[ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP] NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤY BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA – TUYỂN NỔI SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC HỢP KIM NHÔM HÒA TAN

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Tổng quan về ngành công nghiệp giấy

1.1.1 Lịch sử hình thành & phát triển

Ngành giấy là một trong những ngành được hình thành từ rất sớm tại Việt Nam, khoảng năm 284 Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20, giấy được làm bằng phương pháp thủ công để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian, vàng mã,… Năm

1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4.000 tấn giấy/năm tại Việt Trì Năm 1982, Nhà máy giấy Bãi Bằng do Chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi vào sản xuất với công suất thiết kế là 53.000 tấn bột giấy/năm và 55.000 tấn giấy/năm, dây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng công nghệ cơ - lý và tự động hóa Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ như điện, hóa chất và trường đào tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất Ngành giấy có những bước phát triển vượt bậc, sản lượng giấy tăng trung bình 11%/năm trong giai đoạn 2000 – 2006; tuy nhiên, nguồn cung như vậy vẫn chỉ đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng (năm 2008) Sản lượng bột giấy sản xuất trong nước năm 2010 đạt 345,9 nghìn tấn; năm 2011 đạt 373,4 nghìn tấn Năm 2012, sản lượng bột giấy nước ta thiết lập mức tăng trưởng khủng, cao hơn 30% so với năm 2011, đạt tới 484,3 nghìn tấn Tuy nhiên, với khối lượng này còn xa mới đáp ứng được nhu cầu cho ngành sản xuất giấy, bởi vậy hàng năm nước ta vẫn còn phải nhập khẩu lượng bột giấy và các sản phẩm giấy với lượng gần tương đương sản lượng trong nước Để đối phó với tình trạng thiếu nguyên liệu, ngành sản xuất giấy của Việt Nam phát triển mạnh ở lĩnh vực tái chế giấy Tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng dùng làm nguyên liệu trong tổng nguyên liệu sản xuất giấy ở Việt Nam là 70% Các loại giấy thu hồi gồm giấy carton (OCC), giấy báo (NP) và tạp chí (OMG), giấy lề (phế thải trong gia công)… được nhập vào Việt Nam từ nhiều nước, chủ yếu từ Mỹ, Nhật, New Zealand Gần 100% giấy bao bì, 90% giấy tissue và 60% giấy in báo đều làm từ giấy tái chế Tái sử dụng giấy tối đa là mục tiêu nhiều nước đang nhắm đến để tận dụng nguồn nguyên liệu, giảm giá thành, giảm phá rừng và bảo vệ môi trường Năng lực tái chế giấy của Việt Nam đã tăng trưởng rất nhanh Năm 2000

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 5 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm sản lượng giấy tái chế tiêu thụ là 240 nghìn tấn, bao gồm tái chế trong nước 121 nghìn tấn, nhập khẩu 120 nghìn tấn, tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng đạt 24% Năm 2010, tổng lượng giấy tái chế tiêu thụ 1.004 nghìn tấn, trong đó thu hồi trong nước đạt 734,2 nghìn tấn, nhập khẩu 269,7 nghìn tấn Năm 2011, tổng lượng giấy tái chế được tiêu thụ đạt 1.193,2 nghìn tấn, bao gồm 883,6 nghìn tấn thu hồi trong nước và 309,6 nghìn tấn nhập khẩu Năm 2012, tổng lượng giấy tái chế được tiêu thụ 1.450,4 nghìn tấn, bao gồm 987,1 nghìn tấn thu hồi trong nước và 463,2 nghìn tấn nhập khẩu[1]

1.1.2 Nguyên liệu sản xuất giấy

Nguyên liệu chính để sản xuất bột giấy là sợi cellulose có hai nguồn chính là từ gỗ và phi gỗ Bên cạnh đó giấy loại đang ngày càng trở thành nguồn nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất giấy

 Bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy (gỗ hay phi gỗ)

- Nguyên liệu từ gỗ là các loại cây lá rộng hoặc lá kim

- Nguyên liệu phi gỗ như các loại tre nứa, phế phẩm sản xuất công - nông nghiệp như rơm rạ, bã mía và giấy loại Nguyên liệu để sản xuất bột giấy từ các loại phi gỗ có chi phí sản xuất thấp nhưng không phù hợp với nhà máy có công suất lớn do nguyên liệu loại này được cung cấp theo mùa vụ và khó khăn trong việc cất trữ a, nguyên liệu từ gỗ b, nguyên liệu từ giấy loại

Hình 1.1: Các nguyên liệu để sản xuất giấy hiện nay

 Bột giấy từ giấy loại:

Giấy loại ngày càng được sử dụng nhiều làm nguyên liệu cho ngành giấy do ưu điểm tiết kiệm được chi phí sản xuất Giá thành bột giấy từ giấy loại luôn thấp hơn các loại bột giấy từ các loại nguyên liệu nguyên thủy vì chi phí vận chuyển, thu mua

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 6 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm và xử lý thấp hơn Tính trung bình sản xuất 1 tấn giấy từ giấy loại tiết kiệm được 17 cây gỗ và 1.500 lít dầu so với sản xuất giấy từ nguyên liệu nguyên thủy Hơn nữa, chi phí đầu tư dây chuyền xử lý giấy loại thấp hơn dây chuyền sản xuất bột gỗ từ các nguyên liệu nguyên thủy Bên cạnh đó sản xuất giấy từ giấy loại có tác động bảo vệ môi trường Tính trung bình sản xuất giấy từ bột tái sinh giảm được 74% khí thải và 35% nước thải so với sản xuất giấy từ bột nguyên (Tạp chí công nghiệp tháng 12/2008)

Tùy theo mục đích sử dụng khác nhau sản phẩm giấy được chia thành 4 nhóm:

• Nhóm 1: Giấy dùng cho in, viết (giấy in báo, giấy in và viết,…)

