KEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNG

KEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNGKEO TỤ - TẠO ÔNG – LẮNG

BÀI 1: KEO TỤ - TẠO BÔNG – LẮNG 1.1 Cơ sơ lí 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 Al3+ Sau đó, các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3

Al3+ + 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 HCO3- ) 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 xôđa (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 của nó 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 PAC vào Cho nên trị số pH dưới đây đều là trị số pH của nước sau khi cho PAC 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 PAC 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

+ Nhiệt độ nước :

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 50C), 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

-300C

+ 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 PAC và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, vì không những bông PAC khó lớn lên mà còn phá vỡ những bông PAC đã hình thành

+ Tạp chất trong nước :

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

+ Môi chất tiếp xúc :

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

Mô hình thí nghiệm jartest

1.2 Thực hành thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Xác định giá trị pH tối ưu

Bước 1 – Định lượng hóa chất điều chỉnh pH

Lần lượt cho vào 6 cốc Jartest Dùng NaOH 1N điều chỉnh pH đến các giá trị 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5

Ghi nhận giá trị NaOH đã dùng

Bước 2 – Keo tụ - Tạo bông

Lần lượt làm cho 6 cốc Jartest Đưa 6 cốc vào giàn Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút trong 1 phút

Điều chỉnh vòng khuấy chậm lại 15 – 20 vòng trong 15 phút

Sau 15 phút, tắt máy, để lắng tĩnh 30 phút

Chú ý: Do thời gian ảnh hưởng đến kết quả  Xác định lượng NaOH pH dùng để căn chỉnh pH,

cho vào một lượt rồi lập tức đưa lên máy

Bước 3 – Phân tích mẫu

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

Lưu ý: pH tối ưu sau khi lắng ứng với mẫu có độ màu thấp nhất.

Thí nghiệm 2: Xác định liều lượng PAC tối ưu

Bước 1 – Chọn lượng PAC keo tụ

Đánh giá hiệu quả xử lí nước trong phần thí nghiệm 1 ứng với liều lượng PAC 2mL

Nếu hiệu quả xử lí tốt  lượng PAC sử dụng cho 6 cốc thay đổi:

Nếu hiệu quả xử lí trong thí nghiệm 1 không tốt thì lượng PAC tăng lên từ 2 – 5 mL Thực hiện lại

thí nghiệm với liều lượng PAC khác nếu không tìm được lượng PAC tối ưu

Bước 2 - Thí nghiệm lượng PAC thay đổi

Lần lượt vào 6 cốc Jartest

Cho lượng PAC xác định ở bước 1 và hóa chất (axit hoặc kiềm để đạt pH tối ưu ứng với các liều

lượng PAC khác nhau) Đặt các cốc vào thiết bị Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút, trong vòng 1 phút

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

Tắt máy, để lắng tĩnh 30 phút

Bước 3 – Phân tích mẫu

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

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

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

Lần lượt vào 6 cốc Jartest Chỉnh mẫu nước tại lượng PAC tối ưu và ph tối ưu đã xác định ở các bước trên

Đặt các cốc vào thiết bị Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút, trong vòng 1 phút

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

Lấy mẫu sao 10 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút

Bước 2 – Phân tích mẫu

Lấy mẫu nước lắng (lớp nước ở phía trên, lấy dưới lớp váng bề mặt) phân tích chỉ tiêu pH, độ màu, COD Tuy nhiên, do thao tác lấy mẫu nước để phân tích thực hiện trong lúc vòng khuấy vẫn hoạt động nên sau khi lấy mẫu cần phải lọc mẫu qua giấy lọc rồi mới tiến hành lấy ượng mẫu đã lọc đem

đi phân tích

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

 Phân tích COD

Cho mẫu cần đo và hóa chất vào ống COD theo bảng sau:

Vmẫu (mL) V dd K2Cr2O7(mL) V dd H2SO4 (mL) Vtổng (mL)

Đun 2h  Để nguội  Thêm 1 giọt Feroin

 Chuẩn độ bằng FAS (vàng xanh  nâu đỏ)

1.3 Kết quả và nhận xét

1.3.1 Xác pH tối ưu

 Xác định các thông số đầu vào

Mẫu trắng không nung V0FAS = 1.5 mL

Mẫu trắng nung: VFAS = 1.5 mL

Đường chuẩn độ màu: : Y = 0,0067x – 0,001 với R² = 0.9983

Trong đó:

Y – độ màu A

x – Nồng độ thuốc nhuộm

 Xử lí số liệu

Từ phương trình đường chuẩn đã có được ở trên, ta chuyển đổi từ độ hấp thu A sang nồng độ thuốc nhuộm theo mg/L

- Cách xác định lại nồng độ FAS

Nồng độ của FAS được tính theo công thức

CN = V K 2Cr 2 O 7 × C V N (K 2 Cr 2O 7 )

0 Trong đó:

VK2Cr2O7 – Thể tích K2Cr2O7 đã dùng (mL)

CN – Nồng độ đương lượng của FAS (N)

V0 – Thể tích FAS dùng định phân mẫu trắng, không đun (mL)

Như vậy, nồng độ FAS

CN = V K 2Cr 2 O 7 V × C K 2 Cr2 O 7

0 = 1.51.5×0.1 = 0.1N

- COD của mẫu được tính theo công thức:

COD = ¿ ¿

Trong đó:

COD: Hàm lượng nhu cầu oxy hóa học (mg/l)

V0đ: Thể tích FAS dùng định phân mẫu trắng, có đun (ml)

Vm: Thể tích FAS dùng định phân mẫu (ml)

8000: Đương lượng của oxy × 1000 mL/L

f: Hệ số pha loãng

CN: Nồng độ đương lượng của FAS (N)

