TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC CẤP

K : hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác Như vậy, quá trình chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như pH; O2; hàm lượng sắt của nước ngầm;

THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC CẤP

TÀI LIỆU

Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học và Thực Phẩm

Bộ môn Công nghệ Môi trường

Tp.HCM, năm 2018

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

BÀI 1: KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG VÀ HÓA CHẤT 2

BÀI 2: HẤP PHỤ BẰNG THAN HOẠT TÍNH 10

BÀI 3: KEO TỤ - TẠO BÔNG BẰNG PHÈN NHÔM 16

BÀI 4: KHỬ CỨNG BẰNG HÓA CHẤT 22

BÀI 5: KHỬ CỨNG BẰNG TRAO ĐỔI ION 29

MỞ ĐẦU

1 Mục đích thí nghiệm:

Giúp sinh viên làm quen với các kỹ năng cần thiết của người kỹ sư tương lai

- Công nghệ xử lý, thiết bị xử nước cấp

- Vận hành các thiết bị xử lý nước cấp

- Điều hành một nhóm sinh viên cùng thực hiện 1 công việc

- Luyện tập khả năng viết một báo cáo kỹ thuật

2 Yêu cầu trước thí nghiệm

Sinh viên phải đọc bài hướng dẫn thí nghiệm, tham khảo tài liệu liên quan để tìm hiểu các kiến thức cần thiết cho bài thí nghiệm Xem thiết bị để hiểu cách tiến hành thí nghiệm, vạch kế hoạch làm việc và phân công trong nhóm

3 Yêu cầu khi làm thí nghiệm

Sau mỗi bài thí nghiệm mỗi nhóm sinh viên phải làm một bản báo cáo kết quả thu được Tổng hợp tất cả các bản báo cáo thành một tập và nộp lại cho giáo viên sau khi học xong 6 bài thí nghiệm

4 Nội dung

- Trình bày yêu cầu, nội dung tóm tắt và kết quả của bài thí nghiệm

- Lý thuyết liên quan đến bài thí nghiệm

- Thực hiện: trình bày các bước thí nghiệm và số liệu thô

- Kết quả tính toán, nhận xét kết quả thu được

- Tài liệu tham khảo

Trong nước mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe3+, thường là Fe(OH)3 không tan, ở dạng keo hay huyền phù, hoặc ở dạng hợp chất hữu cơ phức tạp ít tan Hàm lượng sắt thay đổi và

ít khi vượt quá 1 mg/l, đặc biệt khi nước có tính kiềm và sẽ được khử trong quá trình làm trong nước

Trong nước ngầm, do có pH thấp, sắt tồn tại ở dạng ion Sắt có hoá trị 2 là thành phần của các muối tan như Fe(HCO3)2, FeSO4 Hàm lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đều trong các lớp trầm tích dưới sâu

Làm thoáng cưỡng bức

Phương pháp dùng hoá chất

Chất oxi hóa

mạnh: Cl2, KMnO4, O3,

Đánh giá khả năng khử sắt trong nước cấp khi sử du ̣ng phương

pháp su ̣c khı́ và sử dụng các chất oxy hóa mạnh

Mục tiêu

K H

O Fe dt

Fe d V

2 2 2 2

][

]][

[][

Tốc độ phản ứng được biểu diễn theo phương trình Just sau:

: sự biến thiên [Fe2+] theo thời gian t

[Fe2+]; [H+]; [O2]: nồng độ của các ion Fe2+, H+ và oxi

K : hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác

Như vậy, quá trình chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như pH; O2; hàm lượng sắt của nước ngầm; CO2; độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng

Khi tất cả ion Fe2+ hoà tan trong nước đã chuyển hóa thành bông cặn Fe(OH)3, việc loại

bỏ các bông cặn ra khỏi nước được thực hiện ở bể lắng/lọc theo cơ chế giữ cặn cơ học

Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất

a Khử sắt bằng các chất oxi hóa mạnh

CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH KHỬ SẮT

Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là muối không bền vững, thường phân ly như sau:

Fe(HCO3)2 = 2HCO3 2- + Fe 2+ (1) Nếu trong nước có oxy hoà tan, quá trình oxy hoá và thuỷ phân diễn ra như sau:

4Fe 2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH) 3 + 8H + (2) Đồng thời xảy ra phản ứng phụ

