ổn định sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các loài thuỷ sinh sống trong nước, vì vậy trước khi được thải vào môi trường thì các nguồn nước phải được trung hoà đưa PH về vùng 6,6÷7,6. Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: + Trộn lẫn nước thải axít với nước thải kiềm. + Bổ xung các tác nhân hoá học. + Lọc nước chứa axít qua vật liệu có tác dụng trung hoà. + Hấp thụ khí axít bằng kiềm hoặc hấp phụ ammoniac bằng nước axít… Việc lựa chọn phương pháp trung hoà, các hoá chất được sử dụng phải tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các hoá chất đó [1,4,5]. Phương pháp oxi hoá: Để làm sạch nước thải, người ta có thể sử dụng các chất oxy hoá ở dạng khí và hoá lỏng như clo, nước javel, clorua vôi, pemanganat kali, ozon, dioxytelo… Trong quá trình oxi hoá, các chất độc hại có trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn hoá chất nên nó chỉ dùng trong những trường hợp các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách ra bằng phương pháp khác. VD: khử xyanua hay hợp chất hoà tan của asen. Phương pháp oxi hoá này không những dùng để tách các tạp chất mà nó còn được dùng để khử khuẩn. Dùng các hoá chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo…như các chất có tính oxi hoá là clo, nước javel, kali pemaganat…để làm sạch nước, để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn nước [5]. Phương pháp khử: Phương pháp này được ứng dụng trong các trường hợp nước thải chứa các chất dễ bị khử . Phương pháp khử được dùng rộng rãi để tách các hợp chất thuỷ ngân, crôm, asen…ra khỏi nước thải .Trong xử lý nước thải chứa hợp chất thuỷ ngân ở dạng vô cơ, người ta khử thành thuỷ ngân kim loại và tách ra khỏi nước bằng quá trình lắng, lọc, tuyển nổi. Còn các chất thuỷ ngân hữu cơ thì được oxi hoá để phá vỡ hợp chất trước, sau đó khử ion Hg thành Hg kim loại [5]. V. Xử lý nước thải bằng sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng (là vi khuẩn sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng tế bào, phát triển…) có trong nước thải. Quá trình hoạt động sống của chúng làm cho các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn bị khoáng hoá và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản. Cho đến nay, người ta đã xác định được rằng, các vi sinh vật có thể phân huỷ được tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo. Mức độ phân huỷ và thời gian phân huỷ phụ thuộc vào các yếu tố như: cấu tạo chất hữu cơ, nồng độ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của dòng nước thải… Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hoà tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do vậy trong xử lý sinh học người ta thường loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải trong thời gian xử lý sơ bộ. Các quá trình sinh học dùng trong xử lý nước thải đều có xuất xứ trong tự nhiên . Nhờ thực hiện các biện pháp tăng cường hoạt động của các vi sinh vật mà quá trình làm sạch các chất bẩn diễn ra nhanh hơn. Hiện nay trong thực tế, người ta tiến hành xử lý sinh học ở điều kiện tự nhiên hay nhân tạo là tuỳ vào kinh phí, yêu cầu công nghệ hoặc mức độ xử lý. Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau. Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau: + Phương pháp hiếu khí : là phương pháp sử dụng các vi sinh vật hiếu khí. Đó là vi sinh vật cần oxi để sống, oxi cung cấp cho quá trình oxi hoá các chất hữu cơ theo phản ứng. VD: chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + năng lượng Vi khuẩn hiếu khí + Phương pháp yếm khí ( kị khí): là phương pháp sử -dụng các vi sinh vật yếm khí. Đó là vi sinh vật có thể sống và hoạt động kị khí (không cần oxi của không khí), mà sử dụng oxi trong những hợp chất hoá học để oxi hoá các chất hữu cơ VD: chất hữu cơ + NO3- → CO2 + N2 + năng lượng chất hữu cơ + SO42- → CO2 + H2S + năng lượng Trong xử lý nước thải, các phương pháp hiếu khí được ứng dụng rộng rãi hơn vì thời gian xử lý nhanh và xử lý triệt để hơn. Với phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, chất lượng nước có thể tăng lên rất nhiều như giảm chất rắn lơ lửng, giảm độ dục của nước, giảm mùi, mầu của nước. Tuy vậy phương pháp này còn có những nhược điểm sau: không tiêu diệt được các vi sinh vật có hại trong nước, diện tích để thực hiện các quá trình xử lý phải lớn, và nói chung hiệu quả xử lý để tách các chất bẩn cũng không cao .Do đó phương pháp này chỉ sử dụng để xử lý các nguồn nước có các chất dễ phân huỷ, ít chứa các chất gây hại cho các vi sinh vật làm sạch nước…. [5]. PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ------------eYf------------ CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NƯỚC I. Phương pháp đo độ màu của nước 1. Cơ sở phương pháp: Màu của nước được biểu thị bằng độ coban và được xác định bằng phương pháp so màu.Màu của nước tỷ lệ với nồng độ chất tạo ra màu trong nước theo định luật Lambert_Beer Nội dung định luật như sau: Khi chiếu chùm ánh sáng đơn sắc qua dung dịch chất màu có bề dày là l(cm), nồng độ là C(mol/l) thì giá trị mật độ quang sẽ là: A= lg(I0/I) = ‏ع .l.C Trong đó: ‏ع: hệ số tắt phân tử. Io,I1: Cường độ ánh sáng tới và ánh sáng ló. l: bề dày cuvét. C: nồng độ dung dịch. Từ công thức trên ta thấy mật độ quang tỷ lệ với độ màu trong nước. 2. Dụng cụ và hoá chất: +Kali bicromat(K2Cr2O7). Coban sunfat(CoSO4.7H2O). H2SO4 đặc. Máy đo quang. Pipét, bình định mức. 3. Các bước tiến hành: 3.1. Chuẩn bị dung dịch: Chuẩn bị dung dịch Coban bicromat