• Nhóm 2: Giấy dùng trong công nghiệp (giấy bao bì, giấy chứa chất lỏng,…)

• Nhóm 3: Giấy dùng trong gia đình (giấy ăn, giấy vệ sinh,…)

• Nhóm 4: Giấy dùng cho văn phòng (giấy fax, giấy in hóa đơn,…) a, Giấy in b, Giấy bao bì c, Giấy vệ sinh d, Giấy in hóa đơn

Hình 1.2: Các sản phẩm giấy phổ biến hiện nay

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 7 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Hiện nay ở Việt Nam chỉ sản xuất được các loại sản phẩm như giấy in, giấy in báo, giấy bao bì công nghiệp thông thường, giấy vàng mã, giấy vệ sinh chất lượng thấp, giấy tissue chất lượng trung bình,… còn các loại giấy và carton kỹ thuật như giấy kỹ thuật điện - điện tử, giấy sản xuất thuốc lá, giấy in tiền, giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa sản xuất được.

Nước thải công nghiệp giấy

1.2.1 Khái niệm nước, nước thải

Nước có vai trò quan trọng không thể thiếu trong hoạt động sống cũng như hoạt động sản xuất của con người, là nguyên liệu trong nhiều ngành sản xuất,… Nước cũng được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: giao thông vận tải, tưới tiêu trong nông nghiệp, làm thủy điện cung cấp nước cho sinh hoạt cũng như sử dụng làm các phương tiện sinh hoạt giải trí Tùy thuộc vào bản chất và môi trường mà trong nước có các thành phần khác nhau

Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể tự nhiên hay do nhân tạo Theo bản chất của các tác nhân gây ô nhiễm người ta phân biệt ô nhiễm vô cơ, ô nhiễm hữu, cơ ô nhiễm hóa học, ô nhiễm vi sinh vật, cơ học hay vật lý, ô nhiễm phóng xạ [2] Các khuynh hướng làm thay đổi chất lượng nước do ảnh hưởng bởi các hoạt động của con người:

 Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí quyển và nước thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO3 2-, NO3 - trong nước

 Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, trước hết là Pb,

Cd, Hg, As, Zn và cả các anion PO4 3-, NO3 -, NO2 -,…

 Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi vào môi trường nước cùng nước thải, từ khí quyển và từ các chất thải rắn

 Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ, trước hết là các chất khó bị phân hủy sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu, )

 Giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa liên quan tới quá trình phì nhưỡng các nguồn chứa nước và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ

 Giảm độ trong của nước Tăng khả năng nguy hiểm của ô nhiễm nước tự nhiên do các nguyên tố phóng xạ

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Đây cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý nước thải Người ta phân ra các loại nước thải dưới đây:

Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại công sở, trường học Thường chứa nhiều tạp chất khác nhau trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật

Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, tùy theo sản phẩm tạo ra cũng như công nghệ sản xuất

Nước thải đô thị: Là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một thành phố Đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên Tính gần đúng, nước thải đô thị thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là loại nước thấm qua và 36% là nước thải sản xuất [2]

Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trưng của thành phố

1.2.2 Thành phần và tính chất

Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm, lượng nước cần thiết để sản xuất

1 tấn giấy giao động từ 200 ÷ 500 m 3 Nước được dùng cho các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước

Các dòng thải chính của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy bao gồm:

 Nước thải khâu chuẩn bị nguyên liệu: chủ yếu do rửa mảnh, chứa các tạp chất và các chất hữu cơ tiêu thụ oxi (COD, BOD), các chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực vật,…

 Nước thải từ khâu nấu bột và rửa bột sau nấu: chứa các chất tiêu thụ oxi, các hợp chất chứa nitơ, phôtpho có nguồn gốc từ vật liệu sơ sợi Công đoạn này tạo ra dịch đen và khí thải nấu: giá trị nồng độ BOD, COD và màu trong dịch đen nấu bột rất cao, COD có thể tới hàng nghìn mg/l

 Nước thải khâu tẩy trắng bột giấy: do sử dụng clo nguyên tố (Cl2) và các hợp chất clo như hypoclorit natri NaClO, hypoclorit canxi Ca(ClO)2, dyoxytclo ClO2, trong toàn bộ quá trình tẩy trắng khoảng 8 ÷ 10 % khối lượng xơ sợi bị tác dụng bởi tác nhân tẩy và hòa tan vào dung dịch rồi đi ra theo nước thải ở công đoạn rửa bột sau tẩy làm cho hàm lượng AOX (lượng halogen hữu cơ có khả năng hấp thụ được) tăng Dòng thải sản xuất bột giấy còn chứa các hợp chất cao phân tử là lignin có nguồn gốc trong nguyên liệu từ công đoạn nấu và tẩy trắng Khâu tẩy sinh ra các chất có độ độc hại lớn nhất trong nhà máy giấy

 Nước thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy: thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao hơn và lượng các hợp chất hữu cơ (BOD) nhỏ hơn so với nước thải quá trình nấu bột Các thành phần chất ô nhiễm trong nước thải khâu xeo giấy gồm các phế liệu, sơ sợi mịn rơi vãi, chất độn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh [2, 9]

Hình 1.3: Nước thải tại nhà máy Giấy

Nhìn chung trong công nghệ giấy và bột giấy ở nước ta còn sử dụng nhiều quy trình, thiết bị lạc hậu và chưa có sự đầu tư thích đáng cho giảm ô nhiễm thì lượng

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 10 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm chất thải và tải lượng các chất ô nhiễm là rất lớn Theo số liệu khảo sát tại các nhà máy cho thấy chất lượng nước thải hầu hết không đạt yêu cầu của tiêu chuẩn nước thải công nghiệp

