Báo cáo thí nghiệm xử lý nước thải bài 1 khử màu bằng than hoạt tính (hấp phụ)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN   BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI GVHD: ThS Lâm Phạm Thanh Hiền Họ tên MSSV Thành phố Hồ Chí Minh, 2022 Nhiệm vụ MỤC LỤC BÀI 1: KHỬ MÀU BẰNG THAN HOẠT TÍNH (HẤP PHỤ) BÀI 2: KHỬ KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA BÀI : BÙN HOẠT TÍNH KHỬ BOD VÀ NITRAT HÓA .11 BÀI 4: ĐO HOẠT TÍNH BÙN KỊ KHÍ .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 BÀI 1: KHỬ MÀU BẰNG THAN HOẠT TÍNH (HẤP PHỤ) Xác định số phương trình Langmuir (a, b) Freunlich (k, n) cách sử dụnghồi quy đường xu hướng phần mềm trang tính Excel Hàm lượng COD-KMn04 m, gram Co Ce C o - Ce -3 -3 -3 8.13×10 1.8×10 6.33×10 0.5 -3 -3 -3 5.42×10 1.55×10 3.87×10 -3 -3 -3 2.32×10 1.16×10 1.16×10 1.5 -3 -3 -3 2.19×10 1.42×10 7.7×10 -3 -3 -4 1.68×10 1.94×10 2.6×10 2.5 Freunlich (k, n) x/m (*), mg/g 0.01266 3.87×10-3 7.73×10-4 3.85×10-3 1.3×10-3 Ce/(x/m) 0.1422 0.4005 1.5006 0.3688 1.4923 Theo biểu đồ ta có: Kf = 6.123, 1/n=1 n=1 Trình bày khác biệt khả khử màu mẫu sử dụng than củi than hoạt tính?  Than củi: Với cấu trúc xơ rỗng nên than củi có khả hấp phụ tốt, nhiên than củi có tác dụng loại bỏ tạp chất, cặn bẩn có kích thước lớn cịn khả khử màu nước thấp độ tro cao độ cứng không ổn định  Than hoạt tính: Khả khử màu nước cao nhờ khả hấp thụ tốt, độ tro thấp độ cứng ổn định, đặc biệt PAC Tính tốn lượng than hoạt tính cần thiết để loại bỏ màu hoàn toàn khỏi dung dịch?  TN1: Khối lượng cacbon(g) Độ màu  TN2: Khối lượng cacbon(g) Độ màu 0.5 1.5 2.5 0.462 0.456 0.457 0.452 0.462 0.5 1.5 2.5 0.320 0.156 0.125 0.175 0.135 Tính dung lượng hấp phụ cacbon với COD-KMnO4 (khối lượng CODKMnO4 (g)/ khối lượng Cacbon (g))  TN1: Khối lượng 0.5 1.5 2.5 cacbon(g) COD-KmnO4(g/L) 1.8×10-6 1.55×10-6 1.16×10-6 1.42×10-6 1.94×10-6 Dung lượng hấp phụ 3.6×10-6 1.55×10-6 7.73×10-7 7.1×10-7 7.76×10-7 cacbon với COD-KMnO4  TN2: Khối lượng cacbon(g) COD-KmnO4(g/L) Dung lượng hấp phụ cacbon với COD-KMnO4 0.5 1.5 8.13×10-6 1.63×10-5 5.42×10-6 5.42×10-6 2.32×10-6 1.55×10- 2.5 2.19×10-6 1.1×10-6 1.68×10-6 6.72×10-7 Nhà máy xử lý nước công suất 1000 m 3/ ngày Giả định màu đầu trình lọc cát nhanh tương tự màu nước thử nghiệm bạn Dựa kết thu từ thử nghiệm bạn cho PAC GAC, xác định: a Nhu cầu PAC dùng cho bể phản ứng màng GAC dùng cho cột GAC (tấn / tháng vận hành) để đáp ứng giới hạn màu cho chất lượng nước ăn uống Ta có: giới hạn màu cho chất lượng nước ăn uống 15 TCU = 15 mg Pt/lit Với cơng suất 1000m3/ngàycần : 15 ×1000=15 (mg Pt/ngày) 1000 b Xác định kích thước cột GAC bình phản ứng màng Sinh viên phải tìm thông số thiết kế sách văn