từ 2 dung dịch: +Dung dịch 1: 0,175 gam K2Cr2O7; 4 gam CoSO4.7H2O; 2 ml H2SO4 đặc được cho vào bình định mức 1000 ml và được định mức chính xác bằng nước cất. +Dung dịch 2: 2 ml H2SO4 đặc cho vào bình định mức 1000 ml. Tiến hành pha dung dịch màu chuẩn và ứng với mỗi lượng thể tích chất màu Coban bicromat ta có một giá trị về độ màu. Bảng 3: Bảng độ màu chuẩn. Mẫu V1 V2 Độ màu Mẫu V1 V2 Độ màu 0 0 100 0 9 45 55 450 1 5 95 50 10 55 45 550 2 10 90 100 11 60 40 600 3 15 85 150 12 65 35 650 4 20 80 200 13 70 30 700 5 25 75 250 14 75 25 750 6 30 70 300 15 80 20 800 7 35 65 350 16 85 15 850 8 40 60 400 17 100 0 1000 * Chú ý: dung dịch trống dùng để so sánh chính là mẫu số 0 3.2. Khảo sát tìm bước sóng cực đại ( λmax): Với mỗi giá trị bước sóng λ khác nhau chất hấp phụ khác nhau sẽ cho giá trị mật độ quang khác nhau. Tiến hành khảo sát sự hấp phụ ánh sáng của dung dịch chất màu theo λ ta xây dựng được đồ thị hấp phụ ánh sáng của dung dịch chất màu. Từ đó tìm ra được giá trị cực đại λmax mà tại đó đó dung dịch hấp phụ ánh sáng tốt nhất. Bảng4: Sự phụ thuộc mật độ quang vào bước sóng. λ (nm) 428 432 434 436 438 440 442 446 450 A 0.25 0.252 0.253 0.254 0.257 0.258 0.257 0.254 0.252 Từ bảng trên ta xây dựng đồ thị đồ thị biểu thị mối quan hệ mật độ quang và bước sóng: Hình 4: phổ hấp thụ ánh sáng của dung dịch chất màu. Vậy giá trị bước sóng mà tại đó giá trị mật độ quang đạt cực đại là λmax = 440 nm 3.3. Xây dựng đường chuẩn tại λ =440 nm: Tiến hành đo mật độ quang của dung dịch mẫu chuẩn tại bước sóng λ =440 nm trong điều kiện ngoài không đổi. Với mỗi lượng dung dịch màu chuẩn Coban bicromat khác nhau ta được các giá trị mật độ quang tương ứng như bảng sau. Bảng 5: Giá trị mật độ quang đo được từ dung dịch màu chuẩn Coban bicromat. Mẫu V1 V2 A Mẫu V1 V2 Â 0 0 100 0 9 45 55 0.119 1 5 95 0.01 10 55 45 0.138 2 10 90 0.019 11 60 40 0.154 3 15 85 0.04 12 65 35 0.164 4 20 80 0.05 13 70 30 0.173 5 25 75 0.055 14 75 25 0.192 6 30 70 0.068 15 80 20 0.202 7 35 65 0.082 16 85 15 0.219 8 40 60 0.095 17 100 0 0.257 Vậy từ bảng 1 và bảng 3 ta xây dựng được đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của mật độ quang vào độ màu. Hình 5: Đường chuẩn mật độ quang theo độ màu. Như vậy muốn biết độ màu của một dung dịch ta đo mật độ quang của mẫu nước đó và sau đó từ giá trị này dùng phương pháp nội suy theo đồ thị đường chuẩn ta sẽ biết được độ màu của dung dịch cần nghiên cứu. II, Phương pháp xác định chỉ số COD của nước Để xác định chỉ số COD của nước, người ta thường dùng phương pháp oxi hoá bằng Kali bicromat(K2Cr2O7). 1. Nguyên tắc: Dùng Kali bicromat là chất oxi hoá mạnh để oxi hoá các chất hữu cơ đặc biệt là các chất hữu cơ phức tạp (có liên kết đôi, liên kết ba), sau đó chuẩn độ lượng Kali bicromat dư bằng dung dịch muối Mohr. *Ảnh hưởng cản trở: để oxi hoá hoàn toàn khi trong nước có nhiều chất hữu cơ phức tạp, các hydrocacbua thơm, các pyrimidin khó bị oxi hoá, cần chất oxi hoá tham gia: Nếu cho xúc tác bạc sunfat (Ag2SO4) làm xúc tác thì 85%÷90% các chất trên được oxi hoá. Nếu trong nước có nhiều ion Cl- cần phải dùng thuỷ ngân sunfat (HgSO4) để tránh oxi hoá clorua. 2. Dụng cụ: + Burét, pipét, ống đong. + Bình nón, bình cầu, ống sinh hàn hồi lưu. + Bình đun. 3. Thuốc thử: Dung dịch Kali bicromat chuẩn bị như sau: sấy khô Kali bicromat ở 1050C trong 2 giờ liền. Cân chính xác 12,259g K2Cr2O7 hoà tan trong nước cất 2 lần rồi cho vào bình định mức dung tích 1000ml, thêm nước cất tới vạch định mức. Dung dịch sắt amôni sunfat 0,25N Fe(NH4)(SO4)2.6H2O(muối Mohr): hoà tan 98g muối Mohr đã được làm khô trong bình hút ẩm 1 ngày trong 20ml H2SO4 đặc, cho vào bình dung tích 1000ml, thêm nước cất tới vạch định mức. * Điều chỉnh dung dịch này dựa vào dung dịch Kali bicromat với chất chỉ thị feroin hoặc dyphenylamin: Dùng pipét lấy chính xác 10ml dung dịch muối Mohr 0,25N cho vào bình nón dung tích 250ml. Thêm 20ml axít H2SO4 đặc. Lắc đều rồi thêm 3_5 giọt chỉ thị feroin hoặc dyphenylamin.Từ burét, nhỏ từ từ dung dịch K2Cr2O7 0,25N xuống đến khi màu từ xanh đen chuyển sang xanh lơ. 4. Cách tiến hành: Cho vào 1 lượng mẫu vào bình cầu 500ml sao cho hàm lượng chất hữu cơ từ 100_500mg trong 1 lít. Nếu quá cao (khoảng 1000mg/l trở lên) lấy khoảng 10ml nước thải rồi pha loãng bằng nước cất tới 100ml. Thêm 0,4g HgSO4. Thêm 20ml dung dịch K2Cr2O7 0,25N. Thêm vào đó 1 lượng H2SO4 đặc (gấp 3 lần số ml K2Cr2O7 0,25N), cho từ từ lượng nhỏ axít,vừa lắc bình vừa làm lạnh dưới vòi nước. Rồi thêm vào đó chừng 2g bạc sunfat, cho mấy viên đá bọt vào bình. Lắp bình cầu vào ống sinh hàn hồi lưu đun sôi nhẹ và giữ bình ở nhiệt độ sôi trong 2 giờ, sau đó để nguội bình.Dùng 25ml để rửa thành ống sinh hàn. Chuyển dung dịch từ bình cầu sang bình nón.Tráng bình cầu bằng nước cất, chuyển tất cả nước tráng rửa vào bình nón, pha loãng hỗn hợp đến 200ml rồi dùng dung dịch chuẩn Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O với 3_4 giọt chỉ thị màu feroin hoặc dymetylamin để chuẩn độ lượng K2Cr2O7 dư cho đến khi màu dung dịch chuyển từ xanh đen chuyển sang xanh lơ. Làm song song 1 mẫu trắng với nước cất như đã làm với mẫu nước thải. 5. Cách tính kết quả: Nhu cầu oxy hoá học tính bằng mg/l theo: Trong đó: A: Thể tích dung dịch muối Mohr tiêu tốn cho chuẩn độ dung dịch trắng; ml. B: Thể tích dung dịch muối Mohr tiêu tốn cho chuẩn độ dung dịch mẫu; ml. N: Nồng độ đương lượng của dung dịch muối Mohr. 8000: khối lượng mol của oxy; mg/l. III. Phương pháp xác định hàm lượng Ni2+ 