Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu sản xuất natri metaphotphat dùng xử lý các ion Ca2+, Fe2+

[rong các hoạt động công nghiệp nước cấp được sử dụng trong quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm, đồ hộp, nước giải khát như rựơu, bia...Hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước

red leaf LENS Nest WLS Pee

Bo Giao Duc va Dao Tao

Trường Dai Hoc Su Pham Tp.Hồ Chi Minh

xx

KHOA LUAN TOT NGHIEP

Cur Nhan Hoa Hoc

Chuyén Nganh: Hoa V6 Co

NGHIEN CUU SAN XUAT

NATRI METAPHOTPHAT DUNG XU LY

CAC ION Ca*, Fe?

Người hướng dẫn khoa học: ThS.Tran Thị Thu Thủy

Người thực hiện: Nguyễn Thị Hồng Liễu

C~ THUYIEN - Trường Yen hor Sueno |

L T,H-CHPMINI —,

Tp, Hồ Chí Minh 2007

hoàn thành dé tài này.

Trước hết, tôi xin cảm ơn chân thành sự động viên về vật chất cũng như tỉnh thân của gia đình đã

giúp em hoàn thành luận văn này.

Sau đó, tôi xin chân thành cảm ơn Cô TrằnThị Thu Thủy, Cô Loan cùng các thay cô trong tô vô cơ đã

tận tình hướng dân, chỉ bảo giúp đỡ em thực hiện tốt

luận văn.

Do thời gian và điều kiện nghiên cứu có hạn nên

luận văn này không thể trảnh khỏi những thiếu sót,

kính mong nhận được sự góp ý quý báu của quý thay

cô cùng các bạn.

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 5 năm 2007

LỜI NÓI ĐÀU

Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng, tuy theo mục dich sử dụng mà yêucầu về chất lượng nước cũng khác nhau, nhưng dù sử dụng cho mục đích gì đi nữa

thi độ cứng của nước cũng là vấn đề được quan tâm Việc xử lý độ cứng của nước cóthể được sử dụng bởi nhiều phương pháp khác nhau như kết tủa các ion Ca”, Mg?”

bằng Na,CO, , muối photphat Nhưng việc kết tủa ion Fe”' hiện nay vẫn sử dung

các phương pháp giàn mưa, trao đỏi ion rất tốn kém.

Trong những năm gần đây photpho và các hợp chất của acid phophoric được

nghiên cứu nhiều vì khả năng liên kết và tạo mạch polime của nó Nhưng trongphan nay đối tượng nghiên cứu của tôi là muối Natri metaphotphat

Metaphotphat (NaPO)„ là hợp chất quan trong của photpho va được sử dụng

nhiều trong công nghiệp Ở việt Nam, metaphotphat cũng được sử dụng rất nhiềutrong các ngành công nghiệp như: dệt, nhuộm, chất tẩy rửa, xi măng và làm mềm

nước

Hiện nay trong nước chưa có nhà máy nào sản xuất loại hoá chất này nhằm đápứng nhu cầu thị trường nội địa trong khi nguồn nguyên liệu dùng dé sản xuất kháphong phú như: quặng apait, acid photphoric, soda

Trên thế giới các chất thuộc dạng metaphotphat được sản xuất nhiều và chủ

yếu được sử dụng trong việc chế biển và bảo quản thực phẩm Việc sử dụng

metaphotphat để xử lý nước là dựa trên khả năng dễ tan của nó trong nước và khả

năng tách các ion Ca?", Fe?" ra khỏi nước Do đó trong để tài này tôi sẽ tiến hànhnghiên cửu khảo sát các yếu tố để sản xuất metaphotphat và kiểm tra khả năng xử lý

nước của chúng.

Mặc dù có nhiều cế gắng nhưng do thời gian và điều kiện nghiên cứu hạn chế

nên còn một số vấn để tôi chưa nghiên cứu sâu

RẤt mong sự góp ý quý báu của các thầy cô và các bạn để giúp để tài này hoàn

chinh hơn.

Chương 1 ĐẠI CUONG VE NGUON NƯỚC

NGUON NƯỚC VA ĐẶC DIEM CUA NGUON NƯỚC 2

1.1 Khai niệm và tâm quan trọng của nguồn nước - - 22 ©25s2 2222 2

Tổ Đi GD ve aeteedeeeoeanieeeeeeeceseraseeesse 3

1.2.1 Nguồn nước mưa +: CCC+££CEZS£CEYZZZCEYEEECECEerv2zzztrvvzzrrri 3

L2 HE) eee ent 2 66 ghi 3

BZ SN dean DI NÀNG k2 00 202220200250 026a006ã00 si 4

Chương 2 CHAT LUQNG VÀ TIÊU CHUAN CHAT LƯỢNG NƯỚC 6

ST NA | [σỶÝŸƒ_ ——= =.—-ă=ẽ 6

3.Ì.1 Chết lượng tiệc 6c ác c6 666265200222 G6acd60astdi 6

2.1.2 Thanh phan và chất lượng nước bề mặt 2 - 2z ccccczz 62.1.3 Chất lượng và thành phan nước ngam 22 Z2 72.2 Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước 2 5 555-c2+ 9

SOE Các chỉ tiêu về [§ họp Gucc2kcccc46c0(22200000002202000023.,E) 10

2D DC Wes chỉ tiêu về hót Mộ uuc«ce«eeeaniiiiidieiceaoioose, 10

PE ET | ee 13321: Chae Mong nen an Ne so a cain cdác 4d scadedko 15

2.3.1 Chất lượng nước cắp cho ăn uống, sinh hoạt - - l§

2.3.2.Chất lượng nước cấp cho sản XuẤt ¿-c5c-ccsocccvz 16

T34 COS CERT DHÁp VỀ TY HN ess pcocvanccczoosysornsne conrececanevapet savonsed nhvense sso omens cutveeny 18

2.4.1 Nước cứng và độ cứng của NUGC cecsesceressenenrsrsesenesrsnsesesssnsennnssnennee 18

2.4.2 Một số phương pháp làm mềm nước 52-5552 19

Chương 3 TÍNH CHAT LÝ HOA CUA NaH;PO,.2H;O VA

NATRIMETAPHOTPHAT 22

3.1 Đặc điểm và tính chất của muối dạng M„‹;P„Os„.( hay MgH2P,O5n+1)

cae DỊ „ ạ5) C0 045275/25 2c SEc)0S8s0x20050-02esicstvic STE SUD MSEC awn era SS 22

3.1.1 Đặc điểm và tính chất của muối M,„;P„O¿„ - 22 22 3.1.2 Đặc điểm và tính chất của muối M,(PO)), 2 s5 223 5z 23 3.2 Các phương pháp sản xuất (NaPOn), o0 6oonsessoc 29

3.2.1.Điều chế tự NaNHGHPOg — —_ Ởở>ÖŠ 9

3.2.2 Sản xuất (NaPO;), từ H3PO, va NaOH hodc Na,CO; 29

vẻ a 31 Chương 4: CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 32

4.1 Cơ sở kỹ thuật của quá trình dehydrat hóa Sàn 32

4.2 Cơ sở kỹ thuật của quá trình làm MEM nước - 5: 55522529552 334.3 Cơ sở kỹ thuật của quá trình khử sắt -.cccsScesscossesrveee 35

PHÀN B THỰC NGHIỆM 37 Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH 38

1.1 Phân tích thành phần nguyên liệu co cocosrvvetrtsrrrrssserssee 38

TI† hon nguyễn lần ¿áac100G002 UCR ONE ROS NCR ms 38

1.1.2.Phương pháp phân tích sử dụng ĂcẮcscce k 38

1.2 Phân tích thành phan sản phẩm 2S 02022cSSscecceercve- 40

độ 6 2 00p | ee 40

1.2.2 Các phương pháp phân tích sử dụng - 40

Chương 2:NGHIEN CỨU CAC DIEU KIEN KỸ THUAT ANH HUONG

DEN HIEU SUAT, CHAT LƯỢNG SAN PHAM 42

so (HƯỚNG DANH ERI sass 004) 0Á26i0661166010/841))64400660026c0x is 42

2.2.Phương pháp nghiên cứu lựa chọn 5 5S geeree 42

Chương 3.KÉT QUA NGHIÊN CỨU 43

3.1 Kiểm tra thành phần nguyên liệu -52 2 2< 2.1322211 120310322 43

Hàm lượng % PzO; tổng trong nguyên liệu -.5 55555255552 43

3.1.2 Kết quả thực nghiệm , - cccs-sceesscvesoneeesseeseseeessueeesarennneersneeennnvsnane 43

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khối lượng sản phẩm nung ở thời

hết 20 Ti ca 02x 02000246/2033102isiua)Si<4A)v62-4140ae3/03024(0S0xekxsa 44

3:21 kh GÀ ĐÀN: c2 6022422 eee ee re eee 4432T OR er 44

3.3.Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới %P,O;

và khối lượng trong 30 phút s cu Hung 0021310241601618 556 45

52 Tso |, pene COT Poe OSI SOROS UDOT SEES PEN Wen ORONO 463.3:3 Các kết quá thes ragphiabibar assesses caine cca 000002626660 463.4,Khao sat mức độ tan của các muối được nung ở các nhiệt độ khác nnhau

tong Thân gian:30 abet si sca ani ca a ical i 49

Su 10 0 EY ae ra deaoaoenoeeeueeetiaHopegeokceoesoeegoaei 49

3.4.2.Cách tiến hành 5 - t2 CC 271132 2A2 223eEAecEE.satrxoee 49 3.4.3.Kết quả khảo sát độ tan của các muối c5scsscssec 50