H + + HCO3 - = H2O + CO 2 (3)

Các chất oxi hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là Cl2, KMnO4, O3, … Khi cho các chất oxi hóa mạnh vào nước, phản ứng diễn ra như sau:

2 Fe 2+ + Cl 2 + 6 H2O = 2 Fe(OH)3  + 2 Cl - + 6 H + (4)

3 Fe 2+ + KMnO 4 + 7 H2O = 3 Fe(OH)3  + MnO2 + K + + 5 H + (5)

So sánh với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxi hóa phản ứng xảy ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn (pH<6) Nếu trong nước có tồn tại các hợp chất

như: H2S, NH3 thì chúng sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử sắt

b Khử sắt bằng vôi

Phương pháp khử sắt bằng vôi thường kết hợp với quá trình làm ổn định nước hoặc làm mềm nước Khi cho vôi vào nước, quá trình khử sắt xảy ra theo 2 trường hợp:

+ Trường hợp nước có oxi hòa tan (vôi được coi như chất xúc tác):

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH) 2  Fe(OH) 3  + 4Ca(HCO3)2 (6)

+ Trường hợp nước không có oxi hòa tan:

Fe(HCO3)2 + Ca(OH) 2  FeCO 3  + CaCO3 + H2O (7)

Trong phản ứng, để oxi hóa 1 mg Fe 2+ , cần 0.64 mg Cl 2 hoặc 0.94 mg KMnO 4

và đồng thời độ kiềm của nước giảm đi 0.018 mgđl/l.

Ghi chú:

Fe(OH) 3 hoặc FeCO 3 được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại

hoàn toàn trong bể lọc.

1 Hĩa chất xác định sắt trong nước

Sử dụng những hoá chất có hàm lượng sắt thấp và nước cất không có sắt để chuẩn bị các dung dịch chuẩn và tác nhân

1.1 Hydrochloric acid (HCl) đậm đặc

1.2 Dung dịch hydroxylamine: hoà tan 10g NH2OH HCl trong 100ml nước cất

1.3 Dung dịch đậm ammonium acetate (NH 3 C 2 H 3 O 2 ): hào tan 250g NH3C2H3O2 trong 150ml

nước cất, thêm 700ml acid acetic (CH3COOH) đậm đặc Lắc đều

1.4 Dung dịch phenanthroline (Không sử dụng khi dung dịch có màu):

Cách 1: Hoà tan 100mg 1, 10 phenanthroline (C12H8N2.H2O) trong 100ml nước cất, khuấy và đun tới 80 0 C Không được đun sôi

Cách 2: Cho 10 ml nước cất vào trong cốc chứa 100mg (C12H8N2 H2O)thêm 2 giọt acid HCL đậm đặc; khuấy đều đến khi tan hoàn toàn, pha loãng thành 100ml

1.5 Dung dịch lưu trữ sắt:

Đổ 20ml H2SO4 đậm đặc vào 50ml nước cất và thêm vào 1,404 Fe(NH4)2(SO4)2 6H2O Sau khi dung dịch đồng nhất, thêm từng giọt KMnO4 cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt không đổi Pha thành 1000ml với nước cất (1, 00ml= 200 g Fe)

1.6 Dung dịch chuẩn Fe 2+ (chuẩn bị mỗi khi sử dụng):

Lấy 50ml dung dịch lưu trữ sắt (mục 1.5) cho vào bình định mức 1000ml, thêm nước cất tới vạch định mức (1,00ml = 10,00g Fe)

Lấy 5 ml dung dịch lưu trữ sắt cho vào bình định mức 1000ml và thêm nước cất tới vạch định mức (1,00 ml =1,00 g Fe)

THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm 1: xác định giá trị pH tối ưu

Bước 1: Pha loãng dung dịch sắt (II) có nồng độ 300 ppm với nước giếng để được mẫu

nước thí nghiệm chứa sắt (II) có nồng độ khoảng 10 ppm

Bước 2: Cho nước đã pha loãng trên (có nồng độ khoảng 10ppm) vào 4 bể (V = 1 L),

sau đó chỉnh pH đến các giá trị khác nhau như: 5-6-7-8 (dùng dung dịch NaOH 1N hoặc 0.1N) Lấy 50 mL mẫu nước lọc qua giấy lọc để xác định hàm lượng sắt tổng (TFe) và

