Sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3 18h2o, phèn sắt FeSO4 7h2o và vôi bột cao để xử lý một số mẫu nước thải

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá nhanh và sự gia tăng dân số đang gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên thiên nhiên nói chung và đặc biệt là tài nguyên nước trên toàn thế giới. Tại các thành phố lớn, phần lớn nước thải sinh hoạt không qua hệ thống xử lý mà trực tiếp xả ra các nguồn tiếp nhận như sông, hồ, kênh, mương... Tại Việt Nam, theo thống kê có khoảng 23 cơ sở sản xuất, các khu công nghiệp, các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải và một lượng lớn rác thải rắn trong thành phố không được thu gom là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng. Hàm lượng các chất BOD, các chất hữu cơ, các muối dinh dưỡng (N, P) và hàm lượng các kim loại nặng đều vượt quá quy định cho phép, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cân bằng hệ sinh thái cũng như ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, đời sống con người và làm suy giảm nguồn tài nguyên nước. Xử lý nước thải trước khi xả ra môi trường là vấn đề cần quan tâm đặc biệt trong chiến lược phát triển kinh tế bền vững. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm và giá trị kinh tế như hệ thống xử lý sinh học kị khí bằng bể UASB, xử lý bằng bùn hoạt động (SBR)... Tuy nhiên phần lớn các phương pháp trên tiêu tốn khá nhiều chi phí trong vận hành, đòi hỏi nguồn nhân lực có trình độ cao và đầu tư xây dựng hệ thống xử lý tốn kém. Việc xử lý nước bằng các phương pháp truyền thống vẫn còn phổ biến do hiệu quả kinh tế và khả năng xử lý cao, dễ vận hành, trong đó xử lý nước bằng phương pháp keo tụ tạo bông là phương pháp được dùng ưu tiên hơn cả. Với đề tài ‘’Sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O, phèn sắt FeSO4.7H2O và vôi bột CaO để xử lý một số mẫu nước thải’’, chúng tôi tiến hành phân tích và xử lý một số mẫu nước thải như nước thải nhà hàng, nước thải khu dân cư và nước thải nhà máy chế biến thủy hải sản. Mục tiêu của đồ án này là: (1) đánh giá khả năng xử lý các mẫu nước thải khác nhau của phèn nhôm, phèn sắt và vôi bột; (2) khảo sát hàm lượng tối ưu và lựa chọn hóa chất có khả năng keo tụ tạo bông cao nhất từ đó cho phép và (3) ước tính giá thành chi phí xử lý với từng loại mẫu nước thải khác nhau ứng với từng loại hóa chất sử dụng.

Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT LỜI MỞ ĐẦU Tốc độ công nghiệp hố thị hố nhanh gia tăng dân số gây áp lực ngày nặng nề tài nguyên thiên nhiên nói chung đặc biệt tài nguyên nước toàn giới Tại thành phố lớn, phần lớn nước thải sinh hoạt không qua hệ thống xử lý mà trực tiếp xả nguồn tiếp nhận sông, hồ, kênh, mương Tại Việt Nam, theo thống kê có khoảng 2/3 sở sản xuất, khu công nghiệp, bệnh viện sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải lượng lớn rác thải rắn thành phố không thu gom nguồn quan trọng gây ô nhiễm nước Hiện nay, mức độ ô nhiễm kênh, sông, hồ thành phố lớn nặng Hàm lượng chất BOD, chất hữu cơ, muối dinh dưỡng (N, P) hàm lượng kim loại nặng vượt quy định cho phép, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cân hệ sinh thái ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, đời sống người làm suy giảm nguồn tài nguyên nước Xử lý nước thải trước xả môi trường vấn đề cần quan tâm đặc biệt chiến lược phát triển kinh tế bền vững Hiện có nhiều