Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 21 Bài 5 XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM PHẨM NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ TRÊN THAN HOẠT TÍNH 5.1 MỤC ĐÍCH. • Để sinh viên làm quen với vấn đề xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ . • Đánh giá khả năng hấp phụ phẩm màu trên than hoạt tính qua : 1. Đại lượng hấp phụ a(g phẩm màu / g than hoạt tính). 2. Hệ số phân phối phẩm màu trong các pha k. • Kiểm tra hiệu quả xử lý cuả quá trình một bậc và nhiều bậc giữa lý thuyết và thực nghiệm. 5.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT . Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau xử lý bằng phương pháp sinh học cũng như khi nồng độ của chúng không cao và chúng không bò phân hủy sinh học, hoặc có tính độc hại cao. Ưu điểm cuả phương pháp là hiệu quả cao ( 80 – 95% ), có khả năng xử lý nước thải chứa vài chất ô nhiễm cũng như khả năng thu hồi các chất này. Chất hấp phụ phổ biến nhất là than hoạt tính . Quá trình hấp phụ có thể tiến hành 1 bậc hay nhiều bậc. Hấp phụ một bậc được ứng dụng khi chất hấp phụ có giá rẻ hoặc là chất thải củ sản suất. Quá trình hấp phụ nhiều bậc sẽ thu được hiệu quả cao hơn. 5.2.1 Quá trình hấp phụ 1 bậc. Quá trình hấp phụ một bậc thực hiện trong thiết bò khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián đoạn. Các đại lượng đặt trưng cho quá trình hấp phụ được xác đònh theo công thức như sau : Đại lượng hấp phụ. ( ) m CCV a c _ 0 = (5.1) Với + a : đại lượng hấp phụ, g chất ô nhiễm/ g chất hấp phụ. + V : thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ m 3 . + C 0 : nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu, g/lit. + C c : nồng độ chất ô nhiễm sau khi hấp phụ g/lit. + M : lượng chất hấp phụ, g Hệ số phân phối chất ô nhiễm trong các pha: c C a k = (5.2) Với k: hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha( g chất ô nhiễm/ g chất hấp phụ)/( g chất ô nhiễm / lit nước). 5.2.2. Quá trình hấp phụ nhiều bậc. PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 22 Quá trình hấp phụ nhiều bậc được thực hiện trên hệ thống các thiết bò khuấy trộn mắc nối tiếp vận hành liên tục. Lượng than cho vào mỗi bậc được tính theo công thức sau : g C C k V m n c . 0 = (5.3) Với + C 0 : Nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu + C c : Nồng độ chất ô nhiễm sau khi hấp phụ + k : Hệ số phân bố chất ô nhiễm ở các pha + m : Lượng chất hấp phụ, g. + n : Số bậc hấp phụ trong hệ thống . + V : Thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ, m 3 . Nồng độ chất ô nhiễm ở các bậc theo lý thuyết được tính theo công thức sau: litgC x kV V C i /, 0 i + = m x (5.4) Với + C 0 : Nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu + C i : Nồng độ chất ô nhiễm sau quá trình hấp phụ ở bậc thứ i, g/l. + k : Hệ số phân bố chất ô nhiễm ở các pha + V : Thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ, m 3 . 5.3 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM, DỤNG CỤ, HOÁ CHẤT 5.3.1 Mô hình thí nghiệm. 5.3.1.1 Quá trình hấp phụ 1 bậc Thực hiện thí nghiệm khảo sát quá trình hấp phụ 1 bậc trên mô hình thiết bò khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián đoạn. Mô hình thí nghiệm bình hấp phụ thể tích chứa 1000ml, có gắn cơ cấu khuấy. 