xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ - hấp phụ hơi etenol bằng than hoạt tính

trình bày về xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ - hấp phụ hơi etenol bằng than hoạt tính

Đại học Khoa học tự nhiên Họ và tên: Nguyễn An Thái

Khoa Môi trường Lớp: K49 công nghệ môi trường

Báo cáo thực hành (Môn :công nghệ môi trường)

I/ Xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ - Hấp phụ hơi etenol bằng than hoạt tính

Trong quấ trình hấp phụ các phần tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn (chất hấp phụ) Chất khí bị giữ lại gọi là chất

 Hấp phụ hoá học : Khí bị hấp phụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn ở hấp phụ vật lý Do vậy lượng nhiệt toả ra lớn hơn, và cần năng lượng nhiều

Các chất hấp phụ (vật liệu hấp phụ) : Thường là các loại vật liệu dạng hạt có kích thước từ 6 – 10 mm có độ rỗ lớn Vật liệu hấp phụ đảm bảo các yêu cầu

Giải hấp : Sự khử hấp phụ là giai đoạn quan trọng của chu trình hấp phụ, khẳng định tính kinh tế của quá trình làm sạch khí thải Quá trình này nhằm khôi phục lại hoạt tính vốn có của chất hấp phụ và chính là quá trính hấp phụ ngược

 Hoá chất : Cồn tuyệt đối

kín theo thứ tự : máy sục khí , ống hcứa chất bị hấp phụ (etanol) , ống chứa

Hình 1 : Sơ đồ lắp đặt thiết bị thí nghiệm

Giải hấp : Không tiến hành do dụng cụ thí nghiệm

Vậy, hiệu suất thu hồi là :

H = 2,4 x 100/3,84 = 62,5 %

* Nhận xét:

Hiệu suất thu hồi không đạt 100 % là do;

- Thời gian giả hấp chưa đủ

- Do trang thiết bị chưa thực sự chính xác

- Lượng cồn bay hơi do thất thoát, do thao tác không đúng kĩ thuật trong cả công đoạn hấp phụ và giải hấp

II/ Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm (NaOH)

- Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ là quá trình thu hút chọn lọc

một hoặc một số thành phần của hỗn hợp khí bằng chát hút thu hay chất hấp thụ

- Có hai phương thức hấp thụ trong xử lý khí :

 Hấp thụ vật lý : sự hấp thụ dựa trên chênh lệch áp suất riêng phần của khí thành phần trong hỗn hợp khí vói áp suất cân bằng trên bề mặt dịch hấp thụ Những phần tử bị hấp thụ không đi vào phần tử hấp thụ hay không xảy ra phản ứng hoá học giữa hai thành phần này

 Hấp thụ hoá học : các phần tử chất hấp thụ tác động tương hỗ hoá học với các phần tử hoạt tính của chất hấp thụ tạo thành nhưng hợp chất hoá học mới Do đó làm giảm áp lực cân bằng của khí thành phần và nó có khả năng tách ra khỏi dòng khí thải

- Chất hấp thụ : Là dịch lỏng ,thường là những hoá chất mà có thể giữ

 Có khả năng hoàn nguyên tốt

 Có tính ổn định nhiệt hoá học,không có tác động ăn mòn thiết bị

 Có giá thành rẻ và dễ kiếm

Một số dung dịch hấp thụ : dung dịch kiềm , H2O

- Thiết bị hấp thụ : Gồm thiết bị rỗng tốc độ cao , thiết bị khí phối hợp

phun – lớp đệm , thiết bị rửa khí có lớp đệm , thiết bị hấp phụ tốc độ cao

3 Tiến hành thí nghiệm

3.1 Dụng cụ , hoá chất

 Dụng cụ : Bình kíp 1lít :1bộ

Bình chặn sol (làm sạch và khô khí ):1 chiếc

Bình tam giác 100-250ml : 4 chiếc

CaCO3 +HCl =CaCl2 +H2O +CO2

Dùng ống đong lấy chính xác 100 ml dung dịch NaOH 0,2N cho vào bình chứa chất hấp thụ Mở van từ bình kíp và bình chặn sol để khí từ bình kíp qua hệ thống chặn sol tới bình chứa chát hấp thụ Tiến hành thí nghiệm trong 20 phút Phương trình hấp thụ :

