Bài giảng Thực hành xử lý nước (Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm TP. HCM)

ducndd@hufi.edu.vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG BÀI GIẢNG MÔN HỌC THỰC HÀNH XỬ LÝ NƯỚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 10/2022 ducndd@hufi.edu.vn DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY BÀI 1+2 XỬ LÝ NƯỚC MẶT BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG 1.1 Ý NGHĨA VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG Khi cần xử lý cặn lơ lững mịn lắng được, người ta dùng phương pháp keo tụ tạo bơng Hiệu q trình keo tụ tạo bị ảnh hưởng yếu tố: pH, lượng chất keo tụ, nhiệt độ, cường độ xáo trộn, tạp chất nước Nhiệt độ khó thay đổi điều kiện thực tế nhiệt độ bình thường khơng ảnh hưởng nhiều đến q trình keo tụ nên khơng cần thiết quan tâm Cường độ xáo trộn quan trọng yếu tố không thay đổi với loại nước khác nghiên cứu cường độ xáo trộn tối ưu Do yếu tố không cần quan tâm Tạp chất nước: loại nước cấp yếu tố khơng đáng quan tâm khơng ảnh hưởng đến q trình tạo bơng Yếu tố lượng chất keo tụ: loại nước thải khác có chất lượng khác phải dùng lượng chất keo tụ khác đương nhiên lượng chất keo tụ thay đổi kèm theo pH thay đổi pH thay đổi vượt ngồi khoảng pH tối ưu chất keo tụ nên ảnh hưởng lớn đến hiệu keo tụ Do yếu tố quan tâm trình keo tụ tạo pH lượng chất keo tụ Muốn sử dụng phương pháp keo tụ tạo để xử lý nước trước hết phải xác định lượng chất keo tụ pH tối ưu Vậy mục tiêu thí nghiệm là: - Xác định pH tối ưu cho q trình keo tụ tạo bơng Xác định lượng phèn tối ưu cho trình keo tụ tạo So sánh hiệu keo tụ loại chất keo tụ phèn sắt phèn nhôm - Tính tốn lượng chất keo tụ cho trường hợp cụ thể 1.2 NGUN TẮC THÍ NGHIỆM Thí nghiệm thực theo phương pháp kế thừa, xác định pH tối ưu trước Sau cố định pH nước pH tối ưu, tiến hành xác định lượng phèn tối ưu Để xác định pH tối ưu, q trình keo tụ tạo bơng thực loại nước nhiều pH khác khoảng pH tối ưu 5.5-7.5 pH tối ưu pH mà q trình keo tụ tạo bơng đạt hiệu cao, là: kích thước bơng keo lớn, chắc, lắng nhanh, thể tích bùn lắng ít, nước phía trong, váng Các tiêu xác định phương pháp cảm quan, đo độ đục (hoặc độ truyền suốt) nước Để xác định lượng phèn tối ưu, chuyển pH pH tối ưu sau thay đổi lượng phèn sử dụng nhiều mốc khác để tiến hành keo tụ tạo Lượng phèn tối ưu lượng phèn mà q trình keo tụ tạo bơng đạt hiệu cao, là: kích ducndd@hufi.edu.vn DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY thước keo lớn, chắc, lắng nhanh, thể tích bùn lắng ít, nước phía trong, váng Các tiêu xác định phương pháp cảm quan, đo độ đục (hoặc độ truyền suốt) nước Để so sánh hiệu phèn sắt phèn nhơm, q trình keo tụ tạo tiến hành loại nước với phèn nhôm phèn sắt kết keo tụ loại phèn so sánh với 1.3 HĨA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ TT Loại dụng cụ, thiết bị Quy cách Số lượng Mơ hình Jartest cánh khuấy Máy đo pH số lẻ Giấy pH Máy quang phổ Cuvet 10mm Pipette 5ml Pipette 10ml Cốc 500ml 10 Đũa khuấy dài 11 Erlen 125ml 12 Bóp cao su 13 Bình tia 14 Ong đong 500ml 15 Ong đong 100ml 16 Cốc 100ml 17 