1. Nguyên tắc: Dựa trên cơ sở phản ứng đặc trưng của Niken với dimetyl glioxim tạo thành hợp chất phức màu đỏ nâu trong môi trường kiềm_Natri hydroxit (NaOH) khi có mặt của chất oxi hoá amôni pesunfat ((NH4)2S2O3). Đo cường độ màu của phức suy ra hàm lượng Niken có trong mẫu. 2. Hoá chất: Dung dịch Kali natri tatrat 20% pha trong nước. Dung dịch Amôni pesunfat 3% pha trong nước. Dung dịch dimetyl glioxim 1% pha trong xút 5%. Dung dịch NiSO4 với nồng độ 0,01mg/ml. 3. Phương pháp tiến hành: 3.1. Pha mẫu chuẩn Ni2+: - Hoà tan 4,4576g NíSO4.6H2O vào 1 lít nước cất có pha H2SO4 (pH=2÷3) ta được dung dịch A (1ml dung dịch ứng với 0,1mg Ni) -Lấy 10ml dung dịch Ni2+ 0,1mg/ml pha thành 100ml lắc đều ta có dung dịch với hàm lượng Ni bằng 0,01mg/l. 3.2. Khảo sát bước sóng cực đại λmax Bảng 6: Sự phụ thuộc mật độ quang vào bước sóng λ(nm) 440 450 460 470 480 490 500 510 520 A 0,063 0,068 0,071 0,072 0,073 0,072 0,070 0,065 0,063 Từ các giá trị của bảng ta xây dựng được đồ thị: Hình 6: Phổ hấp thụ ánh sáng của dung dịch chất màu Qua đồ thị ta thấy bước sóng mà tại đó giá trị mật độ quang đạt cực đại là λmax =480nm. 3.3. Xây dựng đồ thị chuẩn sự phụ thuộc giữa hàm lượng Niken và mật độ quang: Lấy chính xác những lượng dung dịch tiêu chuẩn Niken có hàm lượng T= 0,01(mg/ml) theo thứ tự: 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4 (ml). Thêm vào mỗi bình lần lượt: +10ml dung dịch Kali natri tatrat. +10ml dung dịch NaOH. +10ml dung dịch amôni pesunfat. +10ml dung dịch dimetyl glioxim. Sau mỗi lần cho thuốc thử lắc kỹ bình và để yên 2÷3 phút. Định mức bằng nước cất, lắc đều.Tiến hành đo mật độ quang tại bước sóng 480 nm. Ta được các giá trị cụ thể sau: Bảng 7: Giá trị mật độ quang đo được từ dung dịch màu chuẩn Ni2+. Mẫu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CNi2+ (mg/ml) 0 5.10-5 10.10-5 15.10-5 20.10-5 25.10-5 30.10-5 35.10-5 40.10-5 A 0 0,078 0,102 0,15 0,215 0,286 0,314 0,354 0,456 * Chú ý:Mẫu số 0 chính là mẫu trống dùng để so sánh. Từ bảng trên ta xây dựng được đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa mật độ quang với hàm lượng Ni2+. Hình 7: Đồ thị đường chuẩn mật độ quang_nồng độ Ni2+. IV.Phương pháp xác định hàm lượng Mn2+ 1. Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng oxi hoá Mn2+ thành MnO4- có màu tím bằng KIO4 trong môi trường axít H2SO4. Sau đó tiến hành đo mật độ quang và suy ra hàm lượng Mn2+ có trong mẫu. 2. Hoá chất và dụng cụ: MnSO4.H2O, nước cất. KIO4. H2SO4. Bình định mức 1000 ml. Bình định mức 100ml. Cốc đun 100 ml. Pipet. Máy đo quang. Bếp điện. 3.Phương pháp tiến hành: 3.1. Pha mẫu chuẩn Mn2+: - Cân 7,68gam MnSO4.H2O. Pha chúng thành 1lít dung dịch Mn2+ 2,5g/l (pha bằng nước cất có chứa H2SO4 với pH trong khoảng 2÷3) - Lấy 10ml dung dịch Mn2+ 2,5g/l pha thành 1 lít dung dịch Mn2+ 0,025g/l (=0,025g/ml). 3.2. Xây dựng đồ thị đường chuẩn biểu diễn sự liên hệ giữa mật độ quang và hàm lượng Mangan: Lấy lần lượt: 0; 1; 2,5; 5; 10; 20; 30; 40; 50ml dung dịch Mn2+ 0,025g/l vào cốc 100ml.Cho tiếp 30ml dung dịch H2SO4 (1:1) vào đun nóng.Sau đó cho 0,2g KIO4 vào đun đến khi màu tím xuất hiện. Để nguội,chuẩn vào bình định mức 100ml. Đem đo mật độ quang ở bước sóng 525nm. Ta có kết quả: Bảng 8: Giá trị mật độ quang đo được từ các dung dịch màu chuẩn Mn2+. Mẫu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CMn2+(g/l) 0 2,5.10-4 6,25.10-4 12,5.10-4 25.10-4 50.10-4 75.10-4 100.10-4 125.10-4 A 0 0,005 0,021 0,041 0,088 0,205 0,250 0,421 0,506 Tiến hành vẽ đồ thị ta được mối tương quan giữa nồng độ Mn2+ với mật độ quang Hình 8: Đồ thị đường chuẩn mật độ quang_nồng độ Mn2+. CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC VÀ KẾT QỦA ------------eYf------------ I. Phương pháp xử dụng khoáng Bentonit đã biến tính để hấp phụ hợp chất hữu cơ và xử lý màu 1. Thực hiện biến tính khoáng Bentonit: Bentonit là Alumilosilicat tự nhiên, mà thành phần chính là montmorillonit có công thức hoá học tổng quát: Al2O3.4SiO2.nH2O. Tính chất hấp phụ của Bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc xốp của chúng quy định. Với kích thước hạt nhỏ và do đặc điểm của cấu trúc tinh thể lớp nên Bentonit có bề mặt riêng lớn. Tuy nhiên ở trạng thái tự nhiên, tính hấp phụ không cao. Để nâng cao khả năng hấp phụ cần xử lý, chuyển hoá sao cho độ xốp, bề mặt riêng và hoạt tính bề mặt tăng lên. Quá trình xử lý biến tính Bentonit được tiến hành như sau: Bước 1: Khoáng Bentonit nguyên khai (đã được nghiền thành bột) lấy từ mỏ về, hoà khoáng vào nước, dùng đũa thuỷ tinh khuấy mạnh, để dung dịch huyền phù lắng 15 phút,dùng đũa thuỷ tinh gạn bỏ các tạp chất nổi, khuấy trộn dung dịch,sau đó để dung dịch lắng chừng 2÷5 phút để các sa khoáng, cát silic có khối lượng riêng lớn lắng xuống hết đáy bình, gạn dung dịch huyền phù sang bình khác. Rửa như vậy nhiều lần, cuối cùng đổ từ từ dung dịch huyền phù qua hệ thống 2 rây, rây phía trên có kích thước 0,25mm và rây phía dưới có kích thước lỗ là 0,08mm, và chúng ta thu được các hạt khoáng ướt có kích thước hạt d nằm trong khoảng 0,08÷0,25mm, sấy khô khoáng này trong thời gian 1 giờ tại nhiệt độ 100oC.Sau khi sấy ta nghiền khoáng. Bước 2: Bột khoáng đã sấy khô được ngâm axít HCl tỷ lệ 1:2 trong 24 giờ. Sau đó rửa sạch khoáng đã axít hoá bằng cách lọc gạn cho đến khi độ pH không đổi,lọc hút chân không,sấy ở 100oC trong 2 giờ,nghiền nhỏ, chúng ta thu được khoáng Bentonit đã biến tính axít, kí hiệu là Bt1(HCl) và được bảo quản trong bình hút ẩm. Bứớc 3: bột khoáng