Khảo sát khả năng làm trong nước bằng việc kết hợp sử dụng phèn nhôm và Alginate

Kết quá sự phụ thuộc đô Iihớl cùa duns dịch Alginate vào pH.... Kết quả tìm điều kiẽn tối ưu theo phương pháp dường dốc nhát....[r]

BỎ GIÁO DỤC VA ĐÀO TAO ĐAI HOC QUỎC GIA HẢ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHO \ HOC Tự NHIÊN

^

-KHOA HOA HỌC Bộ MÒN HOA KỸ THUẬT

LÊ V IỆ T H Ù N G

K H Ả O S Á T K H Ả N Ă N G LÀM T R O N G NƯỚC

B Ằ N G v i ệ c• k ế t h ợ p• Sử d ụ n g•

P H È N N H Ô M V À A L G IN A T E

Chuyên ngành: Hóa KỸ th u ậ t

M ã số:

LUẬN VÃN THẠC SỸ KHOA HOC HĨA HỌC* • • •

Cán hướng dẩn: PTS N guyẻn Diễm T n g

Œiù c ả m (Pit.

Vòi lòng bicL On sảu sắc cm xin cảm on cò Nguvcn Diera Trang ¿iao d c tài tận tinh hương đẫn cm ẳUốL triiih

thưc hiện luận văn

Em xin chản thành cảm ơn thầy cò anh chị bạn b o aion Hóa K.V thuật, ÍChoa Hóa trường Dại học Khoa hoe Tư nhiòn Dại hoc Q u ố c 31a Hà nội tạo điếu kiện giúp đ ỗ cm trinh làm luận văn