Bình định mức 100ml HỐ CHẤT Phèn nhơm 5% 50 g/l 100ml Phèn sắt 5% 50 g/l 100ml 10 HCl 1N 100ml 11 NaOH 1N 100ml 12 Mẫu nước 10 lit Ghi 1.4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Chú ý: Quy trình thí nghiệm Jartest tương tự phèn nhôm phèn sắt 1.4.1 Chuẩn bị mô hình: Kiểm tra cơng tắc điện, vệ sinh mơ hình, cánh khuấy, đèn, biến tốc, chuông báo, đồng hồ hẹn ducndd@hufi.edu.vn 1.4.2 Chuẩn bị mẫu Chuẩn bị 10 lít nước nước mẫu Khi thí nghiệm, nhớ khuấy nước để đảm bảo thành phần tính chất nước cốc đồng 1.4.3 Tiến hành thí nghiệm DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY 1.4.3.1.Xác định pH tối ưu Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Nước mẫu, ml 500 500 500 500 500 Phèn 5%, ml 5 5 Chỉnh pH Polime anion, ml 1 1 Khuấy nhanh 70 vòng/phút phút; khuấy chậm 10 vòng/phúttrong phút Để lắng 15 phút Đánh giá cảm quan Hút phần nước trong, phân tích độ truyền suốt bước sóng 450nm 1.4.3.2 Xác định hàm lượng phèn tối ưu Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Nước mẫu, ml 500 500 500 500 500 Phèn 5%, ml 11 Chỉnh pH pHopt pHopt pHopt pHopt pHopt Polime anion, ml 1 1 Khuấy nhanh 70 vòng/phút phút Khuấy chậm 10 vòng/phúttrong phút Để lắng 15 phút Đánh giá cảm quan Hút phần nước trong, phân tích độ truyền suốt bước sóng 450nm *pHopt: pH tối ưu xác định thí nghiệm trước 1.5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN: Thí nghiệm xác định pH tối ưu: Kết phân tích độ truyền suốt: Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Độ truyền suốt, % Điểm OD Đánh giá kết thí nghiệm Đánh giá điểm Cốc Điểm OD(x2) Cốc ducndd@hufi.edu.vn DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY Thể tích bùn lắng Độ bùn Bùn Tổng điểm Đánh giá điểm cho tiêu chí theo thang điểm từ đến (điểm cao cho mẫu tốt) Mẫu có điểm tổng cao pH pH tối ưu mẫu 1, mẫu có điểm tổng cao phải làm thêm thí nghiệm phụ để xác định pH tối ưu Thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu: Kết phân tích độ truyền suốt: Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Độ truyền suốt, % Điểm OD Đánh giá kết thí nghiệm Đánh giá điểm Cốc Cốc Cốc Cốc Cốc Độ truyền suốt (x2) Thể tích bùn lắng Độ bơng bùn Tổng điểm Đánh giá điểm cho tiêu chí theo thang điểm từ đến (điểm cao cho mẫu tốt) Mẫu có điểm tổng cao pH hàm lượng phèn tối ưu mẫu 1, mẫu có điểm tổng cao phải làm thêm thí nghiệm phụ để xác định pH tối ưu Vẽ đồ thị mối quan hệ pH kết keo tụ Vẽ đồ thị mối quan hệ hàm lượng phèn kết keo tụ Nhận xét kết 1.6 CÂU HỎI: Tại phải khuấy nhanh trước khuấy chậm, làm ngược lại không? Tại phải xác định pH tối ưu trước xác định hàm lượng phèn tối ưu, làm ngược lại có khơng? Tính lượng phèn cần sử dụng cho m3 nước Tính lượng H2SO4 NaOH sử dụng cho m3 nước Trình bày ưu, nhược điểm q trình keo tụ phèn nhơm phèn sắt trình bày yếu tố ảnh hưởng đến q trình keo tụ Tính tốn chi phí xử lý cho m3 nước biết giá phèn nhôm 4500 đồng/kg, phèn sắt: 5200đồng/kg, polime anion: 68000/kg, NaOH: 7700 đồng/kg ducndd@hufi.edu.vn DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY BÀI 3: XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 3.1 Ý NGHĨA VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG Nước thải dệt nhuộm, nước thải thuộc da, nước thải cà phê… thường chứa lượng lớn chất hữu tạo màu khó phân hủy sinh học Nước mặt tự nhiên có chất hữu tạo màu có nguồn gốc humic Các chất tạo màu nước gây mỹ quan, ảnh hưởng chất lượng nước q trình xử lý nước Các chất nhiễm bị loại bỏ khỏi nước phương pháp hấp phụ 3.2 NGUYÊN TẮC THÍ NGHIỆM Quá trình hấp phụ tiến hành bậc hay nhiều bậc Hấp phụ bậc ứng dụng chất hấp phụ có giá rẻ chất thải sản xuất Quá trình hấp phụ nhiều bậc thu hiệu cao Quá trình hấp phụ bậc thực hiền thiết bị khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián đoạn Các đại lượng đặc trưng cho trình hấp phụ xác định theo cơng thức sau: a=V(Co-Cc)/m Trong đó: a: dung lượng hấp phụ (gchất nhiễm/gthan) Q trình hấp phụ bị ảnh hưởng nhiều pH dung dịch thời gian xử lý Do đó, thí nghiệm pH, thời gian hấp phụ, dung lượng hấp phụ tiến hành nhằm mục đích xác định thơng số đặc tính cho chất hấp phụ làm sở cho trình tính tốn, vận hành cơng trình xử lý nước phương pháp hấp phụ Để mơ tả q trình hấp phụ chất hấp phụ chất bị hấp phụ thí nghiệm, có mơ hình thường sử dụng mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich Phương trình Langmuir: Phương trình Langmuir tuyến tính: 1 1 Trong đó: C: Nồng độ dung dịch Niken hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, mg/L q: Lượng Niken bị hấp phụ DWTS, mg/g qmax: Đại lượng hấp phụ cực đại, mg/g Kads: Hằng số Phương trình Freundlich: ducndd@hufi.edu.vn DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY Phương trình Freundlich tuyến tính: Trong đó: C: Nồng độ dung dịch Niken hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, mg/L k, n: Hằng số Để đánh giá q trình hấp phụ có phù hợp với dạng hấp phụ theo mô tả phương trình Freundlich Langmuir hay khơng cần phải đánh giá thơng qua số RL: 1 Trong đó: RL: Tham số đánh giá mức độ phù hợp mô hình hấp phụ KL: Hằng số mơ hình hấp phụ Co: Nồng độ chất bị hấp phụ đầu vào (mg/L) Phân loại phù hợp mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ thông số RL Giá trị RL Mức độ phù hợp RL > Không phù hợp RL = Tuyến tính < RL < Phù hợp RL = Khơng thuận nghịch 3.3 HĨA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ TT Loại dụng cụ, thiết bị Quy cách Số lượng Máy đo pH số lẻ Giấy pH tệp Máy quang phổ Cuvet 10mm Pipette 5ml Đũa khuấy dài Erlen 250ml Bóp cao su Bình tia 10 Ong đong 100ml 11 Cốc 100ml 12 Bình định mức 100ml Ghi ducndd@hufi.edu.vn HOÁ CHẤT g 0.4  1N 1N DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY 13 14 Than hoạt tính bột Giấy lọc 15 16 H2SO4 NaOH 100g 15 tờ 100ml 100ml 3.4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.4.1 Thí nghiệm xác định pH tối ưu Cốc Cốc Cốc Cốc Nước mẫu, ml 200 200 200 200 Than, g 0.2 0.2 0.2 0.2 Chỉnh pH Lắc 15 phút Lọc khoảng 20 ml Phân tích độ hấp thu quang bước sóng 455nm 3.4.2 Thí nghiệm xác định thời gian tối ưu Cốc Cốc Cốc Cốc Nước mẫu, ml 200 200 200 200 Than, g 0.2 0.2 0.2 0.2 Chỉnh pH Chỉnh pH tối ưu cho tất mẫu Chỉnh