 COD = (1.5−1.3)× 0.1× 8000

Giá trị COD của mẫu nước thải ban đầu: CODbđ = 21.33 mg/L

1.3.1 Xác định giá trị pH tối ưu

 Số liệu thô

400 mL nước thải + 2 mL PAC

- Khuấy ở tốc độ 100 v/p trong 1 phút

- Khuấy ở tốc độ 15 v/p trong 20p

- Lắng 30 phút  Đo

 Số liệu sau xử lí

Chọn pH tối ưu là: 6.26

 Đồ thị và nhận xét

4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 0

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Đồ thị tương quan giữa pH và độ màu

Độ màu

pH

Hình 1.1 Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa pH và độ màu

Nhận xét:

Nhìn chung đồ thị tăng giảm không đồng đều: pH từ 4.2- 5.46 thì độ màu giảm mạnh, sau khi đến

pH 6.26 độ màu chỉ giảm nhẹ xuống và đạt giá trị thấp nhất tại đây (hiệu quả xử lí độ màu cao nhất) Sau đó, độ màu bắt đầu tăng cao và tăng từ từ cho đến pH bằng 7.01

Số liệu lên xuống không ổn định là do thao tác sai trong quá trình thực hành

4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 20.00

30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00

Đồ thị tương quan giữa pH và hiệu quả xử lí COD

Hiệu quả xử lí COD

pH

Hình 1.2 Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa pH và hiệu quả xử lí COD

Nhận xét

Nhìn chung, hiệu quả xử lí COD ở các giá trị pH không đồng đều, ở pH từ 4.2- 5.46 thì hiệu suất xử

lí COD tăng mạnh, sau khi đến pH 6.26 hiệu quả xử lí COD chỉ giảm nhẹ xuống rồi lại đột ngột tăng cao ở pH = 6.88 Sau đó, độ màu bắt đầu giảm từ từ cho đến pH bằng 7.01

Số liệu lên xuống không ổn định là do thao tác sai trong quá trình thực hành

 Kết luận: Dựa vào những nhận xét trên, ta chọn pH tối ưu = 6.88 do độ màu là thấp nhất và %

xử lý COD cao nhất

1.3.2 Xác định lượng PAC tối ưu

 Số liệu thô

400 mL nước thải + 2 mL PAC

Chỉnh pH

V H2SO41N (mL)

V NaOH1N (mL)

0.06

- Khuấy ở tốc độ 100 v/p trong 1 phút

- Khuấy ở tốc độ 15 v/p trong 20p

- Lắng 30 phút  Đo

 Số liệu sau xử lí

 Đồ thị và nhận xét

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 1

1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

Đồ thị tương quan giữa lượng PAC và độ màu

Độ màu

PAC, mL

Hình 1.3 Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa lượng PAC và độ màu

Nhận xét:

Nhìn chung hiệu quả xử lí độ màu không đồng đều, từ lượng phèn 0.5 – 1.5 mL độ màu tăng không đáng kể, lượng phèn từ 1.5 – 2 mL độ màu giảm mạnh và đạt giá trị thấp nhất tại lượng PAC là 2mL (hiệu quả xử lí độ màu cao nhất), sau đó độ màu có xu hướng tăng dần

Số liệu lên xuống không ổn định là do thao tác sai trong quá trình thực hành

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 20.00

30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00

Đồ thị tương quan giữa PAC và hiệu quả xử lí COD

Hiệu quả xử lí COD

PAC, mL

Hình 1.4 Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa lượng PAC và hiệu quả xử lí COD

Nhận xét:

Nhìn chung hiệu quả xử lí độ màu không đồng đều, từ lượng phèn 0.5 – 1.5 mL hiệu quả xử lí COD thay đổi không đáng kể, lượng phèn từ 1.5 – 2.5 mL hiệu quả xử lí COD tăng mạnh, đạt gí trị cao nhất tại PAC = 2mL, sau đó lượng phèn giảm mạnh và từ PAC từ 2.5 – 3 mL hiệu quả xử lí COD thay đổi không đáng kể

Số liệu lên xuống không ổn định là do thao tác sai trong quá trình thực hành

 Kết luận: Từ những nhận xét trên, chọn lượng PAC tối ưu là 2mL do hiệu quả xử lí độ màu và COD là thấp nhất

1.3.3 Xác định thời gian tối ưu

 Số liệu thô

 Số liệu sau xử lí

 Đồ thị và nhận xét

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0

0.5 1 1.5 2 2.5 3

Đồ thị tương quan giữa thời gian và độ màu

Độ màu

Thời gian, phút

Hình 1.4 Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa thời gian và độ màu

Nhận xét:

Nhìn chung, hiệu quả xử lí độ màu ở từng thời gian không đồng đều, ở thời gian từ 10 – 30 phút, độ màu giảm dần, và đạt giá trị thấp nhất ở thời gian t = 30 phút (hiệu quả xử lí độ màu cao nhất), từ 30 – 90 phút, độ màu tăng dần, hiệu quả xử lí độ màu giảm dần

Số liệu lên xuống không ổn định là do thao tác sai trong quá trình thực hành

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10.00

20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00

Đồ thị tương quan giữa thời gian và hiệu quả xử lí COD

Hiệu quả xử lí COD

Thời gian, phút

Hình 1.5 Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa thời gian và hiệu quả xử lí COD

Nhận xét:

Nhìn chung, hiệu quả xử lí COD ở từng thời gian không đồng đều, ở thời gian từ 10 – 60 phút, hiệu quả xử lí COD không thay đổi, từ 60 – 90 phút, hiệu quả xử lí COD giảm dần

Số liệu lên xuống không ổn định là do thao tác sai trong quá trình thực hành

 Kết luận: Từ những nhận xét trên, lựa chọn thời gian tối ưu là 30 phút