Chương 4 ĐÁNH GIÁ CHAT LƯỢNG SAN PHAM HAY QUÁ TRÌNH

XỬ LÝ CÁC ION Ca”, Fe*" 59

A.NƯỚC CỨNG 59

SUSU |Y ORNS COIS cà G22: x6c6661260002091/9307164080i20088ả644ss 59

ST UIA WS EN Ri TƯ 1 nh sa gan san 59

GP i 593# ha eeeeesieisnesenssseessrsessesesd sọ

ASU RE EE GIEIMMSG -—_-—< 604.1.5 Ket quả thi nghiém c0ccsseecccssessssseessnneesesnnecesenseensneseersneeeenneresenes 60

4.2.Khảo sat ảnh hưởng của thời gian nung đến khỏi lượng vả lượng P;O; của

sản

phẩm với nhiệt độ cố định 70°C - s©++ECSES4E£EEXEZEEE427E222/2222222E€- 6l

CHÚ BE TP ẽ ( 6lWDD Bie ibe Bs iat á06/ 62206000 cài0Gi62L40(63000A360.u44 62

ADS Tidis Dành Rilo À0 G1600000261200G(0GQGQ0G3 es 62

4.3.Khao sat ảnh hưởng của thời gian nung đến độ tan của san phẩm ở 700°C 64

4.4.Khao sat khả năng xử lý nước cứng của các mudi nung ở 700°C trong thời

Bình sưng KHẾC TA CL2c66Gc42120/0⁄622:2211123203202601G120aGÀ6E 7I

BSÁT _ 74

4.5.Xử ly sắt 74

432M wily GE eee 74SOO ad tiên Ci ni Nal a a ea as 74

MSSM be Qiả tiệt engi wisi iat cc tana ea let 75

4.5.4.Khả năng xử lý sắt ở 700°C với thời gian nung khác nhau 76

4.5.5.Khảo sát khả năng xử lý sắt ở 700°Cnung trong 30 phút với khối lượng 22- 22 ©#£22zzzcrvzee 77

Chương S.KHAO SÁT DIEM LAN CAN 79

5.I.Khảo sát lân cận điểm tối iu o ecccccecccsesscscseessssesesseeesessessssssssssneesesnecsesseeeeseaveen 79

S21 X8 Đi Hi NN rek»vdeiedeeiieekeoeeoeeroaroare°see

5.3.Khảo sát khả năng xử lý sắt của các sản phẩm - -555s55555

IVER CN anh ce 2y ate dan Gà 0120001410066112(0e4801641466860164086641ssố

SECS 5, Ặ THÍ “ eeveh (ae

PHAN C :KET LUẬN VÀ DE XUẤT

PHU LUC

TAI LIEU THAM KHAO

Luận văn tốt nghiệp GVHD: 7%S Trần Thị Thu Thủy

PHAN A

TONG QUAN

SVTH: Nguyén Thi Hong Liéu Trang |

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TkS Trần Thị Thu Thủy

Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VE NGUON NƯỚC NGUON NƯỚC VÀ ĐẶC DIEM CUA NGUÒN NƯỚC

1.1 Khái niệm và tầm quan trọng của nguồn nước

Nước là yếu tố chủ yếu của hệ sinh thái, là nhu cầu cơ bản của mọi sự sống trên

trái dat và cân thiệt cho mọi hoạt động kinh tê - xã hội của con người Cùng với các

dạng tải nguyên khác, tải nguyên nước là một trong bốn nguồn lực để phát triên kinh tế

- xã hội, là đối tượng lao động và là yếu tố cầu thành nên lực lượng sản xuất.

Nước là tài nguyên tái tạo được sau một thời gian nhất định được dùng lại Nước

là thành phần cấu tạo nên sinh quyển Trong cơ thể sống nước chiếm tỷ lệ lớn, khoảng70% trọng lượng cơ thể người trưởng thảnh Nước tác động trực tiếp đến khí quyền,

sinh quyển dẫn đến sự biến đổi của thời tiết khí hậu

Nước là một trong những nhân tố quyết định môi trường sống của con người Ở

đâu có nước ở đó có sự sông Nước có đặc trưng vật lý độc đáo mà chất lỏng khác

không có Các tinh chất đặc trưng đó là tỷ trọng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tỷ

nhiệt của nước, nhiệt bốc hơi va tính nang dung môi Nhờ tính chất đó mà sinh vật có

được sự sống và tồn tại như ngày hôm nay

Nước nguyên chất là hợp chất của hai nguyên tử hidrô và một nguyên tử oxy Các

phân tử nước không tồn tại riêng mà liên i với nhau tạo thành nhóm Ở trạng thái

lỏng, nước nguyên chat không mùi vị, không màu sắc Trong tự nhiên nước mưa ở

vùng khí ik sạch, nước tan từ bang, tuyết trên núi có thé coi là nước nguyên chất

Tài nguyên nước bao gồm nước trên khí quyển, nước mặt, nước ngằm dưới đất,

nước biển và đại dương Các nguồn nước hau hết là tài nguyên tải tạo, nằm trong chu

trình tuần hoàn của nước, dưới các dạng mây mưa trong các vật thể chứa nước: sông,

suối, đầm, ao, hd , nước dưới đất có áp và không có áp, ở ting nông hay tang sâu của đất đá và nước ở các vùng biển và đại dương thế giới.

Mặc dầu lượng nước trên trái đất là khổng lồ, song chủ yếu là nước mặn còn

lượng nước ngọt cho phép con người sử dụng chỉ chiếm một phần rất nhỏ bé (dưới

1/100000) Hơn nữa sự phân bố nguồn nước ngọt lại không đồng đều theo thời gian và không gian khiến cho nước trở thành một tài nguyên đặc biệt, cần được bảo vệ và sử

dụng hợp lý.

+ Ứng dụng của nước cap:

Nước là nhu cầu không thé thiếu được trong sinh hoạt hằng ngày cũng như trong

quá trình sản xuất công nghiệp Trong sinh hoạt nước cắp cần cho nhu cầu ăn uống, vệ

sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới

cây [rong các hoạt động công nghiệp nước cấp được sử dụng trong quá trình làm

lạnh, sản xuất thực phẩm, đồ hộp, nước giải khát như rựơu, bia Hầu hết mọi ngành

công nghiệp đều sử dụng nước như là nguồn nguyên liệu không gi thay thế được trong

sản xuất.

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 2

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

Tùy vào mức độ phát triển công nghiệp và mức độ cao thắp của mỗi cộng đồng

mà nhu cau về chat lượng nước cũng khác nhau.

1.2 Đặc điểm các nguồn nước

Các đặc tính vẻ động học, điều kiện sinh học vả các yếu tổ vô sinh khác củanguồn nước lả những yếu tế quyết định đến chất lượng nước

1.2.1 Nguồn nước mưa

Nguồn nước mưa được sử dụng rộng rãi ở vùng khan hiểm nước ngọt, trước hết

đó là các vùng sa mạc Tiếp theo là vùng ven biển nơi mà nước mặt, nước sát mật,

nước đưới đất bị nhiễm mặn Ngoài ra ở các vùng hải đảo đặc biệt là các vùng san hô

nguồn nước dùng chủ yếu là nước mưa Sử dụng nước mưa nhờ các bổn thu nướcmưa: sản bê tông chất dẻo mái nhà và được tích vào các bẻ chứa có kích cỡ khác

nhau phụ thuộc vào khả năng trữ nước và nhu cau dùng nước Lượng nước mưa phân

bố trên trái đất rất không đẳng đều về không gian và thời gian Nhìn chung nguồn

nước mưa là nguồn nước sạch chưa bj 6 nhiễm, đáp ứng được các tiêu chuân ding

nước

1.2.2 Nguồn nước mặt

Có mặt thoáng tiếp xúc với không khí và thường xuyên tiếp nhận nước bỏ sun

từ nước mưa và nước ngầm vả nước thải ra từ các vùng dân cư, các vùng sản pa

nông nghiệp và công nghiép Vi vay ma chất lượng nước mặt thay đổi từ vùng này

sang vùng khác từ mùa này sang mùa khác trong năm thậm chí từ ngày nảy qua ngày

khác trong tháng, trong tuần Đổi với nước trong các dòng chảy, do sự van chuyền của

nước mà sự xáo trộn giữa các lớp nước được thực hiện nên sự phân bô nhiệt độ, nồng

độ các chất hòa tan tương đối đồng đều trong toàn bộ mặt cắt ngang.

