Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải

Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải Bài KHỬ SẮT TRONG NƯỚC CẤP I Mục đích thí nghiệm • Tìm pH tối ưu • Tìm thời gian phản ứng tối ưu • Nghiên cứu khả khử sắt nước cấp làm thống • Nghiên cứu khả khử sắt nước cấp sử dụng chất oxi hóa mạnh II Nguyên lý khử sắt sơ lý thuyết II.1 Nguyên lý khử sắt Nguyên lý phương pháp oxy hoá (II) thành sắt(III) tách chúng khỏi nước dạng hyđroxyt sắt (III) II.2 Cơ sở lý thuyết: Sắt nguyên tố phổ biến vỏ trái đất.Trong nước thiên nhiên, kể nước mặt nước ngầm chứa sắt.Hàm lượng sắt dạng tồn chúng tùy thuộc vào loại nước, điều kiện môi trường nguồn gốc tạo thành chúng Trong nước mặt, sắt tồn dạng hợp chất Fe 3+ thường Fe(OH)3 không tan, dạng keo, huyền phù, hay dạng hợp chất hữu phức tạp, hàm lượng sắt nước mặt thường không lớn khử nhờ trình làm nước Trong nước ngầm, sắt thường tồn dạng ion, sắt có hóa trị (Fe 2+) thành phần muối hòa tan bicacbonat Fe(HCO3)2, sulfat sắt FeSO4 Hàm lượng sắt có nước ngầm thường cao phân bổ không đồng lớp trầm tích sâu Nước có hàm lượng sắt cao có mùi cặn bẩn màu vàng, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sinh hoạt sản xuất.Hơn nguồn nước chứa cặn dễ tạo cặn, lắng đọng đường ống ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống cấp nước Ngoài hàm lượng sắt cao tạo điều kiện cho vi khuẩn khử sắt phát triển mạnh gây mùi màu làm đục nước Vì vậy, nước có hàm lượng sắt lớn giới hạn cho phép phải tiến hành khử sắt III.Các phương pháp khử sắt(nêu rõ phương pháp) Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải Khử sắt phương pháp làm thoáng: Thực chất q trình khử sắt phương pháp làm thống làm giàu oxi cho nước, tạo điều kiện để oxi hóa Fe2+ thành Fe3+, thực q trình hủy phân để tạo thành hợp chất tan Fe(OH)3, dùng bể lọc để giữ lại Làm thống là: làm thoáng tự nhiên hay làm thoáng nhân tạo Sau làm thống, q trình oxi hóa Fe2+ thủy phân Fe3+ xảy mơi trường tự do, môi trường hạt hay môi trường xúc tác.Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat muối không bền vững thường phân li theo dạng sau: Fe(HCO3)2 → 2HCO3- + Fe2+ Nếu nước có oxi hòa tan, q trình oxi hóa thủy phân diễn sau: 4Fe2+ + O2 +10H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ Đồng thời xảy phản ứng phụ: H+ + HCO3- → H2O + CO2 Tốc độ phản ứng oxi hóa biễu diễn theo phương trình sau: Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải Đây phương trình Just Trong đó: • V: vận tốc oxi hóa • D[Fe2+]/dt : biến thiên nồng độ theo thời gian • [Fe2+]; [H+]; [O2]: nồng độ ion Fe2+, H+, O2 hòa tan nước • K : số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ chất xúc tác Theo phương pháp Just, tốc độ oxi hóa Fe2+ tỉ lệ thuận với [Fe2+] [O2], tỉ lệ nghịch với [H+] Như q trình chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: pH, O2, hàm lượng sắt nước ngầm, CO2, độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng Ngồi ra, tốc độ oxi hóa Fe2+ phụ thuộc vào oxi hóa khử tiêu chuẩn EO Khi tất ion Fe2+ chuyển hóa thành cạnh Fe(OH)3, việc loại bỏ bong cạnh khỏi nước thực bể lọc chủ yếu theo chế giữ cặn học Khử sắt phương pháp dùng hóa chất  Khử sắt bằ ng chất oxi hóa mạnh Các chất oxi hóa thường sử dụng để khử sắt Cl2, KMnO4,O3, H2O2… Khi cho chất oxi hóa mạnh vào nước, phản ứng diễn sau: 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ 3Fe3+ + KMnO4 + 7H2O → 3Fe(OH)3 +MnO2 + K+ + 5H+ 2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O