phương pháp xử lý nước thải tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm giá trị kinh tế hệ thống xử lý sinh học kị khí bể UASB, xử lý bùn hoạt động (SBR) Tuy nhiên phần lớn phương pháp tiêu tốn nhiều chi phí vận hành, địi hỏi nguồn nhân lực có trình độ cao đầu tư xây dựng hệ thống xử lý tốn Việc xử lý nước phương pháp truyền thống phổ biến hiệu kinh tế khả xử lý cao, dễ vận hành, xử lý nước phương pháp keo tụ tạo phương pháp dùng ưu tiên Với đề tài ‘’Sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O, phèn sắt FeSO4.7H2O vôi bột CaO để xử lý số mẫu nước thải’’, chúng tơi tiến hành phân tích xử lý số mẫu nước thải nước thải nhà hàng, nước thải khu dân cư nước thải nhà máy chế biến thủy hải sản Mục tiêu đồ án là: (1) đánh giá khả xử lý mẫu nước thải khác phèn nhôm, phèn sắt vôi bột; (2) khảo sát hàm lượng tối ưu lựa chọn hóa chất có khả keo tụ tạo bơng cao từ cho phép (3) ước tính giá thành chi phí xử lý với loại mẫu nước thải khác ứng với loại hóa chất sử dụng Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT LỜI CÁM ƠN Sau thực đồ án tốt nghiệp này, em rút nhiều kinh nghiệm vận dụng kiến thức học vào thực tế Để làm điều thiết nghĩ sinh viên điều khó khăn, nhờ tạo điều kiện nhà trường giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn mà em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Khoa Hóa Học Và Cơng Nghệ Thực Phẩm, Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu tạo điều kiện cho em sử dụng sở vật chất nhà trường, đồng thời xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Đặng Thị Hà tận tình hướng dẫn em hồn thành tốt đề tài tốt nghiệp Kính chúc q thầy ln dồi sức khỏe hồn thành tốt cơng tác giáo dục nhà trường Vũng Tàu, ngày 12 tháng 07 năm 2013 Sinh viên thực Nguyễn Thị Ngọc Anh Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT MỤC LỤC Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT DANH MỤC BẢNG Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT DANH MỤC HÌNH Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT DANH MỤC VIẾT TẮT TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN : Quy chuẩn Việt Nam UASB : Upflow Anaerobic Sludge Blanket SBR : Sequencing Batch Reactor BOD : Biochemical oxygen Demand- nhu cầu oxy sinh hoá BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề ô nhiễm nước mặt phương pháp xử lý 1.1.1 Ô nhiễm nguồn nước Sự ô nhiễm nguồn nước xảy theo hai cách: Ơ nhiễm tự nhiên nhiễm nhân tạo - Ô nhiễm tự nhiên nước mưa chảy tràn bề mặt đất mang theo chất bẩn vi khuẩn, xác động thực vật chết phân hủy gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận - Ô nhiễm nhân tạo chủ yếu xả nước thải (sinh hoạt, bệnh viện, công nghiệp nông nghiệp) vào nguồn nước tiếp nhận Các ảnh hưởng nước thải gây nguồn nước tiếp nhận là: + Xuất chất mặt nước có cặn lắng: Các tượng ô nhiễm thường nước thải từ xí nghiệp chế biến thực phẩm nước thải sản xuất xí nghiệp có chứa dầu mỡ sản phẩm mỡ; tạo nên lớp màng dầu, mỡ mặt nước cặn nặng lắng xuống đáy làm cho nước có mùi vị đặc trưng làm giảm lượng oxy nước nguồn Với hàm lượng dầu 0,2 - 0,4 mg/l làm cho nước có mùi dầu Khử mùi dầu việc làm khó khăn Tơm cá sống nước bị nhiễm bẩn sản phẩm dầu mỡ có tốc độ sinh trưởng kém, chí khơng sinh trưởng thịt chúng có mùi dầu[1]; + Thay đổi tính chất lý học: Nguồn nước tiếp nhận nước thải bị đục, có màu, có mùi chất thải đưa vào Amoni, Nitrat, Photphat nước gây nên