Báo cáo thực tập xử lý nước thải bài 1 keo tụ tạo bông

Cơ sở lý thuyết Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống.. Để thực h

KEO TỤ - TẠO BÔNG

Mục đích thí nghiệm

Giúp sinh viên làm quen với những kỹ năng cần thiết của người kỹ sư tương lai

- Lý thuyết keo tụ tạo bông – lắng

- Đánh giá khả năng keo tụ của từng loại phèn

- Tìm ra điều kiện tối ưu cho từng loại nước thải

- Luyện tập khả năng viết một báo cáo ký thuật.

Cơ sở lý thuyết

Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua hai giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Bản thân chất keo tụ phát sinh thuỷ phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ

Giai đoạn 2: Trung hòa Khử trùng lọc các tạp chất trong nước Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như phèn nhôm, phèn sắt FeSO4 hoặc loại FeCl3 Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân li thành các ion Al 3+ Sau đó, các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3

Al 3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H + Trong phản ứng thuỷ phân trên đây, ngoài Al(OH)3 (nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ) được tạo thành mà còn giải phóng ra ion H + Các ion này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO 3- ) Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hoà ion H + thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hoá thông dụng là vôi Một số trường hợp khác có thể dùng soda (Na2CO3) hay xút (NaOH)

Sau đây là các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông khi sử dụng PAC nhôm:

➢ Trị số pH của nước

Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2(SO4)3 vào, trị số pH bị giảm thấp vì đây là một loại muối gồm axit mạnh và bazơ yếu Sự thuỷ phân của nó có thể tăng thêm tính axit của nước Đối với hiệu quả keo tụ, ảnh hưởng chủ yếu là trị số pH của nước sau khi cho phèn nhôm vào Cho nên trị số pH dưới đây đều là trị số pH của nước sau khi cho phèn nhôm vào

➢ Lượng dùng chất keo tụ

Quá trình keo tụ không phải là một phản ứng hóa học đơn thuần, nên lượng phèn 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 lượng phèn cho vào tối ưu

Lượng phèn tối ưu nói chung cho vào trong nước là 0.1 – 0.5 mgđl/l, nếu dùng

Al2(SO4)3.18H2O thì tương đương 10 – 50 mg/l Nói chung vật huyền phù trong nước cũng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết cũng lớn Cũng có thể chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng chất keo tụ vẫn cần tương đối nhiều

Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đến hiệu quả keo tụ Khi nhiệt độ nước rất thấp (thấp hơn 5 o C), bông sinh ra to và xốp, chủ yếu là nước, lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém

Khi dùng nhôm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước tốt nhất là 25 – 30 o C

➢ Tốc độ hỗn hợp của nước với 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 một nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm Khi mới cho chất keo tụ vào nước, phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân của chất keo tụ trong nước và tốc độ hình thành keo rất nhanh Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng hình thành lượng lớn keo hydroxit hạt nhỏ làm cho nó nhanh chóng khuếch tán đến các nơi trong nước kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng Sau khi hỗn hợp hình thành bông cặn và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, vì không những bông cặn khó lớn lên mà còn phá vỡ những bông cặn đã hình thành

Nếu cho các ion ngược dấu vào dung dịch nước có thể khiến dung dịch keo tụ Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Khi dùng Al2(SO4)3 làm chất keo tụ, dung dịch keo Al(OH)3 hình thành thường mang điện tích dương nên ảnh hưởng của tạp chất trong nước đến quá trình keo tụ dung dịch chủ yếu là anion

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 sẽ làm cho quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm Lớp cặn bùn có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, trên bề mặt của nó có tác dụng Khử trùng, 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 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 jartest

Hình 1.1 Mô hình thí nghiệm jartest

Quy trình thực hiện thí nghiệm

Chuẩn bị mẫu: 15L nước sinh hoạt - kí túc xá Đại Học Quốc Gia cho vào 1.5g metyl blue vào

Tại TN2 ở mẫu có than cho vào 0.4g than hoạt tính/1 cốc 400ml nước thải

1.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định giá trị pH tối ưu

Bước 1: Định lượng hóa chất điều chỉnh pH

- Lấy 400ml mẫu nước thải cho vào cốc jartest

- Cho vào cốc 2 ml phèn (10%)

- Dùng dung dịch NaOH 0.1N/H2SO4 0.1N điều chỉnh pH đến các giá trị 5, 5.5 ,6, 6.5,

- Ghi nhận giá trị NaOH /H2SO4 đã dùng

Bước 2: Keo tụ - tạo bông

Lượng hóa chất nâng hạ pH đã xác định ở bước 1

Lấy 2ml phèn + Lượng hóa chất nâng hạ pH đã xác định ở bước 1

↓ pH=5 pH=5.5 pH=6 pH=6.5 pH=7 pH=7.5 Đưa vào giàn Jartest khuấy với tốc độ 100 vòng/ phút Sau 1 phút điều chỉnh chậm lại trong 15 phút tốc độ 15 vòng/ phút

Lấy mẫu nước đã lắng đo pH, độ màu, COD Tại độ màu COD thấp nhất lấy pH tương ứng làm pH tối ưu

Lưu ý: pH tối ưu (đo sau khi lắng) là ứng với mẫu có độ màu thấp nhất

1.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định liều lượng phèn tối ưu

Cho lượng hóa chất NaOH, H2SO4 để được pH tối ưu đã xác định ở TN1 cùng lúc Đưa vào giàn Jartest khuấy với tốc độ 100 vòng/ phút Sau 1 phút điều chỉnh chậm lại trong 15 phút tốc độ 15 vòng/ phút

Lắng tĩnh 30p Lấy mẫu nước đã lắng đo pH, độ màu, COD Tại độ màu, COD thấp nhất lấy lượng phèn tương ứng làm lượng phèn tối ưu

 Liều lượng phèn tối ưu là liều lượng phèn ứng với mẫu có độ màu, COD thấp nhất

1.3.3 Thí nghiệm 3: Xác định thời gian keo tụ tối ưu

Bước 1: Xác định thời gian keo tụ tối ưu

- Lấy cốc cho 400 mL nước thải

- Chỉnh mẫu nước tại pH tối ưu và lượng phèn tối ưu xác định tại các bước trên

- Đặt cốc vào giàn Jartest

- Điều chỉnh vòng khuấy chậm lại ở tốc độ 15 – 20 vòng/ phút

- Lấy mẫu sau 30 phút, 60 phút, 90 phút (lọc qua giấy lọc – pha loãng 2 lần + 10ml nước cất)

Lấy mẫu nước lắng (lớp nước ở phía trên, lấy dưới lớp váng bề mặt) phân tích chỉ tiêu pH, độ màu, COD

Thời gian tối ưu là thời gian ứng với mẫu có độ màu, COD thấp nhất.

Kết quả thí nghiệm và nhận xét

Mẫu trắng không đun V0 = 2.2ml

Bảng 1.1 Thông số đầu vào pH COD Độ màu, A

Phương trình đường chuẩn độ màu: y = 0.006x + 0.001 R 2 = 0.9953

Nồng độ màu của nước là C = 34.83 mg/L

1.4.2 Xác định pH tối ưu:

Bảng 1.2 Thông số thí nghiệm pH tối ưu pH 5 5.5 6 6.5 7 7.5 pH sau khi bỏ phèn nhôm 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02 4.02

V NaOH 7.5 8.75 10.75 13.25 14.5 15.4 pH sau 6.29 6.32 6.64 5.91 7.16 7.54 Độ màu (mg/l) 23.17 2.33 2.67 1.67 3.5 1.83

Chọn pH tối ưu là pH = 5.91

Mối tương quan giữa pH và hiệu quả xử lý COD, độ màu:

Hình 1.2 Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa pH và hiệu quả xử lý COD, màu

Hiệu s uất xử lí % pH

Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa hiệu suất xử lý COD, pH

Hiệu suất xử lí độ màu Hiệu suất xử lí COD

- Ở COD thì khi pH 6.29 6.32, 6.64, 5.91 hiệu suất xử lí cũng tăng lần lượt và đỉnh điểm là tại pH 5.91 hiệu suất xử lí đạt 87.51 %, sau mức đỉnh điểm thì hiệu suất giảm dần theo pH lần lượt 7.16, 7.54 ứng với % hiệu suất là 75, 62.5%

