Nghiên ứu áp dụng phương pháp hấp phụ và điện keo tụ để xử lý nước nhiễm bẩn

Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu áp dụng phơng pháp hấp phụ ®iƯn keo tơ ®Ĩ xư lý níc nhiƠm bÈn nghµnh: hoá lý thuyết hoá lý Tô thị chuyên Ngời hớng dẫn khoa học : ts trần thị thuỷ Hµ néi 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205115451000000 Lời cảm ơn Luận án đợc hoàn thành khoa Công nghệ Hoá học trờng Đại học Bách khoa Hà nội Tôi xin đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc Tiến sĩ Trần Thị Thanh Thuỷ đà hớng dẫn tận tình chu đáo, đạo sâu sắc mặt khoa học suốt thời gian học tập làm việc để hoàn thành luận án Xin chân thành cảm ơn ủng hộ giúp đỡ mặt thầy, cô khoa Công nghệ Hoá học, đặc biệt tổ môn Hoá lý trung tâm Đào tạo Bồi dỡng Sau đại học trờng Đại học Bách khoa Hà nội đà tạo điều kiện cho hoàn thành nhiệm vụ học tập làm luận án Xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo toàn thể bạn bè đồng nghiệp đà giúp đỡ, động viên tạo điều kiện cho hoàn thành luận án Hà Nội ngày 25 tháng 10 năm 2005 Học viên Tô Thị Chuyên Mục lục Trang Lời cảm ơn Môc lôc Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Tổng quan Chơng 1: Tổng quan tài liệu 1.1.Nớc nớc thải 1.2.Các phơng pháp xử lý níc th¶i 17 Thực nghiệm kết chơng 2:Các phơng pháp thực nghiệm 42 2.1.Các phơng pháp kiểm tra chất lợng nớc 42 2.2.Các phơng pháp làm nớc 48 chơng 3:Kết thảo luận 60 3.1 Kết kiểm tra chất lợng nớc 60 3.2.KÕt xử lý nớc thải phơng pháp điện keo tơ 62 3.3.KÕt qu¶ xư lý níc thải phơng pháp hấp phụ sử dụng khoáng Diatomit ®· biÕn tÝnh 69 3.4.KÕt qu¶ xư lý níc phơng pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính 82 KÕt luËn 91 Tài liệu tham khảo 92 Danh mục CáC BảNG Số bảng 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 TÊN BảNG Trang Lợng nớc thải khu công nghiệp Độ đục theo thang silic theo chiều cao lớp nớc Bảng độ màu chuẩn Coban Giá trị mật độ quang đo đợc từ dung dịch màu chuẩn Bicromat Coban Các thông số cấu trúc khoáng Diatomit Mối liên hệ mật độ quang nồng độ Niken dung dịch chuẩn Mối liên hệ mật độ quang nồng độ Mangan dung dịch chuẩn Kết kiểm tra mẫu nớc hồ Bảy Mẫu (năm 2005) Kết kiểm tra mẫu nớc Sông Sét (năm 2005) Tiêu chuẩn chất lợng nớc cấp cho sinh hoạt đô thị công nghiệp ảnh hởng mật độ dòng đến hiệu xử lý ảnh hởng nồng độ muối NaCl đến hiệu xử lý ảnh hởng thời gian điện phân đến hiệu xử lý ảnh hởng pH môi trờng đến hiƯu qu¶ xư lý ¶nh hëng thêi gian hÊp phơ đến độ hấp phụ khoángDa5(HCl) ảnh hởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ khoáng Da5(H2O) ảnh hởng nhiệt độ nung tới độ hấp phụ khoáng Da5(HCl) ảnh hởng nhiệt độ nung đến độ hấp phụ khoáng Da5(H2O) Độ hấp phụ khoáng nồng độ H2C2O khác Độ hấp phụ khoáng nồng độ Niken khác Độ hấp phụ khoáng nồng độ Mangan khác 46 47 Sù thay ®ỉi ®é hÊp phơ Niken theo thêi gian xö lý than b»ng HNO3 Sù phơ thc ®é hÊp phơ Niken than Ht1 theo thêi gian hÊp phơ Sù phơ thc ®é hÊp phơ Niken than Ht6 theo thêi gian hÊp phơ §é hÊp phơ than nồng độ H2C2O khác Độ hấp phụ than nồng độ Niken kh¸c 53 57 58 60 60 61 62 64 66 67 72 72 74 74 77 79 81 82 83 85 85 87 89 Danh mục hình vẽ đồ thị Số hình 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 TÊN HìNH Sơ đồ thiết bị làm nớc thải đông tụ Hệ thống hấp phụ làm việc liên tục Hệ thống thiết bị điện phân anôt tan Phổ hấp thụ ánh sáng dung dịch chất mầu Đờng chuẩn A theo độ mầu Đờng chuẩn mật độ quang theo nồng độ Niken Đờng chuẩn mật độ quang theo nồng độ Mangan ảnh hởng mật độ dòng điện đến hiệu xử lý TOC ảnh hởng mật độ dòng đến TOC/i ảnh hởng nồng độ muối NaCl đến hiệu qu¶ xư lý ∆ TOC ¶nh hëng cđa thêi gian điện phân đến độ khử TOC ảnh hởng pH môi trờng đến độ khử TOC Phổ hồng ngoại mẫu khoáng Da Phổ hồng ngoại mẫu khoáng Da5 Phổ hồng ngoại mẫu khoáng Da6 ảnh hởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ khoáng ảnh hởng nhiệt độ nung khoáng đến độ hấp phụ Sự phụ thuộc độ hấp phụ khoáng vào nồng độ H 2C2O4 Sự phụ thuộc độ hấp phụ khoáng vào nång ®é Niken Sù phơ thc ®é hÊp phơ cđa khoáng vào nồng độ Mangan Sự phụ thuộc độ hấp phơ cđa than vµo thêi gian xư lý b»ng HNO3 3.15 Sự phụ thuộc độ hấp phụ than vào thêi gian hÊp phơ 3.16 Sù phơ thc ®é hÊp phụ than vào nồng độ H2C2O4 3.17 Sự phụ thuộc độ hấp phụ than vào nồng độ Niken Trang 26 28 40 46 47 57 59 63 63 65 66 68 69 70 70 73 75 78 80 81 84 86 88 90 Mở đầu Nớc tài nguyên thiên nhiên quý giá, yếu tố thiếu đợc cho hoạt động sống Trái Đất Nớc tham gia vào thành phần cấu trúc sinh điều hoà yếu tố khí hậu, đất đai sinh vật thông qua chu trình vận động Nớc chứa đựng tiềm khác đáp ứng nhu cầu đa dạng ngời Hiện nay, nớc ta xứ sở nhiệt đới, ma gió tơng đối thuận hoà, nhng nguồn nớc thiên nhiên ngày cạn kiệt nhiều lý khác Quá trình đô thị hoá nông nghiệp thâm canh ngày phát triển vấn đề ô nhiễm nguồn nớc mặt, nớc ngầm nớc ta ngày trở lên nghiêm trọng, ảnh hởng trực tiếp đến đời sống sức khoẻ ngời Sự ô nhiễm nớc không đơn ô nhiễm vi sinh vật chất hữu dễ phân huỷ mà nhiều loại chất hữu khác, chất vô độc hại, sản phẩm dầu, chất tẩy rửa, chất phóng xạ Đó chất độc hại, gây huy hiểm sức khoẻ ngời sinh vật Do việc cung cấp nớc cho sinh hoạt, cho công nghiệp, nông nghiệp ngành kinh tế quốc dân khác trở