Mat khác, do có mặt thoáng tiếp xúc với không khí nên ở nước mặt tiếp nhận oxy

từ không khí vào do khuếch tán diễn ra dễ dàng Ngoài ra, nước mặt còn tiếp nhận các

chất 6 nhiễm do nước mua mang theo

Lớp nước mặt chịu tác động của gió nên sự pha trộn trong lớp này diễn ra thuận

lợi, vì thế nhiệt độ đồng đều và nồng độ oxy cao Lớp này tiếp nhận ánh sáng mặt trời

nên hiện tượng quang hợp dién ra mạnh mẽ, thực vật đặc biệt là thực vật trôi nổi phát

triên

Lớp nước ở đáy không chịu ảnh hưởng khuấy đảo, tách biệt với lớp nước ở mặt

bởi lớp chuyển tiếp nên nòng độ oxy thắp ánh sáng mặt trời không thể xâm nhập tới.

Trong lớp nước nay quá trình phân giải hợp chất hữu cơ thường diễn ra trong điều kiệ

yếm khí nên xuất hiện các sản phẩm phân hủy độc hại như H;§, NH; Nếu cần lấy

nước từ hỗ nằm trong vùng yếm khí thì nước xả ra có nồng độ oxy thấp đồng thời chứa

các sản phẩm phân hủy có mùi độc hại gây ảnh hưởng Ha chất lượng dòng chảy phía

hạ lưu giống như mội nguồn ô nhiễm Trong những trường hợp như vậy, vùng chảy

phía hạ đập chỉ có thẻ khôi phục lại trạng thái háo khí sau những khoảng cách tương

đối lớn ( thường xắp xi 20km)

——ẽ:==nnnnmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm==mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmml

SVTH: Nguyên Thi Hong Liêu Trang 3

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

Nhin chung nước mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc địa chat, địa hình, các hoạt động khác nhau của con người, thảm thực vật va xói mon bẻ mặt trái đất và

hiện tượng ô nhiễm không khí.

Nước dưới đất tồn tại trong các khoảng trống dưới đất, trong các khe nứt các mao

quản, thắm trong các lớp đất đá có thể tập trung thành từng bẻ, thành bồn thành dòng

chảy trong lòng đắt.

Nước dưới đất chứa các chất hòa tan từ các lớp đất đá mà nó chảy qua Một phần

nước đưới đất do nước mưa thấm trực tiếp xuống ngay trong và sau cơn mưa Nước

oes eee S mang theo các chất vô cơ và hữu cơ, các vi sinh

vật ee g và chảy dudi đất, chất lượng nước ngằm được cải

thiện đáng kẻ, các hạt ane et dead men atte ak các chất hữu

cơ bị phân giải sinh học, các vi sinh vật gây bệnh bị tiêu điệt din do các thiếu các điều

kiện cần thiết Mặt khác tùy thuộc vào điều kiện địa chất, thủy văn mà hàm lượng các chất vô cơ hòa tan trong đất có thể tăng lên.

Nước đưới đất được coi là hệ thống lý hóa phức tạp, thay đổi theo thành phần và

hoạt độ của các phân tử có mặt và theo điều kiện nhiệt động học Những anion thường

gặp trong nước ngầm la: Cl’, SO¿Ÿ, HCOy, NOs, NO;, và các cation K’, Na’, Ca”,

NH,” Ngoài các thành phần ion trên trong nước ngầm còn có các chất hòa tan phỏ

biến nhất là CO;, H2S, CH, các cacbuahydro Nồng độ của các chất khí này phụ thuộc

chủ Hôn vào quá trình phân hủy sinh học yếm khí các hợp chất hữu cơ có trong nước

dưới

Những điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt được tóm tắt qua bảng 1.2

SVTH: Nguyên Thị Hong Liệu Trang 4

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trần Thị Thu Thủy

Bang 1.2 Những diém khác nhau giữa nước ngắm và nước mat

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 5

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

Chương 2 CHAT LƯỢNG VÀ TIÊU CHUAN CHAT LƯỢNG NƯỚC2.1 Chất lượng nước tự nhiên

2.1.1 Chất lượng nước thô

Trong tự nhién không tôn tại các nguồn nước nguyên chất mà chi có các nguồn

nước thd Tay thuộc vào địa hình và các điều kiện môi trường xung quanh ma các

ng ôn nước tự nhiên có thể có chất lượng khác nhau G những vùng ‹ có núi đá vôi và

u kiện phong hóa mạnh, nước nguồn có chứa nhiều i ion Caˆ", Mgˆ”, do đó độ cứng

của nước rất cao, hàm lượng các chất khoáng hòa tan rat lớn Nước ở các ao hô it có

điều kiện lưu thông, cùng với sự tích lũy lâu dài của các loại phân bón đư thừa chất

dinh dưỡng như photpho, nite thi chỉ số oxy hòa tan trong nước rat thấp và thường hay

xảy ra quá trình phi dưỡng do sự phát triển của các loài rong tảo Các nguồn nước tiếp

nhận các dòng thải nước sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ, các vi

khuẩn gây bệnh.các nguồn nước tiếp nhận các dòng thải nước công nghiệp ng hay

bị 6 nhiém bởi các hóa chất độc hại như các kim loại nặng các chất phóng xạ

Thông thường chất lượng nước bề mặt thường bị ô nhiễm bởi các chất thải công

nghiệp, chất thải sinh hoạt, hóa chất bảo vệ thực vật còn các nguồn nước ngằm

thường bị ô nhiễm các chất khoáng hòa tan.

2.1.2 Thành phan và chất lượng nước bề mặt

Cũng như các nguồn nước tự nhién khác, thành phần và chất lượng nước bẻ mặt

chịu nhiều ảnh hương của các yếu t6 tự nhiên, nguồn gốc xuất xứ, các điều kiện mỗi

trường xung quanh và cả tác động của con người khi khai thác và sử dụng nguồn nước

Thông thường trong nước bé mặt có thể có các thành phần sau đây:

> Các chất hòa tan đưới dạng ion vả phân tử, có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu

cơ.

> Các chất rắn lơ lửng trong đó có cả chất hữu cơ, vơ cơ.

> Các vi sinh vật, vi trùng , virus

Nước bẻ mặt là nguồn nước tự nhiên sân gũi với con người nhất và i chinh vi

vậy mà nguồn nước bé mặt dé bj 6 nhiễm nhất Ngày nay, chúng ta hiếm thấy có một nguồn nước bé mặt nao đáp ứng được chat lượng tôi thiểu cho nhu cầu sinh hoạt và

công nghiệp mà không cần xử lý trước khi đưa vào sử dụng Do hàm lượng cao của

các chất có hại cho sức khỏe va có nhiều vi sinh vật có hại cho sức khỏe cho con người

mà ngày nay người ta thường xuyên đặt ra vấn dé quản lý nước bề mat, giám định chất

lượng nguồn nước kiểm tra các thành phân hóa học, lý học, sinh học, mức độ ô nhiễm

phóng xạ nguồn nước và nhất thiết phải khử trùng nếu như nước cấp ding cho mục

dich sinh hoạt

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 6

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

2.1.3 Chat lượng và thành phần nước ngầm

2.1.3.1 Chất lượng nước ngầm

Không gidng như nguồn nước mật nguồn nước ngắm ít chịu tác động của yếu tốcon người Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước bẻ mat

Trong nước ngâm hâu như không co các hạt keo và các hạt cặn lơ lưngcác chi

tiêu vi sinh của nước ngắm cũng tốt hơn các chỉ tiêu vi sinh của nước bê mặt.

Trong nước ngằm không chứa rong tảo là các chat dé gây 6 nhiễm nguồn nước

Thanh phan đáng quan tâm trong nước ngắm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của

diều kiện địa ting, thời tiết năng mưa, các điều kiện phong hóa và sinh hóa trong khu

vực Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chat thải ban va lượng mưa lớ

thì chất lượng nước ngâm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ,

mùn lâu ngày theo nước mưa thâm vao nguon nước.

Mặc dù vậy nước ngằm cũng cỏ thé nhiễm ban do tác động của con ngưởi.Các

chất thải của con người và động vật, các chất thải công nghiệp, các chất thải hóa

học Các chất thai đỏ theo thời gian ngắm dan vào nguôn nước, tích tụ dần vả dẫn

đến hư hỏng nguồn nước ngằm Da có không it nguồn nước ngằm do tác động của con

người đã bị 6 nhiễm bởi các chất hữu cơ khỏ phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh vả nhất

là các hóa chất độc hại như các kim loại nang và không loại trừ các chất phóng xạ.