- Ở độ màu tại pH 6.59 có hiệu suất xử lí kém nhất, sau đó từ pH 6.32, 6.64, 5.91, 7.16, 7.54 hiệu suất tăng lần lượt 93.31, 92.33, 95.21, 89.95, 94.75 Tuy nhiên để lựa chọn, chúng ta sẽ lựa chọn tại vị trí có hiệu suất xử lí độ màu cao nhất là 95.21% tại pH 5.91

- Chọn pH tối ưu của thí nghiệm tại pH 5.91, pH đo được sau khi lắng

- Tuy nhiên tjai đây vẫn có một vài sự chênh lệch số liệu do sai số từ quá trình thao tác kĩ thuật thí nghiệm, vì vậy từ đây rút ra bài học cho sinh viên, khi thao tác thí nghiệm cần chuẩn bị kĩ, và thao tác thật chuẩn để tránh được các sai số không đáng có

1.4.3 Xác đinh liều lượng PAC tối ưu:

Bảng 1.3 Thông số của thí nghiệm xác đinh PAC tối ưu

Hiệu suất xử lí độ màu (%)

Hiệu suất xử lí độ màu có than (%)

Hiệu suất xử lí nồng độ COD

Hiệu suất xử lí nồng độ COD có than (%)

Lượng phèn tối ưu là 2,5ml

Lượng phèn tối ưu ở mẫu có than là 2ml

Hình 1.3 Mối tương quan giữa PAC với hiệu quả xử lý COD, màu

- Lượng phèn cho vào trong thí nghiệm sẽ quyết định đến hiệu quả thí nghiệm, dư lượng phèn trong nước không làm hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cao lên mà còn làm tiêu tốn hóa chất và làm dư lượng phèn trong nước xử lý đầu ra Khi lượng phèn cho vào là tối ưu thì hiệu quả xử lý COD và độ màu cũng đạt hiệu quả cao nhất

- Nhìn vào biểu đồ trên, ta thấy đối với lượng PAC là 2.5ml thì cho ra hiệu suất xử lý COD và độ màu cao nhất, chứng tỏ lượng PAC tối ưu cho quá trình là 2.5ml.

- Tuy nhiên bên cạnh đó tại lượng PAC là 2ml và 3 ml hiệu quả xử lí COD lại kém đi, tại lượng PAC 1, 1.5, 2, 3ml có sự chênh lệch không hợp lí, chứng tỏ tại đây có sự sai số, sai xót về mặt kĩ thuật và thao tác, tuy nhiên tại đây có vài sự chênh lệch khá lớn vì vậy sinh viên thực hiện cần khắc phục tình trạng trên để tránh sai số một cách tối thiểu.

Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa hiệu suất xử lý COD với lượng PAC

Hiệu suất xử lí độ màu Hiệu suất xử lí nồng độ COD

Hình 1.4 Mối tương quan giữa PAC với hiệu quả xử lý COD, màu mẫu có than:

- Từ biểu đồ cho chúng ta thấy khi có sự tham gia của than chưa rửa sạch, tại mẫu có PAC 0.5ml hiệu quả xử lí rất kém, thậm chí là độ màu và COD tăng hơn so với ban đầu

- Tuy nhiên từ mẫu PAC 1, 1.5, 2, 2.5, 3 ml thì hiệu suất xử lí trở nên ổn định hơn, nhưng vẫn còn sự chênh lệch không đáng có, vì vậy khi thực hiện thí nghiệm sinh viên lưu ý

Hiệu s uất xử lí đ ộ m àu có th an

Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa hiệu suất xử lý COD với lượng PAC

Hiệu suất xử lí độ màu có than Hiệu suất xử lsi nồng độ COD có than

15 cần thao tác về mặt kĩ thuật thật chuẩn, để tránh được các tình trạng sai số diễn ra một cách tối thiểu nhất

- Từ mặt số liệu và biểu đồ ta rút ra được tại PAC 2ml là tối ưu cho quá trình, vì chúng ta được hiệu quả xử lí COD độ màu cao nhất tại vị trí này

1.4.4 Xác định thời gian tối ưu:

Bảng1.4 Thông số thí nghiệm xác định thời gian tối ưu

Thời gian 30 phút 60 phút 90 phút pHsau 7.12 5.96 6.6 pHsau có than 6.6 6.7 6.6 Độ màu 3.5 1.83 1

HSXL màu (%) 90 95 97 Độ màu có than 5.67 2.33 1.33

Thời gian tối ưu là 60 phút

Thời gian tối ưu tại có than 30 phút

Mối tương quan giữa thời gian và hiệu suất xử lý COD, màu:

Hình 1.5 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa thời gian và hiệu suất xử lý COD, màu

- Thời gian thí nghiệm sẽ quyết định đến hiệu quả thí nghiệm, khi thời gian vừa dư làm cho kết quả trở nên thuận lợi nhất và tốt nhất, được cho thấy là độ màu, COD thấp nhấp so với các chỉ tiêu thời gian khác

- Theo như thí nghiệm trên, thời gian tối ưu nhất là 60 phút vì tại đây cho hiệu suất xử lý COD và độ màu cao nhất, đạt được hiệu suất là 88% đối với COD và 95% đối với độ màu, mặc dù 90 phút cho kết quả cao hơn nhưng chờ 30 phút để lấy thêm 2% hiệu quả xử lý màu là quá tốn thời gian, và bên cạnh đó hiệu quả xử lí COD cũng thấp hơn so với thời điểm 60 phút

- Chọn thời gian tối ưu là 60 phút.

Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa hiệu suất xử lý COD và thời gian

Hình 1.6 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa thời gian và hiệu suất xử lý COD, màu của mẫu có than

- Theo như thí nghiệm trên, thời gian tối ưu nhất là 30 phút vì tại đây cho hiệu suất xử lý COD và độ màu cao nhất, đạt được hiệu suất là 100% đối với COD và 84% đối với độ màu, mặc dù 90 phút cho kết quả cao hơn nhưng chờ 60 phút để lấy thêm 12% hiệu quả xử lý màu là quá tốn thời gian, và bên cạnh đó hiệu quả xử lí COD cũng thấp hơn so với thời điểm 30 phút

- Chọn thời gian tối ưu tại mẫu có than là 30 phút

- Tại đây có thể do sự tham gia của than khi chưa rửa nên về mặt kĩ thuật có thể số liệu đã xảy ra sai xót, vì vậy khi thao tác chúng ta cần khắc phục những lỗi trên tránh tình trạng xảy ra sai số không đáng có.

Trả lời câu hỏi

Câu 1 Hãy nêu cơ chế quá trình keo tụ tạo bông trong xử lí nước thải?

- Phản ứng 1: Hấp phụ ban đầu ở liều lượng PAC tối ưu Phân tử polime dính vào hạt

Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa hiệu suất xử lý COD và thời gian mẫu có than

HSXL màu có than HSXL COD có than

- Phản ứng 2: Hình thành bông cặn Đuôi PAC đã hấp phụ có thể duỗi ra và gắn kết với vị trí trống trên bề mặt hạt keo khác → hình thành bông cặn

- Phản ứng 3: Hấp phụ lần hai của PAC Nếu đoạn cuối duỗi ra và không tiếp xúc với vị trí trống trên hạt khác và gấp lại → tiếp xúc với mặt khác của chính hạt đó → ổn định lại

- Phản ứng 4: Khi liều lượng PAC dư Nếu PAC thêm vào dư nhiều, bề mặt hạt bão hòa các đoạn PAC → không có vị trí trống để hình thành cầu nối → hạt keo ổn định trở lại

- Phản ứng 5: Vỡ bông cặn, vỡ vụn bông cặn khi xáo trộn nhiều

Trong toàn bộ quá trình (5 phản ứng trên), Cơ chế chính là: Hấp phụ và tạo cầu nối Cơ chế phụ là: Trung hòa điện tích

Câu 2 Tại sao cần thực hiện thí nghiệm 1?