Fe2+ ban đầu

Bước 3: Bật máy thổi khí để khí phân tán đều trong bể chứa với thời gian 20 phút để

quá trình chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+ xảy ra

Bước 4: Sau 20 phút, lọc 50 mL nước qua giấy lo ̣c

Lấy mẫu nước xác định hàm lượng sắt tổng và Fe2+ có

trong nước sau xử lý

pH = 5 pH = 6 pH = 7 pH = 8

Fe 2+ ban đầu = Fe 2+ ban đầu = Fe 2+ ban đầu = Fe 2+ ban đầu =

TFe ban đầu = TFe ban đầu = TFe ban đầu = TFe ban đầu =

Lấy mẫu kiểm tra sau 20 phút

Fe 2+ sau xử lý = Fe 2+ sau xử lý = Fe 2+ sau xử lý = Fe 2+ sau xử lý = TFe sau xử lý = TFe sau xử lý = TFe sau xử lý = TFe sau xử lý =

pH tối ưu =

Máy thổi khí

Máy thổi khí

Máy thổi khí

Máy thổi khí

Lưu ý : Lấy lượng mẫu thích hợp hoặc pha loãng mẫu để khi so màu không vượt đường chuẩn

Thí nghiệm 2: xác định thời gian tối ưu

Bước 1: Lấy 1 lít mẫu nước có nồng độ Fe (II) khoảng 10 ppm vào bể chứa, chỉnh pH

đến pH tối ưu (từ thí nghiệm 1) Lấy 50 mL mẫu nước lọc qua giấy lọc để xác định hàm

lượng TFe và Fe2+ ban đầu

Bước 2: Bật máy thổi khí để khí phân tán đều trong bể chứa, cứ sau 10 phút, lấy một

lượng mẫu khoảng 50 ml lọc mẫu qua giấy lọc rồi đem phân tích Fe2+ và TFe Thay đổi thời gian thổi khı́ 10-20-30-40 phút để kiểm tra quá trình chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+

Bước 2: Lấy 1 lít nước có nồng độ 30 ppm, chỉnh pH về pH tối ưu (thí nghiệm 1) Lấy

50 mL mẫu nước lọc qua giấy lọc để xác định hàm lượng TFe và Fe2+ ban đầu Tiến hành

thổi khí trong thời gian tối ưu (thí nghiệm 2) để chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+

Bước 3: Sau khi lấy mẫu, tiến hành lọc mẫu qua giấy lọc rồi xác định hàm lượng Fe2+

và TFe tổng có trong nước đã xử lý

Bể 3

pH tối ưu 0 phút 10 phút 20 phút 30 phút 40 phút

V = 1 lít NaOH 1N

Fe 2+

TFe

Thời gian tối ưu =

pH tối ưu Ban đầu 30 ppm

V = 1 lít; pH tối ưu; thời gian tối ưu

NaOH 1N

Fe 2+

TFe

Máy thổi khí

Máy thổi khí

Thí nghiệm 4: xác định lượng hóa chất để khử sắt với hàm lượng sắt cao

Bước 1: Pha loãng dung dịch Fe2+ có nồng độ 300 ppm với nước giếng để có nồng độ

Fe2+ khoảng 30 ppm Chỉnh pH đến pH tối ưu (dùng dung dịch NaOH 1N hoặc 0.1N) từ thí nghiệm 1 Lấy 50 mL mẫu nước lọc qua giấy lọc để xác định hàm lượng sắt tổng

(TFe) và Fe2+ ban đầu

Bước 2: Cho nước đã pha loãng vào 4 bể (V = 1 L) Sau đó, cho 15 – 20 – 25 – 30 mL

dung dịch KMnO4 (2.82 g/L) vào chuyển hóa hoàn toàn Fe2+ thành Fe3+ trong thời gian tối ưu (t) thu được từ thí nghiệm 2 (khuấy ma ̣nh 1 phút, khuấy nhe ̣ (t -1) phút) Lấy 50mL nước lọc giấy lọc, xác định hàm lượng TFe có trong nước cấp đã xử lý