Bt1(HCl) được nung ở các nhiệt độ khác nhau 200, 300, 400, 500, 600 trong thời gian 2 giờ để tạo chất hấp phụ biến tính tương ứng với kí hiệu: Bt2(HCl), Bt3(HCl), Bt4HCl), Bt5(HCl), Bt6(HCl) và được bảo quản trong bình hút ẩm. 2. Xác định độ xốp và thể tích tổng cộng các lỗ xốp: Khi phân tích độ hấp phụ của các chất, ta xác định qua các thông số cấu trúc của khoáng: khối lượng riêng (biểu kiến, thực, xốp), tổng thể tích lỗ xốp, độ xốp hấp phụ, độ xốp kĩ thuật. Công thức tính: Khối lượng riêng biểu kiến: Khối lượng riêng thực: Tổng thể tích lỗ xốp: Độ xốp hấp phụ: Độ xốp kĩ thuật: Trong đó: m: Khối lượng mẫu(g). m1: Khối lượng bình định mức có mẫu và nước (g). m2:Khối lượng bình định mức trống (g). Vb: Thể tích bình định mức (ml). Vn: Thể tích dùng để chuẩn độ, (ml). ρn: Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ đang đo (g/ml). ∆: Khối lượng riêng xốp của vật liệu mẫu (g/ml). Thay số liệu vào công thức và tính toán kết quả ta được các giá trị như bảng sau: Bảng 9:Thông số của mẫu bột nguyên liệu. STT Đặc tính_tính chất Kết quả Đơn vị 1 Khối lượng riêng thực(dT) 1,855 g/ml 2 Khối lượng riêng biểu kiến(dBK) 0,968 g/ml 3 Tổng thể tích độ xốp(Vx) 1,033 ml/g 4 Độ xốp hấp phụ(P) 47,82 % 5 Độ xốp kĩ thuật(Q) 64,37 % 3. Mô hình xử lý nước thải bằng phương pháp cột lọc có nhồi khoáng Bentonit: Qua các khảo sát ta thấy với việc xử lý nước thải bằng cách cho qua cột lọc nhồi cát thì thấy các chỉ số như độ màu, COD, pH, độ dẫn điện hầu như không thay đổi. Còn nếu thay cát bằng khoáng thì tuy hiệu quả có cao nhưng lại mất một thời gian rất lâu vì khoáng có kích thước nhỏ nên khi cho vào cột lọc thì sẽ có trở lực rất lớn. Vì vậy trong đồ án này ở mức nghiên cứu cơ bản em xin trình bày cách xử lý nước thải bằng bột khoáng Bentonit đã biến tính như sau: Trộn bột khoáng Bentonit đã biến tính với cát được rửa sạch và sấy theo những tỉ lệ nhất định. Mục đích của việc trộn lẫn khoáng với cát là để làm giảm trở lực, giúp nước thải đi qua cột lọc một cách nhanh hơn. Sau đó nhồi hỗn hợp đó vào cột lọc . Cho nước thải với thể tích xác định đi qua cột lọc đó. Lấy nước thải đã xử lý rồi kiểm tra, phân tích các chỉ tiêu của nước. Hình 9: Sơ đồ cột lọc. 4. Ảnh hưởng của việc hoạt hoá khoáng bằng HCl tới việc hấp phụ của khoáng: Ở đây ta xét 2 mẫu khoáng Bentonit. 1 mẫu sau khi rửa sạch và để khô đã đem nung ở 100oC, còn 1 mẫu ta cũng đem nung ở nhiệt độ đấy sau khi đã hoạt hoá axít HCl (ngâm khoáng trong HCl tỉ lệ 1:2 trong vòng 24 giờ sau đó đem rửa sạch đến khi pH về trung tính). Để tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của 2 mẫu khoáng đã hoạt hoá và chưa hoạt hoá, ta tiến hành thí nghiệm ở cùng điều kiện: Cụ thể: + Cùng xử lý 1 loại nước thải. + Cùng trộn 1 lượng khoáng như nhau với 1 lượng cát cũng giống nhau rồi nhồi vào cột lọc. (Ở đây ta trộn bột khoáng với cát theo tỉ lệ 1:2, tổng thể tích là 10cm3). Xử lý với nước thải xả nhuộm phân tán sau khi keo tụ. Bảng 10: Ảnh hưởng của việc hoạt hoá Bt tới khả năng hấp phụ. Mẫu Độ màu (t) Độ màu (s) COD (t) COD(s) Bt100oC 338 85 190 108 Bt100oC(HCl) 338 151 190 136 . Qua bảng trên ta thấy khả năng hấp phụ màu và chất hữu cơ của khoáng đã hoạt hoá axít lớn hơn so với khoáng chưa hoạt hoá. Có được điều này là do dưới tác dụng của axít HCl một số tạp chất kim loại có trong thành phần khoáng bị tan hết làm cấu trúc tập hợp hạt bị thay đổi, tăng thể tích các lỗ xốp vì vậy mà khả năng hấp phụ cũng tăng lên. 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung khoáng tới độ hấp phụ: Khoáng sau khi hoạt hoá HCl được rửa sạch để đưa pH về trung tính và đem đi nung ở các nhiệt độ khác nhau. Ở đây ta nung ở các nhiệt độ 100, 200, 300, 400, 500,600oC. Sau đó trộn khoáng với cát như cách đã trình bày ở trên. Đối với các mẫu ta đều cho 1 lượng nước thải giống nhau đi qua cột lọc. Sau khi xử lý ta đem mẫu đi phân tích. Ở đây vì thời gian không cho phép em chỉ xác định độ màu của các mẫu trước và sau khi xử lý. Bảng 11: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới khả năng hấp phụ màu của Bentonit. Mẫu Độ màu trước Độ màu sau Bt100oC(HCl) 351 89 Bt200oC(HCl) 351 80 Bt300oC(HCl) 351 75 Bt400oC(HCl) 351 68 Bt500oC(HCl) 351 71 Bt600oC(HCl) 351 74 Qua số liệu của bảng, ta xây dựng đồ thị về mối quan hệ giữa nhiệt độ nung khoáng và độ hấp phụ màu của khoáng. Hình 10:Hiệu quả xử lý màu của các khoáng được nung ở các nhiệt độ khác nhau. Qua đồ thị ta thấy, độ hấp phụ màu của khoáng Bt400oC(HCl) là lớn nhất. Việc độ hấp phụ tăng dần từ 100oC đến 400oC rồi khả năng hấp phụ giảm dần từ 500oC đến 600oC được giải thích như sau: Bột khoáng Bentonit có nhiều lỗ mao quản nhưng do trong thành phần còn có chứa nhiều tạp chất hữu cơ hay xenlulozơ bám vào bề mặt thậm chí còn lấp cả mao quản của khoáng làm giảm độ hấp phụ của chúng. Các phương pháp xử lý cơ học và hoá học chưa thể làm mất hẳn lượng tạp chất này do đó khi nung ở các nhiệt độ khác nhau, dưới tác động của nhiệt làm cho các chất này bị than hoá dần. Đồng thời nhiệt độ còn có tác dụng làm thay đổi cấu trúc bề mặt của khoáng, làm tăng độ xốp, độ hấp phụ. Khi nung quá 400oC, có thể cấu trúc xốp của khoáng lại bị phá vỡ, các hợp chât cấu tạo nên khoáng bị phân huỷ thành hợp chất không có khả năng hấp phụ, gây cản trở cho quá trình hấp phụ, làm giảm khả năng hấp phụ. 6. Khảo sát lượng khoáng Bt tới khả năng hấp phụ: Cách làm: trộn bột khoáng đã hoạt hoá (ở đây ta chỉ làm với mẫu khoáng hoạt hoá HCl và nung ở 400oC) với cát theo tỉ lệ đã được xác