Do tác động của nước mưa và khí CO; hình thành trong quá trình trao đôi chat và

quá trinh phân húy các chất hữu cơ hàm lượng I1;CO; trong đất tăng lên do phản ứng:

CO; +H,O 35% H;CO;:

Lượng acid nảy sẽ phản ứng với các khoáng đá vôi có trong khu vực theo phản

ứng:

CaCO, +H,CO, 5S Ca( HCO; );

Sản phẩm của quá trình này dé hòa tan và dẫn đến làm tăng hàm lượng các ion

cứ trong nước, tức làm tăng độ cứng của nước.

2.1.3.2.Thành phần nước ngằm

Thành phần chất lượng nước ngằm phụ thuộc vào nguồn gốc của nước ngằm, cấu

trúc địa tằng của khu vực và chiều sâu địa tầng nơi khai thác nước các khu vực được

bảo vệ tốt, it có nguồn thải gây nhiễm bản, nước ngắm nỏi chung được đảm bảo vẻ

mặt vệ sinh va có chất lượng ôn định.

Các thành phan có thể trong nước ngầm

1) lon Ca”" trong nước ngim

Nước ngâm có thê có chứa Ca”" với néng độ cao Trong đất có chứa nhiêu CO;

do quá trình trao đổi chat của ré cây và các quá trình phân hủy các tạp chất hữu cơ nhờ

ví sinh vật tạo ra khí CO, , khí CO, hòa tan rong nước theo phan ứng sau

————————ễEEEˆ $$.

ŠSVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 7

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

——— CC °°.ẻ.ẻ hnga.aaăsaăaăaeẽaaannwn

Acid yếu sẽ thắm xuống đất và hòa tan canxicacbonat tạo ra ion Ca”;

CaCO, +H,CO; S Ca(HCO;); S% Ca” +2HCOy 2) lon Mg”" trong nước ngầm

Nguồn gốc ion Mg” trong nước ngằm chủ yếu từ magie silicat vả magie

cacbonat, chung hỏa tan chậm trong nước chứa khí cacbonic CO; Sự có mặt của

Ca”ˆ,.Mg”" tạo nên độ cứng của nước.

3) lon Na" trong nước ngằm

Sự hình thành ion Na’ trong nước chủ yêu từ phản ứng sau:

2NaAISi,O, +I0HO —> Al;Si(OH); +2 Na' + 4H,SiO;

Na’ cũng cỏ thể có nguồn gốc từ NaCl, Na;SO, là những muỗi có độ hòa tan lớn

trong nước biển.

4)I ii fc ngà Các ion Fe”” tir lớp đất đá được hòa tan trong nước điều kiện yếm khí như sau:

4Fe(OH); + 8H ——» 4Fe* + O; + 10H,0

Khi bị vi sinh vật tiéu thụ do các quá trình oxy hỏa các chất hữu cơ trong đất (hợp

chất humic) sắt hóa trị 3 bị khử thành sắt hỏa trị 2

3) lon MnỶ" trong nước ngằm

Cúc ion Mn”” cũng được hoa tan tronng nước tử các ting dat di ở điều kiện yêm

khí như sau:

6MnO; + 12H” —> Mn® +3O; +6H;O

5) lon NH," trong nước ngằm

Các ion NH,’ có trong nước ngẫm có nguồn gốc từ chat thải rắn và nước thải sinh

hoạt, nước thải công nghiệp, chất thải chăn nuôi, phân bón hóa học và trong quá trình

vận động của nitơ.

6) lon bicacbonat HCO;ˆ

Các ion bicacbonat được tạo ra trong nước nhờ quá trình hòa tan của đá vôi khi

cỏ mặt khí CO):

CaCO; +CO; +H,O —> Ca” +2HCO;

7) lon sunfat SOjÈ Các ion sunfat có nguồn gốc từ CaSO,.7H;O hoặc do quá trình oxy hóa FeS;

trong điều kiện âm với sự có mặt của oxy như sau:

2FeS)+H,O+70, —+ 2Fe'” +4S0,? +4H!

——ễễễễễễễễ

SVTH: Nguyên Thi Hong Liêu Trang 8

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS.Trén Thị Thu Thủy

8) Các ion CI

Các ion clorua có nguôn gốc từ quá trình phân ly muỗi NaCl hoặc nước thai sinhhoạt.

Tóm lại trong nước ngâm có chứa các cation vả anion chủ yếu: Na’, Ca?", Mg”

Fe” , NH,’ , HCO;, SO,”, CF Điều qua trọng đáng chú ý là dẹp đương lượng cập

cation bằng tổng đương lượng các anion.

2.1.3.3 Các chất khí hòa tan trong nước ngầm

1) Khí oxy hòa tan trong nước ngam

Dựa vào nồng độ oxy trong nước ngằm có thé chia nước ngằm thành hai loại:

> Nước yếm khí:

Trong quá trình lọc qua các tảng đất đá, oxy trong nước bị tiêu thụ, khi lượng oxy

bị tiêu thụ hết, các chat hòa tan như Fe”’, Mn" được tạo thành Hơn nữa cũng xảy ra

các quá trình khủ sau: NO, ——+> NH,” : SO,” ——> HS; CO; —>CH,

»> Nước dư lượng oxy hòa tan

T rong nước có oxy sẽ không có các chất khử như: NH,`, HạS, CH¡ Thường khi

nước cỏ dư lượng oxy sẽ có chất lượng tốt

2) Khí hydrosunfua hòa tan trong nước ngầm

Khí H;S được tạo ra trong điều kiện yém khí từ ion sunfua với su có mặt của vi

khuản:

2SO,* + 14H” + 8e ——> 2H,S + 2H;O + 6OH'

3) Khi metan và khí cacbonic

Metan và khí cacbonic được hình thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất

humic với sự tham gia của vi khuan

4C¡oH;sO¿s + 2H2O ——+21CO, + 19CH,

Có những nguồn nước ngdm chứa tới 40mg CH„1 Nông độ các tạp chất chứa trong nước ngâm phụ thuộc vào vị trí địa lý của nguồn

nước, thành phần các tang dat da trong khu vực, độ hòa tan của các tạp chất trong

nước, sự có mặt của các chất dé bị phân hủy bằng phong hóa trong dat đá

2.2 Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước

Muốn xử lý một nguồn nước nào đó can phân tích một cách chính xác 3 chỉ tiêu

cơ bản của nguồn nước đó là

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 9

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

2.2.1 Các chỉ tiêu về lý học

2.2.1.1 Nhiệt d6(°C)

Nhiệt độ của nước cỏ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý nước Sự thay đôi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguòn nước Nhiệt độ của nguồn nước mặt

dao động rất lớn (từ 4-40°C) phụ thuộc vao thời tiết và độ sâu của nguôn nước Nước

ngằm có nhiệt độ tương đối dn định (17-27°C)

2.2.1.2 Hàm lượng cặn không tan ( mg/l)

Được xác định bằng cách lọc một thé tích nước ngâm qua giấy loc, rồi dem say ở abe độ (105-110°C) Ham lượng cặn của nước ngằm thường nhỏ (30-50mg/1), chủ

yếu do cát mịn có trong nước gây ra Hàm lượng cặn của nước sông đao động rât lớn

(20-5000mg/1) có khi lên đến 30.000mg/l Cùng một nguồn nước hàm lượng cặn dao

động theo mùa, mùa khô nhỏ, mùa mưa lớn Cặn có trong nước sông, là do cát hạt cát,

sét, bùn bị dòng nước xói rửa mang theo va các chất hữu cơ có nguồn gốc động thực

vật mục nát hòa tan trong nước Ham Jugng cặn lả một trong những chi tiêu cơ bản dé

chọn biện pháp xử lý đối với các nguồn nước mặt Hàm lượng cặn của nước cảng cao

thi việc xử lý cảng phức tạp vả tốn kém.

2.2.1.3 Độ màu của nước ( tính bằng độ ):

Được xác định theo phương pháp so sánh với thang mau của coban Độ mau của

nước bị gây bởi các hợp chất hữu cơ, các hợp chất keo sắt, chất thải công nghiệp hoặc

do sự phat triển của rong rêu tảo Thường nước ao hồ có độ mau cao,

2.2.1.4 Mùi và vị của nước

Nước có mùi là đo trong nước có các chất khí, các muối nhờn ng hỏa tan, các hợp

chất hữu cơ va vi trùng, nước thai công nghiệp , các hóa chất hỏa tan.

Nước có thể có mùi bùn, mùi mốc, mùi tanh, mùi cỏ 14, mùi clo, mùi phenol vị

mặn, vị chua, vị chat, vị đăng

2.2.2 Các chỉ tiêu về hóa học

2.2.2.1 Hàm lượng cặn toàn phần (mg/1)

Bao gồm tat cả các chất vô cơ và hữu cơ có trong nước, không kế các chất khí.

