BÁO CÁO THỰC TẬP-NGHIÊN CỨU, SO SÁNH KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA PHÈN NHÔM, PHÈN SẮT, PAC, FAC, VÀ CHITOSAN TẠI CÔNG TY TNHH IN NANU TP.HCM

Giải pháp xử lý bằng phương pháp keo tụ tạo bông dựa trên các loại hóa chất keo tụ sẽ được lựa chọn để giải quyết bài toán này.. Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp khả năng keo tụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

BÀI BÁO CÁO TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, SO SÁNH KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA PHÈN NHÔM, PHÈN SẮT, PAC, FAC, VÀ CHITOSAN TẠI CÔNG TY TNHH IN NANU TP.HCM

SVTH : VÕ TẤN LỢI MSSV : 1191081057 GVHD: TS. THÁI VĂN NAM

Hồ Chí Minh, 03/2013

-NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

  

Tp.HCM, Ngày Tháng Năm Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

  

Tp.HCM, Ngày Tháng Năm Xác nhận của giáo viên phản biện

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TNHH : Trách nhiệm hữu hạn

TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh

COD(Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa học

PAC( Poly Aluminium Chloride): Là loại phèn nhôm tồn tại ở dạng cao phân tử (polyme)

FAC(Ferous Aluminum Sulphat Compounds): Là hỗn hợp phèn nhôm sắt

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Mô tả năng lượng tương tác của hệ keo

Hình 2: Mô tả hiệu quả của cơ chế hấp phụ trung hòa điện tích

Hình 3: Cơ chế hấp phụ - bắc cầu

1.GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Nước thải mực in sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người, tác động trực tiếp đến các loài thủy sinh bởi các kim loại nặng và dung môi hữu cơ Các chất này sẽ

xâm nhập vào nguồn nước ngầm và môi trường đất nếu không được xử lý triệt để trước khi được thải vào nguồn tiếp nhận Từ đó, các chất độc thấm trong đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thực vật được trồng trên đất và con người ăn phải các thực vật này sẽ bị tích lũy độc chất vào trong cơ thể

và gây bệnh

Do vậy, nước thải mực in cần được xử lý triệt để trước khi xả vào nguồn tiếp nhận Giải pháp xử lý bằng phương pháp keo tụ tạo bông dựa trên các loại hóa chất keo tụ sẽ được lựa chọn

để giải quyết bài toán này

Nước thải mực in khó xử lý bằng phương pháp sinh học

Nếu thực hiện phương pháp xử lý hóa lý bằng keo tụ tạo bông đạt hiệu quả cao thì sẽ dừng lại Ngược lại, sẽ tiến hành xử lý theo phương pháp oxy hóa bằng hệ Fenton

1.2.Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cũng chính là bước phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp cả về quy mô và công nghệ Đi kèm theo đó là những tác động tiêu cực của nó đối với môi trường Đặc biệt ô nhiễm nguồn nước

Ngành in là một ngành xuất hiện rất sớm trên thế giới (xuất hiện đầu tiên ở Trung Quốc và thế kỉ VI) Ở Việt Nam, nó là một ngành trực tiếp sản xuất và phát triển mạnh trong những năm gần đây với hàng trăm cơ sở in công nghiệp trong cả nước

Nước thải từ quá trình sản xuất mực in không nhiều, chỉ phát sinh từ công đoạn vệ sinh thiết

bị máy móc Ngoài ra nước thải còn phát sinh từ quá trình vệ sinh xưởng khi mực in bị tràn đổ Tuy nhiên, nồng độ các chất gây ô nhiễm rất cao Khi trực tiếp thải vào nguồn tiếp nhận không qua xử

lý, chất hữu cơ có trong nước thải sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Độ màu của nước thải làm hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu

Đồng thời, gây tác hại về mặt cảm quan, gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước Nước thải ngành sản xuất mực in có các thành phần ô nhiễm đặc trưng như dung môi hữu cơ, độ màu, chất rắn lơ lửng Do đó nước thải ngành in cũng là vấn đề rất được quan tâm

Từ những cơ sở đó, đề tài :” Nghiên cứu, so sánh khả năng keo tụ của phèn nhôm, phèn sắt, PAC, FAC, và Chitosan tại công ty TNHH in Nanu TP.HCM ” được tiến hành nhằm tìm ra giải pháp giảm

thiểu độ màu, COD của nước thải in để giảm thiểu ảnh hưởng đến con người, môi trường.