pH tối ưu pH tối ưu pH tối ưu pH tối ưu

Fe 2+ ban đầu = Fe 2+ ban đầu = Fe 2+ ban đầu = Fe 2+ ban đầu =

TFe ban đầu = TFe ban đầu = TFe ban đầu = TFe ban đầu =

KMnO4 = 15 mL KMnO4 = 20 mL KMnO4 = 25 mL KMnO4 = 30 mL

Khuấy ma ̣nh 1 phút, khuấy nhe ̣ (t -1) phút. Lấy mẫu kiểm tra

Fe 2+ sau xử lý = Fe 2+ sau xử lý = Fe 2+ sau xử lý = Fe 2+ sau xử lý =

TFe sau xử lý = TFe sau xử lý = TFe sau xử lý = TFe sau xử lý =

KMnO 4 tối ưu =

Máy thổi khí

Máy thổi khí

Máy thổi khí

Máy thổi khí

BÁO CÁO KẾT QUẢ PHÂN TÍCH

Sinh viên báo cáo kết quả sau buổi thí nghiệm theo mẫu BÁO CÁO 1 (phần phụ lục) Sinh viên báo cáo tổng kết theo mẫu BÁO CÁO TỔNG KẾT (phần phụ lục) sau khi kết thúc môn học

BÀI 2: HẤP PHỤ BẰNG THAN HOẠT TÍNH

TỔNG QUAN

Phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi để làm sạch nước thải khỏi 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 bị phân huỷ sinh học, hoặc có tính chất độc hại Ưu điểm của 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

Quá trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hay nhiều bậc Hấp phụ một bậc được ứng dụng khi giá rẻ hoặc là chất thải của sản xuất Quá trình hấp phụ nhiều bậc sẽ thu hiệu quả cao hơn

Phương trình Freundlich

Quá trình hấp phụ có thể được mô tả theo biểu thức thực nghiệm Freundlich:

Ta có thể dễ dàng xác định các hằng số trong phương trình trên bằng cách chuyển về dạng tuyến tính như sau:

lgCcb = lgK + nlgq

Ccb= K.qn

q: độ hấp phụ cân bằng, q = V(C d – C cb )/ M V: thể tích dung dịch, lit,

C d : nồng đô dung dịch ban đầu, g/l,

C cb : nồng độ cân bằng,g/l;

M: lượng chất hấp phụ sử dụng ,g

- Đánh giá hiệu quả hấp phụ chất hữu cơ (phẩm màu) trên than hoạt

tính theo mẻ và cô ̣t

- Xây dựng đường cân bằng hấp phụ chất hữu cơ (phẩm màu) trên than

hoạt tính

Mục tiêu

Dựa trên đồ thị đường cân bằng đẳng nhiệt hấp phụ, có thể xác định được tỷ số hấp phụ cho vào dung dịch ứng với sự biến đổi nồng độ cho trứơc

Trong đó: qe : dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

qm: là dung lượng hấp phụ cực đại ứng với trường hợp tất cả các tâm trên bề mặt chất hấp phụ đã bị chiếm (mg/g)

kL: hằng số hấp phụ Langmuir (L/mg) Ce: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha lỏng tại thời điểm cân bằng (mg/L)

Quá trình hấp phụ theo dạng mẻ

Quá trình hấp phụ da ̣ng mẻ thực hiện trong thiết bị khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián

đoạn Các đại lượng đặc trưng cho quá trình hấp phụ được xác định theo công thức như sau:

q: đại lượng hấp phụ, g chất ô nhiễm/g chất hấp phụ;

V:thể tích chất ô nhiễm trong thiết bị hấp phụ, m 3 ;

C d : nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu, g/l;

C c : nồng độ chất ô nhiễm sau hấp phụ, g chất ô nhiễm/l nước; M: lượng chất hấp phụ ,g;

Hệ số phân phối chất ô nhiễm trong các pha: k = q/C c

M

C C

V

q ( đ  cb)



Quá trình hấp phụ dạng cột

Nước cần xử lý đươ ̣c bơm liên tu ̣c qua cô ̣t để loa ̣i bỏ chất ô nhiễm

Thời gian tiếp xúc (EBCT): là thời gian mà nước chảy qua cột rỗng

EBCT = V / Q = Lbed / ( Q / A ) (khoảng 10 – 15 phút)

Q : lưu lượng nước m3/h

Thí nghiệm 1: xác định quan hệ nồng độ màu và độ hấp thu

Khảo sát bước sóng của phẩm màu

Dựng đường thẳng mối quan hệ giữa hai nồng độ phẩm màu (C) và độ hấp thu (A) Xác định hàm tuyến tính của (C) theo (A) Đo độ hấp thu của các dung dịch có nồng độ phẩm nhuộm khác nhau ở bước sóng λ = 860 nm