Thực hiện thí nghiệm 1 vì việc thực hiện thí nghiệm 2 đòi hỏi thời gian lớn để điều chỉnh từng cốc và để phản ứng xảy ra đồng thời cho 6 cốc

Câu 3 So sánh quá trình keo tụ tạo bông trong xử lí nước thải và nước cấp?

Quá trình keo tụ tạo bông trong nước thải có hiệu quả thấp hơn trong nước cấp do tính chất của nước thải có chứa nhiều tạp chất và chất rắn lơ lửng không thể keo tụ Do đó, quá trình keo tụ trong nước thải yêu cầu sử dụng lượng hóa chất lớn hơn so với quá trình keo tụ trong nước cấp

PHƯƠNG PHÁP BÙN HOẠT TÍNH

- Làm quen với phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật

- Đánh giá khả năng xử lý của bùn hoạt tính

- Xác định các giá trị thông số động học

2.2.1 Mục đích của quá trình sinh học trong nước thải

Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan và chất dễ phân hủy thành sản phẩm cuối chấp nhận được (CO2, H2O, N2);

Nitơ, Photpho sẽ được phân hủy hoặc chuyển hóa;

Bông bùn sinh học hay màng sinh học là quá trình của việc kết tụ cặn lơ lửng và chất keo không lắng;

Khử một số hợp chất và chất hữu cơ dang vết

2.2.3 Hiện tượng cơ bản xảy ra trong quá trình oxy hóa sinh học

Sử dụng các hợp chất hữu cơ để tổng hợp sinh khối

Duy trì hoạt động sống tế bào: sinh trưởng, sinh sản, tích lũy dinh dưỡng, bài tiết sản phẩm

Phương trình phản ứng xảy ra

C X H y O z + O 2 + NH 3 → tế bào mới + CO 2 + H 2 O + NO 3

2.2.4 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học

Yếu tố ảnh hưởng bao gồm: Nhiệt độ, pH, dinh dưỡng, độ măn, DO, Ion chất độc…

2.2.5 Xác định các thông số động học Y, k d , 𝝁 𝒎 , K s

Trong đó: X: nồng độ bùn hoạt tính, mg/L

𝜇: tốc độ tăng trưởng riêng của bùn vi sinh, 1/giây t: thời gian thổi khí, (s)

𝑟t: tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn, mg/L.giây rt = dX/dt = 𝜇X (1)

- Trong trường hợp nuôi cấy theo mẻ, áp dụng theo phương trình Monod:

Trong đó: 𝜇: tốc độ tăng trưởng riêng, L/s

𝜇 𝑚 : tốc độ tăng trưởng riêng cực đại, L/s

𝑆: nồng độ chất thải nền trong nước thải

KS: hằng số bán tốc độ, mg/L

- Do trong quá trình xử lý, một phần các chất hữu cơ bị oxy hóa thành tế bào mới, một phần bị oxy hóa thành các chất hữu cơ và các chất vô cơ ổn định Vì vậy, có thể thiết lập quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng và lượng chất nền được sử dụng

Trong đó: Y: hệ số sản lượng tế bào, mg/mg rd: tốc độ sử dụng chất nền, g/m 3 s

Trong đó: Q: lưu lượng nước thải, m 3 /ngày

S0: nồng độ BOD ban đầu, mg/L

S: nồng độ BOD tại thời điểm xác định, mg/L

𝜃: thời gian lưu nước, ngày hoặc giờ

Thời gian lưu nước trong hệ thống được xác định theo phương trình sau:

Trong đó: kd: tốc độ sử dụng cơ chất riêng tối đa, 1/ngày

Từ các phương trình (1), (2), (3), (4), (5) xây dựng đồ thị tuyến tính để xác định các giá trị thông số động học Y; kd; 𝜇 𝑚 ; Ks

Chuẩn bị mẫu nước: Lấy bùn lắng, nuôi vi sinh vật hiếu khí bằng cách sục khí + ăn đường

2.3.1 Mô hình thực hiện thí nghiệm

- Bước 1: Xác định các thông số đầu vào

- Bước 2: Mô hình thí nghiệm pH ban đầu

Hàm lượng SS (MLSS, MLVSS) Đo COD Đo BOD

- Bước 3: Lấy mẫu ở các thời điểm

- Bước 4: Xác định các chỉ tiêu

2.3.2 Xác định thông số bùn

Sấy ở 105℃→ Xác định m ss (MLSS)

Tiếp tục sấy ở 550℃ → Xác định MLVSS

Công thức: COD mgO 2 /L (V đun − V mẫu ) ×1.5 × 0.1

Tương tự, làm như vậy với 2 mẫu trắng (1 mẫu trắng đun, 1 mẫu trắng không đun)

Rửa ống COD bằng dung dịch H 2 SO 4 20%

Lấy 2,5 mL mẫu + 1,5 𝐾 2 𝐶𝑟 2 𝑂 7 0.1N + 3,5 mL H 2 SO 4 vào ống COD (phản ứng xảy ra mạnh nên cho axit chảy dọc theo thành ống nghiệm)

Cho ống COD vào tủ sấy, nung ở 150℃ trong 2h

Lấy ống COD ra để nguội, đổ ra erlen

+ 2 giọt feroin Định phân bằng FAS 0.1N (kết thúc chuẩn khi dd chuyển từ màu xanh sang nâu đỏ

2.3.4 Hàm lượng SS a) Chuẩn bị b) Xác định MLSS

Làm khô cốc ở nhiệt độ 103℃ - 105℃ trong 1 giờ

Nung cốc 1h ở nhiệt độ 550℃ ± 50℃ trong tủ nung (Nếu xác định MLVSS)

Làm nguội cốc trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng, trong 1 giờ

Làm bay hơi nước trong tủ sấy ở nhiệt độ 103℃ - 105℃

Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong 1h)

Lấy 5mL bùn Chuyển mẫu có dung tích đã được xáo trộn vào cốc đã cân

V mL mẫu c) Xác định chỉ số SVI

Nung cốc trong tủ nung ở nhiệt độ

Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong 1h)

Thực hiện các bước như phần xác định MLSS

Cân P 2 (mg) Ống đong 1000mL

Cho bùn vào Đợi 30 phút lắng Ghi lại V

Dùng NaOH hoặc H2SO4 để trung hòa dung dịch mẫu đến pH = 7 – 7.5

Lấy thể tích mẫu thích hợp cho vô chai

Thêm vào 1mL dung dịch

Cho chai BOD vào tủ điều nhiệt giữ ở 20 ℃ Đệm phosphate MgSO 4 CaCl 2 FeCl 2 Nh 4 Cl Để ổn định sau 20ph sau đó cho KOH vào

Vặn nút cao su đúng vị trí đậy kín miệng chai

Sau 5 ngày, đọc kết quả chuẩn độ trực tiếp

2.4.1 Xác định thông số đầu vào của nước

Mẫu trắng không nung: VFAS = 1.5mL

Mẫu trắng nung: VFAS = 1.45mL

Bảng 2.1 Thông số đầu vào pH COD SS (100mL) BOD

6.2 VFAS = 1.1mL m0 = 0.112 g BOD đầu vào = 3.47mg/L m1 = 0.145 g BOD5 đầu ra = 1.56 mg/L

2.4.2 Xác định thông số đầu vào của bùn

P0 = 23.1878 g Khối lượng cốc sau khi sấy ở 105 o C

P1 = 25.0962 g Khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy ở 105 o C

P2 = 23.518 g Khối lượng cốc và mẫu sau khi nung ở 550 o C

Vml mẫu = 5 mL Thể tích mẫu sử dụng

Chỉ số thể tích bùn

2.4.3 Nồng độ bùn giả thuyết

Dựa vào MLSS ban đầu của mẫu ta pha loãng với nước thải để ra nồng độ bùn phù hợp Áp dụng công thức C1.V1= C2.V2 ta tính được lượng bùn cần cho vô để pha loãng ra nồng độ thích hợp