Na2CO3 +CO2 =NaHCO3 (khi CO2 dư ) (2) Chuẩn độ CO2 hấp thụ bằng axit H2SO4 0,1N

Khi kết thúc quá trình hấp thụ chuyển toàn bộ lượng NaOH trong bình hấp phụ vào bình đinh mức 250ml Định mức bằng nước cất đến vạch lắc đều Tiến hành xác định lượng xút dư , Na2CO3 hoặc NaHCO3 ( nếu có )bằng phương pháp chuẩn độ

 Dùng pipet lấy 20ml dung dịch đã tạo ở bình đinh mức 250ml cho vào bình tam giác Thêm 2 giọt phenolphthalein và chuẩn độ bằng dung dịch H2SO4 0,1N đến khi mất màu hồng ( ghi V1)

 Thêm tiếp vào bình tam giác 2 giọt metyl dacam và tiếp tục chuẩn độ bằng dung dịch H2SO4 0,1N đến khi dung dịch chuyển từ vàng sang

+ H+ = HCO3

(4) Tại điểm tương đương 2 (dung dịch chuyển từ vàng sang đỏ ), pH=5,5 hết V2 ml H2SO4 0,1N

HCO3- +H+ = H2CO3 (5)

4 Kết quả ,đánh giá

Kết quả thu được: V1 = 4,6 ml

V2 = 4,6 ml

Từ các phương trình chuẩn độ 3,4,5 ta they:

- Nếu V1 > V2  Trong dung dịch còn NaOH dư  như vậy sau hấp thụ dung dịch có Na2CO3 và NaOH dư

- Nếu V2 > V1  CO2 dư sau hấp thụ  sau quá trình hấp thụ, dung dịch chỉ gồm NaHCO3 , ngoài

ra còn có CO2 dư

- Nếu V1 = V2  Sau hấp thụ, phản ứng xảy ra tạo thành dung dịch Na2CO3  dung dịch NaOH phản ứng hết với CO2 tạo thành

Vậy ta có phương trình phản ứng hấp thụ:

2 NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O

Ta có VH2SO4 N H2SO4 = VNaOH + NNaOH

Với kết quả thu được, ta có NNaOH : 4,6 x 0,1/20

Do khi chuẩn độ , ta đã pha loãng dung dịch NaOH ban đầu

III/ Xử lý chất ô nhiễm trong nước thải bằng phương pháp keo tụ tủa bông

1 Mục đích thí nghiệm

Giúp sinh viên nắm được nguyên tắc của phương pháp xử lý

nước thải bằng biện pháp hoá lý, biết vận dung và liên hệ với thực tiễn

Rèn luyện kĩ năng thao tácthực hành trong phòng thí nghiệm Biết phân tích và tính toán kết quả thựcnghiệm

2 Nguyên lý phương pháp

 Phương pháp keo tụ – tủa bông là hiện tượng làm mất sự ổn định của các huyền phù dạng keo ổn định để cuối cùng tao ra các cụm hạt lớn khi

có sự tiếp xúc giữa các hạt keo

Keo tụ : Là hiện tượng phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt keo huyền

phù để tạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt keo Để thực hiên keo tụ cần : tăng lực ion , thay đổi pH

Tủa bông : Là sự tổ hợp các hạt keo đã bị keo tụ Để tủa bông tốt cần

có một sự keo tụ tốt , nồng độ keo càng cao càng tốt

 Các chất keo tụ- tủa bông : Chất keo tụ được sử dụng phổ biến

là các muối nhôm như Al2(SO4)3 , PAC, muối sắt FeCl3 Chất tủa bông là các polime tự nhiên(amindin, oxit silic) và một số chất đa điện ly(anion ,cation )