Cặn toàn phần được xác định bằng cách đun cho bốc hơi một lượng nước nguồn nhất

định va # khô cặn ở nhiệt độ (105-1 10°C) đến khi trọng lượng không đổi.

2.2.2.2 Độ cứng của nước

Là đại lượng biểu thị ham lượng các muối của canxi và magié có trong nước Có

the phan biệt thành ba loại độ cứng: độ cứng tam thời, độ cứng toan phản, va độ cứn a

vĩnh cứu Độ cửng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng của mudi cacbonat và mu

bicacbonat của canxi và magie trong nước Độ cửng vĩnh cửu biểu thị tông hàm lượng

các mudi còn lại của canxi và magie có trong nước Độ cứng toàn phan là tổng của hai

_———ễẦề——_—_——————_—

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 10

Luan văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

loại độ cứng trên Độ cứng có thé đo bảng độ Đức, ki hiệu là “dH, 1°dH = 10mg CaO

hoặc 7.14mg MgO có trong | lít nude., hoặc có thé đo bằng Imgdl/I = 2.8°dH

Nước có độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt vả sản xuất: giặt quan do tốn xả

phòng, nau thức an lâu chin, gây đóng cặn nỏi hơi, giảm chất lượng sản phẩm.

2.2.2.3 Độ pH của nước

Được đặc trưng bởi nông độ ion H” trong nước ( pH=-lg [H']).Tinh chất của

nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH, Khi pH = 7 nước có tính trung tinh, pH< 7 nước có tính acid va khi pH > 7 nước cỏ tinh kiêm Nước nguôn có độ pH

thấp sẽ gây khó khăn cho quá trình xử ly nước.

2.2.2.4 Độ kiềm của nước ( mgđU/1 )

Cỏ thé phân biệt thành độ kiểm toản phan và riêng phần Độ kiểm toản phan bao

gôm tong ham lượng cua các ion bicacbonat cacbonat, hydroxit va anion cua cac muối

của các axit yếu Ktf = [OH] + [C Oo; ‘} + (HCO; I, Khi nước thiên có độ màu lớn (>40

độ coban) , độ kiềm toan phan bao gdm cá độ kiểm do mudi của các axit hữu cơ gây

ra Người ta còn phân biệt độ kiểm riêng phẩn như: độ kiểm bicacbonat hay độ kiểm

hydrat Độ kiểm của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và quá trình xử lý nước.

Vi thé trong một số trường hợp nước nguồn có độ kiểm thấp, cần thiết phải bd sunghóa chất để kiềm hóa nước

2.2.2.5 Độ oxy hóa ( mg/l O; hay KMnO, )

Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các chất hữu cơ có trong nước Chỉ tiểu

Oxy hoa là đại lượng đánh giá sơ bộ mức độ nhiém ban của nguồn nước DO oxy hóa

của nguồn nước cảng cao chứng tỏ nước bị nhiễm ban va cỏ nhiều vi trùng

2.2.2.6 Hàm lượng sắt ( mg/l )

Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (II) Trong nước ngầm sắt

thường tỒn tại dưới đạng sắt (II) hòa tan của các mudi bicacbonat, sunfat, clorua đôi

khi ở dạng keo của axit humic hoặc keo silic Khi tiếp xúc với oxy hoặc các chất oxy

hóa, sắt (II) bị oxy thành sắt (IIT) và kết tủa thành bông cặn Fe(OH), có màu nâu đỏ

Nước ngằm thường có hàm lượng sắt cao, đôi khi lên đến 30mg/1 hoặc có thé còn cao

hơn nữa Nước mật chứa sắt (IIT) ở dạng keo hữu cơ hoặc dạng huyền phù, thường có

hàm lượng không cao và có thể khử sắt kết hợp với công nghệ khử đục Việc tiến hành

khủ sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngằm Khi trong nước có hàm lượng sắt >

0.5mg/l nước có mùi tanh khó chịu, quân áo bị vàng khi giặt làm hư hỏng sản phẩm

của ngành dệt, giây, phim anh, dé hộp va làm giảm tiết diện vận chuyển nước củađường ông.

2.2.2.7 Hàm lượng Mangan ( mg/l)

Mangan thưởng gặp trong nước ngằm dưới dang mangan (II), nhưng với hàm

lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều Tuy vậy với hàm lượng mangan > 0.05mg/l đã gây các

tác hại cho việc sử dụng vận chuyén nước như sat Công nghệ khử mangan thường kết

hợp với khử sắt trong nước.

————:— ca ——

SVTH: Xguyên Thi Hong Liêu Trang II

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

2.2.2.8 Các hợp chat của silic (mg/l)

Thường gặp trong nước thiên nhiên dưới dạng keo hay ion hòa tan tùy thuộc vào

độ pH của nước Nông độ axit silic trong nước cao gây khó khăn cho việc khứ sắt.

Trong nước cấp cho nồi hơi áp lực cao sự có mặt của hợp chất acid silic rắt nguy hiểm

do cặn silic lắng đọng trên thành nòi.

2.2.2.9 Các hợp chất chứa Nitơ ( mg/l)

Tén tại trong nước thiển nhién đưới dang nitrit (HNO)), nitrat (HNO;) và

ammoniac (NHạ) Cac hợp chat chứa nitơ có trong nước chứng tỏ nước đã bị nhiềmbắn bởi nước thải công nghiệp Khi mới nhiễm ban trong nước có cả nitrit, nitrat,

ammoniac Sau một thời gian nitrit và ammoniac bị oxy hóa thành nitrat Việc sử dụng các loại phân bón nhân tạo cũng làm tang ham lượng ammoniac trong nước thiên nhiên.

2.2.2.10 Hàm lượng sunfua và clorua (mg/l)

Tổn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng các mudi canxi, natri, magiẻ và acid

H;SO,, HCL.

Ham lugng Cl có trong nước lớn (>250 mg/l) làm cho nước có vị mặn Các

nguồn nước ngâm có ham lượng clorua lén tới 500-1000 mg/l có thể gây bệnh thận

Nước có hàm lượng sunfat cao (>250 mg/l) có tính độc cho sức khoe con người.

Lượng Na;SO, có trong nước cao có tính xâm thực đối với bé tông vả ximăng

poolang.

2.2.2.11 lot và fluor (mg/l)

Thường gặp trong nước dưới dang ion và nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khóc

của con người Hàm lượng fluor có trong nước ăn uống nhỏ hơn 0.7 mg/1 dễ gây bệnh

dau rang lớn hơn 1.5 mg/! sinh hỏng men rang Ở những vùng thiếu iot thường gây

bệnh bướu cô, ngược lại nếu nhiêu iot quá cũng gây hại đến sức khỏe.

2.2.2.12 Các chất khi hòa tan (mg/l)

Các chất khí O; CO;, H;S trong nước thiên nhiên dao động rit lớn Khi H;S là

sản phẩm của quá trình phân hủy các chất hữu cơ, phân rác Khi trong nước có H;Slàm cho nước có mùi trứng thối khó chịu và ăn mòn kim loại Hàm lượng Oxy hòa tantrong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, đặc tính của nguồn nước Các nguồn nước

mặt thường có hàm lượng oxy hòa tan cao do có bề mặt thoáng tiếp xúc trực tiếp với

không khi Nước ngắm có ham lượng oxy hòa tan rat thấp hoặc không có , do các phản

ứng oxy hóa xảy ra trong lòng dat đã tiêu hao hết oxy Khí CO; hòa tan đóng vai trỏ

quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên Trong k? thuật xử lý nước, sự én

định của nước có vai trò rat quan trọng Việc đánh giá độ ôn định của nước được thực

hiện bằng cách xác định ham lượng CO; cân bằng và CO; tự do, Lượng CO; cân bằng

là lượng CO; đúng bảng lượng ion HCO, cùng tôn tại trong nước Nếu trong nước có

hàm lượng CO; hòa tan vượt quá ham lượng CO; cân bằng thì nước mat én định và

gây ăn mòn bê tông.

SVTH: Nguyễn Thi Hong Liêu Trang 12

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trân Thị Thu Thúy

1 Hỏa chat lách -

Asen (As) Độc hại cho người, độc hại cho các loai thủy sinh

Cho các phản ứng tạo thành triclometan lá chất độc

L Clo (Cl;) hại nguy hiểm Độc hại cho cả vả các loái thủy sinh

Tạo đỏ cứng của nước gây bam can trong ông dan,

Canxi (Ca) thiết bj, lam hư hỏng quan áo Không tốt cho cả va

các loai thủy sinh

Kích thích qua trình phi đường trong ao hô , làm

ting các tạp chat ban trong nước Độc hại cho các

loải thủy sinh ¬

Độc hại cho trẻ em, kích thích quá trình phi dưỡng.