định trước. Tổng thể tích của hỗn hợp cát và khoáng là 10cm3. Ta sẽ xét thêm khả năng hấp phụ của khoáng có bị giảm đi sau nhiều lần lọc hay không. Lần 1: Bảng 12: ảnh hưởng của tỉ lệ khoáng đến khả năng hấp phụ sau lần lọc thứ nhất. Tỉ lệ %Bt 10 20 30 40 50 60 Độ màu (t) 331 331 331 331 331 331 Độ màu (s) 121 118 95 78 61 58 Lần 2: Bảng 13: ảnh hưởng của tỉ lệ khoáng đến khả năng hấp phụ sau lần lọc thứ 2. Tỉ lệ %Bt 10 20 30 40 50 60 Độ màu (t) 331 331 331 331 331 331 Độ màu (s) 147 145 128 95 65 61 Lần 3: Bảng 14: ảnh hưởng của tỉ lệ khoáng đến khả năng hấp phụ sau lần lọc thứ 3. Tỉ lệ %Bt 10 20 30 40 50 60 Độ màu (t) 331 331 331 331 331 331 Độ màu (s) 181 178 141 135 98 78 Qua 3 bảng trên ta có thể xây dựng được đồ thị mô tả khả năng xử lý màu phụ thuộc theo tỉ lệ trộn khoáng và số lần lọc Hình 11: ảnh hưởng của tỉ lệ khoáng và số lần lọc đến khả năng hấp phụ. Qua các bảng số liệu và qua đồ thị ta thấy tỷ lệ khoáng càng lớn thì khả năng xử lý nước càng cao. Điều này là do khi lượng khoáng lớn thì tổng bề mặt hấp phụ sẽ tăng thêm, đồng thời sẽ làm giảm kích thước của các lỗ mao quan trong cột lọc. Vì vậy mà một số chất rắn lơ lửng trong nước thải sẽ bị giữ lại, làm tăng thêm hiệu quả xử lý. Bên cạnh đó sau mỗi lần lọc hiệu quả xử lý lại giảm đi vì khả năng hấp phụ của khoáng sẽ tiến dần tới trạng thái bão hoà, do đó trong thực tế cần có biện pháp tái sinh, trả lại khả năng hấp phụ cho khoáng. II. Phương pháp đông tụ và keo tụ sử dụng phèn sắt Phương pháp đông tụ và keo tụ là một trong những phương pháp hoá lý được xử dụng để xử lý nước thải có hiệu quả cao. Phương pháp đông tụ và keo tụ thường được sử dụng để xử lý các hạt rắn ở dạng lơ lửng, một phần chất hữư cơ hoà tan, một số chất độc, màu trong nước thải. Nước thải là hệ dung dịch bao gồm nhiều thành phần khác nhau. Trong nước thải chứa các tạp chất dạng hoà tan, dạng tập hợp keo và phân tán thô như các tạp chất hữu cơ, vô cơ và các ion kim loại. Vì vậy khảo sát quá trình keo tụ của hệ phân tán trong dung dịch là việc hết sức phức tạp. 1. Dụng cụ và hoá chất: - Chất đông tụ FeSO4.7H2O, FeCl3. - Chất điều chỉnh pH: NaOH, HCl… - Cốc thuỷ tinh. - Máy đo pH. - Máy khuấy từ. - Máy đo độ dẫn điện. - Giấy lọc và phễu thuỷ tinh. * Nước thải: Nước thải sử dụng để nghiên cứu là nước thải xả nhuộm phân tán và xả nhuộm hoạt tính, loại màu xanh và nâu đậm, được lấy tại phân xưởng nhuộm 2. Cách tiến hành thí nghiệm: Sau khi cho chất keo tụ vào nước thải với liều lượng cần khảo sát, ta khuấy trộn mạnh dung dịch trong một khoảng thời gian nhất định để phân tán đều hoá chất tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo keo, sau đó giảm vận tốc cánh khuấy, khuấy trộn nhẹ cũng trong một khoảng thời gian xác định (ở giai đoạn này ta có thể cho thêm chất trợ keo tụ nếu cần). Mục đích của việc khuấy nhẹ để các hạt keo có thể liên kết tạo thành các bông keo lớn và tạo điều kiện cho việc hấp phụ các chất nhiễm bẩn. Tiếp theo ta tắt máy khuấy để cho lắng tự nhiên rồi lọc bỏ bông keo. Lấy phần dung dịch lọc được rồi kiểm ra chất lượng về độ màu, hàm lượng COD, độ dẫn điện, pH. Chúng ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của thời gian đông tụ, lượng chất đông tụ, môi trường pH đến khả năng keo tụ của hai loại phèn là FeSO4.7H2O và FeCl3. 3. Phèn sắt FeSO4.7H2O: 3.1. Khảo sát khoảng pH tối ưu của của phèn sắt(II) FeSO4.7H2O: Giá trị pH của môi trường có liên quan trực tiếp đến quá trình thuỷ phân của các ion chất đông tụ để tạo thành và phát triển hạt keo, tức nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành cũng như độ bền của hệ keo. Vì vậy việc khảo sát pH là hết sức quan trọng đối với quá trình đông tụ và keo tụ. Thông số của nước thải trước khi xử lý: Nước thải có độ màu là: 615 oCoban (sau khi đã pha loãng 4 lần) Nước thải có pH ban đầu là: 10,2. Nước thải có độ dẫn điện là: 2,8 (mS/cm). Nước thải có chỉ số COD = 282 (mgO2/l). Tất cả các thí nghiệm đều làm cùng 1 điều kiện như: + Cùng xử lý 400ml nước thải có thông số như trên. + Thời gian phản ứng (thời gian khuấy mạnh) tpư = 1 phút. + Thời gian tạo bông (thời gian khuấy nhẹ) tb = 2 phút. + Lọc qua giấy lọc rồi tiến hành đo các thông số. Ta sẽ cố định lượng phèn cho vào a = 0,4(g/l), sau đó ta sẽ đi tìm xem khoảng pH nào mà tại đó việc xử lý bằng phèn có hiệu quả nhất. B ảng 15: ảnh hưởng của pH đến khả năng keo tụ Mẫu 1 2 3 4 5 6 Độ màu (t) 615 615 615 615 615 615 Lưọng phèn(g/l) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 pH(đc) 9 9,5 10 10,5 11 11,5 Độ màu (s) 282 245 190 148 183 254 Qua bảng số liệu trên ta xây dựng được đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của pH đến khả năng đến khả năng keo tụ của phèn sắt (II). Hình 12: sự ảnh hưởng của pH đến khả năng keo tụ. Nhận xét: Qua bảng số liệu và đồ thị ta có thể nhận thấy tại pH khoảng từ 10 đến 11, với các điều kiện như trên thì khả năng hấp phụ của phèn sắt(II) là tốt nhất. Giải thích: Phèn sắt (II) khi cho vào nước phân lí thành: Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+ Tại khoảng pH tối ưu từ 10 đến 11 thì phản ứng oxi hoá: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 xảy ra dễ dàng và thuận lợi nhất.Tinh thể Fe(OH)3 vừa tạo thành sẽ hấp phụ các ion để hình thành các hạt keo: [mFe(OH)3.2nFe3+.3(n-x)SO42-]+ 3xSO42- Các hạt keo này sẽ kết tụ các các chất bẩn như tạp chất hữu cơ, các hợp chất cao phân tử lên trên bề mặt, tạo cầu nối giữa các hạt, hình thành mạng lưới không gian gọi là các bông keo. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ lôi cuốn theo các hạt cặn lơ lửng trong dung dịch nhiễm bẩn. Nếu pH nhỏ hơn khoảng tối ưu trên thì kết tủa Fe(OH)3 tạo ra rất ít hoặc không có. Do đó hiệu quả của quá trình keo tụ bị giảm đi. Còn nếu pH lớn hơn so với khoảng tối ưu thì sẽ dẫn đến phản ứng sau: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ Do tạo Fe(OH)3 quá nhanh dẫn đến hình thành kết tủa cục bộ có kích thước lớn, không thích hợp cho quá trình tạo keo. Các kết tủa này lắng nhanh làm giảm việc hấp phụ các chất bẩn, vì vậy mà hiệu quả xử lý nước thải kém đi. 3.2. Khảo sát lượng phèn tối ưu tại khoảng pH tốt nhất: Ta vẫn xét thí nghiệm với mẫu nước thải có các thông số như trên.Chúng ta tiến hành đông tụ với các lượng phèn khác nhau tại khoảng pH từ 10÷11. Nước sau khi đông tụ đem đi phân tích độ màu. Bảng16:ảnh hưởng của lượng phèn tới khả năng keo t ụ. Mẫu 1 2 3 4 5 6 Độ màu (t) 615 615 615 615 615 615 pH 10÷11 10÷11 10÷11 10÷11 10÷11 10÷11 Lượng phèn(g/l) 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 Độ màu (s) 261 196 152 159 169 202 Qua bảng số liệu trên ta sẽ xây dựng đồ thị Hình 13: ảnh hưởng của lượng phèn tới hiệu quả keo tụ Nhận xét: Qua bảng số liệu thực nghiệm và đồ thị ta có thể thấy với lượng chất keo tụ trong khoảng 400÷500 mg là tối ưu nhất. Nước thải sau xử lý có thông số: Độ màu Coban: 152. Chỉ số COD : 84 (mgO2/l). Giải thích: Mục đích của việc cho lượng chất keo tụ vào là làm cho quá trình keo tụ có thể xảy ra, hiệu quả quá trình keo tụ phụ thuộc vào khả năng va chạm của các hạt (bao gồm cả hạt keo và cặn bẩn) dẫn đến sự gắn kết giữa các hạt lại với nhau. Muốn cho các hạt dễ dàng liên kết với nhau thì hệ keo phải có nồng độ đủ lớn. Chính vì vậy, nếu lượng chất keo tụ cho vào quá ít (nhỏ hơn lượng tối ưu) thì : Tuy có thể thuận lợi cho quá trình tạo keo nhưng nồng độ tổng cộng của các hạt không đủ để chúng có thể tập hợp lại với nhau thành bông keo.Do đó hiệu quả keo tụ giảm đi. Nếu lượng chất keo tụ cho vào quá nhiều (lớn hơn lượng tối ưu) thì quá trình tạo keo hầu như không xảy ra mà lại tạo lượng kết tủa lớn. Chúng lắng nhanh không thích hợp cho hiệu quả xử lý nước nhiễm bẩn. Còn nếu lượng chất keo tụ nằm trong khoảng tối ưu, lúc này quá trình tạo keo dễ dàng đồng thời nồng độ các hạt đủ lớn để chúng có thể kết tụ với các chất bẩn để tạo thành các bông keo. 4. Phèn sắt FeCl3: 4.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH tới quá trình keo tụ: Thông số của nước thải trước khi xử lý: + độ màu : 548 oCoban. + pH : 8,5. + độ dẫn điện: 1,341 mS/cm. + chỉ số COD : 210 mgO2 /l. Điều kiện tiến hành: + Cho một lượng FeCl3 có m=40mg vào cốc đựng 80 ml nước thải. + Cố định : thời gian khuấy mãnh liệt là 1 phút. thời gian khuấy nhẹ để tạo bông là 2 phút. Khảo sát khoảng pH thích hợp nhất cho quá trình keo tụ. Bảng 17: ảnh hưởng của pH tới quá trình keo tụ đối với FeCl3. Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 Đ.màu(t) 548 548 548 548 548 548 548 548 Đ.dẫn(t) 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 a(g/l) 500 500 500 500 500 500 500 500 pH(đc) 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 Đ.dẫn(s) 2.382 2.002 1.675 1.689 1.695 1.803 1.926 2.002 Đ.màu(s) 281 168 128 84 68 78 88 102 KT bông Nhỏ T.bình Khá lớn Lớn Lớn lớn lớn lớn Qua bảng trên ta xây dựng đồ thị mô tả sự phụ thuộc của quá trình keo tụ vào pH. Hình 14: ảnh hưởng của pH tới khả năng keo tụ. Qua đồ thị ta thấy khả năng keo tụ của phèn tốt nhất tại khoảng pH=5÷7. Điều này được giải thích như sau.Tại khoảng pH đó khi cho FeCl3 vào nước, Fe3+ sẽ bị thuỷ phân theo các phản ứng: Quá trình thuỷ phân tạo thành các monomer: Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe(OH)3 .Các monome này có thể tạo các polime mạch dài qua phản ứng trùng ngưng. Trong quá trình thuỷ phân, các tinh thể vừa mới tạo thành hấp phụ các phân tử tạp chất hữu cơ hoặc các hợp chất cao phân tử lên trên bề mặt, tạo ra các cầu nối giữa các hạt, hình thành mạng lưới không gian gọi là các bông keo. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ kéo theo các tạp chất lơ lửng trong dung dịch nước nhiễm bẩn. Bên cạnh đó, các tinh thể Fe(OH)3 được hình thành sẽ hấp phụ các ion để tạo thành các hạt keo [mFe(OH)3.nFe3+(3n-x)Cl-]+3xCl-. Các hạt keo mang điện tích dương này sẽ hấp phụ, hút các hạt keo, các ion mang điện tích trái dấu lên bề mặt của nó dẫn đến quá trình keo tụ. Nếu pH nhỏ thì nồng độ [H+] có mặt trong nước lớn. Và theo phản ứng thuỷ phân ở trên ta thấy khi nồng độ [H+] lớn thì khả năng tạo thành các monomer mang điện tích dương và Fe(OH)3 thấp dẫn đến việc hấp phụ, lôi cuốn các chất gây màu, chất hữu cơ có mặt trong nước không cao. Còn nếu pH cao, do việc tạo Fe(OH)3 quá nhanh dẫn đến việc tạo thành các kết tủa cục bộ có kích thước hạt lớn không thích hợp cho quá trình tạo keo.Vì vậy hiệu quả xử lý giảm. 4.2. Khảo sát lượng phèn tới quá trình keo tụ: Tiến hành thí nghiệm như trên với khoảng pH từ 5÷6. Khảo sát với các lượng phèn khác nhau. Bảng 18: ảnh hưởng của lượng phèn tới quá trình keo tụ. Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 Đ.màu(t) 548 548 548 548 548 548 548 548 Đ.dẫn(t) 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 1.341 V.Fecl3 600 550 500 450 400 350 300 250 pH(đc) 5÷6 5÷6 5÷6 5÷6 5÷6 5÷6 5÷6 5÷6 Đ.dẫn(s) 1.81 1.802 1.756 1.745 1.722 1.692 1.680 1.598 Đ.màu(s) 77 68 61 77 81 91 101 108 KT bông Lớn Lớn Lớn Khá lón T.bình T.bình nhỏ nhỏ Sau đây ta sẽ xây dựng đồ thị miêu tả sự phụ thuộc đó. 1 Hình 15: ảnh hưởng của lượng phèn tới hiệu quả quá trình keo tụ. Qua bảng số liệu và đồ thị, có thể thấy rằng với lượng phèn tối ưu sử dụng cho việc xử lý nước thải loại này là 400÷500 (mg/l). Việc giải thích cũng giống như phần sắt (II) đã được nêu ở trên. Thông số của nước thải sau xử lý: + pH :5,7. + Độ màu(oCo) : 60. + Độ dẫn điện :1.8 mS/cm. + Chỉ số COD : 60 mgO2/l. III. Phương pháp sử dụng than hoạt tính hấp phụ Mn2+ 1. Than hoạt tính: Than hoạt tính được chế tạo bằng các nguyên liệu ban đầu có chứa thành phần cacbon: than, xenlulozơ, gỗ, sọ dừa, tre. Tuy có thể xuất phát từ các nguyên liệu khác nhau nhưng khi chế tạo người ta có thể qui về hai phương pháp chính trong giai đoạn hoạt hoá và giai đoạn phát triển độ xốp của than. Đó chính là hoạt hoá hoá học và hoạt hoá vật lý. Thông thường than hoạt tính được sản xuất theo phương pháp hoạt hoá hoá học bằng cách trộn hay tẩm nguyên liệu với các hoá chất và đốt yếm khí từ 500÷900oC. Các hoá chất vô cơ khi đốt sẽ phân huỷ ra các khí có tính oxy hoá hoặc phân huỷ các phân tử chất hữu cơ qua các phản ứng dehydrate hoá. Phương pháp hoạt hoá vật lý thường tiến hành theo hai giai đoạn: than hoá và hoạt hoá. Giai đoạn than hoá là giai đoạn đốt yếm khí tại 400÷500oC nhằm loại bỏ các thành phần bay hơi trong nguyên liệu, đưa nguyên liệu trở về dạng cacbon. Bước hoạt hoá là phát triển độ xốp của nguyên liệu thông qua phản ứng oxy hoá ở nhiệt độ cao( 800÷11000C). Trong quá trình oxy hoá, một số nguyên tử cacbon bị đốt cháy thành khí (CO, CO2), khí này bay đi để lại lỗ trống, đó chính là cơ chế tạo nên độ xốp. Than hoạt tính có thể được phân chia theo dạng hạt hay dạng bột. Tuỳ thuộc vào các yếu tố như điều kiện, công nghệ … mà người ta có thể sử dụng loại nào cho phù hợp. 2. Biến tính than hoạt tính. Trong thực tế khi hấp phụ kim loại nặng, người ta thường sử dụng một số loại than hoạt tính có tính đặc thù riêng. Phần lớn những than đó đều được biến tính bề mặt để tăng cường thêm các nhóm chức qua phản ứng hoá học hoặc tẩm một số xúc tác.Trong đồ án này em xin trình bày cách biến tính than hoạt tính bằng axit HNO3 để hấp phụ Mn2+. + Bước 1: than sọ dừa đã được hoạt hoá và xử lý bề mặt được nghiền nhỏ, sau đó đổ qua hệ thông 2 rây: rây phía trên có kích thước lớn và rây phía dưới có kích thước nhỏ hơn, như vậy ta có kích thước hạt than nằm trong khoảng kích thước lỗ của 2 rây đó. + Bước 2: rửa than nhiều lần bằng nước. Sau đó để khô nung ở 100oC trong vòng 5 giờ ta thu được than Ht1(H2O). Bảo quản trong bình hút ẩm. + Bước 3: cân 5g than Ht1(H2O) cho vào bình chứa sẵn 100ml dung dịch HNO3 40%, sau đó đun hồi lưu trong 20, 30, 40, 50, 60, 70 phút. Rửa sạch than cho đến khi pH>5, sau đó để khô và nung ở 100oC trong vòng 5 giờ. Ta thu được các loại than hoạt tính Ht2, Ht3, Ht4, Ht5, Ht6, Ht7. Bảo quản trong bình hút ẩm. 3. Cách tiến hành: - Cân 1 lượng than xác định vào bình nón. - Cho vào bình nón 100ml mẫu nước chứa hàm lượng Mangan xác cần nghiên cứu. - Dùng máy lắc để khuấy trộn trong một khoảng thời gian cố định. - Sau đó lấy mẫu nước sau khi đã hấp phụ đi đo hàm lượng Mangan và độ màu. * Tính toán độ hấp phụ của than theo công thức: Trong đó : Co: hàm l ượng các chất trước hấp phụ (mg/l). C: hàm l ượng các chất sau hấp phụ (mg/l). V: thể tích mẫu đem hấp phụ (ml). m: khối lượng chất hấp phụ (g). 4. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hàm lượng Mn2+: - Lần lượt cân 0,5g than đã hoạt hoá axít HNO3 40%(đun 60 phút) cho vào bình tam giác 250ml, sau đó cho 100ml dung dịch Mn2+ 50.10-5 g/l. - Khuấy với thời gian lần lượt là 20, 30, 40, 50, 60 phút. Sau đó lọc lấy 10ml đem khảo sát. Ở đây ta sẽ xét thêm sự ảnh hưởng của kích thước hạt than tới khả năng hấp phụ.Các kích thước loại than đó là : +Loại 1: 0,125÷0,25mm. +Loại 2: 0,25÷0,315mm. +Loại 3: than to. Bảng 19: ảnh hưởng của thời gian và kích thước hạt đến khả năng hấp phụ của than. T.gian(phút) 20 30 40 50 60 CoMn2+.10-4g/l 50 50 50 50 50 C1Mn2+.10-4g/l 4.34 4.12 3.91 3.90 3.90 C2Mn2+.10-4g/l 4.84 4.65 4.32 4.31 4.30 C3Mn2+.10-4g/l 8.01 7.81 7.4 7.38 7.37 Hình 16: ảnh hưởng của thởi gian lắc và kích thước hạt tới khả năng hấp phụ của than đã hoạt hoá. Qua đồ thị ta thấy, hàm lượng Mn2+ giảm dần theo thời gian hấp phụ. Sau khoảng thời gian 30÷40 phút độ hấp phụ Mn2+ gần như không thay đổi nữa. Nghĩa là quá trình hấp phụ đã đạt tới trạng thái cân bằng. Khi độ hấp phụ đạt đến cân bằng thì hàm lượng Mn2+ còn trong mẫu nước là khá ít. Bên cạnh đó khả năng hấp phụ của than cũng phụ thuộc vào kích thước của hạt. Ta thấy hạt càng nhỏ thì khả năng hấp phụ càng lớn. Điều này là do than có kích thước hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt riêng càng lớn, đồng nghĩa với bề mặt hoạt hoá tăng lên. Chính vì vậy mà khả năng hấp phụ cũng tăng lên. Tuy vậy trong thực tế tuỳ vào điều kiện công nghệ, mức độ xử lý mà người ta sử dụng các loại than hạt có kích cỡ khác nhau, vì tuy than to có hiệu quả thấp hơn nhưng lại dễ tái sinh hơn là than nhỏ, do đó kinh phí dùng để tái sinh đối với sẽ thấp hơn là đối với than nhỏ. 5. Ảnh hưởng của hàm lượng Mn2+ tới độ hấp phụ: Lấy lần lượt 100 ml dung dịch Mn2+ có các hàm lượng : 1.25 : 2.5 : 5 : 7.5 : 10 (mg/l). lắc với 0.5 (g) than đã xử lý HNO3 40% (đun 60 phút) trong thời gian 40 phút. Sau đó lọc lấy 10 ml dung dịch đem đi phân tích. Ở đây ta sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Mn2+ tới độ hấp phụ của hai loại than: + Loại 1: than nhỏ có kích thước 