Trong phản ứng để oxi hóa 1mg Fe2+, cần 0,64mg Cl2 hay 0,94mg KmnO4, 0,61mg/l H2O2 50% đồng thời độ kiềm nước giảm 0,018mgdl/l So sánh phương pháp khử làm thoáng, ta thấy dùng chất oxi hóa mạnh phản ứng xảy nhanh hơn, pH mơi trường thấp (pH Khối lượng Fe2+ là: Lượng Clorine 70% thêm vào: * Chú ý: số liệu lấy số liệu cho nộp báo cáo thơ 4.3 Dụng cụ thí nghiệm, hóa chất a dụng cụ thí nghiệm -Erlen 100ml: 20 -Bình định mức 25ml -ống đong 250 -pipet 2ml -pipet ml -pipet 25 ml -ống đong 50ml -bóp cao su -đĩa cân -muỗng -bình tia -pH test: ống, lọ màu, giấy so màu Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải b hóa chất sử dụng - ammonium acetat - dd chuẩn sắt 10 mg/l - HCL -NH2OH.HCL -FeSO4 10g/l -H2SO4 6N -Clorine - dd phenanthroline c thiết bị sử dụng Nước có nồng độ Fe 40ppm - cân -tủ nung V Nội dung thí nghiệm chỉnh pH = 5.1 Quy trình chạy mẫu phươngĐiều pháp Thầy cho:  pH tối ưu =  thời gian tối Nước ưu = từ 15giếng phútqua bơm tới giàn mưa đến bể làm thoáng (Q= l/p) 5.1.1 khử sắt phương pháp làm thoáng Thời gian làm thoáng 15p Ngừng bơm nước từ giếng, bơm nước từ bể làm thoáng qua cột lọc (Q= l/p) Trình tự thực Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang Lấy mẫuở vòi phía bên (1 mẫu) Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải Nước có nồng độ Fe 40ppm Điều chỉnh pH = Nước từ giếng xả trực tiếp vào bể làm thoáng nhờ chênh lệch áp suất 5.1.2 khử sắt hóa chất Trình tự thực Cho vào bể 0,94g clo để tạo dd Clo 70% Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Thời gian phản ứng 15p Lấy mẫuở vòi phía bên (1 mẫu) Trang Bơm nước từ bể làm thoáng qua cột lọc (Q= l/p) Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải 5.2 Lập đường chuẩn (đo bước song 510 nm) Số tt V dd chuẩn(ml) V nước cất(ml) 25 24 23 22 21 20 V dd đệm(ml) 5 5 5 phenaltholine(ml) 2 2 2 Nồng độ(mg/l) 0.4 0.8 1.2 1.6 Abs 0.165 0.322 0.499 0.641 0.810 V dd Đường chuẩn Y = 0,4039X + 0,0022 R2=0,9995 Y độ hấp thu X nồng độ (mg/l) 5.3 Khử sắt phương pháp làm thoáng 5.3.1 TN3 Xác định khả khử sắt phương pháp làm thoáng Tại pH =7 thời gian 15 phút Kết quả:Abs = 0.33 Đường chuẩn Y = 0,4039X + 0,0022 C= (0,33 – 0,0022)/0,4039 = 0,812 mg/l H =(40-0,812)/40 =97,97% Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải 5.3.2 Khử sắt phương pháp dùng hóa chất(Clorine) Kết quả: Abs= 0,802 Đường chuẩn Y = 0,4039X + 0,0022 C = (0,802 -0,0022)/0,4039 = 1,98 mg/l H =(40 – 1,98)/40 = 95,05% NHẬN XÉT: - Nếu so sánh thí nghiệm ta thấy sử dụng hóa chất (Clorine) hiệu xử lý 95.05% dùng phương pháp làm thống hiệu 97.97% phương pháp khử sắt làm thoáng cho hiệu cao - phương pháp làm thống có hiệu kinh tế cao việc xử lý Fe - nước cấp với chi phí đầu tư thấp, hoạt động đơn giản dễ kiểm sốt Vì để tiết kiệm chi phí, mang lại hiệu kinh tế cao ta sử dụng phương pháp làm thoáng để khử sắt, nâng cao chất lượng nước phục vụ cho sinh hoạt (nồng độ sắt < 0.3 mg/l – Tiêu chuẩn vệ sinh chất lượng nước cấp cho ăn uống sinh hoạt) - Nguyên nhân dẫn đến sai số kết thí nghiệm: Dụng cụ đo pH khơng xác nên việc chỉnh pH có sai sót Sai số đo q trình làm thí nghiệm như: lấy mẫu chưa xác, tiến hành - định lượng mẫu để so màu có sai lệch, sai sót trình so màu Máy so màu có sai số Hàm lượng sắt nước đầu vào trước pha phèn sắt chưa xác - định Thao tác thực hành chưa chuẩn dẫn đến sai số Việc canh thời gian lấy mẫu khơng hồn tồn xác… VI.Trả lời câu hỏi 6.1 Giải thích lập đường chuẩn