ấn phẩm Cột lọc than hoạt tính GAC: Kích thước: BÀI 2: KHỬ KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA Định nghĩa ORP ý nghĩa pE = -log(e-) ORP viết tắt từ Oxygen Reduction Potential khả khử chất oxy hóa chất, hay cịn gọi số đo mức oxy hóa Chỉ số ORP có đơn vị tính là mv Chỉ số ORP dương cho biết hợp chất chất oxy hóa, số ORP dương cao mức độ oxy hóa lớn Chỉ số ORP âm cho biết hợp chất chất khử, số ORP âm thấp mức độ chống oxy hóa lớn pE = -log(e- ) dung để đánh giá khả oxy háo khử môi trường Mối quan hệ pE pH hợp chất Chrome Hãy liệt kê dạng hợp chất chrome thường tồn nước thải công nghiệp (xi mạ, dệt nhuộm, in, …) Các dạng hợp chất Chrome thường thấy nước thải công nghiệp:Cr 2(SO)4, K2Cr2O7, Cr2O3,… Hãy liệt kê phương pháp khử Chrome - Phương pháp kết tủa - Phương pháp điện phân - Phương pháp hấp phụ than hoạt tính - Phương pháp trao đổi Ion Nêu ưu nhược điểm phương pháp khử Chrome phương pháp kết tủa hóa học so với phương pháp khác - Ưu điểm: quy trình đơn giản, thuận tiện, an tồn, hiệu cao - Nhược điểm: Cần lượng lớn hóa chất, trình xử lý phát sinh bùn phải xử lý, lắng kém, kết tủa chậm tốn thời gian Phương pháp xử lý bùn nguy hại chứa Cr 6+ phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải Phương pháp ổn định hóa rắn chất thải làm cố định hóa học, triệt tiêu tính lưu động, lập thành phần ô nhiễm lớp vỏ bền vững tạo thành khối ngun có tính tồn vẹn kết cấu cao Chất kết đính vơ thường dùng để hóa rắn là: xi – măng, vôi, pozzolan, thạch cao, silicat chất kết dính hữu thường dùng là: epoxy, polyeste, nhựa đườ ng, polyolefin, ure – fornaldehyt Vẽ biểu đồ biến thiên lượng acid tiêu thụ hạ pH xuống 3.0 cho phản ứng khử H2SO4 2N (ml) 0.4 0.8 1,4 pH Lượng Acid tiêu thụ pH 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 H2SO4 2N (ml) Vẽ biểu đồ biến thiên lượng kiềm tiêu thụ nâng pH lên 8.0 cho phản ứng kết tủa Cr(OH)3 NaOH 2N (ml) pH (mẫu FeSO4) 6.5 10 pH (mẫu Na2S2O5) Lượng NaOH để nâng pH 12 10 pH 0 NaOH 2N (ml) pH (mẫu FeSO4) pH (mẫu Na2S2O5) Đánh giá lượng bùn phát sinh tính theo tổng lượng chất rắn (mg TS/L), thể tích chất rắn (mL/L) Đơn vị FeSO4 Na2S2O5 TS trước lắng mg/L 1580 1420 TS sau lắng mg/L 400 1160 SV30 mL/L 95 10 SV45 mL/L 115 20 Ta thấy bùn sinh dung FeSO cao dung Na2S2O5 bùn lắng nhanh 10.Đánh giá lượng hóa chất sử dụng cho thí nghiệm tính đơn vị m nước thải bao gồm: H2SO4, NaOH, chất khử V đd chuẩn 10 Nồng độ Cr6+ 0.16 0.32 0.48 0.64 0.8 Abs 0.256 0.568 0.856 1.158 1.382 Đường chuẩn Cr6+ 1.6 1.4 f(x) = 1.76857142857143 x − 0.00409523809523804 R² = 0.998259750029717 1.2 Abs 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Nồng độ Mẫu đầu vào có nồng độ Cr6+ =20.54 mg/L Lượng hóa chất