Chỉ tiêu cơ bản đánh giá nước thải công nghiệp giấy

Tùy theo thành phần, tính chất, sự biến đổi đặc tính lý hóa sinh học do các tạp gây ra người ta dùng các chỉ tiêu khác nhau để đánh giá chất lượng nước bao gồm: các chỉ tiêu vật lý, hóa học, vi sinh, Một số chỉ tiêu cụ thể như sau:

1.3.1 Các chỉ tiêu vật lý

1.3.1.1 Độ pH pH chỉ có định nghĩa về mặt toán học : pH = -log[H + ] pH là một chỉ tiêu cần được xác định để đánh giá chất lượng nguồn nước Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kết tủa, sự hòa tan, cân bằng carbonat,…), các quá trình sinh học trong nước Giá trị pH của nguồn nước góp phần quyết định phương

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 17 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm pháp xử lý nước pH được xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy ra trong nước Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào thời gian trong ngày, vào mùa trong năm,…Nhiệt độ cần được xác định tại chỗ (tại nơi lấy mẫu)

Nước nguyên chất không có màu Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nước thường là do chất hữu cơ (chất mùn hữu cơ – acid humic), một số ion vô cơ (sắt…), một số loài thủy sinh vật,…Màu sắc mang tính chất cảm quan và gây nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng Độ màu thường được so sánh với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thường dùng là dung dịch K2PtCl6 + CaCl2 (1 mg K2PtCl6 tương đương với 1 đơn vị chuẩn màu) Độ màu của mẫu nước nghiên cứu được so sánh với dãy dung dịch chuẩn bằng phương pháp trắc quang

1.3.1.4 Độ đục Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nước Các chất lơ lửng trong nước có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật có kích thước thông thường từ 0,1 ÷ 10 m Độ đục làm giảm khả năng truyền sáng của nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp 1 đơn vị độ đục là sự cản quang gây ra bởi 1 mg SiO2 hòa trong 1 lít nước cất Độ đục được đo bằng máy đo độ đục (đục kế – turbidimeter) Đơn vị đo độ đục theo các máy do Mỹ sản xuất là NTU (Nephelometric Turbidity Unit)

1.3.1.5 Tổng hàm lượng các chất rắn (TS)

Các chất rắn trong nước có thể là những chất tan hoặc không tan Các chất này bao gồm cả những chất vô cơ lẫn các chất hữu cơ Tổng hàm lượng các chất rắn là lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 105 0 C cho tới khi khối lượng không đổi (đơn vị tính bằng mg/l)

1.3.1.6 Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS)

Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước Hàm lượng các chất lơ lửng (SS : Suspended Solids) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105 0 C cho tới khi khối lượng không đổi Đơn vị tính là mg/L

1.3.1.7 Tổng hàm lượng các chất hòa tan (DS)

Các chất rắn hòa tan là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ Hàm lượng các chất hòa tan DS (Dissolved Solids) là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105 0 C cho tới khi khối lượng không đổi Đơn vị tính là mg/L DS = TS – SS

1.3.2 Các chỉ tiêu hóa học

1.3.2.1 Độ kiềm toàn phần Độ kiềm toàn phần (Alkalinity) là tổng hàm lượng các ion HCO3 -, CO3 2-, OH - có trong nước Độ kiềm trong nước tự nhiên thường gây nên bởi các muối của acid yếu, đặc biệt là các muối carbonat và bicarbonat Độ kiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat, phosphat,… và một số acid hoặc baz hữu cơ trong nước, nhưng hàm lượng của những ion này thường rất ít so với các ion HCO3 -, CO3 2-,

OH - nên thường được bỏ qua

Khái niệm về độ kiềm (alkalinity – khả năng trung hòa acid) và độ acid (acidity – khả năng trung hòa baz) là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học của một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat Xét một dung dịch chỉ chứa các ion carbonat HCO3 - và CO3 2- Ở các giá trị pH khác nhau, hàm lượng carbonat sẽ nằm cân bằng với hàm lượng CO2 vì trong nước luôn diễn ra quá trình:

CO3 2- + H2O ↔ 2OH - + CO2 (1.2) Giả sử ngoài H + ion dương có hàm lượng nhiều nhất là Na + thì ta luôn luôn có cân bằng sau :

[H + ] + [Na + ] = [HCO3 -] + 2[CO3 2-] + [OH - ] (1.3) Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưa tất cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3 Như vậy ta có các biểu thức :

[Alk] = [Na + ] Hoặc [Alk] = [HCO3 -] + 2[CO3 2-] + [OH - ] + [H + ] (1.4) Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 4.5, liên quan đến hàm lượng các ion OH - , HCO3 - và CO3 2-) với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8.3, liên quan đến ion OH - ) Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và độ kiềm p được gọi là độ kiềm bicarbonat

1.3.2.2 Hàm lượng oxigen hoà tan (DO)

Oxigen hòa tan trong nước (DO: Dissolved Oxygen) không tác dụng với nước về mặt hóa học Hàm lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật,…

Hàm lượng oxigen hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn nước Mọi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch nếu như nguồn nước đó còn đủ một lượng DO nhất định Khi DO xuống đến khoảng 4 ÷ 5 mg/L, số sinh vật có thể sống được trong nước giảm mạnh Nếu hàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong nước lúc này diễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các sinh vật không thể sống được trong nước này nữa

1.3.2.3 Nhu cầu oxigen hóa học (COD)

Sơ lược về các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp giấy

Nước thải ngành công nghiệp nói chung và nước thải ngành công nghiệp giấy nói riêng có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý bằng những phương pháp thích hợp khác nhau Sau đây là tổng quan các phương pháp xử lý nước thải Các phương pháp xử lý nước thải được chia thành các loại sau:

Phương pháp xử lý cơ học

Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý

Phương pháp xử lý sinh học

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng Để tách các chất này ra khỏi nước thải Thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại đây các thành phần có kích thước lớn (rác) như rẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon,… được giữ lại Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 ÷100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 ÷ 25 mm Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động

Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc

45 ÷ 60 0 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 ÷ 85 0 nếu làm sạch bằng máy Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp Song chắn tiết diện

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 23 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6 ÷ 1m/s Vận tốc cực đại giao động trong khoảng 0,75 ÷ 1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn

Dùng để duy trì sự ổn định của dòng thải, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý

 Làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ thống về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diện tích xây các bể sinh học (do được tính toán chính xác hơn) Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật

 Chất lượng nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp được cải thiện do lưu lượng nạp chất rắn ổn định

 Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước giảm xuống và hiệu suất lọc được cải thiện, chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn

Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2mm đến 2mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công trình sinh học phía sau Bể lắng cát có thể phân thành 2 loại: bể lắng ngang và bể lắng đứng Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi

Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3 m/s Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏ và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở các công trình tiếp theo

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2) Theo dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng

Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 ÷ 2,5h Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15000 m 3 /ngày Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc từ 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động khoảng 45 ÷ 120 phút Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 ÷ 2 %

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt nổi lên bề mặt

Cơ sở hóa lý và phương pháp nghiên cứu

Có nhiều phương pháp để xử lý nước thải, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, có thể sử dụng riêng rẽ từng phương pháp hoặc kết hợp một số phương pháp trong từng công đoạn của quá trình xử lý Trong công nghiệp giấy phương pháp keo tụ điện hóa là một trong những phương pháp đang được nghiên cứu sử dụng để có thể xử lý nước thải mang lại hiệu quả cao

Trong phạm vi đồ án này nghiên cứu phương pháp điện hóa xử lý nước thải nhà máy giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân

Bằng phương pháp điện hóa thực hiện các quá trình điện phân để xử lý nước thải Phương pháp này thực hiện phản ứng điện cực oxy hóa khử các chất có trong nước thải bằng dòng điện một chiều bên ngoài Mỗi loại nước thải cần có phương pháp xử lý thích hợp

Khi có dòng điện một chiều đi qua hệ thống điện hóa thì: Trên catôt sẽ xảy ra quá trình nhận electron và thực hiện phản ứng khử, trên anốt sẽ xảy ra quá trình nhường electron và thực hiện phản ứng oxi hóa

Quá trình điện hóa được nghiên cứu ứng dụng để xử lý môi trường làm sạch nước và nước thải Với nguyên lý: chuyển các chất bẩn có hại thành không có hại bằng phản ứng điện cực trên anốt hoặc catốt hoặc nhờ phản ứng của các chất đó với sản phẩm sơ cấp của quá trình điện cực

Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra quá trình điện hóa nhờ hiện tượng phóng điện của các hạt mang điện trên các điện cực, tạo thành trong dung dịch các chất có khả năng phá vỡ các muối solvat (clo, oxy) trên bề mặt hạt

Khi sử dụng các anốt hòa tan bằng nhôm hoặc thép có thể làm sạch các tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan của các kim loại, các cation sắt hoặc nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hyđrôxyl tạo thành hyđrôxyt của các kim loại đó ở dạng bông và xảy ra quá trình đông tụ

Phương pháp keo tụ điện hóa là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải Keo tụ điện với anốt tan là một phương pháp tạo ra các chất keo tụ như Al(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3,… gây keo tụ, hình thành các bông keo có khả năng keo tụ nhiều chất hữu cơ, chất màu trong dung dịch Bên cạnh đó khí H2, O2, thoát ra ở hai điện cực catốt và anốt làm tuyển nổi, khuấy trộn dung dịch tăng thêm hiệu quả xử lý Các hạt keo đã hấp phụ các chất màu, chất hữu cơ, các tạp chất khác trong dung dịch dưới tác dụng của tuyển nổi sẽ nổi lên trên mặt dung dịch hoặc lắng xuống đáy bình [9]

Thực chất quá trình lắng keo tụ là quá trình giảm thế ξ dựa vào sự hoạt động của các chất đông tụ, đó là các chất khi tan trong nước có khả năng thủy phân tạo kết tủa hydroxit tạo thành các hạt keo dương, các hạt keo dương này tương tác tĩnh điện với các hạt keo âm có sẵn trong nước thải, phá trạng thái bền của hệ tạo thành các hạt có kích thước, trọng lượng lớn hơn và dễ dàng lắng xuống Để tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian làm việc của hệ thống lắng người ta thường bổ sung thêm chất trợ lắng, các chất này có cấu trúc là các cao phân tử với các nhóm chức khác nhau

Chất keo tụ thường dùng là muối của nhôm và sắt hoặc các dạng tồn tại khác của chúng Hoạt động của các chất keo tụ theo nguyên tắc sau: Khi cho vào nước chúng phân ly thành các ion dương có hóa trị khác nhau +3, +2 các ion này một mặt hấp phụ lên bề hạt keo làm giảm thế ξ mặt khác chúng thủy phân tạo thành các hydroxit không tan tích điện dương Me(OH)n m+, các mầm hidroxit này hấp phụ các ion tích điện trái dấu trong dung dịch tạo thành các hạt mixen dương theo cơ chế:

Me 3+ + H2O → Me(OH) 2+ ↓ + H + (1.6) Me(OH) 2+ + H2O → Me(OH)2 + ↓ + H + (1.7) Me(OH)2 + + H2O → Me(OH)3 ↓ + H + (1.8) Khi có dòng điện một chiều đi qua dung dịch trên anốt, catốt xảy ra các phản ứng sau: Ở anốt:

* Hòa tan nhôm: Al – 3e → Al 3+ (1.9)

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 34 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm ở pH < 7.0: 2H2O – 4e → O2 + 4H + (1.10) ở pH > 7.0: 4OH - - 4e → O2 + 2H2O (1.11) Ở catốt:

Khi dùng điện cực anốt nhôm ion Al 3+ vừa mới hình thành trên lớp dung dịch sát anode nhôm, chúng tham gia các phản ứng thủy phân [11]: pH < 4.0: Al 3+ bị hydrat hóa chuyển thành Al 3+ 6H2O pH = 5,7 ÷ 8.0 các phản ứng thủy phân xảy ra như sau:

Quá trình thủy phân cứ tiếp tục:

Các hạt mang điện này trên đường chuyển về cực đối chúng tiếp tục bị thủy phân, tạo thành các sản phẩm phức đa nhân và sản phẩm cuối cùng là Al(OH)3 Dạng hydroxo Al tồn tại một cân bằng với Al(OH)3 và có độ hòa tan phụ thuộc pH Ở pH

< 5,5 các phức nhôm hydroxo tích điện dương Al(OH) 2+ , Al(OH)2 + (chiếm 95%) Ở pH: 6.0 ÷ 9.0 thì Al(OH)3 tạo ra nhiều nhất Khi pH > 10.0 thì Al(OH)4 - có hàm lượng lớn nhất [4,11]

1.5.1 Sự hình thành keo trong quá trình hoà tan nhôm anode Đối với dung dịch có pH = 5.0 ÷7.0 khi điện phân do sự thoát khí O2 trên anode,

H2 trên catốt, nhôm ion bị thủy phân nên pH dung dịch thấp, thành phần chủ yếu là Al(OH) 2+ , Al(OH)2 + ngoài ra còn có Al 3+ và Al(OH)3 Nếu dung dịch có tính axit,

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 35 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm hàm lượng hydroxo tích điện dương khá cao chúng nằm phân tán, chậm liên kết lại để tạo hạt keo lớn hơn

THỰC NGHIỆM

Thu thập mẫu

Trong bài đồ án này tôi lựa chọn nước thải ngành công nghiệp giấy sản xuất từ nguyên liệu chủ yếu là bột giấy từ giấy loại tại nhà máy Giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân, khu Công nghiệp Mỹ Xuân A, H Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu a, mẫu nước thải giấy trong phòng thí nghiệm b, Nước thải tại nhà máy giấy

Hình 2.1: Mẫu nước thải nhà máy giấy

2.1.2 Thời gian lấy mẫu Để đảm bảo sự chính xác với mục đích nghiên cứu của đồ án, tôi chọn thời gian lấy mẫu lúc 3h÷4h chiều Nhiệt độ môi trường ổn định nằm trong khoảng 28 ÷ 32 o C

Mẫu được lấy ở vị trí dòng chảy từ bể chứa nước thải tập trung: là nơi chứa nước thải đã được xử lý đảm bảo các tiêu chuẩn để đưa qua cụm xử lý vi sinh

2.1.4 Dụng cụ và cách lấy mẫu [21]

Can nhựa có thể tích 10 lít, có nắp đậy kín

 Tráng qua can nhựa bằng mẫu nhiều lần để tránh hư mẫu,

 Hứng trực tiếp can nhựa vào dòng chảy của bể,

 Sau khi hứng đầy can, tiến hành đóng chặt nắp đậy và vận chuyển nhẹ nhàng.

Thiết bị, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu

2.2.1 Các thiết bị và dụng cụ dùng để nghiên cứu

Các thiết bị, dụng cụ sử dụng cho thí nghiệm điện phân xử lý nước thải bao gồm:

 Biến trở điều chỉnh dòng điện

 Đồng hồ đo điện thế, đo dòng điện loại Digital Multimeter UNI- TM3800

 Cân phân tích có độ chính xác 10 -4 gam

 Đồng hồ đo thời gian

 Nhiệt kế và các loại dụng cụ thuỷ tinh khác

 Ống nghiệm, các loại pipet, giấy lọc

 Các loại dụng cụ thuỷ tinh khác

Bảng 2.1: Hóa chất sử dụng

6 Các loại hóa chất cần thiết khác

Vật liệu điện cực và kỹ thuật xử lý ban đầu

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 43 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Điện cực anốt và catốt nghiên cứu là hợp kim nhôm với thành phần chủ yếu là nhôm (Al > 98%), 1 ÷ 1,2% Zn và một số thành phần vi lượng khác

2.3.2 Dung dịch và kỹ thuật xử lý bề mặt điện cực [28]

Bề mặt hợp kim nhôm được làm sạch bằng các dung dịch HNO3 15% và dung dịch NaOH 2.5%

Kỹ thuật xử lý bề mặt hợp kim nhôm như sau:

Hợp kim nhôm sẽ được rửa sạch bằng xà phòng để tẩy dầu mỡ, sau rửa qua nước sạch rồi cho vào dung dịch NaOH 2,5% trong thời gian từ 3÷5 phút để hòa tan lớp oxit Tiếp theo rửa sạch bề mặt bằng nước, rồi nhúng vào dung dịch HNO3 15% trong khoảng 10-30 giây Cuối cùng rửa lại bằng nước cất để tẩy acid và đem vào bình điện phân.

Xác định thông số đặc trưng chất lượng nước

Do điều kiện kinh phí, thời gian nên nhiệm vụ đồ án tập trung khảo sát một vài thông số liên quan đến việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải như chỉ số COD, độ pH, độ màu, nhiệt độ

2.4.1 Phân tích COD, độ màu

COD, độ màu của mẫu nước thải được đem đi phân tích ở Trung tâm Quan Trắc và Phân Tích Môi Trường thuộc Sở Tài Nguyên Môi Trường tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

2.4.2 Xác định pH của nước thải pH của máy được chuẩn bằng các dung dịch chuẩn

Mẫu nước thải được đo trực tiếp bằng cách nhúng đầu đo pH ngập trong dung dịch nước thải Kết quả hiển thị trên máy sau khi ổn định

2.4.3 Xác định độ hoà tan của điện cực anot

Cân khối lượng điện cực anot trước và sau khi điện phân, tính độ hoà tan của một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian Độ hòa tan anode = m2−m1