Bảng 2.2 Nồng độ bùn giả thuyết

V bùn (mL) 2.6 mL 5.24 mL 10.48 mL 15.72 mL

2.4.4 Các thông số tại các nồng độ bùn theo thời gian

Bảng 2.3 Bể 1 nồng đọ bùn 500mg/L

Thời gian 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút 2 giờ chiều pH 3.5 6.9 6.9 4.6 6.9

Bảng 2.4 Bể 2 nồng độ bùn 1000mg/L

Thời gian 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút 2 giờ chiều pH 4.3 7 7.1 6.5 7

Thời gian 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút 2 giờ chiều pH 6.2 6.7 7.1 6.7 6.9

Thời gian 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút 2 giờ chiều pH 6.6 6.4 6.5 6.9 7

Xử lý số liệu

Bảng 2.7 Mối tương quan giữa pH và thời gian xử lý

Thời gian 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút 2 giờ chiều pH

Hình 2.1 Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa pH và thời gian xử lý

Biểu đồ có sự mất cân bằng giữa các nồng độ khác nhau pH của các nồng độ có xu hướng khác nhau rõ rệt

Tại bể 2 và bể 3 có xu hướng giống nhau đều tăng lên trong khoản thời gian đầu và giảm nhẹ tại thời điểm 180 phút Lí giải cho điều này bởi vào giai đoạn đầu, lúc đó vi sinh vật đang thích nghi với môi trường, vi sinh vật hấp thụ cơ chất để tăng sinh khối nên làm pH của nước tăng Càng về sau dinh dưỡng trong nguồn nước không đủ cung cấp cho vi sinh vật nên vi sinh vật tiến hành phân huỷ nội bào khiến lượng vi sinh vật giảm làm giảm pH tại điểm 180 phút và sau đó vi sinh vật tái sử dụng lượng dinh dưỡng và phát triển trở lại khiến pH tăng nhẹ trong thời gian ngắn

Tại bể 1 cũng xảy ra hiện tượng giống bể 2 và 3 nhưng vì nồng độ vi sinh vật ban đầu thấp nên khi quá trình phân huỷ nội bào xảy ra khiến pH giảm sâu hơn bể 2 và bể 3

Riêng bể 4 có sự khác biệt là pH không dao động quá nhiều trong suốt quá trình Vì hàm lượng vi sinh vật nhiều nên khả năng xử lí xảy ra mạnh tại thời gian đầu nên quá trình về sau không có sự biến đổi nhiều trong tính chất nước Và quá trình phân huỷ sinh bào không diễn ra trong bể 4

30 phút 60 phút 120 phút 180 phút 2PM pH

Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa phHvà thời gian xử lý

Mối quan hệ giữa hiệu quả xử lý COD và thời gian

Bảng 2.8 Kết quả hiệu suất xử lý của COD %

Thời gian 30 phút 60 phút 120 phút 180 phút 2 giờ chiều

Hình 2.2 Đồ thị hiệu suất xử lý

Theo đồ thị ta có thể thấy càng lâu thì hiệu suất xử lí COD tăng dần theo thời gian nhờ sự tăng trưởng của vi sinh vật do vi sinh vật sử dụng COD làm chất hữu cơ để phát triển sinh khối Do đó lượng vi sinh vật tăng lên đồng nghĩa với lượng COD giảm đi Ở bể 3 và 4 cho hiệu suất ra hiệu suất xử lí gần như bằng nhau tại mọi thời điểm và có thời điểm bể 3 có hiệu suất xử lí tốt hơn bể 4 tại khoảng 3 tiếng Lí giải cho việc này là do tại thời điểm 3 tiếng bể số 3 xảy ra hiện tượng phân huỷ phân bào và chứng minh cho việc này là do pH giảm xuống Đồng nghĩa với việc tại thời điểm 3 tiếng hiệu suất xử lí tối đa của vi sinh vật

30 phút 1 tiếng 2 tiếng 3 tiếng 2pm

Xác định các giá trị thông số động học

Bảng 2.9 Số liệu thực bể 1

Bảng 2.10 Kết quả tính toán xô 1

Hình 2.3 Đồ thị xác định các thông số động học xô 1

𝑘 = 4219.1 → Ks = 2654.15 (mg/L) Để xác định các thông số động học còn lại, vẽ đồ thị tuyến tính với trục hoành là giá trị của

𝜃 và trục tung là giá trị của 𝑆 0 −𝑆

Biểu đồ đường tuyến tính

Hình 2.4 Đồ thị tuyến tính các thông số động học xô 1

Bảng 2.11 Số liệu thực xô 2

Bảng 2.12 Kết quả tính toán xô 2

Bảng 2.14 Kết quả tính xô 3

Bảng 2.16 Kết quả tính xô 4

Câu 1 Bùn hoạt tính là gì

Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật có khả năng phân giải hợp chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí theo phương pháp sinh học

Câu 2 Vì sao cần xác định các giá trị thông số động học của quá trình

Tính các thông số động học của quá trình để có thể xác định được số lượng vi sinh vật, tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật, thông qua đó sẽ biết được lượng thức ăn cần cung cấp cho VSV để phát triển tránh hiện tượng thiếu hay thừa thức ăn, tính được lượng cơ chất cần bổ sung trong 1 ngày y = 0.1535x + 0.0237 R² = 0.9989

BÀI 3 PHƯƠNG PHÁP OXH FENTON

− Xác định hiệu quả của quá trình oxi hóa bằng phương pháp Fenton

− Ứng dụng cho quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm

Trong vòng hai thập kỷ qua, thành tựa quan trọng có ý nghĩa nhất trong lĩnh vực xử lý nước thải là sự phát triển ngoạn mục của các công trình nghiên cứu và ứng dụng những quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs)

Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của tác giả J.H Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic bằng hydrogen peoxit đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt Sau đó, tổ hợp H2O2 với muối Fe 2+ được sử dụng làm tác nhân oxy hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton”

3.2.1 Quá trình Fenton đồng thể

Hệ tác nhân Fenton là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thông thường dùng muối FeSO4) và hydrogen peroxide (H2O2), chúng tác dụng mạnh với nhau sinh ra các gốc tự do hydroxyl (*OH), còn ion Fe 2+ bị oxy hóa thành Fe 3+ Theo chuỗi các phản ứng sau:

Sự oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ và gốc tự do hydroxyl *HO theo phương trình (1) xảy ra rất nhanh được xem như khởi đầu của phản ứng Fenton, trong khi đó, phản ứng (2) xem như khởi đầu của phản ứng Fenton biến thể tạp Fe 2+ để sau đó tiếp tục xảy ra theo phẩn ứng (1) tạo ra gốc tự do hydroxyl *HO Vì vậy, đường đi của các phản ứng Fenton và Fenton biến thể cũng như một kiểu như nhau

Cơ chế quá trình Fenton đồng thể cần thực hiện ở pH thấp (pH = 3.5) Sau đó nâng lên 7 để tách các ion Fe 3+ ra khỏi nước thải sau xử lí bằng dung dịch vôi (hoặc kiềm nhằm chuyển Fe(OH)3 kết tủa, sau đó loại bỏ bằng thiết bị lắng hoặc lọc ép

Các phương trình của quá trình Fenton đồng thể:

- Phương trình Fenton tổng cộng có dạng:

3.3.2 Quá trình Fenton dị thể

Nhược điểm của quá trình Fenton đồng thể: phải thực hiện ở pH thấp (pH 3.5), sau phản ứng phải nâng pH >7 để tách các ion Fe 3+ ra khỏi nước thải sau xử lý bằng dung dịch vôi hoặc kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau đó phải qua thiết bị lắng hoặc lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo ra một lượng bùn thải chứa rất nhiều sắt

- Để khắc phục nhược điểm của quá trình Fenton đồng thể, nguồn sắt được sử dụng làm chất xúc tác đã được thay thế bằng quặng sắt (Goethite, α-FeOOH), cát có chứa sắt, hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO2, Fe/ TiO2, Fe/ Than hoạt tính, Fe/ Zeolite…Đây là quá trình Fenton dị thể và có nhiều ưu thế trong ứng dụng thực tế