[.ảm tang tap chat trong nước

Nông d độ thấp có hại cho ca Thiểu OXY khong khử

được mùi tanh trong nước.

Nươ, ammoniac

| Nitrat ( NOy)

- Oxy hòa tan (DO)

a ' Hydrosulfur | Nông 2 độ cao gây an mòn kim loại Nong do! bing

: | hoặc quả thắp co thé tạo thành sulfur, ân mòn

| ( H;S) betô

Phenol Gay mùi vị trong nước vồng Độc hại cho cúc loài

Gây mùi khó chịu trong nước Độc hại cho các ' loài

Lưu huỳnh( S) thủy sinh Tạo acid an mòn betông Oxy hóa sulfur

| tạo sunfat tiểu thụ oxy |

- Lưu huýnh sulfite Phan ứng với oxy hòa tan liêu thụ oxy hòa tan

: Lam cho nước có tính ăn mòn kim loại Khi yém khí

seein tiie © thành sulfur Lam cho nước có tinh

POP Tạo điều kiện cho qua trình phi đường trong các ao

hô.

Bảng 2.1 Các tác hại đo hóa chat trong nước gây ra

— {oo thy sin — —

2.2.3 Chỉ tiêu về vi trùng

Trong nước thiển nhién có rit nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng trong đó có các

loại vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm đó là: kiết lị, thương han, địch ta, bại liệt việc

xác định sự có mặt của các loại vi trùng gây bệnh nay thường rất khó khăn va mat

nhiều thời gian do sự đa dạng về chung loại Vi vậy trong thực tế người ta áp dụng

phương pháp xác định chỉ số vi khuân đặc trưng, đó lả loại vi khuẩn đưởng ruột coli.

Ban than vi khuẩn coli là vỏ hại song sự có mat của coli chứng 16 nguồn nước đã

nhiém bản phân rác và có khả nang tôn tại các loại vi trùng gây bệnh Số lượng vi

khuẩn coli tương Ứng với số vi trùng có trong nước Đặc tính của vi khuẩn coli la có

khả nâng tồn tai cao hơn các loại vi khuẩn gay bệnh khác Do đỏ sau khi khi xử lý nếu

trong nước thấy khong con vi khuẩn coli chứng tỏ các loại vi trùng khác đã bị tiêu diệt

Mat khác việc xác định vi khuẩn coli đơn giản và nhanh chóng Nẻn chứng được xác

định la vi khuẩn đặc trưng dé xác định mức độ 6 nhiễm vi trùng gây bệnh trong nước

: Nguyên Thi Hong Liêu Trang 13

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

Theo tiêu chuân cấp nước an uống sinh hoạt (TCXD - 33 : 1985) chi số coli không

vượt quá 20 con/| nước Ngoài ra trong một số trường hợp, người ta xác định số lượng

vi khuẩn kj khí để tham khảo thêm trong việc đánh giá mức độ nhiễm bin của Nghi

nước.

—ễỲễễễễẽễễÝỆ=Ÿ=ềềềšŒ

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 14

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

2.3 Chat lượng nước yêu cầu

2.3.1 Chất lượng nước cấp cho ăn uống, sinh hoạt

Theo tiêu chuẩn TCXD - 33 : 1985 chất lượng nước ăn uống sinh hoạt phải đảmbao tiêu chuẩn vẻ li hóa học vả vi trùng như trong bang 2.2

Các chỉ tiểu về chất lượng nước M `

Ï (2)

Độ trong, Sneller (cm) >30

Độ mau, thang mau cobalt (do) <10

Mùi, vị (đậy kín sau khí nung 40-50°C) Không

Ham lượng cặn không tan (mại) — - s3

Hàm lượng can sây khô(mg/1) <1000

Độ pH 6.5-8.5

Độ cứng toàn phan ( °dH) <12

Muỗi mặn (mg/l): ving ven biến <400

Muỗi mặn (mg/l):vùng nội địa 70-100

Nitrat ( mg/l) (1) <6

Nitrit ( mg/l) 0

Ammoniac (mg/l); đối với nước mặt 0

Ammoniac (mg/l): đối với nước ngâm <3

Sunfua hydro ( mẹe/1) <0

Clo du (mg/l): đầu nguồn 0.5- 1

Clo dư (mg/! ): cuôi nguồn >0.05

Chỉ số vi khuẩn E Coli (con’l) <20

Vị khuẩn kj khí trong Im! nước 0

Bang 2.2 Chất lượng nước cap cho ăn uống sinh hoạt

SVTH: Nguyen Thị Hong Liêu

Đôi với các tram

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

2.3.2.Chat lượng nước cap cho sản xuất

Chất lượng nước cấp cho sản xuất đỏi hỏi rất khác nhau, tủy thuộc vào mục đích

sử dụng của mỗi ngành công nghiệp, có thé chia ra thành các loại như sau:

Nước cắp cho ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, giấy, phim ảnh, yêu cầu phải đạt được như nước uống sinh hoạt.

_ Nước để làm nguội gần như là như cầu chung của nhiều ngảnh công nghiệp và

chiêm một s6 lượng rat lớn, nước làm nguội yêu câu hàm lượng cặn vả độ cứng tạm

thời nhỏ và nhiệt độ cảng thắp cảng tốt

Nước cấp cho nôi hơi yêu câu chất lượng cao Nước không được có cặn , độ cứng

toàn phan phải rất nhỏ Đôi với các nội hơi có áp lực 13-16 at , độ cứng toan

không được vượt quá 0.1 "dH Nồi hơi có áp lực 52 at , độ cứng toàn phân nhỏ hơn

0.05 °dH và nồi hơi có áp lực lớn hơn 112 at, độ cứng toàn phần luôn phải nhỏ hơn 0.01 °đH Ngoài ra phải hạn chế tới mức thắp nhất sự có mat của hợp chất của acid

silic ( H;S¡O)).

Bảng 2.3 Yêu cầu nước cho quá trình làm nguội

Các chỉ tiêu Ap suất nôi hơi, at

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

nghiệp hóa xenlulo không

Bảng 2.6.Các yêu cầu chất lượng nước bỏ sung vào hệ thông cấp nước tuần hoàn

trong công nghệ hóa học

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 17

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TAS Trần Thị Thu Thủy

muôi trên được gọi là nước cứng.

Sự có mặt các ion Ca”, Mg”, Fe”” trong nước đã gây ra một số trở ngại cho

việc sử dụng nước trong kỳ thuật cũng như trong đời sống hãng ngảy.

Ví dụ: khi sử dung nước thiên nhiên chưa được xử ly trong các noi hơi sẽ làm cho

nồi hơi chóng hỏng tôn nhiên liệu vì khi đó các mudi ; CaCO;, MgCO: sẽ đóng

thành lớp cận dày ở thành và đáy noi hơi lam giảm sự truyền nhiệt và phá hủy thiết bị.

Khi sử dụng nước cứng dé giặt quan áo thi sẽ lam cho quan áo chóng mục vi có

sự tạo thành mudi Canxi stearat không tan bám vảo vai, quá trình xảy ra theo phản img

sau:

Canxi stearat

2.4.1.2 Định nghĩa độ cứng

Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion Canxi, magie có trong

nước Trong xử lý nước thường phân biệt ba loại độ cứng: độ cứng tạm thời độ cửng toàn phan, do cứng vĩnh cưu.

Độ cứng của nước được biểu thi bằng số ml đương lượng gam của ion Ca”, Mg”"

có trong | lít nước Độ cứng có thé dao động trong một giới hạn tương đối rộng

e <4ml dig: nước mềm

© 4-§ml dig: nước cứng trung bình

e 8-12 ml dig: nước cứng

e 12mlđip :nước rất cứng

Người ta sử dụng nhiều phương pháp để xác định độ cứng của nước tùy thuộc

vào lượng muỗi Canxi va Magie

mm ằÖỒ 7 iat

là lượng chứa toàn bộ về ce va

Chi là chat kiêm hoặc chi la cacbonat

(hay kiểm + ' cacbonat

Kiểm + cacbonat hay cacbonat+ hay

bicacbonat

-————— ———————————

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 18

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

wai ta gọi việc loại bỏ các ion Ca”', Mg”” trong nước là sự làm mềm nước Có

rit witch phương pháp làm mềm nước, sau đây là một sé phương pháp làm mềm nước

thường dùng.