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 44 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm m1: khối lượng điện cực anot trước khi điện phân (g) m2: khối lượng điện cực anot sau T giờ điện phân (g)

S: diện tích điện cực anot (dm 2 ) t: thời gian điện phân (h)

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2.5.1 Sơ đồ nghiên cứu sự keo tụ điện hóa a, Sơ đồ hệ thống lý thuyết b, Sơ đồ hệ thống thực nghiêm

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên tắc hệ thống điện phân xử lý nước thải

2- Thiết bị đo dòng điện

4- Điện cực anốt làm bằng hợp kim nhôm

5- Điện cực catốt làm bằng hợp kim nhôm

2.5.2.1 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước thải

Trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau:

Sử dụng cốc 400ml để điện phân xử lý nước thải

Thể tích nước thải mổi lần xử lý là 400ml Đặt hiệu điện thế U = 13V, mật độ dòng J = 2.1 A/dm 2 , pH = 6.5÷7.0, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1cm

Thay đổi thời gian điện phân: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 45 phút Để lắng dung dịch trong vòng 30 phút sau khi xử lý Sau đó, tiến hành tách phần bọt tuyển nổi ở trên Lấy dung dịch nước thải trong ở phần dưới mang đi phân tích chỉ số COD và độ màu với các khoảng thời gian khác nhau

Thu nhận kết quả sau khi phân tích

2.5.2.2 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải

Thể tích nước thải 400ml

Nước thải cho vào các cốc thí nghiệm 400ml

Lắp vào hệ thống điện hóa với UV, mật độ dòng J= 2.1A/dm 2 , thời gian điện phân 40 phút, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1cm

Thay đổi giá trị pH của dung dịch nước thải bằng cách sử dụng dung dịch NaOH hoặc dung dịch HCl Các khoảng pH được chọn trong bài đồ án là: 4.0, 5.5, 6.5, 7.0, 7.5, 8.5

Sau điện phân để lắng 30 phút rồi tách phần nước trong đem phân tích COD với các khoảng pH khác nhau

2.5.2.3 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý nước thải

Thể tích nước thải 400ml

Nước thải cho vào các cốc thí nghiệm

Lắp vào hệ thống điện hóa với UV, mật độ dòng J= 0.5 ÷ 3.0 A/dm 2 , thời gian điện phân 40 phút, pH = 6,5 ÷ 7.0

Thay đổi khoảng cách điện cực tương ứng với từng mật độ dòng khác nhau Mỗi lần thay đổi để lắng 30 phút, tách phần nước trong rồi đem phân tích COD

Ghi nhận kết quả thu được

2.5.2.4 Ảnh hưởng của NaCl đến quá trình xử lý nước thải

Thể tích nước thải điện phân xử lý là 400ml

Giữ nguyên pH ban đầu của nước thải pH = 6.5 ÷ 7.0 Đặt hiệu điện thế UV, mật độ dòng điện J = 2.1 A/dm 2

Thời gian điện phân 30 phút

Pha lần lượt từng lượng NaCl: 0.005g, 0.01g, 0.015g, 0.02g, 0.025g để khảo sát

Sau khi dừng điện phân, mẫu nước thải sau xử lý được để lắng 30 phút rồi tách phần nước trong đem đi xác định các chỉ tiêu COD

Ghi nhận kết quả thu được

2.5.2.5 Ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và hiệu quả xử lý độ màu

Sử dụng cốc 400ml để điện phân xử lý nước thải

Thể tích nước thải mổi lần xử lý là 400ml Đặt hiệu điện thế U = 13V, mật độ dòng J = 2.1 A/dm 2 , pH = 6.5÷7.0, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1cm

Thay đổi thời gian điện phân: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 45 phút

Sau khi xử lý xong đo nhiệt độ của từng mẫu Để lắng dung dịch trong vòng 30 phút sau khi xử lý Sau đó, tiến hành tách phần bọt tuyển nổi ở trên Lấy dung dịch nước thải mang đi phân tích độ màu với các khoảng thời gian khác nhau

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả hàm lượng các chỉ tiêu môi trường tại vị trí lấy mẫu

Địa điểm lấy mẫu ở vị trí dòng chảy từ bể chứa nước thải tập trung qua cụm xử lý vi sinh Tại nhà máy Giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân, khu Công nghiệp Mỹ Xuân A, H Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

Bảng 3.1: Hàm lượng các chỉ tiêu tại vị trí lấy mẫu

STT Chỉ tiêu Thời gian Hàm lượng

3 Độ màu 3h ÷ 4h chiều 145 Pt - Co

Dựa vào kết quả phân tích ở bảng 3.1 ta thấy được hàm lượng COD là khá cao (2850mg/l) do vị trí lấy mẫu là nơi tập trung các nguồn nước thải từ các quá trình sản xuất như: quá trình xử lý nguyên liệu, quá trình sản xuất bột giấy, quá trình xeo giấy,… Bên cạnh đó, độ màu cũng tương đối cao (145 Pt–Co) do quá trình pha chất màu vào quá trình sản xuất giấy carton màu (chiếm 90% lượng màu trong nước thải), khoảng 10% còn lại là do phát sinh từ lignin trong giấy carton tái chế Độ pH được giử ở mức trung tính (6.5 ÷7.0), điều nầy khá thuận lợi cho quá trình tiến hành xử lý nước thải bằng phương pháp điện hóa.

Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước thải

Bảng 3.2: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất của xử lý nước thải

COD trước xử lý (mg/l)

COD sau xử lý (mg/l)

Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:

Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất của xử lý nước thải Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước thải ta tiến hành thí nghiệm ở các khoảng thời gian khác nhau 10phút, 20phút, 30phút, 40phút, 45phút Nhìn vào biểu đồ ta thấy sau 10phút thì hiệu suất xử lý nước thải ở mức thấp chỉ đạt 68.6%, và lượng COD xử lý được cũng không nhiều, lượng COD giảm từ 2850 xuống còn 895

Khi làm thí nghiệm ở thời gian 20phút thì hiệu suất xử lý được tăng lên ở mức trung bình đạt 79.8% và COD còn lại 575

Khi thời gian tăng lên 30 phút thì hiệu suất xử lý cũng được tăng lên đáng kể và đạt 82.6%, và lượng COD còn lại là 495

Với thời gian 40phút thì hiệu suất tăng lên cao và đạt 86.1% lượng COD cũng được xử lý một cách đáng kể còn 395

Với thời gian tăng lên 45phút thì hiệu suất được tăng lên, với hiệu suất là 88.6% và lượng COD cũng giảm xuống còn 325

Thực nghiệm cho thấy, thời gian ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý Khi điện hóa chưa đủ thời gian thì chưa thực hiện được hoàn toàn các phản ứng oxy hóa khử các chất hữu cơ và chưa hình thành các tâm keo tụ nên hiệu quả xử lý chưa cao Khi thời gian điện phân dài thì điện cực sẽ hòa tan nhiều, tiêu hao điện cực

COD sau xử lý (ml/g)

COD sau xử lý Hiệu Suất

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 49 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm lớn, tạo nhiều ion Al 3+ , nhiều sản phẩm phụ làm tăng các tâm keo tụ có khả năng làm cho giá trị COD tăng Mặt khác khi thời gian điện hóa dài thì nhiệt độ dung dịch điện hóa tăng làm tăng khả năng hòa tan các bông cặn Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý nước thải giấy trong khoảng thời gian từ 35÷40 phút thì hiệu suất xử lý nước thải là tốt nhất.

Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải

COD sau xử lý(mg/l)

Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:

Hình 3.2: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xư lý nước thải

COD sau xử lý (mg/l) pH

COD sau xử lý(mg/l) Hiệu suất %

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 50 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm pH ban đầu ảnh hưởng lớn đến sự thủy phân trong quá trình keo tụ có những tác động lớn đến hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải giấy Trong môi trường axit nhôm bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al 3+ và Al(OH)2 +.Cơ chế keo tụ trong môi trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép Do vậy để keo tụ các hạt keo màu theo cơ chế này cần một lượng rất lớn Al 3+ , Al(OH)2 +

Trong vùng pH = 6 ÷ 7 cấu tử gây keo tụ thường tồn tại dưới dạng polime như

Al13O4(OH)24 7+ hoặc kết tủa Al(OH)3 Các phức polime và kết tủa hydroxit nhôm gây keo tụ cho hệ keo theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa Việc kết hợp các cơ chế này đã làm cho quá trình keo tụ chất màu xảy ra dễ dàng và đạt hiệu quả cao

Trong môi trường kiềm pH = 8 ÷ 9 kết tủa Al(OH)4 - hoặc AlO2 - Nồng độ kết tủa Al(OH)3 giảm dần đến hiệu suất quá trình keo tụ giảm Kết quả thực nghiệm đối với quá trình xử lý nước thải giấy sử dụng điện cực hòa tan Al cho hiệu quả khử COD cao nhất trong phạm vi pH từ 6,5÷7 (trong đó tại pH ban đầu bằng 6,5 cho hiệu quả khử COD cao nhất)

Kết quả ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý nước thải

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khoảng cách điên cực đến hiệu suất xử lý nước thải

Khoảng cách điện cực (cm)

Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của khoảng điên cực đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 51 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Hình 3.3: Biểu đồ ảnh hưởng của khoảng cách điên cực đến hiệu suất xử lý nước thải Để khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến quá trình xử lý nước thải ta tiến hành thí nghiệm ở các khoảng cách khác nhau từ 0,7÷2cm

Dựa vào biểu đồ ta thấy ở khoảng cách 2cm thì hiệu suất xử lý nước thải chỉ đạt 81.9%, lượng COD còn lại cũng khá cao 515ml/g

Khi giảm khoảng cách xuống còn 1.5cm thì hiệu suất xử lý nước thải cũng được tăng lên nhưng không đáng kể chỉ đạt ở 83.7%, lượng COD còn lại vẫn nhiều

Tiếp tục giảm khoảng cách xuống còn 1cm, thì hiệu suất tăng lên 88.6%, lượng COD giảm còn 325 ml/g

Khi khoảng cách tiếp tục được giảm xuống còn 0,7cm thì hiệu suất xử lý nước thải được tăng lên không đáng kể 88.9%, lượng COD cũng còn lại rất thấp 315ml/g

Khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng, vì dung dịch nước thải dẫn điện kém, điện thế rơi trong dung dịch tăng theo khoảng cách điện cực Sự thủy phân của ion nhôm tạo thành các phân tử keo tụ xảy ra theo chuỗi các phản ứng nối tiếp nên khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng trong sự phân tán và phân bố của chất keo tụ trong toàn khối dung dịch, duy trì cơ chế trung hòa điện tích của qua trình keo tụ hệ màu

Khoảng cách điện cực (cm)

COD sau xử lý (mg/l) Hiệu suất % Da tương ứng (A/dm2)

Từ thực nghiệm ta thấy khi tăng khoảng cách giữa điện cực anốt và điện cực catốt thì thời gian gian điện phân kéo dài và tiêu hao anốt có xu hướng tăng khá rõ rệt Khi khoảng cách điện cực nhỏ, các phức hydroxo và keo nhôm mới sinh ra phân tán đều trong dung dịch nên tốc độ tách loại nhanh, hiệu quả keo tụ cao tiêu hao năng lượng nhỏ