2 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu trên quy mô phòng thí nghiệm

- Đối tượng nghiên cứu: loại nước thải được xử lý là nước thải mực in tại Công Ty Trách Nhiệm Hữu Hạn In Nanu

3.MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu của đề tài

Xác định các thông số vận hành, quá trình keo tụ tạo bông cho các loại phèn nhôm, phèn sắt, PAC, FAC và Chitosan

Chọn lựa loại hóa chất keo tụ trong năm loại trên phù hợp để xử lý nước thải mực in đạt hiệu quả cao nhất

Tính toán chi phí vận hành cho các loại hóa chất keo tụ (phèn nhôm, phèn sắt, PAC, FAC

và Chitosan)

3.2 Nội dung nghiên cứu

Xác định pH tối ưu của phèn nhôm, phèn sắt (III), PAC, FAC và Chitosan

Xác định lượng hóa chất keo tụ tối ưu của năm loại: phèn nhôm, phèn sắt, PAC, FAC và Chitosan

So sánh ý nghĩa kinh tế, ý nghĩa kỹ thuật và ý nghĩa môi trường của phèn nhôm, phèn sắt, PAC, FAC và Chitosan

So sánh khả năng keo tụ của phèn nhôm, phèn sắt (III), PAC, FAC và Chitosan

Lựa chọn loại hóa chất keo tụ tốt nhất để xử lý với nước thải mực in của công ty Nanu

3.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp luận

Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt tới chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học Điều này có nghĩa rằng, các nghiên cứu khoa học cần phải có những nguyên tắc và phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đề sẽ

giải quyết

Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp khả năng keo tụ của năm loại hóa chất keo tụ, mục đích đưa ra loại hóa chất nào xử lý nước thải mực in tốt nhất, giá thành vừa phải, phù hợp với nhu cầu của công ty

3.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp sẽ thực hiện để đạt được với những mục tiêu và nội dung trên:

Xử lý nước thải mực in bằng phương pháp hóa lý được thực hiện theo hai cách: keo tụ tạo bông và oxy hóa bằng hệ Fenton

Xác định và lựa chọn phương pháp hóa lý theo cách keo tụ tạo bông để xử lý nước thải mực

in vì:

 Phương pháp thực hiện đơn giản

 Chi phí thấp

 Thực hiện phương pháp này nếu đạt hiệu quả cao thì dừng lại Ngược lại, sẽ thực hiện theo cách oxy hóa bằng hệ Fenton

Nguyên lý của quá trình keo tụ tạo bông

Tuỳ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, thông thường các hạt cặn trong nước đều có thể mang điện tích âm hoặc dương Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết dính với nhau nhờ lực liên kết phân tử và lực điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion khác nhau, các tổ hợp tạo thành được gọi là hạt keo Tuỳ thuộc vào thành phần cấu tạo, các hạt keo sẽ có những tính chất khác nhau Người ta có thể chia các hạt keo thành hai loại: Keo kỵ nước và keo háo nước Trong kỹ thuật xử lý nước bằng keo tụ, keo

kỵ nước đóng vai trò chủ đạo Ngoài ra, người còn phân loại theo các dạng sau:

 Keo phân tử là những phân tử lớn (polyme) tạo thành hạt keo

 Keo phân tán gồm nhiều phân tử phân tán tạo thành hạt keo

 Keo liên kết gồm nhiều phân tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo

 Keo kỵ nước không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu, nước

 Keo ngậm nước có khả năng hấp phụ các phân tử nước.

Keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất xúc tác như phèn nhôm, phèn sắt Ban đầu các phân tử mới hình thành liên kết lại với nhau thành các khối đồng nhất Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các khối này có khả năng hấp thụ chọn lọc một loại ion nào đó, hoặc có trong thành phần các ion của khối hoặc gần giống một trong các ion trong khối về tính chất và kích thước, tạo thành lớp vỏ bọc ion Lớp vỏ ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt trên đó, có khả năng hút một số ion tự

do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích Như vậy, quanh khối liên kết phân tử ban đầu có hai lớp ion mang điện tích trái dấu bao bọc, gọi là lớp điện tích kép của hạt keo Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không có đủ điện tích trung hoà với lớp điện tích bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện tích nhất định Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút quanh mình một số ion trái dấu ở trạng thái khuếch tán