sử dụng theo lý thuyết: 20.54 mFeSO4= 2× 52 ×3 ×152=¿90.06 mg 20 ,52 mNa2S205= VFeSO4=1.8012 ml × , 81= 28,83 mg VNa2S2O5= 0.5766 ml Lượng hóa chất sử dụng theo thực tế: VFeSO4 = 1.8012 × 2.5 = 4.503 ml VNa2S205 = 0.9266 ml Lượng H2SO4 2N sử dụng = 1.4 ml Lượng NaOH 2N sử dụng = 13 ml 11.So sánh nồng độ Cr6+, pH SS, độ màu sau lắng với giá trị giới hạn cột A cột B, QCVN 40:2011/BTNMT FeSO4 Na2S2O5 QCVN 40:2011/BTNMT Cột A Cột B Cr6+ (mg/L) 2.602 2.75 0.05 0.1 pH đến 5.5 đến SS (mg/L) 400 1160 50 100 258 50 150 Độ màu (Pt/Co) 167 12 Vẽ sơ đồ công nghệ nhằm đạt yêu cầu cột B – theo QCVN tương ứng 17 BÀI 4: ĐO HOẠT TÍNH BÙN KỊ KHÍ Số liệu thí nghiệm: Ban đầu Sau ngày COD (mg/L) 24.6 MLSS (mg/L) 1.45 pH CH4 (ml) - 318 Hãy nêu yếu tố ảnh hưởng đến q trình kỵ khí - Tính chất nước thải - Biến đổi lưu lượng, tải lượng - Thời gian lưu - Nhiệt độ - Độ pH - Độ kiềm nước thải - Tính chất chất rắn - Các chất dinh dưỡng chất dinh dưỡng đa lượng - Các chất gây độc - Tạo khí mêtan - Sự tạo thành sunfat - Sự khuấy đảo hỗn hợp thủy phân - Kết cấu hệ thống 18 Một gram acetic acid butyric acid sinh mL CH4 điều kiện t= 250C áp suất p = 1atm Từ bảng: Từ điều khiện t = 25 độ C áp suất p = atm sinh 394 ml CH4 / gCOD COD có gram acetic acid (C2H4O2) butyric (C4H8O2): 1.07 gCOD/gC2H4O2 => 421.58 ml CH4/ gCOD 1.82 gCOD/gC4H8O2 => 717.08 ml CH4/gCOD 19 Hãy nêu khác biệt cơng trình phân hủy kỵ khí UASB bể phân hủy bùn kỵ khí xáo trộn hồn tồn Cơng trình phân hủy kỵ khí UASB: bể xử lý sinh học kỵ khí dịng chảy ngược qua lớp bùn Bể điều hòa lưu lượng trạm bơm nước thải Bộ phận đo điều pH Định lượng chất dinh dưỡng N, P cần Ống dẫn dàn ống phân phối nước thải bể Thể tích vùng phản ứng hiếu khí Cửa tuần hồn lại cặn lắng Tấm chắn khí Cửa dẫn hỗn hợp bùn nước sau tách khí vào ngăn lắng 20 Thể tích vùng lắng bùn 10 Máng thu nước 11 Ống dẫn hỗn hợp khí Metan 12 Ống dẫn nước sang bể xử lý hiếu khí (đợt 2) 13 Thùng chứa khí 14 Ống dẫn khí đốt 15 Ống xả bùn dư thừa UASB hoạt động tốt có điều kiện: - Bùn kỵ khí có tính lắng tốt - Có phận tách khí – rắn nhằm tránh rửa trôi bùn khỏi bể Phần lắng có thời gian lưu nước đủ lớn, phân phối thu nước hợp lý hạn chế dòng chảy rối Khi hạt bùn tách khí đến vùng lắng lắng xuống trở lại ngăn phản ứng - Hệ thống phân phối đầu vào đảm bảo tạo tiếp xúc tốt nước thải lớp bùn sinh học Mặt khác, khí biogas sinh tăng cường xáo trộn nước bùn, khơng cần thiết thiết bị khuấy khí Khi sử dụng UASB cần ý đến: - Bùn nuôi cấy ban đầu: nồng độ tối thiểu 10 kg VSS/m3 Lượng bùn cho vào không nên nhiều 60% thể tích bể - Nước thải: cần xem xét thành phần tính chất nước thải hàm lượng chất hữu cơ, khả phân hủy sinh học nước thải, tính đệm, nhiệt độ nước thải… - Hàm lượng chất hữu cơ: COD < 100 mg/l không sử dụng UASB, COD > 50000 mg/l cần pha lỗng nước thải tuần hoàn nước thải đầu Chất dinh dưỡng: nồng độ nguyên tố N, P, S tối thiểu tính theo biểu thức sau: (COD/Y) : N : P : S = (50/Y) : : : 21 Y hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải Nước thải dễ acid hóa Y = 0,03, khó acid hóa Y = 0,15 - Hàm lượng cặn lơ lửng: nước thải có hàm lượng SS lớn khơng thích hợp cho mơ hình SS > 3000 mg/l khó phân hủy sinh học lưu lại bể ngăn cản trình phân hủy nước thải Nếu cặn trơi khơng có vấn đề - Nước thải chứa độc tố: UASB khơng thích hợp với loại nước thải có hàm lượng amonia > 2000 mg/l hàm lượng sulphate > 500 mg/l Khi nồng độ muối cao gây ảnh hưởng xấu đến vi khuẩn methane Khi nồng độ muối nằm khoảng 5000 – 15000 mg/l xem độc tố Bể phân hủy bùn kỵ khí xáo trộn hồn tồn: loại bể xáo trộn liên tục, khơng tuần hồn bùn Bể thích hợp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu hoà tan dễ phân hủy nồng độ cao xử lý bùn hữu Thiết bị xáo trộn dùng hệ thống cánh khuấy khí tuần hồn khí biogas (địi hỏi có máy nén khí biogas phân phối khí nén) Q trình bể gồm giai đoạn: - Phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn - Lắng tuyển tách riêng phần cặn sinh học nước thải sau xử lý 22 Bùn sinh học sau tách tuần hoàn trở lại bể phân hủy kỵ khí Lượng sinh khối kiểm sốt được, khơng phụ thuộc vào lưu lượng nước thải nên thời gian lưu bùn khống chế không liên quan đến thời gian lưu nước Hàm lượng VSS bể tiếp xúc kị khí dao động khoảng 4000 – 6000 mg/l Tải trọng chất hữu từ 0,5 đến 10 kg COD/m3/ngày Thời gian lưu nước từ 12 đến ngày Hãy nêu thông số thiết kế cho bể kỵ khí UASB Bể UASB: Để xác định bể kích thước bể UASB cần xem xét: - Tải trọng hữu - Vận tốc dịng chảy - Thể tích xử lý hiệu thể tích chiếm chỗ lớp bùn sinh khối hoạt tính - Thể tích vùng lắng 23 Thể tích hữu dụng tối thiểu bể UASB tính tốn dựa tải trọng hữu lựa chọn: Trong đó: Vn: thể tích hữu dụng tối thiểu bể (m3) Q: lưu lượng nước thải vào bể (m3) S0: nồng độ COD nước thải trước xử lý (mg/L) Lorg: tải trọng chất hữu (kgCOD/m3.ngđ) Trong trường hợp nước thải có nồng độ COD D = 1.2 m Chiều cao lớp nước: = = 103.8 m Chọn chiều cao bảo vệ HG = m Tổng chiều cao bể: = 106.8 m 16 Xác định lượng kiềm tiêu thụ (kgNaHCO3 /ngày) Bỏ thao tác đo độ kiềm nên không xác định độ kiềm thêm vào 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2008), Xử lý nước thải thị cơng nghiệp – Tính tốn thiết kế Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải - Tính tốn cơng trình, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội 1974 Lâm Minh Triết, Trần Hiếu Nhuệ (2008), Xử lý nước thải, Nhà xuất xây dựng Hà Nội 31