thời gian 10 15 20 Lọc khoảng 20 ml Phân tích độ hấp thu quang bước sóng 455nm 3.4.3 Thí nghiệm xác định dung lượng hấp phụ Cốc Cốc Cốc Cốc Nước mẫu, ml 200 200 200 200 Than, g 0.1 0.3 0.5 0.7 Chỉnh pH Chỉnh pH tối ưu cho tất mẫu Chỉnh thời gian Lắc suốt khoảng thời gian tối ưu Lắc suốt khoảng thời gian tối ưu Lọc khoảng 20 ml Phân tích độ hấp thu quang bước sóng 455nm 3.5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Vẽ đồ thị quan hệ pH độ màu, nhận xét Vẽ đồ thị quan hệ thời gian độ màu, nhận xét Cốc 200 0.2 10 Cốc 200 0.2 25 Cốc 200 0.9 ducndd@hufi.edu.vn Vẽ đồ thị liên hệ lượng than độ màu, nhận xét Tính tốn mơ hình Langmuir Freundlich theo bảng sau DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY STT Than, g/l Co Cc q, mg/g lnC lnq 1/c 1/q Vẽ đồ thị biểu diễn mơ hình Langmuir qua cột giá trị 1/c 1/q; xác định phương trình hồi quy bậc phương pháp bình phương cực tiểu Vẽ đồ thị biểu diễn mơ hình Freundlich qua cột giá trị Lnc Lnq; xác định phương trình hồi quy bậc phương pháp bình phương cực tiểu Tính tốn giá trị RL, kết luận phù hợp q trình hấp phụ với mơ hình Langmuir Freundlich 3.6 CÂU HỎI Chất hấp phụ gì, chất bị hấp phụ gì? Cho ví dụ số loại chất hấp phụ thơng dụng xử lý nước Hấp phụ vật lý gì, hấp phụ hóa học gì? Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ gì? Hấp phụ bậc gì, hấp phụ nhiều bậc gì? Trong trường hợp sử dụng hấp phụ bậc, nhiều bậc Hấp phụ tĩnh gì, hấp phụ động gì? Tái sinh chất hấp phụ gì? Khi cần tái sinh chất hấp phụ Cho ví dụ thực tế hấp phụ xử lý nước cấp, nước uống Cho ví dụ thực tế hấp phụ xử lý nước thải Với kết thí nghiệm, xác định lượng than cần thiết để xử lý nguồn nước thải này, lưu lượng 1000 m3/ngày ducndd@hufi.edu.vn BÀI 4: KHỬ SẮT 4.1.Ý NGHĨA VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY DO NOT COPY Trong nước ngầm, nước có tính acid nên sắt dạng hòa tan Fe2+ Sắt II làm cho nước có mùi tanh; đóng váng vàng bề mặt để lâu ngồi khơng khí; làm ố vàng quần áo tiếp xúc lâu dài, gây cáu cặn đường ống… Muốn loại bỏ sắt II dạng hòa tan khỏi nguồn nước, ta cần chuyển hóa chúng thành sắt III dạng kết tủa Fe(OH)3 loại bỏ kết tủa sắt phương pháp lắng lọc Do đó, người ta dùng hóa chất ơxy hóa mạnh để ơxi hóa sắt II thành sắt III, KMnO4, Hợp chất chlor, H2O2, oxy… Trong phạm vi thí nghiệm, loại chất quan tâm so sánh NaOCl H2O2 NaOCl H2O2 hợp chất oxy hóa mạnh nên dùng để loại bỏ vi sinh vật, độ màu, sắt, mangan, chất hữu nước Dùng chất oxy hóa mạnh đặt đầu hệ thống nhằm mục đích oxy hóa sơ đặt cuối hệ thống để khử trùng Mục tiêu thực hành:  Xác định khoảng pH tối ưu cho trình khử sắt phương pháp dùng chất oxy hóa mạnh  Xác định hàm lượng hóa chất sử dụng  So sánh hiệu khử sắt chất oxy hóa mạnh 4.2.NGUYÊN TẮC Sắt nước ngầm có hóa trị 2, trạng thái hòa tan tạo mùi cho nước Khi cho chất oxy hóa tiếp xúc với sắt 2, phản ứng oxy hóa diễn sau: 2Fe2+ + H2O2 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 2O2 + 6H+ 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ Fe(OH)3 kết tủa giữ lại bể lắng bể lọc Tuy nhiên, kết tủa bị hòa tan pH