Nếu hạt keo ở trong trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi lớp ion khuếch tán Do chuyển động Brown, lớp ion khuếch tán không di chuyển đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên kết không bền vững Do đó, hạt keo trong nước luôn là hạt keo mang điện tích

Theo lý thuyết về lớp điện tích kép, nếu muốn hạt keo keo tụ thì thế điện động Zeta cần phải giảm thấp dưới giá trị giới hạn Do vậy, quá trình keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp các hạt riêng rẽ nhờ việc giảm thế điện động Zeta Qúa trình tạo bông keo xảy ra nhờ khuấy trộn và hình thành việc kết hợp các bông keo nhỏ

Trong pha phân tán keo, điện tích bề mặt của các hạt keo có ảnh hưởng rất lớn đến các ion bao quanh Các ion trái dấu bị thu hút về bề mặt và các đồng ion bị đẩy ra khỏi bề mặt Kết hợp hỗn hợp các xu hướng chuyển động nhiệt và hút hoặc đẩy ion lẫn nhau sẽ tạo ra một lớp trong của bề mặt tích điện của hạt keo và một lớp ngoài có số đương lượng các ion trái dấu phân bố trong pha khuếch tán tạo ra lớp bề mặt điện tích kép

Theo Stern, tác giả phân chia lớp điện tích kép thành hai lớp: lớp điện tích kép Stern với các ion trái dấu hút nhau rất mạnh trên bề mặt hạt keo và lớp khuếch tán, có bề dày phụ thuộc vào cường độ ion cùa dung dịch Điện thế trên bề mặt giữa lớp ngoài của lớp Stern và lớp trong của lớp khuếch tán được gọi là thế điện động Zeta Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện được xem như là

các lực phân tán tồn tại giữa các hạt keo Độ lớn của các lực này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt và chúng độc lập với cường độ ion của nước Khả năng ổn định của hạt keo là kết quả tổng hợp giữa lực hút và lực đẩy Nếu lực tổng hợp là lực hút thì xảy ra quá trình keo tụ Khi thuỷ phân ion kim loại như Fe3+ hoặc Al3+ bổ sung nhờ nước, quá trình thuỷ phân xảy ra tức thời và hình thành các phức Hydroxyl Nồng độ các phức Hydroxyl phụ thuộc vào nồng độ các ion kim loại và giá trị pH Các phức Hydroxyl có mang điện tích và thời gian tồn tại của chúng rất ngắn Các ion dương bị hấp phụ trên bề mặt các hạt keo và điện tích bề mặt bị trung hoà do giảm thế điện động Zeta Số các ion trái dấu đòi hỏi để trung hoà điện tích bề mặt khá nhỏ

so với số các ion yêu cầu để nén lớp điện tích các nồng độ các ion trái dấu cấn bổ sung tỉ lệ thuận với nồng độ các hạt keo trong nước và bổ sung dư lượng các ion trái dấu sẽ tạo ra sự tái ổn định của hệ keo do chuyển đổi nghịch chiều điện tích bề mặt

Khi năng lượng động học của các hạt keo không đủ để tạo ra sự chuyển động, huyền phù sẽ trở nên bền vững và bằng biện pháp khuấy trộn hoặc bổ sung các polyme có khả năng keo tụ, người ta có thể phá vỡ trạng thái cân bằng của hệ làm cho các hạt keo xích lại gần nhau hơn tăng lực hút giảm lực đẩy và do vậy làm cho quá trình keo tụ đạt hiệu quả hơn

Khi sử dụng biện pháp giảm thế điện động Zeta, người ta nhận thấy rằng điện thế Zeta của hạt keo kỵ nước dao động trong giới hạn 0.05 đến 0.1V Để lực hút phân tử thắng được lực đẩy tĩnh điện thi điện thế Zeta phải nhỏ hơn 0.03V và quá trình keo tụ càng đạt hiệu quả khi điện thế Zeta tiến tới 0 Trạng thái hạt keo khi điện thế Zeta bằng 0 được gọi là trạng thái đẳng điện và trị số pH của hệ ở trạng thái đẳng điện được gọi là điểm đẳng điện

4 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

4.1 Ý nghĩa khoa học

Xác định được các thông số phù hợp để chọn lựa loại hóa chất keo tụ để xử lý nước thải mực in đạt hiệu quả tốt nhất

Xác định được quy trình công nghệ xử lý nước thải mực in hiệu quả.