2.4.2.1 Làm mềm nước bằng Ca(OH);

Để loại độ cứn tạm thời của nước, người ta thường thêm vào nước một it

Ca(OH)», lúc đó mudi hydrocacbonat dễ tan hơn sẽ trở thành muối cacbonat khó tanhơn Toàn bộ quá trình được biểu diễn bằng các phương trình phản ứng sau:

Ca(HCOh}); + Ca(OH), =®*2CaCO); + 2HyO

SVTH: Nguyên Thị Hong “ Ễ + orn re I Trang 19

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trần Thị Thu Thủy

2.4.2.2 Làm mềm nước bằng Na;CO;

Khi sử dung Na;CO; làm mềm nước người ta sẽ loại bỏ được độ cứng vĩnh viễn

Dé tăng nông độ ion CO;Ÿ trong nước, người ta thém vao một lượng Na;CO; , khi đỏ

cân băng phan ứng (1) sẽ dich chuyên về phía tạo thành kết tủa CaCO, , Quả trình xảy

ra như sau:

CaCO; % Cá” + COs" (1)

CaSO, +Na,CO; ~CaCO, + Na;SO,

MgSO, +Na;CO¡ ~ MgCO;+ Na;SO,

2.4.2.3 Làm mềm nước bằng các muối photphat

Thực tế khi sử dụng muối photphat (chẳng hạn như NayPO¿, Nag(POs)o,

Na,(PO))¿ ) thì việc tạo kết tủa của các ion Ca”, Mẹ” xảy ra được dé dang và thuận

tiện hơn Lúc đó, các muối CaCO› MgCO, sẽ chuyển thành các muối photphat có tích

số hòa tan bé hon rat nhiều tạo nên ket tủa hoặc tạo kết tủa bẻn

Phương trinh phản ứng xảy ra giữa hexametaphotphat Natri với CaCO; như sau:

Na,[Na,(PO,),} + CaCO, ——» Na¿[NazCa(POy),] + Na,CO,

Na;[Na;Ca(PO;),| + CaCO, + Na;|Ca;(PO¡)] + NayCO;

2.4.2.4 Phương pháp làm mềm nước bằng nhựa trao đôi ion

Nhựa trao đổi ion là hợp chat cao phân tử không tan trong nước bé mặt của nó có

kha năng phan ly ra mot loại ton va hap phụ một loại ion khác của môi trường và củng

dấu với ion ma no phân ly ra Đó là hiện tượng trao đổi ion bề mặt chất hắp phụ, đượcgọi là sự hap phụ trao đổi ion

lonit nào có khả năng trao đổi ion dương với môi trường được gọi là cationit, còn

ngược lại ionit có khả năng trao đổi ion âm với môi trường gọi là anionit

Những ion có diện tích lớn, bán kinh hydrat hóa bé dé bị hắp phụ hơn những ion

có điện tích bé, bản kính lớn Những ion này tạo với bề mặt chất hap phụ các hợp chất

cỏ tích số tan bé hơn tích số tan của ionit

Sự hap phụ, trao đổi ion trên bé mặt cationit xảy ra như sau

Ca” +SO“+RH; ——> RCa+2H +S0O,*

(Ran) (Ran)

Trong đó, RH; là cationit và nó phân ly ra H”

Sự hap phụ, trao đôi ion trên bé mặt anionit xảy ra như sau :

2H + SO,” +X(OH); —> XSO,+2H,0

Luan văn tốt nghiệp GVHD: TAS Trần Thị Thu Thủy

Sau quá trình hip phy, các ionit có thé được hoàn lại ở dạng hợp chat ban dầu (có

thé bang cách cho NaCI đậm đặc di qua nó, ion Na’ lúc nảy sẽ đây ion Ca” Mẹ” ra

khỏi ionit, ionit lại được đem vào sản xuất dé lọc nước),

> Kết luận

Các phương pháp trên đều đã và đang được ứng dụng đẻ xử lý độ cứng của nước,

nhưng do yêu cầu va nhiệm vụ của luận văn nén việc xử lý độ cứng của nước sẽ chọn

phương pháp làm mém nước bằng các mudi photphat.

ES

SVTH: Nguyén Thi Hong Liêu Trang 21

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

Chương 3 TÍNH CHÁT LÝ HÓA CỦA NaH;PO,.2H;O VÀ

NATRIMETAPHOTPHAT

3.1 Đặc điểm và tính chất của muối dạng M,.;P,O›,.;( hay M,H;P,O¿„.,) và

3.1.1 Đặc điểm và tính chất của muối M,.;P„O›„.;

Hau hết các mudi dang M,.;P,O„.¡ là những tinh thé mau trắng, các mudi

polyphotphat thường khó tan trong nước Các muỗi polyphotphat thường có tính acid.

Muối polyphotphat có giá trị n từ Ì- 10° Cau trúc của chúng là các tâm (PO;) liên

kết với các thành phan khác qua cầu oxy

Ví dy:cau trúc của mudi polyphotphat NasP;Oyo

khó tan trong nước va các acid yếu Các acid tương ứng của chúng có công thức tổng

quát Hạ.„P;O„.¡ có chứa các nhóm OH thể hiện tính acid khác nhau Cụ thé trong các nhóm OH luôn luôn có hai nhóm thẻ hiện tính acid yếu và n nhóm thể hiện tính acid

mạnh.

Vị dụ:

HPO, với n= | có | nhóm OH thể hiện tinh acid mạnh và 2 nhóm OH thể hiện

tính acid yêu

HP Ojo với n = 3 có 3 nhóm OH thể hiện tính acid mạnh vả 2 nhóm OH thể hiện

tinh acid yêu

3.1.1.1 Ứng dụng của muối M„.;P,O:„.;

Được dùng trong các lĩnh vực như sản xuất: bột giặt, thủy tinh, tinh chế sứ

Có tác dụng làm phân tán cục xà phòng trong nước cứng, loại trừ cặn trong nước,

hòa tan các kim loại màu bám trên vải sợi, chất phân tán trong công nghiệp sản xuất

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trần Thị Thu Thủy

Ngoai ra, nếu được sản xuất theo các tiêu chuẩn thực phẩm thi dùng lam phụ gia

trong thực phẩm như làm tươi các loại rau qua, các loại thủy sản đông lạnh

Vị dụ:

NasP Ojo tripolyphotphat natri dùng trong bột giặt NaH,PO, dihydrophotphat natri dùng trong công nghiệp

3.1.1.2 Giới thiệu một số mudi dạng M,.;P„O;„.;

3.1.1.2.1 Natri pyrophotphat ( Na,P;O;)

Natri pyrophotphat khan ở dạng tăn khối, có màu tring, có khối lượng riêng d = 2.45g/cmỶ, nhiệt độ nông chảy t = 988°C, Dạng hydrat Na;P;O; là những tinh thé

không mau, lap lánh có khối lượng riêng d = | 85g/cm’ tan được trong nước nhưng

không tan trong rượu Dung dịch nước có tính kiểm, nếu khi đun sôi có mặt acid thì

chuyên sang dạng Nall,PO,.

Bang |.2.Ty trọng cua dung dịch nước Na,P;O;

3.1.1.2.2 Natri tripolyphotphat (NasP,Oj))

La những tinh thé màu trắng Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bột giặt do

có khả năng loại trừ các ion CaŸ", Mg”.

Phương trình phản ứng

NasP:Ojo + 2 Ca” — CayNaP2O¡o + 4Na”

NasP,Ojo + 2 Mg”” — Mg¿NaP:O¡s+ 4Na’

3.1.2 Đặc điểm và tính chất của muối M„(PO)),

Các muỗi dạng metaphotphat có công thức tổng quát M,(PO;)„ với M là gốc kim

Trimetaphotphat natri Na;(PO;)y hay Na;P,O,

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 23

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy:

Na Na

Thông thường trong các câu trúc vòng tỉ lệ giữa các cation với lượng photpho

nguyên chất là 1:1.

Khi sử dụng metaphotphat Natri dé làm mềm nước, các ion Canxi và Magie sẽ

thay thé các nguyên tử Natri dé tạo thành các dạng mudi khó tan.

Vị dụ:

Khi cho trimetaphotphat natri tác dụng với Ca”":

2Na,;(PO;); + Cả” ~ Na,CaP,O,„ + 2Na”

Muối Na,CaP,O,, tạo thành khi hai trimetaphotphat Natri bị thay thể 2 nguyên tử

Natri băng nguyên tử Canxi dé tạo thành hợp chất có dang:

Nhin chung các mudi dang M,(PO;), với M là gốc kim loại đều dé tan trong nước

Các muối dạng metaphotphat Natri có được do quá trình dehydrat hóa Natri

dihydro photphat NaH;PO,, tùy theo điều kiện dehydrat hóa sẽ thu được rất nhiều

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trấn Thị Thu Thủy

40-44°C

| NaH;PO, H;O

Hinh 3.1.Sy biển đổi thành phan va câu trúc các dang sản phẩm thu được khi

tiên hành dehydrate hóa NaHạPO,.2HạO

ee

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 25

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trần Thị Thu Thủy

Theo sơ đỗ trên khi nung mudi Natri dihydro photphat với sự hiện của không khi

sẽ lan lượt thu được các sản phẩm tùy thuộc vào nhiệt độ và điều kiện nung

Ví dụ: ở t> 160°C sẽ thu được muối pyro photphat NaH;P;O; nhưng nếu nung ở t

> 240°C no sé chuyén qua trang thái bên trimetaphotphat Na,(PO;); với một phan tôn

tại biến tính nhiệt độ thấp (NaPO\)„ - | va một phần ở nhiệt độ cao (NaPO)), - 2

Sau đây là đặc điểm và tinh chất của một số mudi metaphotphat

3.1.2.1 Natri metaphotphat NaPO;

3,1.2.1.1.Ứng dụng

Dùng trong các nhà máy xa phòng Tinh chế sứ

Có tác dụng phan tan cục xả phòng trong nước cứng, loại trừ cặn cấu trong nước,

hòa tan các kim loại mau bám trên bẻ mặt vải sợi, chất phân tin trong công nghiệp sảnxuất xi mang.