 Biện pháp keo tụ hoá học được thực hiện thôngqua các quá trình

- Tăng lực ion : tăng nồng độ chất điện ly trung tính dẫn

đến giảm độ dày của lớp điện kép ,do đó làm giảm lực

đẩy giữa các hạt

- Thay đổi pH : làm mất điện tích sơ cấp ,làm giảm hoặc

vô hiệu lực đẩy

- Dựa vào muối kim loại hoá trị III : làm tăng nhẹ lực ion

,giảm lớp điện tích kép đồng thời làm biếc đổi pH do

xảy ra sự axit hoá môi trường Sự thuỷ phân các muối

có thể dẫn tới sự ết tủa các oxo-hyđroxyt kim loại

- Dựa vào một polỉm tự nhiên hoặc tổng hợp : làm trung

hoà điện tích các hạt keo

3 Tiến hành thí nghiệm

3.1 Dụng cụ hoá chất

 Dụng cụ : Máy so màu Tủ sấy

Máy đo pH ống đong

Đũa thuỷ tinh cốc thuỷ tinh : 4cái

Pipet 10ml phễu lọc : 4 cái

Nước thải chứa chất rắn lơ lửng HCl 10%: 50ml

 M1 = 1,53 g * M4 = 1,5 g

 M2 = 1,54g * M5 = 1,48g

 M3 = 1,5 g * M6 = 1,5 g Tổng khối lượng chất rắn còn lại trong côc :

Nguyên nhân sai số

- pH của nước thải chưa nằm trong khoảng pH tối ưu của thiết bị

- Sai số về lấy mẫu

- Giấy lọc chất lượng kém, gây thất thoát khi lọc …

IV/ Phương pháp xác định nhiệt độ, DO, pH và tính dẫn điện

1 Đo pH:

1.1Mục đích:

- Làm quen với các máy đo thông số hiện trường

- Tỡm hiểu mỏy đo pH

- Thực tập cách đo

1.2 Nguyờn tắc:

- Chỉ tiêu pH của nước mặt, nước thải, nước ngầm thường được xác

định tại hiện trường bằng máy đo vỡ do quỏ trỡnh sinh học và quỏ trỡnh hoỏ học xảy ra trong nước làm cho một số khí hoà tan (O2,CO2) cũng như các chỉ tiêu khác của nước thay đổI như Fe2+, Fe3+,NH4+…

- Nguyờn lý đo của các máy đo pH là dựa vào sự chênh lệch điện hoá

- pH được đo bởi 2 điện cực: điện cực chỉ thị và điện cực chính Hai điện cực này tạo thành một điện cực kết hợp Khi hai điện cực được nhúng vào chất lỏng, một tế bào điện nhỏ sẽ được tạo thành Điện thế phụ thuộc vào cả hai điện cực Điều kiện để xác định điện thế là điện thế của điện cực chỉ thị thay đổi theo sự thay đổi của pH cũn điện cực chính có điện thế cố định Điện thế cũn cũn thuộc vào cõn bằng Nernst:

E= Eind - Eref= E’T + R* T/ F*ln [H+]

Trong đó: E: Điện thế cần xác định (mV)

Eind: Điện thế của điện cực chỉ thị (mV)

Eref: Điện thế của điện cực chính (mV)

E’T: Điện thế ở nhệt độ chuẩn (mV)

ở những điều khiện khác nhau sẽ khác nhau)

pHT

o

: Giá trị pH, tại đó điện cực bằng 0

- Từ sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực thiết bị đo sẽ tự động tính toán được giá trị pH Các bộ phận chính của thiết bị được minh họa một cách đơn giản như sau

- Hiệu chỉnh máy:Trước khi đo ta phải chuẩn máy, máy đước chuẩn tại

hai điểm có pH=7, pH=4 (vỡ qua 2 điểm ta vẽ được một đường thẳng)

Ta thường chuẩn từ pH=7 rồi mới chuẩn pH=4 để tiết kiệm thời gian bởi vỡ ở pH=7 thỡ H+ ớt hơn khi nồng độ H+ trao đổi kém , đến khi nó tiếp xúc với pH=4 (nhiều H+ ) thỡ nú trao đổi dễ dàng hơn nhiều