lên khó khăn phức tạp níc ta, tríc nhu cÇu rÊt lín vỊ níc sinh hoạt cho ngời, đặc biệt khu dân c xa thành phố đà tiến hành nghiên cứu xử lý nớc bị ô nhiễm, nớc thải phơng pháp điện keo tụ phơng pháp hấp phụ Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Xây dựng phơng pháp xác định tiêu chất lợng nớc - Xây dựng mô hình thực nghiệm xử lý nớc thải phơng pháp điện keo tụ phơng pháp hấp phụ - Nghiên cứu phơng pháp hoạt hoá than hoạt tính sử dụng làm chất hấp phụ - Nghiên cứu yếu tố ảnh hởng đến trình ®iƯn keo tơ, hÊp phơ Tỉng quan Ch¬ng Tổng quan tài liệu 1.1.Nớc nớc thải 1.1.1- Nớc tình trạng ô nhiễm nớc: Nớc nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, nguồn gốc sống, môi trờng diễn trình sống Nớc chiếm 3/4 diện tích bề mặt trái đất, chiếm gần 70% thể ngời, yếu tố thiếu đợc để trì sống Phân tử nớc phân tử có độ phân cực mạnh với mômen lỡng cực : = 1,870 O H H Do tính phân cực mạnh nớc nên dung môi tốt để hoà tan nhiều chất Chính nớc dễ bị nhiễm bẩn chất vô cơ, vi sinh vật, gây ảnh hởng xấu đến vấn đề sử dụng nớc cho sinh hoạt sản xuất Sự ô nhiễm nớc có mặt hay nhiều chất lạ môi trờng nớc dù chất có hại hay không Khi vợt ngỡng chịu đựng thể sinh vật chất trở lên độc hại Nguồn gốc gây ô nhiễm nớc tự nhiên nhân tạo - Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên ma, tut tan Níc ma r¬i xng kÐo theo chất bẩn xuống sông hồ, sản phẩm hoạt động phát triển vi sinh vật, sinh vật kể xác chết chúng - Sự ô nhiễm nhân tạo: chủ yếu xả nớc sinh hoạt, công nhiệp, giao thông vận tải, thuốc trừ sâu diệt cỏ nớc ta tình trạng ô nhiễm nớc ngày trở lên nghiêm trọng có nguy gia tăng Do cần đặt vấn đề quản lý nớc bề mặt, kiểm tra thành phần hoá học, kết hợp với biện pháp công nghệ xử lý nớc thải trớc thải môi trờng 1.1.2- Phân loại nớc ô nhiễm nớc thải: Nớc tự nhiên nớc đợc hình thành số lợng chất lợng dới ảnh hởng trình tự nhiên, tác động nhân sinh Nớc thải chất lỏng đợc thải sau trình sử dụng ngời đà bị thay đổi tính chất ban đầu chúng Thông thờng ngời ta phân loại nớc thải theo nguồn gốc phát sinh chúng bao gồm[24]: - Nớc thải sinh hoạt - Nớc thải công nghiệp (nớc thải sản xuất) - Nớc thải tự nhiên - Nớc thải đô thị: thuật ngữ chung chất lỏng hệ thống cống thoát thành phố Đó hỗn hợp loại nớc thải đổ vào môi trờng 1.1.2.1- Nớc thải sinh hoạt: Lợng nớc thải sinh hoạt phụ thuộc vào mức sống ngời dân Nớc thải sinh hoạt chứa nhiều tạp chất khác khoảng 52% chất hữu cơ; 48% chất vô c¸c vi sinh vËt C¸c vi sinh vËt cđa níc thải thờng dạng virut vi khuẩn gây bệnh nh: tả, thơng hàn đồng thời chứa vi khuẩn hại, có tác dụng phân huỷ chất thải Nớc