Có thé sử dụng trong kem đánh rang, chat tay rửa nhà cửa nhũ tương hóa

Ngoài ra, nếu được sản xuất theo tiêu chuẩn thực phẩm thi dùng làm phụ gia thực

phẩm làm tươi các loại rau qua, các sản phẩm đông lạnh, tôm cá

3.1.2.1.2.Tính chất

Là những tỉnh thé mau tring không mau dang bội tan trong nước, dung dịch cótính acid yeu pHq»s„= 6-6.

Natri metaphotphat có kha năng tạo phức với các ion kim loại đặc biệt với muỗi

canxi Nó là loại muỗi hoạt động mạnh trong các loại muối photphat

Natri metaphotphat cỏ khả năng phân tán lớn và keo tụ mạnh nên được sử nhiều

trong sản xuất thực phẩm, ngoải ra nó còn có tác dụng đệm pH và tẩy rửa

; Muối dạng metaphotphat có khuynh hướng polymer hóa, tùy thuộc vào nhiệt độ

điều chế ma tạo thành các cao phân tử khác nhau Quá trình tạo thành các

metaphotphat có thế bằng sơ đỏ sau:

250°C 505° 607°C

eee

SVTH: Nguyên Thi Hong Liêu Trang 26

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thủy

Luận văn tốt nghiệp GVHD: T*S,Trần Thị Thu Thủy

3.1.2.4 Tetra metaphotphat ( NaPO,),

Dễ dàng hình thành khi nhiệt độ 550°C, chúng có cấu tạo dạng vong với các

nguyền tử photpho liên kết nhau qua cầu oxi.

O O

3.1.2.5.Natri hecxametaphotphat (NaPO)),

Natri hecxametaphotphat ((NaPO,),) là chat bột mau tring có trọng lượng riêng

d= 2.48e'cm` tan trong nước dung địch có tính acid yếu pH = 5.6-6.8 nhiệt độ nóng

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Thị Thu Thấy

3.2 Các phương pháp sản xuất (NaPO,),

Trong công nghiệp cỏ nhiều phương pháp sản xuất (NaPO,), nhưng chủ yếu la

các phương pháp sau:

3.2.1.Điều chế từ NaNH,HPO,

Cho 86g NaNH,HPO,.4H;O dang tinh khiết vao chén dung tích 100ml, cần thận

nung đến 110°C và giừ trong 2 giờ dé khan hóa hoàn toàn Sau đó đưa chén vao lò

nung đến 700-750°C giữ ở nhiệt độ khoảng 4 giờ, rồi đổ mudi nóng chảy vào bát platin

làm lạnh bẻn ngoài bảng nước Sau khi muỗi hóa rắn tách nó ra khỏi thành bát, thu được (NaPO;)¿ chiếm tỷ lệ 95%.

Phương trinh phan ứng như sau:

Hoặc nung NaNHyPO;.4H,O 10-15 phút ở 620°C, sau đó làm nguội nhanh thu được hexametaphotphat.

Nhận xét phương pháp: đây là phương pháp sản xuất (NaPO;)„ ở hàm lượng cao

nhưng theo cách thực hiện như trên chỉ được sử đụng ở phòng thí nghiệm Cần được

nghiên cứu dé đưa vào trong sản xuất công nghiệp.

3.2.2 Sản xuất (NaPO;), từ H,PO, và NaOH hoặc Na;CO;

SVTH: Nguyễn Thi Hong Liêu Trang 29

L.uận văn tốt nghiệp GVHD: TS Trần Thị Thu Thay

—

SVTH: Nguyễn Thi Hong Liêu Trang 30

Luận văn tốt nghiệp GVHD: ThŠ Trần Thị Thu Thúy

a Phương pháp thực hiện

Trung hòa H,PO, bằng Na,CO, dé điều chế muỗi trung gian NaH;PO; theo phản

ứng :

2H,PO, + Na;CO, + 2NaH,PO, +H;O +CO;

Lượng Na;CO; đem dùng phải tinh toán sao cho tỷ lệ Na;O/P;O.=5⁄3 Sau khi

điều chế dung dịch, người ta lọc sạch các tạp chất rồi cô đậc đến khan, trong công

nghiệp quá trình này được tiên hành trong lò sây phun hay sây thùng quay ở nhiệt độ

180 —» 200°C

Sau đó nung mudi khan ở nhiệt độ 500-650°C thu được (NaPO)),

7

NaH,PO, —» (NaPO;), + H;O

Hoặc dùng NaOH đem trung hòa với H;PO, cũng theo ty lệ số mol NaOH/H;PO;

là 1:1 Phản ứng diễn ra như sau:

NaOH + H;PO, ~ NaH;PO; + H;OHoặc dùng soda dé trung hỏa H;PO; theo phương trình sau:

Na)COy + 2HPO, + 2NaH;PO, + H;O + CO;

Quá trình tiếp tục điển ra như trên

Phương pháp nay được ứng dụng rộng rãi dé sản xuất các loại mudi photphat đặc

biệt là Natri tripolyphotphat

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp nay có nhiều ưu điểm:

Nguyên liệu sản xuất trong nước nên giá thành rẻ, chỉ phí thắp

Phản ứng trung hòa acid, bazơ diễn ra nhanh và dễ dàng thực hiện

Quy trình sản xuất kha đơn giản, lượng POs tổn thất ít

ae thé san xuất được (NaPO;), tinh khiết ding trong mỹ phẩm va phụ gia thực

Pp

3.2.3 Kết luận

Từ các phương pháp nêu trên, tôi nhận thay rằng kết quả của quá trình trung hòa

H;PO, bằng NaOH hay Na;CO; cũng chỉ thu được các mudi Natriphotphat Nén ching

tôi chon Natridihydrophotphat tinh khiết có sẵn dé nghiên cứu sản xuât (NaPO›), va

khảo sát khả năng làm mềm nước của nó.

———————— -——————-———————————————————

SVTH: Nguyên Thị Hong Liễu Trang 31

Luận văn tốt nghiệp GVHD: TAS Trần Thị Thu Thủy

Chương 4: CƠ SỞ KỸ THUAT CUA PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN

4.1 Cơ sở kỹ thuật của quá trình dehydrat hóa

Khi dehydrate hóa Natri ortho photphat NaH;PO, sẽ thu được rất nhiều dạng sảnphẩm khác nhau vẻ thành phan, câu trúc tùy thuộc vào điều kiện dehydrate hóa Ví

dụ như các mudi metaphotphat, polyphotplst

Muối metaphotphat co công thức tong quát M,[POh],

n =3 tương ứng với trimetaphotphat M;{PO:]›

n= 4 tương ứng với tetrametaphotphat M;[PO:];

Với cấu trúc dạng vòng anion (NaPO); có cấu trúc như sau:

6G uc

=P P O

ae gee

af x TT

Hoặc muối kép metaphotpphat natri và canxi NayCa(PO)).:

Sự biến đối thành phần va cấu trúc của các dạng sản phẩm thu được khi

dehydrate hóa được trình bảy trén hình 3.1 (trang 33)

Theo sơ đồ trên khí nung photphat natri ở các nhiệt độ khác nhau với sự hiện diện

của không khí sẽ lần lượt thu được các sản phẩm tùy thuộc vào nhiệt độ và điều kiện

nung,

Vi dụ;

ỞT°> 160° sẽ thu được mudi pyro photphat Na;H;P;O; nhưng nếu cm Í T>

240° nó sẽ chuyển qua trạng thái bẻn trimetaphotphat Na;P;Os với một phan

biến tính nhiệt độ thấp (NaPO,)n - 1 và một phần ở nhiệt độ cao (NaPO,)n - 2

Muối poly Photphat có công thức tông quát M„.;P,„O›„.; hoặc M„H;P,O›„ ¡với

gid trị n từ 1-10° Cấu trúc của chúng 1a các tâm (PO,) liên kết với các thành phần khác

nhau qua nguyên tử oxy

SVTH: Nguyên Thị Hong Liêu Trang 32