tượng phú dưỡng, phát triển rong, rêu, tảo, sinh vật phù du tạo nên; + Thay đổi thành phần hoá học: Tính chất hố học nguồn nước tiếp nhận bị thay đổi phụ thuộc vào loại nước thải đổ Hiện tượng tạo nước thải mang tính axit kiềm chứa loại hố chất làm thay đổi thành phần hàm lượng chất có sẵn thủy vực; + Lượng oxy hịa tan nước bị giảm: Hàm lượng oxy hoà tan nguồn nước tiếp nhận bị giảm tiêu hao oxy để oxy hoá chất hữu nước thải đổ vào Hiện tượng giảm hàm lượng oxy hoà tan (< mg/l) nước gây ảnh hưởng xấu cho loài thủy sinh vật; + Xuất làm tăng loại vi khuẩn gây bệnh: Nước thải kéo theo loài vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận làm suy giảm chất lượng việc cung cấp nước cho mục đích đặc biệt mục đích sinh hoạt Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa Học Khoa Hóa Học Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT Tóm lại, nước thải bị lưu đọng xử lý chưa đạt yêu cầu gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt nguồn nước tiếp nhận, hậu kéo theo gây tác động xấu đến vệ sinh môi trường sức khoẻ người 1.1.2 Một số phương pháp xử lý nước thải Việc áp dụng phương pháp ngồi phụ thuộc vào tính chất nước thải, lưu lượng nước thải phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố khác như: Kinh phí, diện tích dành cho hệ thống xử lý, đặc điểm địa hình, hệ thống nước, mục đích sử dụng nguồn nước tiếp nhận, Bảng 1.1 Các phương pháp xử lý nước thải Chất bẩn Các phương pháp xử lý - Chất hữu dễ phân Phương pháp sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, hồ hủy sinh hố (BOD) - làm thoáng, lọc sinh học, hồ ổn định Phương pháp sinh học điều kiện yếm khí (hồ Chất lơ lửng yếm khí, bể metan) bơm xuống lịng đất Hấp thụ than, bơm xuống lòng đất Chất hữu bền vững Hồ, sục khí, nitrat hóa, khử nitrat, trao đổi ion - Kết tủa vôi, muối sắt, nhôm Photpho - Kết tủa kết hợp sinh học, trao đổi ion - Kim loại nặng - - Trao đổi ion, kết tủa hóa học Chất hữu tan - Trao đổi ion, bán thấm, điện thấm Có thể chia làm bậc xử lý nước thải: bậc 1, bậc bậc + Xử lý bậc cịn gọi xử lý sơ thơng thường cơng trình xử lý lý học (cơ học) như: song chắn rác, bể lắng Các cơng trình nhằm mục đích tách chất khơng tan nước thải Xử lý bậc nhiều mang mục đích xử lý có chất nhiễm, tạo điều kiện phù hợp để đưa tiếp vào hệ thống xử lý tiếp theo; Ví dụ: Xử lý dầu mỡ, trung hoà nước thải để tạo điều kiện cho biện pháp xử lý sinh học Trong trường hợp xử lý bậc biện pháp lý – hoá Bảng 1.2 Xử lý nước thải bậc Chất bẩn Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa Học Phương pháp xử lý Khoa Hóa Học Cơng nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT Chất lơ lửng Dầu mỡ Kim loại nặng Kiềm axit Sulfua Sự biến động nồng độ chất bẩn Hồ: lắng, tuyển Thu dầu mỡ, thu vớt bọt Kết tủa trao đổi ion Trung hịa Kết tủa sục khí Điều hòa nồng độ lưu lượng (BOD) lưu lượng + Xử lý bậc 2: Thông thường xử lý bậc cơng trình xử lý sinh học dùng để oxy hố sinh hố chất hữu cịn lại dạng tan, keo không tan (nhưng không lắng được); + Xử lý bậc thường thực theo yêu cầu xử lý có chất lượng cao Đó trường hợp cần thiết phải áp dụng biện pháp triệt khuẩn, khử tiếp chất bẩn lại nước thải nitrat, photphat, sunphat  Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải • Xử lý vật lý Sử dụng lực vật lý trọng trường, ly tâm để tách hóa chất khơng hịa tan khỏi nước thải Phương pháp đơn giản, rẻ tiền, hiệu xử lý chất lơ lửng cao Các