sắt khơng cho hóa chất HClđđ NH2OH.HCl phân tích mẫu sắt lại cho vào? Trả lời:  khơng biết có khơng nghe người Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải Khi lập đường chuẩn sắt khơng cho hóa chất HClđđ NH2OH.HCl phân tích mẫu sắt lại cho vào vì: - - Lúc lập đường chuẩn ta dùng dung dịch sắt chuẩn có nghĩa lúc u cầu mơi trường hợp lý để phân tích, cho loại hóa chất vào làm giảm pH dung dịchlúc kết khơng xác Ngược lại lúc phân tích sắt ta cho vào trình khử sắt hàm lường CO2 giảm, hàm lượng oxy gia tăng làm cho pH mẫu tăng lên, cho hóa chất vào để đảm bảo pH mẫu phân tích hợp lý có kết xác 6.2 Vai trò cột lọc thí nghiệm? Tại làm xong tất thí nghiệm ta tiến hành rửa ngược cột lọc? Giải thích điều chỉnh lưu lượng phải điều chình van trước bơm? Trả lời:  Vai trò cột lọc giữ lại cặn sinh q trình khử sắt hay nói xác lượng sắt kết tủa sinh ra(Fe(OH)3)  Làm xong tất thí nghiệm phải tiến hành rửa ngược lượng cặn bị dính lại lớp vật liệu ngày tăng, làm hiệu lọc giảm đáng kể theo thời gian…đồng thời làm lớp vật liệu để lần chạy mơ hình sau đạt hiệu cao  Phải điều chỉnh lưu lương van trước bơm để giảm áp lực đường ống, ta không điều chỉnh van trước bơm mà điều chỉnh van đường ống áp lực nước bơm lớn mà gặp van cản lại áp lực tác dụng lên thành ống,  khả ống vỡ áp lực lúc lớn 6.3 Nêu yếu tố ảnh hưởng đến trình khử sắt nước cấp? Các thông số cần ý vận hành mơ hình khử sắt? Giải thích Trả lời;  Các yếu tố ảnh hưởng đến trình khử sắt nước cấp: - pH khoảng 6,5-7 thuận lợi cho trình khử sắt -hàm lượng oxy hòa tan -lượng sắt có nước ngầm -hàm lượng CO2 nước ngầm Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang 10 Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải -độ kiềm, nhiệt độ -thời gian phản ứng…  Các thông số cần ý vận hành: mơ hình thí nghiệm ý thời gian phản ứng pH nước Bởi vì: pH cao hay thấp hiệu xử lý nước không cao, khoảng pH chung để xử lý nước ngầm 6,5-7 Cần phải có thời gian để phản ứng xảy ra, để khử lượng sắt định có nước ngầm cần khoảng thời gian hợp lý để khử sắt đạt hiệu cao [2]Trịnh Xuân Lai(2010) Xứ lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp Nhà xuất xây dựng TP Hà Nội 6.4 Trong thực tế, người ta thường khử sắt phương pháp nào? Giải thích? Trả lời:  Ngoài thực tế thường xử lý sắt phương pháp làm thoáng chủ yếu: - hàm lượng sắt khơng cao làm thống đơn giản -hàm lượng sắt cao làm thống cưỡng thùng quạt gió… chủ yếu làm thống phương pháp đơn giản, tốn kém, đầu tư khơng cao dễ vận hành…được ưu tiên hàng đầu  Cũng có vài trường hợp dùng hóa chất hàm lượng sắt cao, phương pháp làm thống khơng thể khử hết… nhiên dùng hóa chất tốn 6.5 Nhiệm vụ bạn thí nghiệm “Khử sắt nước cấp” gì? Bạn học hỏi qua nhiệm vụ mà bạn phân cơng?  làm phần tự ghi vào nhé! Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang 11 ... 10 Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải -độ kiềm, nhiệt độ -thời gian phản ứng…  Các thông số cần ý vận hành: mơ hình thí nghiệm ý thời gian phản ứng pH nước Bởi vì: pH cao hay thấp hiệu xử lý. .. -bình tia -pH test: ống, lọ màu, giấy so màu Nhóm C4_ Nguyễn Hải Đăng Trang Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải b hóa chất sử dụng - ammonium acetat - dd chuẩn sắt 10 mg/l - HCL -NH2OH.HCL -FeSO4... phía bên (1 mẫu) Thí nghiệm kỹ thuật xử lý chất thải Nước có nồng độ Fe 40ppm Điều chỉnh pH = Nước từ giếng xả trực tiếp vào bể làm thoáng nhờ chênh lệch áp suất 5.1.2 khử sắt hóa chất Trình tự