- Có thể sử dụng Goethite để thay thế, Geothite là một khoáng sản có sẵn trong thiên nhiên, ngay cả ở Việt Nam cũng tìm thấy ở các mỏ Geothite chất lượng tốt Tuy vậy, Geothite cũng có thể thu được bằng cách tổng hợp từ ferric nitrat và kali hydroxit ở nhiệt độ cao

Chuẩn bị mẫu: Ngâm hạt tiêu với nước trước 1 tuần học

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sắt tỉ lệ H 2 O 2 và phèn sắt đã sử dụng

→ Mẫu nước thải pha loãng 25 lần

Tiến hành đo mẫu nước thải đầu vào

• Đo pH (sử dụng máy đo pH)

• Đo độ màu (đo ở bước sóng 455 nm)

Mẫu nước thải tiêu 1L Định mức lên 1L (nước máy)

40 mL mẫu nước thải tiêu

Mẫu nước thải đã pha loãng

Rửa ống COD bằng dung dịch H 2 SO 4 20%

Lấy 2,5 mL mẫu + 1,5 K 2 Cr 2 O 7 0.1N + 3,5 mL H 2 SO 4 vào ống COD (phản ứng xảy ra mạnh nên cho axit chảy dọc theo thành ống nghiệm)

Cho ống COD vào tủ sấy, nung ở 150℃ trong 2h

Lấy ống COD ra để nguội, đổ ra erlen

+ 2 giọt feroin Định phân bằng FAS 0.1N (kết thúc chuẩn khi dd chuyển từ màu xanh sang nâu đỏ

Tương tự, làm như vậy với 2 mẫu trắng (1 mẫu trắng đun, 1 mẫu trắng không đun)

Các bước thực hiện thí nghiệm 1

Cho 100 mL nước thải vào 4 cốc 250mL

Cho H 2 O 2 50% và FeSO 4 7H 2 O theo tỷ lệ như bảng 3.1

Chỉnh pH xuống 3.5 (dùng H 2 SO 4 chỉnh) Để yên cho phản ứng oxi hóa xảy ra trong 2 giờ Đem nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH + 1 giọt polymer anion, khuấy nhẹ và đều

Lấy phần nước trong bên trên đi đo pH, độ màu, COD

Bảng 3.1 Tỉ lệ H 2 O 2 /Fe ứng với mỗi cốc ở thí nghiệm 1

Hình 3.1 Chuẩn bị mẫu cho thí nghiệm 1

3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sắt hiệu quả của phản ứng khi có mặt chất xúc tác Mn 2+

Bảng 3.2 Tỉ lệ H 2 O 2 /Fe và Mn 2+ ứng với mỗi cốc ở thí nghiệm 2

Các bước thực hiện thí nghiệm 2

Cho 100 mL nước thải vào 4 cốc 250mL

Cho H 2 O 2 50%, FeSO 4 7H 2 O, Mn 2+ theo tỷ lệ như bảng 3.2

Chỉnh pH xuống 3.5 (dùng H 2 SO 4 chỉnh) Để yên cho phản ứng oxi hóa xảy ra trong 2 giờ Đem nâng pH lên 7 – 8 bằng NaOH + 1 giọt polymer anion, khuấy nhẹ và đều

Lấy phần nước trong bên trên đi đo pH, độ màu, COD

Hình 3.2 Chuẩn bị mẫu cho thí nghiệm 2

Hình 3.3 Chuẩn độ COD dung dịch từ màu xanh chuyển sang màu nâu đỏ

Kết quả thí nghiệm và nhận xét

3.4.1 Kết quả đo mẫu nước thải đầu vào

Mẫu nước thải đã được pha loãng 25 lần

Nồng độ FAS 0.09 N Đường chuẩn độ màu: y = 0.006x + 0.001 với R 2 = 0.9953

Bảng 3.3 Thông số đầu vào pH Độ màu

Bảng 3.4 Thông số đo COD mẫu đun và không đun

COD mẫu trắng đun, VFAS (mL) 1

COD mẫu trắng không đun, VFAS (mL) 1.1

3.4.2 Thí nghiệm 1: Khảo sắt tỉ lệ H 2 O 2 và phèn sắt đã sử dụng

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm 1

Tỉ lệ H2O2/Fe 1/10 1/5 1/2 1/1 pH 6.47 6.38 6.33 6.65 Độ màu A 0.064 0.083 0.073 0.077

Bảng 3.6 Hiệu suất xử lí độ màu, COD với các tỉ lệ H 2 O 2 và Fe khác nhau

Hình 3.4 Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý độ màu, COD ứng với các tỉ lệ H 2 O 2 và Fe khác nhau

Từ biểu đồ trên, thấy được ứng với tỉ lệ H2O2/Fe bằng 1/10 thì khả năng xử lý độ màu và COD trong nước thải tiêu bằng phương pháp oxi hóa fenton đạt hiệu quả tốt nhất (hiệu suất xử lý độ màu đạt 44.74%, COD đạt 70%) Đới với tỉ lệ 1/5 thì khả năng xử lý độ màu và COD đạt hiệu quả thấp nhất (hiệu suất xử lý độ màu đạt 28.05%, COD đạt 25%)

Hiệu suất xử lý độ màu ứng với các tỉ lệ H2O2/Fe: 1/10 (44.73%), 1/5 (28.05%), 1/2 (36.84%), 1/1 (33.68%) và hiệu suất xử lý COD 1/10 (70%), 1/5 (30%), 1/2 (50%), 1/1 (40%) có sự chênh lệch, tăng giảm không đồng đều do liều lượng H2O2 và phèn sắt cho vào có thể sai cũng như trong quá trình thí nghiệm sắt bị oxi hóa (từ Fe 2+ thành Fe 3+ ) trước khi cho vào mẫu

Hiệu suất xử lý COD, độ màu ứng với các tỉ lệ H 2 O 2 và Fe khác nhau

3.4.3 Thí nghiệm 2: Khảo sắt hiệu quả của phản ứng khi có mặt chất xúc tác Mn 2+

Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm 2

Tỉ lệ H2O2/Fe 1/10 1/5 1/2 1/1 pH 6.51 6.65 6.81 6.85 Độ màu

Bảng 3.8 Hiệu suất xử lí độ màu, COD khi có xúc tác Mn 2+

Hình 3.5 Biểu đồ hiệu suất so sánh suất hiệu suất xử lý độ màu, COD khi có xúc tác Mn 2+

Dựa vào biểu đồ trên, ta thấy được hiệu suất xử lí độ màu, COD khi có một lượng xúc tác Mn 2+ được cho vào thí nghiệm Khả năng xử lý COD cũng giảm dần khi cho lượng Mn 2+ vào ứng với từng tỉ lệ H2O2/Fe (từ 60% giảm còn 20%) Lượng Mn 2+ khi cho vào hoạt động rất hiệu quả

Với tỉ lệ 1/10 lượng Mn 2+ cho vào thì hiệu quả xử lý độ màu không tỷ lệ với hiệu quả xử lý COD Hiệu quả xử lý độ màu (37.73%), COD (60%)

Với tỉ lệ 1/2 lượng Mn 2+ cho vào thì hiệu quả xử lý độ màu và COD là tương đương nhau Hiệu quả xử lý độ màu (41.26%), COD (40%) Đối với tỉ lệ 1/1 thì lượng Mn 2+ cho vào xử lý độ màu là tốt nhất 51.75%, nhưng hiệu quả xử lý COD lại thấp nhất (20%).

Câu 1: Hệ tác nhân Fenton là gì?