cơng trình xử lý học sử dụng rộng rãi xử lý nước thải là: song lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác thải, bể điều hòa, khuấy trộn, lắng, lắng cao tốc, tuyển nổi, lọc, hịa tan khí, bay hơi, tách khí • Xử lý hóa học Sử dụng hóa chất để xử lý nước thải, keo tụ, Clor, javel, thuốc sát trùng, chuồng trại… Các cơng trình xử lý hóa học thường kết hợp với cơng trình xử lý vật lý Mặc dù có hiệu cao, phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền tạo thành sản phẩm phụ độc hại cho mơi trường • Xử lý sinh học Mục đích xử lý sinh học lên men phân hủy chất hữu nhờ hoạt động vi sinh vật hiếu khí kỵ khí Sản phẩm cuối là chất khí (CO 2, N2, CH4, H2S), chất vô tế bào Phương pháp tỏ thân thiện với mơi trường tận dụng sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) tái sử dụng lượng Tuy nhiên phương pháp đòi hỏi thời gian xử lý dài hệ thống xử lý cồng kềnh Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa Học Khoa Hóa Học Cơng nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐH BRVT 1.2 Xử lý nước thải phương pháp keo tụ 1.2.1 Cơ chế keo tụ Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (bụi khơng khí, bùn, phù sa nước ) hạt ln có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn để giảm lượng bề mặt (tương tự tượng giọt nước, giọt thủy ngân tự vo trịn để giảm diện tích bề mặt) Về ngun tắc độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có xu hút nhờ lực bề mặt Mặt khác, hạt keo loại nên hạt keo ln tích điện dấu (đặc trưng zeta) nên hạt keo tụ đẩy lực đẩy tĩnh điện hạt dấu theo định luật Culong, xu hướng làm hạt keo hút để tạo hạt lớn lắng xuống nhờ trọng lực hạt khơng tích điện Như vậy, lớn (hạt keo tích điện) hệ keo bền (khó kết tủa) Trường hợp lý tưởng: điện phẳng (zeta = ), hạt keo biến thành cấu tạo tụ điện phẳng, hạt không khác hạt khơng tích điện nên dễ dàng hút để tạo hạt lớn lắng Đây sở khoa học phương pháp keo tụ [2] Hiện tượng hạt keo loại hút tạo thành tập hợp hạt có kích thước khối lượng đủ lớn để lắng xuống trọng lực thời gian đủ ngắn gọi tượng keo tụ Hiện tượng xảy zeta triệt tiêu Hiện tượng keo tụ có tính thuận xảy nghịch nghĩa hạt keo keo tụ lại tích điện trở lại trở nên bền Các hố chất gây keo tụ thường loại muối kim loại vơ (kí hiệu MZ) gọi chất keo tụ Một cách khác làm hạt keo co cụm thành cặn lớn dễ lắng dùng tác nhân thích hợp “khâu”chúng lại thành hạt lớn đủ lớn, nặng để lắng Hiện tượng gọi tượng tạo thực nhờ phân tử chất cao phân tử tan nước có lực tốt với hạt keo hạt cặn nhỏ Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, chất có khả tạo gọi chất tạo hay trợ keo tụ, q trình tạo bơng bất thuận nghịch Quá trình keo tụ muối kim loại MZ thường xảy theo thứ tự sau: Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa Học 10 phẩm Khoa Hóa Học Công nghệ thực ... oxít canxi, sử dụng rộng rãi, có cơng thức hóa học CaO Một số tên gọi khác vôi đời sống vôi sống, vôi nung… Vôi bột sử dụng xử lý nước nước thải để làm giảm độ chua, để làm mềm chất kết để loại bỏ... phương pháp xử lý nước thải hóa chất có khả tạo keo phèn nhôm Al 2(SO4)3 .18H2O, phèn sắt FeSO4. 7H2O vôi bột CaO việc xử lý hàm lượng muối dinh dưỡng photphat, amoni nitrat số mẫu nước thải (nhà... suất xử lý phèn nhôm xử lý mẫu nước thấp, đó, mẫu nước thải này, áp dụng phương pháp keo tụ tạo bơng khơng có tính khả thi 3.2.4 Đánh giá chung Sau xử lý mẫu nước thải trên, nhận thấy phèn nhôm xử