- Cho điện cực vào dung dịch cần xác định, khuấy nhẹ điện cực trong dung dịch để tăng khả năng khuếch tán, cho đến khi giá trị của pH hiện trên máy

ổn định thỡ ghi giỏ trị ứng với nhiệt độ tương ứng hiện trên máy

1.4 Những điểm lưu ý với thụng số pH

- Hiệu chuẩn thiết bị: khi phõn tớch pH, cần phải hiệu chỉnh máy đo

theo khoảng giá trị pH của mẫu nước Có 3 loại dung dịch chuẩn (pH=4,01; pH=6,86; pH=9,1) Tuỳ theo giá trị pH của mẫu nằm trong

A/D Máy đổi điện Hệ thống vi

xử lý

Màn hỡnh hiển thị

R1

R 2

Hằng số phõn ly H+ phụ thuộc nhiệt độ, vỡ vậy giỏ trị nhiệt độ phải luôn đi kèm với kết quả pH đo được và do vậy giá trị pH phải được đo trực tiếp tại hiện trường

Khi đo pH trong phũng thớ nghiệm, dụng cụ để đựng mẫu phải là thuỷ

tinh trung tính và phải khấy trộn trong khi đo, mẫu chỉ được sử dụng

để phân tích độ pH

Khụng tiếp xỳc cơ học với máy, dùng khăn lau nhẹ và đầu điện cực

bao giờ cũng để ướt

Không được để đầu điện cực tiếp tiếp xúc với các chất ôxy hoá quá

mạnh Đầu điện cực không bao giờ được để khô Trong quá trỡnh đo thỡ điện cực không để yên một chỗ

3 Đo DO (Dissolved oxygen)

3.1 Mục đích:

- Tỡm hiểu thiết bị đo lượng oxy hũa tan trong nước

- Thực hành đo lượng oxy hũa tan trong nước máy

3.2 Nguyờn tắc:

- DO là nồng độ ôxi tự tan trong nước Ôxi tự do hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật Do vậy DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm của nước

- Nồng độ ôxy bóo hoà trong nước ở 25 độ khoảng 8mg/lit

- Oxy hũa tan trong nước từ hai nguồn là từ khí quyển và do sự quang hợp của thực vật

- Đo lượng oxy hũa tan trong nước nhờ sự khuếch tỏn của oxy vào màng thiết

bị

3.3 Thiết bị:

- Thiết bị cảm ứng oxy có một lớp màng hữu cơ mỏng bao quanh một lớp chất điện phân và hai điện cực bằng kim loại Oxy khuếch tán qua lớp màng với tốc độ tùy vào từng phần của áp suất lên màng Đồng hồ đo oxy đo dũng oxy giảm ở cực õm và lượng oxy khuếch tán nhiều hơn và màng Khi dũng oxy khuếch tỏn vào màng cõn bằng với lượng oxy hũa tan trong nước, thỡ thiết bị sẽ tớnh toỏn, xỏc định được lượng oxy hũa tan trong nước

Đo lượng oxy hũa tan trong nước bằng các điện cực là tiện lợi hơn và chính xác hơn các phương pháp chuẩn độ hóa học khác Có hai loại thiết bị cảm ứng oxy thường được sử dụng là: Cực dũ Polarographic, và cực dũ Galvanic

- Lượng oxy hũa tan trong nước phụ thuộc vào 3 yếu tố: nhiệt độ, độ mặn, và

áp suất khí quyển DO tăng khi nhiệt độ tăng ( trong nước lạnh chứa nhiều oxy hơn).DO cũng tăng khi độ muối tăng ( nước ngọt chứa ít oxy hơn nước mặn) DO giảm khi áp suất không khí giảm (lượng oxy trong nước giảm khi

độ cao tăng)

3.4 Thực hành

- Rửa điện cực bằng nước cất

- Luôn đo trong kiều kiện ôxy bóo hoà

3.5 Những lưu ý khi đo DO

- Khi đo DO thỡ điện cực không để yên một chỗ mà ta phải lắc

- DO phụ thuộc vào nhiệt độ nên khi ghi kết quả phải ghi cả nhiệt độ ứng với nó

- Khi đo DO trong phũng thớ nghiệm phải sử dụng chai chuyờn dụng để đựng mẫu nước cũng như những linh kiện kèm theo máy đo Hiệu chuẩn máy đo theo trỡnh tự được trỡnh bày trong thiết bị vận hành thiết bị