Hiệu suất xử lý COD, độ màu khi có xúc tác Mn 2+

Hệ tác nhân fenton là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị II (thông thường dùng muối FeSO4) và hydrogen peroxide (H2O2,) chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do hydroxyl (*OH), còn Fe 2+ bị oxi hóa thành Fe 3+

Câu 2: Hãy so sánh quá trình Fenton đồng thể và dị thể

Fenton đồng thể Fenton dị thể Định nghĩa Là các hợp chất xúc tác có cùng pha với các chất đang đi vào pha phản ứng

Là các hợp chất xúc tác ở pha khác với pha của hỗn hợp phản ứng

Giai đoạn Chất xúc tác đồng thể có thể được tìm thấy chủ yếu trong pha lỏng

Chất xúc tác dị thể có thể được tìm thấy trong cả ba giai đoạn; pha rắn, pha lỏng hoặc pha khí Ổn định nhiệt Độ bền nhiệt của các chất xúc tác đồng thể kém Độ ổn định nhiệt của các chất xúc tác dị thể là tốt

Phục hồi xúc tác Việc thu hồi các chất xúc tác đồng nhất là khó khăn và tốn kém

Việc thu hồi các chất xúc tác dị thể là dễ dàng và rẻ tiền Hoạt động Vị trí hoạt động của các chất xúc tác đồng nhất được xác định rõ và có tính chọn lọc tốt

Vị trí hoạt động của các chất xúc tác dị thể không được xác định rõ và có độ chọn lọc kém

Chất xúc tác tái chế

Việc tái chế các chất xúc tác đồng nhất là khó khăn

Việc tái chế các chất xúc tác dị thể rất dễ dàng

Tách chất xúc tác Việc tách chất xúc tác đồng thể ra khỏi hỗn hợp phản ứng là khó khăn

Việc tách chất xúc tác dị thể ra khỏi hỗn hợp phản ứng rất dễ dàng

Chất xúc tác đồng thể hoạt động tốt hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp (dưới 250 ◦ C)

Chất xúc tác dị thể hoạt động tốt hơn trong điều kiện nhiệt độ cao (khoảng 250 đến 500 ◦ C)

Sửa đổi chất xúc tác

Việc sửa đổi các chất xúc tác đồng nhất là dễ dàng

Việc sửa đổi các chất xúc tác dị thể là khó khăn

Câu 3: Vì sao sử dụng Mn làm chất xúc tác cho quá trình Fenton?

Phản ứng oxy hóa còn được xúc tác bởi một lượng nhỏ mangan dưới dạng muối sulfate Quá trình fenton có chất xúc tác là Mn làm phân hủy H2O2 tạo ra các gốc OH* tương tự như

Fe 2+ , Mn 2+ sẽ bị oxi hóa tạo thành các chất bao quanh các hợp chất hữu cơ Khi tăng lượng gốc tự do được tạo ra nhiều hơn, thúc đẩy nhanh quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ Sau đó các hợp chất hữu cơ sẽ bị oxy hóa tạo thành các gốc R* Quá trình oxy hóa từ đó mà được đẩy mạnh và hiệu quả hơn trong quá trình xử lý độ màu

Vì sự hiện diện của mangan làm tăng hiệu quả phản ứng nhưng chỉ với một tỉ lệ mangan rất thấp (nếu nhiều mangan quá cũng không tốt) Mangan làm tăng tác dụng hấp phụ của bông hydroxit và vai trò của mangan chủ yếu thể hiện khi pH được nâng lên khoảng 7-8

KHỬ TRÙNG

- Giúp sinh viên làm quen với phương pháp khử trùng trong xử lý nước thải

- Đánh giá khả năng khử trùng bằng hóa chất hay UV

- Xác định giá trị lượng hóa chất cần thiết

- Xác định thời gian tiếp xúc của UV.

4.2.1 Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó

Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh

Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào

Tốc độ của quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào

Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly

Tốc độ khử trùng bị châm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lững và các chất khử khác

Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric:

Cl 2 + H 2 O ⇔ HOCl + HCl Hoặc ở dạng phương trình phân ly:

Cl 2 + H 2 O ⇔ 2H 2+ + OCl − + Cl − Khi sử dụng clorua vôi làm chất khử trùng, phản ứng sẽ là:

Ca(OCl) 2 + H 2 O ⇔ CaO + 2HOCl 2HOCl ⇔ 2 H + + 2 OCl −

• Ammonia + Hypochlorous Acid → Monochloramine + nước

• Monochloramine+ Hypochlorous → Acid Dichloramine + nước

• Dichloramine + Hypochlorous → Acid Trichloramine + nước

Chloramines yếu hơn chlorine, nhưng bền hơn nên thường dùng trong hệ thống đường ống Chloramines có thể bị phân hủy bởi vi khuẩn, nhiệt, và ánh sáng Chloramines hiệu quả đối với những vi khuẩn và một vài loài protozoans, nhưng nó không diệt được những loài virus nguy hiểm

Khử trùng bằng Chlorine dioxide

• ClO2 diệt hiệu quả protozoans, Cryptosporidium, Giardia, và viruses

• ClO2 oxi hóa tất cả các kim loại và chất hữu cơ chuyển chất hữu cơ thành CO2 và nước

• ClO2 có thể loại bỏ hợp chất sulfide, mùi

• Sử dụng ClO2 không tạo thành trihalomethanes và quá trình chlorine không chịu ảnh hưởng bởi ammonia

• ClO2 hiệu quả ở pH cao hơn so với các dạng chlorine khác

• Nhược: giá thành cao, đòi hỏi vận hành thành thạo, ClO2 dễ cháy hơn so với khí Chlo

4.2.2 Khử trùng nước bằng tia UV

Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm (nanometer) Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước

Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất

Chuẩn bị mẫu: Lấy 5 L nước thải từ khu xử lý nước thải KTX Đại học Quốc Gia + pha bùn và cát vào mẫu nước thải

Chuẩn bị dụng cụ: ống nghiệm, ống Durham, 4 cốc, pipet, bóp cao su, bông gòn, đũa thủy tinh và bình tia,

4.3.1 Thí nghiệm 1: Khử trùng bằng hóa chất NaOCl

- Pha 1 L dung dịch NaOCl nồng độ 0,2 mL/L

- Đo Độ đục , pH ban đầu của nước thải

Chuẩn bị pha loãng mẫu thành 0,5L ở các độ đục

Cho 1ml dung dịch NaOCl (0,2g/L) vào 3 cốc, khuấy trộn đều Lấy mẫu theo thời gian 30 phút, 1h, 2h. Đo pH và độ đục theo thời gian

4.3.3 Thí nghiệm 3: Khử trùng bằng UV

- Chuẩn bị bồn chứa 10 L với độ đục 10 NTU và nồng độ E.Coli theo nồng độ đầu vào, cho nước vào thiết bị UV với lưu lượng 10 L/h

- Hòa tan 37g EC trong 1 lít nước cất

- Cho 10 ml vào mỗi ống nghiệm chưa ống Durham đảo ngược Khử trùng bằng nồi hấp ở 121ºC trong 15 phút

- Mỗi mẫu cần chuẩn bị 9 ống nghiệm tương ứng 3 độ pha loãng

- Cho 1 ml mẫu ở các độ pha loãng tương ứng vào ống nghiệm có chứa môi trường EC

- Đem ủ 24 – 48 giờ ở nhiệt độ 35OC

Lấy mẫu ở phút thứ 15 phút và 30 phút

Lấy mẫu sau thời gian 15, 30 phút đo lại pH, độ đục và nồng độ Coliform

UV Cho vào 2L nước ở độ đục 10 NTU

- Đọc kết quả dương tính theo bảng MPN

Kết quả và nhận xét

4.4.1 Thông số đầu vào của nước thải:

Bảng 4.1 Thông số đầu vào Độ đục pH

4.4.2 Thí nghiệm 1: Khử trùng bằng hóa chất NaOCl

Tổng số coliforms (CFU/g hoặc CFU/ml) = Số MPN * 10 n

N: là số nguyên dương của nồng độ pha loãng được nuôi cấy

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm 1: Khử trùng bằng hóa chất NaOCl

Thời gian Số ống nghiệm dương tính Tổng số coliform pH Độ đục

Mẫu có độ đục 10 NTU

Mẫu có độ đục 10 NTU:

Bảng 4.3 Hình ảnh thí nghiệm 1 độ đục 10 NTU Độ pha loãng 10 -0

Theo kết quả thí nghiệm kiểm tra Coliforms bằng phương pháp MPN, Coliform tính được trong mẫu là rất cao ở độ đục 300 NTU Điều đó chứng minh mẫu nước thải ban đầu sẽ có thể có rất nhiều vi khuẩn gây bệnh