0,125 ÷ 0,25 mm. + Loại 2: than to. Bảng 20: hàm lượng của Mn2+ trước và sau hấp phụ đối với than to. Mẫu CMn2+(t) (mg/l) CMn2+(s) (mg/l) a (mg/g) lnCMn2+(s) ln(a) 1 1.25 0.34 0.018 -1.078 -4.006 2 2.5 0.49 0.040 -0.713 -3.213 3 5 0.79 0.084 -0.235 -2.474 4 7.5 1.02 0.1479 0.019 -1.910 5 10 1.32 0.173 0.277 -1.751 Bảng 21: hàm lượng của Mn2+ trước và sau hấp phụ đối với than nhỏ. Mẫu CMn2+(t) (mg/l) CMn2+(s) (mg/l) a (mg/g) lnCMn2+(s) ln(a) 1 1.25 0.07 0.0236 -2.659 -3.746 2 2.5 0.26 0.0448 -1.347 -3.105 3 5 0.395 0.0921 -0.928 -2.384 4 7.5 0.58 0.1384 -0.544 -1.977 5 10 0.74 0.1852 -0.301 -1.686 Từ các bảng số liệu trên ta xây dựng đồ thị quan hệ hàm lượng Mn2+ và độ hấp phụ của các loại than như sau: Giả sử quy luật hấp phụ của than trong nước tuân theo định luật Freundlick: a = K.Cn. Trong đó : a là độ hấp phụ (mg/l). C là hàm lượng chất bị hấp phụ (mg/l). Khi ta loga cả hai vế của phương trình trên: lna = n.lnC + lnK Ta có sự phụ thuộc lna = f(lnC) là một đường thẳng. Từ các số liệu thu được ở trên, ta tiến hành vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lna = f(lnC) theo hình 17. Hình 17: đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lna = f(lnC). Từ đồ thị chúng ta thấy rằng đường biểu diễn lna = f(lnC) có dạng đường thẳng: + Đối vớí than to: lna = 0,877.lnC – 1,5652. + Đối với than nhỏ: lna = 1,69.lnC – 2.083. Từ đó ta tính được: n1 = 0.877 và K1 = 0.21 n2 = 1.69 và K2 = 0.124 Như vậy sự phụ thuộc a = f(C) có dạng phương trình Freundlick sau: + Đối vớí than to: a1= 0.21.C0.877 + Đối với than nhỏ: a2 = 0.124.C1.69 KẾT LUẬN ------------eYf------------ Đã nghiên cứu chuyển hoá khoáng Bentonit thành chất hấp phụ và rút ra kết luận khoáng Bentonit được chuyển hoá ở điều kiện thích hợp có thể dùng làm chất hấp phụ tốt để tách các tạp chất ra khỏi nước nhiễm bẩn. Ở mức nghiên cứu cơ bản đã tìm ra tỉ lệ thích hợp giữa khoáng với cát để nhồi vào cột lọc. Đã nghiên cứu tác dụng keo tụ của phèn sắt: FeSO4.7H2O và FeCl3 đối với các tạp chất trong dung dịch nhiễm bẩn. Đồng thời tìm ra được điều kiện thích hợp về lượng chất keo tụ, pH của môi trường để quá trình keo tụ xảy ra tốt nhất. Các mẫu nước sau khi xử lý đều đạt tiêu chuẩn về chỉ tiêu nước sạch của Việt Nam. Đây là phương pháp có ý nghĩa thực tiễn rất lớn trong việc làm sạch nước thải với hiệu quả xử lý cao. Đã giải thích được cơ chế keo tụ của phèn sắt (II), (III) là do hình thành Fe(OH)3 và tinh thể này hấp phụ các ion để tạo thành các hạt keo. Các hạt keo này sẽ kết tụ các chất bẩn để tạo thành các bông keo. Đã nghiên cứu hoạt hoá, biến tính bề mặt than hoạt tính và kết quả cho thấy sau khi hoạt hoá, than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt các ion Mn2+, Ni2+ trong nước. Cơ chế hấp phụ là trao đổi ion. Khảo sát được trong khoảng hàm lượng Mn2+ không lớn lắm, sự phụ thuộc của độ hấp phụ theo hàm lượng tuân theo định luật Freundlick. TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------eYf------------ Trần Văn Nhân_Ngô Thị Nga. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2002. Trần Văn Niêm. Bài giảng hoá lý các hiện tượng bề mặt. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Trần Văn Niêm. Tính chất hấp phụ và khả năng là sạch nước thải của Diatomit. Tạp chí khoa học và công nghệ số 11. Nguyễn Thị Thu Thuỷ. Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp.NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2000. Lương Đức Phẩm. Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học.NXB giáo dục. Lê Văn Cát. Hấp phụ và trao đổi ion trong xử lý nước thải. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2002. Lê Văn Cát. Cơ sở hoá học và kỹ thuật xử lý nước. NXB thanh niên Hà Nội 1999. Trần Hiếu Nhuệ. Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2001. Nguyễn Văn Bảo. Hoá nước. NXB xây dựng Hà Nội 2002. Tô thị chuyên. Luận văn thạc sĩ khoa học. Nghiên cứu áp dụng phương pháp hấp phụ và điện keo tụ để xử lý nước bẩn. NXB Bách Khoa Hà Nội 2005 Nguyễn Ngọc Dung. Xử lý nước cấp.NXB xây dựng Hà Nội 2003. Hoàng Hữu. Xử lý nước thải. NXB xây dựng Hà Nội 1996. Phạm Ngọc Đăng. Quản lý môi trường đô thị và khu công nghiệp. NXB xây dựng 2000. Ngô Quốc bưu. Khả năng sản xuất bột trợ lọc từ Diatomit Phú Yên. Nguyễn Ngọc Khang.Nghiên cứu ứng dụng khả năng hấp phụ của một số khoáng tự nhiên vào việc xử lý nước nhiễm dầu. Văn Đình Đệ_Hoàng Trần Hưng_Văn Đình Sơn Thọ. Tạp chí khoa học và công nghệ đại học bách khoa Hà Nội. Tập 1.1996-2000. Nguyễn Xuân Nguyên_Trần Đức Hạ. Chất lượng nước sông hồ và bảo vệ môi trường nước. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2004. Nguyến Hữu Phú_Phạm Ngọc Thanh_Đinh Văn Hoan. Giáo Trình hoá lý và hoá keo. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 1997. Trần Mạnh Tiến. Thảm hoạ công nghiệp ở Việt Nam. Quyển 1. Đại học Bách Khoa Hà Nội 2001. Đặng Kim Chi. Hoá học môi trường. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2001. Trần Thanh Giám_Lê Huy Cử. Khoáng vật học và thạch học. Trường đại học Xây Dựng Hà Nội. NXB xây dựng Hà Nội. Trung tâm đào tạo nghành nước và môi trường 1999. Sổ tay xử lý nước. NXB xây dựng Hà Nội. Hội thảo quốc gia về nghiên cứu bảo vệ môi trường và phát triển bền vững 1996. Dự thảo kế hoạch hành động môi trường quốc gia Việt Nam 1995. Bộ khoa học công nghệ và môi trường. Cục môi trường 1999. Tuyển tập báo cáo khoa học tại hội nghị toàn quốc năm 1998. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội. ------------eYf------------