thải sinh hoạt có thành phần với giá trị điển hình nh sau[24]: COD = 500mg/l; BOD5 = 250mg/l; Nitơ (NH 3) Nitơ hữu c¬ = 40mg/l; pH = 6,8; TS = 750mg/l Nh nớc thải sinh hoạt có chất dinh dỡng cao, phần chất hữu bị phân huỷ hết vi sinh vật vợt yêu cầu cho trình xử lý sinh học 1.1.2.2- Nớc thải công nghiệp: Do ngành công nghiệp ngày phát triển kéo theo lợng nớc thải công nghiệp tăng lên mạnh Hàng năm, lợng nớc thải từ nhà máy thải trực tiếp vào hệ thống sông ngòi lớn, hầu hết cha qua xử lý xử lý sơ trớc thải môi trờng Theo thống kê, lợng nớc thải trung bình khu công nghiệp nớc ta nh sau [36]: Bảng 1.1: Lợng nớc thải khu c«ng nghiƯp STT Khu công nghiệp Hà Nội TP Hồ Chí Minh Hải Phòng Đà nẵng Nam Định Hải Dơng Việt Trì Lợng nớc thải (m3/ngày) 300.000-330.000 500.000 137.000 30.000 30.000-35.000 24.000 60.000 Lu lợng nớc thải công nghiệp đợc xác định chủ yếu đặc tính sản phẩm đợc sản xuất Việc xử lý nớc thải công nghiệp phải dựa vào đặc điểm thành phần nớc thải sản xuất nhà máy Do vào thành phần khối lợng nớc thải mà lựa chọn biện pháp công nghệ thích hợp để xử lý cho hiệu chi phí mức thấp 1.1.3- Các thông số đánh giá chất lợng nớc: Nớc thải hệ dị thể phức tạp nên việc nghiên cứu nớc nớc thải, nớc bị ô nhiễm cần đợc xem xét toàn diện thành phần lẫn tính chất nh biến đổi đặc tính lý hoá - sinh học nớc loại tạp chất có nớc gây nớc giới nh nớc ta đà sử dụng tiêu chất lợng nớc bao gồm tiêu vật lý, tiêu hoá học tiêu vi sinh nớc Sau số tiêu bản[35] 1.1.3.1- Độ đục: Nớc tự nhiên thờng bị vẩn đục hạt keo lơ lửng Các hạt lơ lửng đất sét, mùn, vi sinh vật Độ đục làm giảm cờng độ ánh sáng chiếu qua khả sử dụng nớc Dựa nguyên tắc đó, ngời ta xác định ®é ®ơc cđa níc Theo tiªu chn ViƯt Nam ®é đục đợc xác định chiều sâu lớp nớc thấy đợc gọi độ Tại độ sâu ngời ta đọc đợc hàng chữ tiêu chuẩn Đối với nớc sinh hoạt độ đục phải lớn 30cm.Đơn vị độ đục theo thang đục silic thang ®o ®é ®ơc theo chiỊu cao líp níc thÊy ®ỵc thể bảng 1.2 Bảng 1.2: Đơn vị độ ®ơc theo thang ®ơc silic vµ theo chiỊu cao líp nớc Thang đo theo chiều sâu lớp nớc (cm) 10 15 30 45 80 Độ đục theo thang ®ơc silic (mg/l) 1000 360 190 130 100 65 30 18 10 Ghi chó Nhanh t¾c bĨ läc Nhanh t¾c bĨ läc Nhanh t¾c bĨ läc Nhanh t¾c bể lọc Nhanh tắc bể lọc Vận hành bể lọc khó khăn Vận hành bể lọc có điều kiện Vận hành riêng Giới hạn nớc đa vào 1.1.3.2- Độ màu nớc: Màu sắc nớc biểu ô nhiễm Nớc tự nhiên không màu nhìn sâu vào bề dày nớc cho ta cảm giác màu xanh nhẹ hấp thụ chọn lọc bớc sóng định ánh sáng mặt trời Quá trình phân huỷ chất hữu làm xuất axit humic hoà tan nớc có màu vàng bẩn Nhiều loại nớc thải nhà máy,