Khi khoảng cách điện cực lớn thời gian di chuyển của keo nhôm và chất màu tăng Sự thủy phân và polyme hóa của các phân tử nhôm tiếp tục diễn ra tạo thành các hạt keo lớn có điện tích dương nhỏ, kết tủa nhôm hidroxit được hình thành Khoảng cách giữa keo nhôm và chất màu lớn nên cơ chế keo tụ quét xuất hiện làm giảm hiệu quả keo tụ theo cơ chế trung hòa điện tích

Như vậy khoảng cách điện cực trong xử lý nước thải càng nhỏ thì hiệu suất xử lý nước thải và khử COD càng cao, theo thực nghiệm thì khoảng cách tối ưu để xử lý nước thải đạt hiệu suất cao nhất là 0,7cm Tuy nhiên hiệu suất xử lý giữa khoảng cách 0.7cm và 1cm là tương đối như nhau vì thế ta chọn khoảng cách tối ưu nhất để xử lý nước thải là 1cm để keo nhôm sinh ra được phân tán đồng đều hơn, tăng tốc độ tách loại và giảm tiêu hao năng lượng.

Kết quả ảnh hưởng của NaCl đến quá trình xử lý nước thải

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của NaCl đến hiệu suất xử lý nước thải công nghiệp giấy

Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của NaCl đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:

Hình 3.4: Biểu đồ ảnh hưởng của Nacl đến hiệu suất xử lý nước thải Để thực hiện quá trình điện phân đã bổ sung một số ion vào dung dịch nước thải nhằm làm tăng độ dẫn điện của dung dịch nước thải làm khả năng vận chuyển các ion đến điện cực lớn hơn, tốc độ phản ứng nhanh hơn Trong quá trình nghiên cứu này đã bổ sung một lượng NaCl khác nhau vào dung dịch nước thải điện phân

Muối NaCl đóng vai trò là chất điện ly mạnh, trong môi trường nước phân ly thành ion Na + và ion Cl - tăng độ dẫn điện cho môi trường Để chọn nồng độ NaCl thích hợp bổ sung vào nước thải ta tiến hành điện phân các mẫu nước thải ở điều kiện như nhau chỉ thay đổi lượng NaCl thêm vào

Từ kết quả trên thấy khi tăng nồng độ NaCl trong dung dịch thì lượng anốt tiêu hao tăng Điều này có thể là khi tăng nồng độ NaCl thì độ dẫn điện tăng, điện thế của nhôm dịch chuyển về phía âm hơn, cùng với sự có mặt của ion Cl - trong dung dịch làm tăng quá trình hòa tan nên khả năng tạo ra Al 3+ nhiều, mặt khác khi đó tiêu hao anốt nhôm tăng lên

Khi lượng NaCl được bổ sung vào dung dịch tăng lên sẽ làm tăng quá trình phản ứng ở điện cực ảnh hưởng đến giá trị pH của dung dịch sau khi điện phân Quan sát hiện tượng ta thấy khi tăng nồng độ NaCl mẫu nước thải có trong hơn tuy nhiên sự

COD sau xử lý Hiệu suất %

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa Học 54 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm chênh lệch này không nhiều Khi tăng nồng độ NaCl trong dung dịch thì độ dày lớp khuyếch tán của hạt keo giảm xuống, trong khi đó điện thế của hạt keo không thay đổi nên thế điện động zeta giảm xuống làm giảm độ bền hạt keo vì vậy tăng khả năng hấp phụ và tương tác của các hạt keo Mặt khác lượng Al 3+ sẽ tăng lên làm tăng khả năng hấp phụ của các chất màu trong dung dịch

Tuy nhiên khi bổ sung thêm nhiều NaCl vào dung dịch thì pH giảm, độ dẫn điện tăng lên, hiệu suất khử màu tăng nhưng tiêu hao anốt lớn, tiêu tốn hóa chất nhiều

Từ các kết quả trên ta chọn nồng độ NaCl thêm vào là 0,02 g.

Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và hiệu quả xử lý độ màu

Bảng 3.6 : Ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và hiệu suất xử lý độ màu

Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và khả năng xử lý màu nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:

Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và khả năng xử lý màu của nước thải

Nhiệt độ (oC) Độ màu (Pt-Co)

Thời gian (phút) Nhiệt độ ( o C) Độ màu (Pt-Co)

Từ bảng số liệu và đồ thị hình cho thấy khi thời gian điện phân tăng thì nhiệt độ dung dịch cũng tăng lên, đồng thời quan sát từ thực nghiệm thấy rằng khi tăng thời gian điện phân thì nước thải xử lý trong hơn Tuy nhiên khi tăng thời gian điện phân thì tiêu tốn điện cực, tiêu hao điện năng

Trong khoảng mật độ dòng khảo sát khi kéo dài thời gian điện phân dịch nước thải sau xử lý có trong hơn

Quan sát thực nghiệm thấy rằng khi thời gian điện phân dài thì bông trong dung dịch to hơn Tuy nhiên khi điện phân quá lâu hiệu quả xử lý sẽ xấu do các bông keo bị phá vỡ Đồng thời tăng thời gian điện phân sẽ làm nhiệt độ dung dịch tăng cao, tiêu tốn điện năng, tiêu hao điện cực anốt nhôm Vì vậy chọn thời gian điện phân và mật độ dòng thích hợp là điều kiện cần thiết phải khảo sát nhằm chọn điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý nước thải Theo thời gian mức độ tiêu hao anốt, nhiệt độ dung dịch sau điện phân cũng tăng lên gần như tuyến tính

Tiêu đề	Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải công nghiệp giấy bằng phương pháp keo tụ điện hóa – tuyển nổi sử dụng điện cực hợp kim nhôm hòa tan
Tác giả	Hoàng Tuấn Anh
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Quang Thái
Trường học	Trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu
Chuyên ngành	Công nghệ kỹ thuật hóa học
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2015
Thành phố	Bà Rịa-Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	1,55 MB