5.3.1.2 Quá trình hấp phụ nhiều bậc . Thực hiện thí nghiệm khảo sát quá trình hấp phụ nhiều bậc trên mô hình mô phỏng dãy thiết bò khuấy trộn mắc nối tiếp hoạt động liên tục. Mô hình thí nghiệm là dãy 3 bình hấp phụ thể tích chứa cuả mỗi bình là 1000ml, có gắn cơ khuấy mắc nối tiếp nhau. Để mô phỏng quá trình hoạt động liên tục, nước thải được lưu tại mỗi bình khuấy trộn với thời gian bằng nhau, sau khi hấp phụ ở bình thứ nhất, nước thải được lọc và đổ vào bình thứ ba…… 5.3.2. Dụng cụ v Ống nghiệm 20 cái v Phểu lọc 1 cái v Giấy lọc / bông lọc v Đũa thuỷ tinh 1 cái v Cốc 1000ml 1 cái v Máy trắc quang ( streptophotometer) 1 cái PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 23 v Cân phân tích 1 cái 5.3.3. Hoá chất. v Phẩm nhuộm hoà tan. v Than hoạt tính dạng bột. 5.4. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN. Thực hiện với nước thải nhiễm phẩm thuộc hoà tan. Chất hấp phụ được sử dụng là than hoạt tính . 5.4.1 Thí nghiệm 1 : hấp phụ 1 bậc Thí nghiệm với các lượng than hoạt tính khác nhau. ü Lấy V = 1 lít nước thải ô nhiễm phẩm màu cho vào bình khuấy. ü Mở van đáy, lấy khoảng 5 ml nước đem đo độ truyền suốt (T 0 ) của nước thải ban đầu ở bước sóng là λ = 470nm ü Cân chính xác m 1 = 0,5 g than hoạt tính, đổ vào bình khuấy. ü Mở máy khuấy. Bắt đầu tính thời gian hấp phụ ( t = 0) . ü Sau mỗi thời gian ∆t = 30 giây, mở van đáy lấy nước vào ống nghiệm, đem lọc qua giấy lọc thu dung dòch và đo độ truyền suốt (T). ü Thực hiện lấy mẫu và đo độ truyền suốt đến khi độ truyền suốt không đổi( Tc) Lặp lại thí nghiệm với lượng than m 2 = 1,0 g : m 3 = 1,5 g. 5.4.2.Thí nghiệâm 2: hấp phụ nhiều bậc Thực hiện thí nghiệm trên mô hình hấp phụ 3 bậc mô phỏng quá trình hấp phụ liên tục. Từ lượng than thích hợp xác đònh được ở quá trình hấp phụ 1 bậc trong thí nghiệm 1, ta xác đònh lượng than cho vào mỗi bậc của quá trình hấp phụ nhiều bậc như sau :m 1 = m 2 = m 3 = m/3, g. Để mô phỏng quá trình liên tục, ta thực hiện thí nghiệm với thời gian lưu ở mỗi bậc là bằng nhau. Từ thời gian thích hợp xác đònh được ở quá trình hấp phụ 1 bậc trong thí nghiệm 1, ta xác đònh thời gian lưu nước ở mỗi bậc của quá trình hấp phụ nhiều bậc như sau:, 3 321 t ttt === giây. v Bậc 1 : • Lấy V 1 = 1 lít nước thải ô nhiễm phẩm màu vào bình khuấy . • Mở van đáy, lấy khoảng 5ml nước đem đo độ truyền suốt (T 0 ) cuả nước thải ban đầu với bước sóng λ= 470nm. • Cân chính xác m 1 g than hoạt tính , đổ vào bình khuấy. • Mở máy khuấy. Bắt đầu tính thời gian hấp phụ ( t = 0 ). • Sau mỗi thời gian ∆t = 30 giây, mở van lấy nước vào ống nghiệm đem lọc qua giấy lọc thu dung dòch và đo độ truyền suốt( T) . • Thực hiện lấy mẫu và đo độ truyền suốt đến hki t = t 1 . v Bậc 2: • Lấy toàn bộ lượng dung dòch còn lại trong bình khuấy thứ nhất, lọc nhanh qua bông . • Lấy V= 900ml dung dòch vào bình khuấy thứ hai. Thực hiện thí nghiệm như trên với lượng than tương ứng với lượng nước là PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 24 g , x m 1000 900 3 (5.5) v Bậc 3: • Lấy toàn bộ lượng dung dòch còn lại trong bình khuấy thứ hai, lọc nhanh qua bông. • Lấy V 2 = 800ml dung dòch vào bình khuấy. Thực hiện thí nghiệm như trên với lượng than tương ứng với lượng nước là g , x m 1000 800 3 (5.6) 5.5. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ. Từ độ truyền suốt ( T) đo được, ta có thể tính được mật độ quang(D) theo công thức : D= 2 – lg T. (5.7) Với D : mật độ quang hay độ hấp thụ. T : độ truyền suốt, %. Mật độ quang tỉ lệ với nồng độ phẩm màu trong dung dòch nên ta có thể tính đại lượng hấp thụ theo công thức: Đại lượng hấp thụ: ( ) m DDV a c _ 0 = (5.8) Với : a : đại lượng hấp thụ. V : thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ, m 3 . D 0 : mật độ quang cuả dung dòch ban đầứng dụng, g/lit. D c : mật độ quang cuả dung dòch sau khi hấp phụ, g/lit. m : lượng chất hấp phụ, g. Tương tự hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha cũng tính theo công thức sau: c D a k = (5.9) Với k : hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ,( g phẩm màu/ g chất hấp phụ)/( g phẩm màu / lit nước). 5.5.1. Thí nghiệm 1: hấp phụ một bậc. • Tính mật độ quang ( D i ) ứng với giá trò độ truyền suốt ( T i ) đo được ở các thí nghiệm theo công thức ( 5.7 ). • Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công thức ( 5.8 ). • Tính hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ( k 1 ) theo công thức (5.9 ) 5.5.2. Thí nghiệm 2 : hấp phụ nhiều bậc. • Tính mật độ quang ( D i ) ứng với giá trò độ truyền suốt ( T i ) đo được ở các thí nghiệm theo công thức ( 5.7 ). • Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công thức ( 5.8 ). • Tính hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ( k 1 ) theo công thức (5.9 ). • So sánh hiệu suất hấp phụ giữa các quá trình hấp phụ 1 bậc và nhiều bậc. 5.6 KẾT QUẢ . 5.6.1 Thí nghiệm1 : hấp phụ một bậc • Điền các số liệu tính toán trên vào bảng kết quả . m 1 m 1 m 1 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 25 Thời gian Độ truyền suốt Mật độ quang D 1 Y I Độ truyền suốt Mật độ quang D 1 Y I Độ truyền suốt Mật độ quang D 1 Y I T, giây T, % D % T, % D % T, % D % • Vẽ đồ thò biểu diễn mối quan hệ mật độ quang theo thời gian ứng với các khối lượng than khác nhau. • Xác đònh lượng than thích hợp cho quá trình hấp phụ. Tại sao chọn giá trò này. 5.6.1. Thí nghiệm 2 : hấp phụ 3 bậc. m = g than hoạt tính . v Bậc 1 : Thời gian lấy mẫu Độ truyền suốt Độ hấp phụ D 1 Y 1 % t T D v Bậc 2: Thời gian lấy mẫu Độ truyền suốt Độ hấp phụ D 1 Y 1 % t T D 5.7 NHẬN XÉT KẾT QUẢ. 5.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 1 . Trần Văn Nhân, Ngô Thò Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội 1999. 2 . Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết, Giáo trình phân tích đònh lượng, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM. PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com . th nghiệm theo công th c ( 5. 7 ). • Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công th c ( 5. 8 ). • Tính hệ s phân phối chất ô nhiễm ở các pha ( k 1 ) theo công th c (5 .9 ) 5. 5.2. Th nghiệm 2. mật độ quang ( D i ) ứng với giá trò độ truyền suốt ( T i ) đo được ở các th nghiệm theo công th c ( 5. 7 ). • Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công th c ( 5. 8 ). • Tính hệ s phân phối. Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH Th. S. Lâm Vónh S n Trang 21 Bài 5 XỬ LÝ NƯỚC TH I Ô NHIỄM PHẨM NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ TRÊN THAN HOẠT TÍNH 5. 1 MỤC