Hiệu quả xử lý của NaOCl tương đối hiệu quả ở mức tốt ở độ đục 10 NTU, tuy nhiên chỉ đạt mức trung binh và kém ở độ đục 100 và 300 NTU

Hiệu quả xử lý của NaOCl tỷ lệ thuận với thời gian theo thí nghiệm ở độ đục 100 NTU, do đó thời gian phản ứng càng lâu thì hiệu quả xử lý càng cao Đưa ra giải pháp là điều chỉnh lại lượng hóa chất cũng như tăng thời gian phản ứng NaOCl nhằm giải quyết triệt để lượng colifom

Hình 4.1 Tổng Coliforms bằng hóa chất NaOCl

4.4.3 Thí nghiệm 2: Khử trùng bằng đèn UV

Bảng 4.6 Kết quả thí nghiệm 2: Khử trùng bằng đèn UV

Thời gian Số ống nghiệm dương tính Tổng số coliform Độ đục pH

Mẫu 1 10 NTU Mẫu 2 100 NTU Mẫu 3 300 NTU

Tổng Coliforms bằng hóa chất NaOCl

Thời gian 30 phút Thời gian 1 giờ Thời gian 2 giờ

Hình 4.2 Biểu đồ lượng Coliform xử lý bằng UV

- Hiệu quả xử lý của UV gần như là tuyệt đối khi ở độ đục 10 NTU

- Khả năng của UV vượt trội hơn nhiều so với hóa chất NaOCl.

Câu 1 Trong ba loại hợp chất của clo (Chlor, Chloramine và Chlorine dioxide) chất nào có khả năng khử trùng mạnh nhất?

Chlorine dioxide Do ClO2 là chất oxy hóa mạnh, có thể oxi hóa tất cả các kim loại và chất hữu cơ chuyển chất hữu cơ thành CO2 và nước đồng thời có khả năng tiêu diệt hầu hết các loại vi khuẩn với liều dùng thấp

Câu 2 Các yếu tố ảnh hướng đến quá trình khử trùng ?

- Nồng độ của chất khử khuẩn

- Nồng độ vi sinh vật

- Loại vật liệu (vô cơ hay hữu cơ)

Lượng Coliform xử lý bằng UV

Thời gian 15 phút Thời gian 30 phút

- Độ cứng pha loãng và chất cặn lắng còn lại sau khi làm sạch

Câu 3 Tại sao độ đục ảnh hưởng đến quá trình khử trùng?

Các hạt làm tăng độ đục của nước tạo ra một môi trường lý tưởng để vi khuẩn ẩn nấp, làm giảm khả năng hiệu quả của quá trình khử trùng nước Các chất ô nhiễm như kim loại nặng hòa tan và mầm bệnh có thể kết tụ trên các hạt lơ lửng, sau đó xâm nhập vào nguồn nước Điều này giải thích tại sao sự tăng độ đục thường đi kèm với tiềm năng ô nhiễm cao của nguồn nước

XỬ LÝ PHOTPHAT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

- Biết được cách xử lý Photpho bằng phương pháp hóa lý

- Xác định được liều lượng hóa chất tối ưu cần cho xử lý nước thải bị ô nhiễm.

Quá trình xử lý photpho cũng giống như keo tụ tạo bông Kết dính photpho vào các cặn lơ lửng trong nước thải, làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống Sau đó loại bỏ các cặn lơ lửng, bao gồm cả cặn sinh học hay cặn hóa lý Để xử lý photphate, người ta sử dụng phương pháp kết tủa hóa học Hóa chất được sử dụng trong quá trình xử lý là vôi Ca(OH)2 và muối kim loại.

Phương trình phản ứng của thí nghiệm:

Ca 2+ + PO 4 3− → Ca 3 (PO 4 ) 2 Ý nghĩa môi trường

Photpho thường tồn tại ở dạng photphate trong nguồn nước tự nhiên và nước thải Photphate được phân loại và tồn tại dưới 3 dạng:

Các chỉ tiêu photphate được ứng dụng trong việc kiểm soát mức độ ô nhiễm của dòng nước Việc xác định photphate rất cần thiết trong quá trình vận hành các trạm xử lý nước thải và trong nghiên cứu ô nhiễm dòng chảy của nhiều vùng Bởi vì hàm lượng photphate có thể được coi là một chất dinh dưỡng trong xử lý nước thải

Sử dụng phương pháp đường chuẩn, so màu ở bước sóng 690nm Trong môi trường acid và các chất xúc tác, orthophosphate sẽ phản ứng với molybdate phóng thích ra acid molybdophosphoric Sau đó, acid molybdophosphoric sẽ bị khử bởi SnCl2, dung dịch đổi sang màu xanh dương

PO 4 3− + 12(NH 4 ) 2 Mo 24 O 4 + 24H + → (NH 4 ) 3 PO 4 12MoO 3 + 21NH 4 + + 12H 2 O

(NH 4 ) 3 PO 4 12MoO 3 + Sn 2+ → Molybdenum (xanh dương) + Sn 4+

Chuẩn bị mẫu nước: Lấy 6L nước thải sinh hoạt tại khu vực xử lý nước ở KTX khu B

5.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định giá trị pH tối ưu

Bước 1: Định lượng hóa chất điều chỉnh pH

Bước 2: Keo tụ hóa học

Bước 3: Phân tích mẫu Đo lại pH sau lắng, độ đục, xác định hàm lượng P

Lấy mẫu dưới lớp váng bề mặt Đem đi lọc

Thêm thể tích NaOH và H 2 SO 4 đã xác định vào cùng lúc 6 cốc pH = 5 pH = 5.5 pH = 6 pH = 6.5 pH = 7 pH = 7.5

Thêm 0.3 mL vôi loãng (khi cho hóa chất vào bật máy khuấy chậm Đưa vào giàn Jartest + Khuấy nhanh với tốc độ 100 vòng/ phút + Khuấy chậm với tốc độ 15 vòng/ phút

Tắt máy (Để yên lắng trong 30 phút

Lưu ý: pH tối ưu (đo sau lắng) là ứng với mẫu có hàm lượng P thấp nhất

5.3.2 Thí nghiệm 2: Xác định liều lượng vôi Ca(OH) 2 tối ưu

0.1 mL 0.2 mL 0.3 mL 0.4 mL 0.5 mL 0.6 mL

Thêm vào từng cốc đồng thời lượng vôi Đưa vào giàn Jartest + Khuấy nhanh với tốc độ 100 vòng/ phút + Khuấy chậm với tốc độ 15 vòng/ phút

Tắt máy (Để yên lắng trong 30 phút

Thêm lượng NaOH và H 2 SO 4 vào cốc để đạt pH tối ưu (đã xác định ở TN1)

400 mL nước thải Đo lại pH sau lắng, độ đục, xác định hàm lượng P Lấy mẫu dưới lớp váng bề mặt Đem đi lọc

Lưu ý: Liều lượng vôi tối ưu là liều lượng vôi với mẫu có độ đục, hàm lượng P thấp nhất

5.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng Photpho

Nếu nồng độ quá cao cần phải pha loãng mẫu nước thải 10 lần Đường chuẩn photpho:

STT 0 1 2 3 4 5 6 dd P-PO4 chuẩn (mL) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -

Mẫu nước (mL) Định mức lên 25mL 25

Mẫu lọc: Lọc mẫu sau đó tiến hành các bước như mẫu không lọc

25 mL mẫu Để yên 10 phút

1 giọt phenolphthalein (Nếu mẫu chuyển sang hồng thêm từ từ strong acid để mất màu) Đi đo độ hấp thu ở bước sóng 690nm

Kết quả thí nghiệm

5.4.1 Xác định thông số đầu vào

Bảng 5.2 Thông số đầu vào pH Độ đục (NTU) Hàm lượng P

Mẫu lọc Mẫu không lọc

5.4.2 Thí nghiệm 1: Xác định lượng pH tối ưu

Bảng 5.3 Xác định lượng hóa chất điều chỉnh pH pH 5 5.5 6 6.5 7 7.5

400mL nước thải + 0.3mL vôi (pH = 10.03)