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Giúp giải quyết vấn đề xử lý nước thải mực in đối với môi trường

Giải quyết được các bài toán về tính kỹ thuật, tính kinh tế và tính môi trường trong phương pháp keo tụ tạo bông để xử lý nước thải mực in

5 TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

6 BỐ CỤC DỰ KIẾN CỦA ĐỀ TÀI

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH IN NANU

1.2 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ IN TẠI CÔNG TY IN

1.3 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ IN

1.4 NGUỒN PHÁT SINH VÀ ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI

1.4.1 Nguồn phát sinh nước thải 1.4.2 Nguồn gây ô nhiễm không khí

1.4.3 Nguồn phát sinh chất thải rắn và chất thải nguy hại 1.4.4 Đặc tính nước thải mực in

1.5 ẢNH HƯỞNG MÔI TRƯỜNG

1.6 MỘT VÀI NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC THẢI

MỰC IN Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.1 Nguyên lý của quá trình keo tụ tạo bông

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình keo tụ tạo bông

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.3 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

2.4 NGUYÊN TẮC THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH JARTEST

2.5 VẬT LIỆU THỰC NGHIỆM

2.5.1 Mẫu nước thải

2.5.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất

2.6 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM

2.6.1 Thí nghiệm xác định pH tối ưu

2.6.2 Thí nghiệm xác định lượng hóa chất keo tụ tối ưu

2.7 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

2.7.1 Đo độ truyền suốt (độ truyền quang)

2.7.2 Phân tích COD

2.8 VỆ SINH DỤNG CỤ, KIỂM TRA THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN THỰC NGHIỆM

3.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

3.1.1 Thí nghiệm khảo sát khả năng keo tụ của phèn nhôm

3.1.2 Thí nghiệm khảo sát khả năng keo tụ của phèn sắt (III)

3.1.3 Thí nghiệm khảo sát khả năng keo tụ của FAC

3.1.4 Thí nghiệm khảo sát khả năng keo tụ của PAC

3.1.5 Thí nghiệm khảo sát khả năng keo tụ của Chitosan

3.2 BÀN LUẬN VÀ ĐÚC KẾT Ý KIẾN

3.2.1 Bàn luận

3.2.1.1 Tính kỹ thuật (so sánh khả năng keo tụ)

3.2.1.2 Tính kinh tế

3.2.1.3 Tính môi trường

3.2.2 Đúc kết ý kiến Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 PHẦN KẾT LUẬN

4.2 PHẦN ĐÚC KẾT KINH NGHIỆM

4.3 PHẦN KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Lê Huy Bá (2002), Độc học môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí

Minh, Thành phố Hồ Chí Minh

2.Công ty Trách nhiệm hữu hạn in Nanu (2010), Bản cam kết bảo vệ môi trường Công ty

Trách nhiệm hữu hạn in Nanu, Công ty Trách nhiệm hữu hạn Thương mại dịch vụ môi

trường Thế giới xanh tư vấn, Thành phố Hồ Chí Minh

3.Nguyễn Đức Đạt Đức (2010), Bài giảng thí nghiệm Kỹ thuật xử lý nước thải, tr.11-18, Bộ

môn Kỹ thuật môi trường, Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh

4.Ngô Đình Ngọc Giao (2009), Bài giảng thí nghiệm hóa kỹ thuật môi trường, tr.69-72, Bộ

môn Kỹ thuật môi trường, Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh

5.Trịnh Xuân Lai (2008), Xứ lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, tr.62-81, Nhà xuất

bản Xây dựng, Hà Nội

6.Ngô Thị Nga, Trần Văn Nhân (2009), Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, tr.118-125,

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

7.Nguyễn Thị Thu Thủy (2008), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, tr.131-164, Nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

8.Một số đề tài nghiên cứu về nước thải mực in được tra tìm trên trang web của trường Đại học Bách khoa Hà Nội www.hut.edu.vn và tìm thông tin ở mục của Viện Kỹ thuật hóa học (chọn mục Nghiên cứu và chọn Đề tài khoa học) Dữ liệu được lấy chính xác vào ngày 10 tháng 07 năm 2011