4 Đo độ đục

3.1 Mục đích :

- Làm quen với các máy đo thông số môi trường hiện trường

- Thực hành đo độ đục của nước

3.2 Nguyờn tắc:

Sự tán xạ của ánh sáng khi được chiếu qua nước Nước chứa nhiều tạp chất thỡ khả năng tán xạ của ánh sang càng lớn Nước tinh khiết sẽ cho ánh sang

đi qua nhiều nhất Đơn vị độ đục la NTU

Độ đục: nước tự nhiên sạch thường không chứa các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu Khi chứa các hạt sét, mùn, vi sinh vật, hạt bụi, các hoá chất kết tủa thỡ nước trở nên đục Nước đục ngăn cản quá trỡnh chiếu ASMT xuống đáy thuỷ vực Các chất rắn trong nước ngăn cản các hoạt động bỡnh thường của con người và sinh vật Độ đục của nước được xác định bằng máy đo độ đục hoặc bằng phương pháp hoá lý trong phũng thớ nghiệm Thang đo độ đục NTU được xác định theo phương pháp hóa lý bằng cụng thức:

1 NTU = ( 5% ( 1g A + 100ml H2O) + 5% (10g B + 100ml H2O) + 90ml H2O)/ 400

3.3 Tiến hành:

- Chuẩn mỏy ở 0,1NTU; 20NTU; 100NTU; 800NTU

- Đổ mẫu vào bỡnh lắc đều, để yên cho không cũn bọt cho vào mỏy đo, ghi kết quả

- Yêu cầu các lọ đo phải thật sạch để đảm bảo tính chính xác của phép

3.4 Một số lưu ý đối với độ đục

- Phải sử dụng nước có độ đục bằng “ không” để pha loóng dung dịch chuẩn trong những trường hợp cần thiết

- Loại bỏ các bọt khí có trong mẫu trước khi phân tích

V/ Xác định các chỉ tiêu Nitrat và amoni trong nước bằng các phương pháp quang

Phản ứng giữa nitrat và brucide ở pH= 2-3 tạo thành dung dịch có màu vàng

Đo màu ở bước sóng 415nm

a Lập đường chuẩn:

Chuẩn bị cỏc ống thủy tinh chịu nhiệt cú nỳt, dung tớch khoảng 20ml Chuẩn

bị dung dịch chuẩn 1mg N-NO3

- Chuẩn bị mẫu nằm trong khoảng đường chuẩn <1mg/l

- Lấy 5ml mẫu vào ống, pha loóng 10 lần

Trong phân tích chỉ dùng các thuốc thử tinh khiết phân tích và nước cất không chứa amoni

- Pha loóng mẫu cú nồng độ trong khoảng giới hạn đường chuẩn

- Lấy 5ml mõu vào ống thủy tinh

- Thờm 3ml thuốc thử Presside

- Lắc trờn mỏy rung 30 giõy

- Thờm 3ml dung dịch hypochlorite

- Lắc trờn mỏy rung 30 giõy

- Điều nhiệt ở 30- 40oC trong 20- 30 phỳt

VI/ Xác định chỉ tiêu Fe tổng, ortho Photphat trong nước bằng các phương pháp quang

- Các chất gây nhiễu: Các gốc khử như CN-, NO2 và photphat ( trong đó dạng poly gây nhiễu hơn so với dạng octo) Cr, Zn ở nồng độ gấp 10 so với

Fe, Co, Cu >5mg/l; Ni> 2mg/l Bi, Cd, Hg, Mo, Ag tạo kết tủa với phenaltrolin

Khi đun sôi mẫu với hydroxylamine trong môi trường axit sẽ chuyển polyphophat thành octophotphat, loại CN- và NO2 Việc cho hydroxylamin là cần thiết để giảm sai số nhờ phản ứng loại các chất dễ khử khác