Bảng 5.4 Kết quả của thí nghiệm xác định lượng pH tối ưu pH Mẫu 5 5.5 6 6.5 7 7.5

- Khuấy nhanh 100 vòng/phút trong 1 phút

- Khuấy chậm 15 – 20 vòng/phút trong 15 phút

- Để yên, lắng tĩnh 30 phút pH sau lắng 4.11 5.22 3.48 3.22 3.35 3.96 Độ đục (NTU) 13.4 26.3 11.75 18.25 11.45 12.1

Bảng 5.5 Kết quả của thí nghiệm xác định lượng vôi tối ưu

Chỉnh lại pH (lượng phèn khác nhau) pH 8,64 9,1 9,65 10,2 10,6 10,7

- Để yên, lắng tĩnh 30 phút pH sau lắng 8,66 9,78 10,77 10,88 11,17 11,29 Độ đục 11.3 9.2 10.5 10.9 13.6 11.8

Xử lý số liệu

Lấy 5mL mẫu định mức lên 25mL → Pha loãng mẫu 5 lần

5.5.1 Xác định thông số đầu vào

Xử lý hàm lượng Photpho ban đầu:

Bảng 5.6 Xử lý thông số đầu vào pH Độ đục (NTU) Hàm lượng P

Mẫu lọc Mẫu không lọc

Photpho (Abs) 0.827 Photpho (Abs) 1.226 Photpho (mg/L) 4 Photpho (mg/L) 6

5.5.2 Thí nghiệm 1: Xác định lượng pH tối ưu Đo hàm lượng P: Lấy 5mL mẫu định mức lên 25mL → Pha loãng mẫu 5 lần

Hình 5.1 Mẫu trong quá trình khuấy Jartest

Bảng 5.7 Xử lý kết quả của thí nghiệm xác định lượng pH tối ưu pH Mẫu 5 5.5 6 6.5 7 7.5

- Để yên, lắng tĩnh 30 phút pH sau lắng 4.11 5.22 3.48 3.22 3.35 3.96 Độ đục (NTU) 11.75 18.25 13.4 26.3 11.45 12.1

Hình 5.2 Mẫu Photpho xác định pH tối ưu

→ Chọn pH tối ưu là: 7

Hình 5.3 Đồ thị mối tương quan giữa pH, hiệu suất xử lý độ đục và P (lọc, không lọc)

- Hiệu suất xử lý độ đục càng cao thì hiệu quả xứ lý P càng cao chứng tỏ khi loại bỏ được các cặn lơ lửng bằng phương pháp hóa lý thì P cũng sẽ bị loại bỏ theo Chứng minh được rằng 1 phần P tồn tại dưới dạng cặn

- Tổng quan ta thấy xu hướng của hiệu suất xử lí giống nhau tại mọi điểm pH Nói lên chúng có mối liên kết với nhau của độ đục do SS gây ra và nồng độ Photpho

- Hiệu suất xử lý độ đục và P cao nhất khi ở pH là 7, tại pH này, hiệu quả xử lý P lên đến 25% đối với mẫu lọc, còn mẫu không lọc đến 48.3% Cũng tại pH = 7, hiệu quả xử lý độ đục lên đến 95.7% Chứng tỏ pH 7 là điều kiện thích hợp để loại bỏ được hàm lượng P có trong nước nên pH tối ưu của quá trình là 7

- Hiệu suất xử lý thấp nhất là tại pH 6.5 Tại đây, có hiệu suất xử lý:

• pH = 6.5 hiệu suất xử lý là 10%

• pH = 6.5 hiệu suất xử lý là 40%

+ Hiệu suất xử lý độ đục là 90%

Tại pH = 5 và 7.5, hiệu suất suất xử lý cũng tương đối cao Hiệu suất xử lý độ đục lần lượt là 95.6% và 95.4% gần như là tương đối Đối với mẫu P lọc thì hiệu suất xử lý là 22.5% và 20% ( mẫu lọc tại pH 5 cao hơn tại pH 7.5 khoảng 2.5%) Mẫu P không lọc còn lại cho ra hiệu suất xử lý là như nhau 46.7%

%H pH Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa ph, hiệu suất xử lý độ đục và hiệu suất xử lý phopho mẫu lọc - không lọc

%H độ đục %H Pmẫu lọc %H Pmẫu không lọc

5.5.3 Thí nghiệm 2: Xác định lượng vôi tối ưu Đo hàm lượng P: Lấy 5mL mẫu định mức lên 25mL → Pha loãng mẫu 5 lần

Bảng 5.8 Xử lý kết quả của thí nghiệm xác định lượng vôi tối ưu

Chỉnh lại pH (lượng phèn khác nhau) pH 8,64 9,1 9,65 10,2 10,6 10,7

- Để yên, lắng tĩnh 30 phút pH sau lắng 8,66 9,78 10,77 10,88 11,17 11,29 Độ đục 11.3 10.5 9.2 10.9 13.6 11.8

Hình 5.4 Mẫu Photpho xác định liều lượng Ca(OH) 2 tối ưu → Chọn Ca(OH) 2 tối ưu: 0.3mL

Hình 5.5 Đồ thị mối tương quan giữa lượng Vôi, hiệu suất xử lý độ đục, P (lọc, không lọc)

- Mẫu Photpho xác định liều lượng Ca(OH)2 tối ưu, khi thêm vào 1 giọt chỉ thị Phenolphthalein dung dịch chuyển sang màu hồng chứng tỏ rằng nồng độ P trong mẫu nước thải đang rất cao Trong trường hợp đó, ta cần phải thêm vào 1 giọt H2SO4 đặm đặc để cho dung dịch mất màu và thêm vào tiếp tục thêm vào Molybdate và SnCl2 (để yên 10 phút, không quá 12 phút) đem đi đo bước sóng

V Ca(OH)2 Đồ thị tương quan giữa Ca(OH)2, hiệu suất xử lý độ đục và hiệu suất xử lý phopho mẫu lọc - không lọc

%H độ đục %H Pmẫu lọc %H Pmẫu không lọc

- Biểu đồ cho ta thấy hiệu suất của mẫu không lọc và mẫu lọc gần tương đối nhau bởi xu hướng giống nhau qua đó ta có thể đánh giá là lượng SS gây ảnh hưởng đến quá trình xử lí PhotPho

- Nhìn vào biểu đồ trên ta thấy lượng vôi là 0.3 mL, 0.4 mL, 0.5 mL, 0,6 mL là lượng vôi cho ra hiệu quả xử lý P và hiệu quả xử lý độ đục cao nhất khi xấp xỉ 60%

- Và tại nồng độ vôi bằng 0,3 mL cho ra kết quả cao hơn so với các nồng độ còn lại, qua đó ta có thể kết luận tại nồng độ vôi 0,3 mL là phù hợp với tính chất của nguồn nước

Câu 1 Ý nghĩa của photphorus trong việc kiểm soát ô nhiễm nguồn nước ? Phú nhưỡng hóa

Photpho hiếm khi được tìm thấy ở dạng nguyên tố của nó mà tồn tại trong nước và nước thải hầu như ở dạng phosphate Phosphate rất cần thiết cho sự phát triển của động thực vật, nhưng có nhiều phosphate trong nước có thể góp phần gây ra hiện tượng phú dưỡng

Phú dưỡng hóa là hiện tượng dư chất dinh dưỡng

Câu 2 Sự khác nhau giữa orthophosphate, polyphosphate và organic phospho?

Orthophosphate: Đây là dạng phosphate có cấu tạo PO43- có tính tan khi ở trạng thái hợp chất như Mg(PO4), K3PO4 Có tính linh động cao dễ dàng hấp thụ bởi vi sinh vật và thực vật hơn các dạng khác

Polyphosphate: đây là hợp chất liên kết vô cơ chứa hơn một nguyên tử phospho như P2O5, có tính linh động kém hơn so với orthophosphate

Phosphat hữu cơ: dạng này có thành phần cấu trúc từ các phân tử ATP, ADP trong cơ thể sinh vật.

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	3,26 MB