Nồng độ chất ô nhiễm C (mg/l) 0 2 4 6 8 10

Độ hấp thu A

Thí nghiệm 2: quá trình hấp phụ theo mẻ

Cho 0,1 g thuốc nhuộm vào trong 8 L nước, lắc đều (dùng cho thí nghiệm 2 và 3) Đo độ hấp

thu của mẫu nước (mẫu ban đầu)

ĐƠN BẬC

Bước 1: Cho mẫu nước vào 4 cốc trong mô hình (mỗi cốc 0,5 lít nước đã pha)

Bước 2: Đổ than bột với khối lượng 0,2; 0,4; 0,6; 1g vào 4 cốc, đem khuấy bằng mô hình

hấp phụ, tốc độ 50 vòng/phút, tính thời gian hấp phụ lúc bắt đầu khuấy

Bước 3: Sau mỗi thời gian xác định (theo bảng), dùng pipet lấy khoảng 15 ml dung dịch

đem lọc rồi đo độ hấp thu của mẫu nước ở bước sóng (đã xác định ở thí nghiệm 1), trên máy

quang phổ (Lưu ý: bỏ khoảng 5ml qua lọc đầu tiên )

Bước 1: Cho 0,5 L mẫu nước vào cốc 1 trong mô hình

Bước 2: Đổ than bột với khối lượng đã tối ưu ở phần thí nghiệm ĐƠN BẬC chia đều vào

3 cốc, đem khuấy bằng mô hình hấp phụ, tốc độ 50 vòng/phút, nước được chảy từ cốc 1 sang

Nguyên tắc: xác định sự biến thiên nồng độ phẩm nhuộm còn lại trong

dung dịch theo thời gian ở các tỷ lệ than và phẩm nhuộm khác nhau

cốc 2 và sang cốc 3 (than được giữ lại ở mỗi cốc) với thời gian hấp phụ lúc bắt đầu khuấy là thời gian tối ưu ở thí nghiệm ĐƠN BẬC

Bước 3: Dùng pipet lấy khoảng 15 ml dung dịch sau hấp phụ ở cốc thứ 3 đem lọc rồi đo độ

hấp thu của mẫu nước ở bước sóng (đã xác định ở thí nghiệm 1), trên máy quang phổ (Lưu ý: bỏ khoảng 5ml qua lọc đầu tiên)

Thí nghiệm 3: Hấp phụ da ̣ng cô ̣t

Bước 1: Cân khối lượng than hạt (g), sau đó dồn

than hạt vào cột hấp phụ với chiều cao khoảng H

=15 cm Xác định lượng than trong cột (g)

Bước 2: Cho mẫu nước điền đầy vào cột than

(không có bọt khí trong cột) Nước tiếp tục chảy qua cột với lưu lượng Q = 0,5 và Q = 1 L/h Lấy mẫu ở những mốc thời gian 0,5; 1; 1,5 và 2 h

XỬ LÝ SỐ LIỆU

1 Vẽ đồ thị tương quan giữa nồng độ thuốc nhuộm và độ hấp thu Phương trình tương quan

2 Vẽ đồ thị hiệu quả hấp phụ của than hoạt tính dạng bột theo thời gian với lượng than khác nhau

3 Vẽ đồ thị quan hệ giữa lgC và lgq Vẽ phương trình Freundlich và Langmuir So sánh 2 phương trình và nhận xét

4 Vẽ đồ thị biến thiên nồng độ màu đầu ra theo thời gian

Nguyên tắc: thực hiện thí nghiệm trên mô hình hấp phụ da ̣ng cột mô

phỏng qúa trình hấp phụ liên tục

CÂU HỎI

1 Thế nào là than hoạt tính?

2 Những ảnh hưởng đối với quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính

BÁO CÁO KẾT QUẢ PHÂN TÍCH

Sinh viên báo cáo kết quả sau buổi thí nghiệm theo mẫu BÁO CÁO 2 (phần phụ lục) Sinh viên báo cáo tổng kết theo mẫu BÁO CÁO TỔNG KẾT (phần phụ lục) sau khi kết thúc môn học

BÀI 3: KEO TỤ - TẠO BÔNG BẰNG PHÈN NHÔM

TỔNG QUAN

Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo

tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua hai giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Bản thân chất keo tụ phát sinh thuỷ phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ

Giai đoạn 2: Trung hòa hấp phụ lọc các tạp chất trong nước

Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như phèn nhôm, phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3 Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân li thành các ion Al3+ sau đó, các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3

Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ Trong phản ứng thuỷ phân trên, ngoài Al(OH)3 (nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ) được tạo thành, các ion H+ còn giải phóng ra Các ion này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-) Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hoà ion H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hoá thông dụng là vôi Một số trường hợp khác có thể dùng xođa (Na2CO3) hay xút (NaOH)

Sau đây là các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông khi sử dụng phèn nhôm:

Trị số pH của nước

Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2(SO4)3 vào, trị số pH của nó bị giảm thấp vì đây là một loại muối gồm axit mạnh và bazơ yếu Sự thuỷ phân của nó có thể tăng thêm tính axit của nước Đối với hiệu quả keo tụ, ảnh hưởng chủ yếu là trị số pH của nước sau khi cho phèn vào Cho nên giá trị pH dưới đây đều là pH của nước sau khi cho phèn vào

- Xác định giá trị pH tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông

- Xác định liều lượng phèn tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông

- Vận hành bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng Lamella

Mục tiêu

Lượng dùng chất keo tụ

Quá trình keo tụ không phải là một phản ứng hóa học đơn thuần, nên lượng phèn cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác định Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra lượng phèn cho vào tối ưu

Lượng phèn tối ưu nói chung cho vào trong nước là 0.1 – 0.5 mgđl/l, nếu dùng Al2(SO4)3.18H2O thì tương đương 10 – 50 mg/l Nói chung nếu huyền phù trong nước nhiều thì lượng chất keo tụ cần thiết lớn Cũng có trường hợp chất hữu cơ trong nước tương đối ít

mà lượng chất keo tụ vẫn cần nhiều

Nhiệt độ nước

Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đến hiệu quả keo tụ Khi nhiệt độ nước rất thấp (thấp hơn 50C), bông phèn sinh ra to và xốp, chủ yếu là nước,

lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém

Khi dùng nhôm sunfat để tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước tốt nhất là 25-300C

Tốc độ hỗn hợp của nước với chất keo tụ

Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ ảnh hưởng đến tính phân bổ đồng đều của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo Đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm Khi mới cho chất keo tụ vào nước, phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân của chất keo tụ trong nước và tốc độ hình thành keo rất nhanh Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng hình thành lượng lớn keo hydroxit

và làm cho nó nhanh chóng khuếch tán đến các nơi trong nước để kịp thời tác dụng với các tạp chất trong nước Sau khi hỗn hợp hình thành bông phèn và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, vì không những bông phèn khó lớn lên mà còn phá vỡ những bông phèn đã hình thành

Tạp chất trong nước

Khi cho các ion ngược dấu vào dung dịch nước có thể khiến cho dung dịch keo tụ Do

đó, ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Khi dùng Al2(SO4)3 làm chất keo tụ, dung dịch keo Al(OH)3 hình thành thường mang điện tích dương nên ảnh hưởng của tạp chất trong nước đến quá trình keo tụ dung dịch chủ yếu là anion

Môi chất tiếp xúc

Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định sẽ làm cho quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm Lớp cặn bùn có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, trên bề mặt của nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng của các hạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết tinh Cho

nên hiện nay thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết kế có lớp

cặn bùn

Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ Để tìm ra điều kiện tối ưu để xử lý bằng keo tụ khi thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vận hành thì trước tiên tiến hành thí

nghiệm mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết bị jartest

Hình 1 Mô hình thí nghiệm Jartest

THỰC NGHIỆM

Thí nghiệm 1: Xác định giá trị pH tối ưu

Bước 1: Định lượng hóa chất điều chỉnh pH

- Lấy 400ml mẫu nước thải cho vào 1 cốc jartest Đo pH ban đầu

- Cho vào cốc 0,3ml phèn để nồng độ phèn trong dung dịch đạt 60mg/l

- Dùng dung dịch NaOH 0,1N hoặc H2SO4 0,1N điều chỉnh pH đến các giá trị 4, 5, 6, 7, 8,

9 Ghi nhận giá trị NaOH đã dùng