Hà nội ngày 17 tháng nám 1998

II

3.1.1 Khuy ếch tán Brown (quá trình per i kinetic ) 15 3.1.2 Sự dịch chuyến cùa chất lóng (quá trinh orthokinetìv) lổ

3 ỉ Sự sa lắng khác biệt 16

3.2 Sư bắc cáu cac hat keo nhơ polymer 16

3.3 M ột số loai chất tạo bóng 17

3.3.1 Các chất tạo tự nhiên 17

3.3.2 Các chất tạo tổng hợp 18

3.4 ứng dung chát tao bòng 19

3.5 G iới thiệu vè alginate 19

4 Xây dưng mó hinh thưc nghiêm 20

4.1 Chọn mức th í nqhiệm 23

4.2 Làp ma trận thưc nghiệm 23

4.3 Các hệ so hói qui: 24

4.4 Đánh giá tính có nghĩa cùa hệ số hồi qui 24

4.5 Đanh giá rinh phù hơp cùa mó hình thực nghiệm 25

4.6 Tìm điểu kiện thực nghiệm 26

THỰC NG H IỆM 2 8

1 Hoá chát dụng cu 28

1.1 Đ ất để chuẩn bị mấu sa lấng 28

1.2 Chất keo lụ 28

1.3 Chất tạo bóng (trợ keo tụ) 28

1.4 Các hóa chất khác 29

1.5 Dung cụ thí nghiệm 29

2 Quá trình thưc nghiêm 30

2.1 Chon mức th í nghiêm 30

2.2 Tiến hành thưc nghiệm 30

2.2.1 Khảo sát độ nhen dung dịch alginate so

2.2.2 Khảo sát tốc độ khuấy tói lỉu cho q trình tạo bóng 3 1 2.2.3 Khảo sát p H làm việc tơi ưu cho q trình 32

2.2.4 Đo mẩu sa lắng 32

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HỈNH V

MỞ ĐẦU

TỒNG QUAN

1 Cư sờ lý thuyết của quá trình sa láng 3

1.1 Đ ịnh nghĩa dung dich keo 3

1.2 Độ bên vừng va sa lấng cùa dung dich keo 5

Ị 2.1 Các tượng điện động học 6

Ị 2.2 Hai lực tác động lên hạt keo 1.2.3 Lớp điện kép

1.2.4 Thế zeta 8

1.3 Sư sa lẩng cùa dung dịch keo 9

ỉ 3.1 Các giai đoạn trình kết tụ 9

ỉ 3.2 Grưdỉent tốc độ io

2 Quá trình keo tụ 11

2.1 Các cón hóa trị 11

2.2 Cơ chế cùa trình 12

2.3 Các yếu tố ánh hicờtig đến sư keo tu 13

2.4 ánh hưởng hàm lượng chất keo tụ 13

2.4.1 ảnh hưởng pH 14

2.5 M ột số loại chất keo tụ 14

2.5.ỉ Các mi nhịm 14

2.5.2 Cúc polymer nhóm 14

2.5.3 Các mi sắt (III) 14

2.5.4 M ột sò chút keo tụ khác 15

3 Quá trình tạo bỏng 15

3.1 Các trinh vận chuyên hat 15

LU

KẾT QUA VÀ THẢO LUẬN 36

1 Kết qua thi nghiệm kháo sát đò nhớt dung dịch alginate 36

2 Kết quà kháo sát tốc đò khuấy tỏi ưu cho trinh tạo bỏng 37

3 Kết quà khào sát pH làm việc tòi ưu cho hẻ 38

4 Kết q u ả tính toan qui hoạch thực nghiệm 39

4.1 Kết th í nghiệm 39

4.2 Xứ /ý số liệu đánh giá 40

4.2.1 Tinh toán kết quà thu 40

4 2 Đánh giá tinh có nghĩa cùa hệ sị hồi qui 42

4.2.3 Đánh giá tinh có n^hĩa cùa hàm mục tiêu 42

4.2.4 Đánh giá hàm mục tiêu thu 42

4.2.5 Tìm điều kiện tối ưu cho thí nghiệm 44

5 Kết qu ả khảo sát điéu kiện tỏi ưu vói nước có độ dục han đấu khác 45 6 Kết quà đánh giá ánh hường cùa số kim loại lên trinh 46

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

IV

Bảng Các giai doạn trona trình kết tụ 9

Bản2 Sự phụ thuộc G vào nhiệt độ 10

Báng Bàna giá trị thí nahièm có số yếu tố khác 23

Bảng Bảng ma trân mã hóa mó hình bàc đầv đủ cùa hai yếu tố 24

Báng Các mức thí nghiệm cùa phèn A ls in a t e 30

Bana Báng qui hoạch thưc nghiệm cheo phươns pháp ò vuòns Latin yếu tố 34

Bàna Các mức nóns đõ ion kháo sá t 35

Bàng s Kết phụ thuộc đô Iihớl cùa duns dịch Alginate vào pH 36

Bảna Đò nhớt dung dịch Alginate nổnẹ đô khác n h au 37w U • ơ W • Bảns 10 Kết kháo sát tốc độ khuấy tỏi ưu cho trình 37

Bans 11 Kết kháo sát khoáng pH làm việc tối ưu cho h ệ 38

Báng 12 Kết quà thí nghiệm thu dươc theo qui hoạch thưc nghiệm 39

Bảng 13 Tóm tát thiết kế thí nghiệm 40

Báng 14 Báng tiến hành thí nghiệm giá trị mục tiêu thu dược 40

Bang 15 Bàng mỏ tả dinh lượng ảnh hướng cùa Yếu tô' 41

Báng 16 Bảng phàn tích phương sai thí nahiệm 41

Báng 17 Báng giá trị hệ số hồi qui 41

Bána 18 Kết ước lượng cho kết sa lắ n g 43

Bảnq 19 Kết tìm điều kiẽn tối ưu theo phương pháp dường dốc nhát 44

Báng 20 Lươns phèn Aleinate tối ưu theo tính tốn với các đuc ban đầu khác n h au 45

Bảng 21 Kết khảo sát điều kiện tối ưu dung dịch có đị đục ban dầu khác 46

Bàng 22 Kết thí rmhiệm kháo sát ảnh hươns cúa ion theo phương pháp ỏ vuỏng Latin 46

Bảng 23 Tóm tắt q trình phân tích phương sai theo ỏ vuòng L atin 47

Bàna 24 Kết phàn tích phương sai phương pháp ị vuòng Latin 47

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình l Sơ đổ cơng thức cấu tao rrúxen 4

Hình Độ bén duna dịch keo 7

Hình Lớp đièn kép 8

Hình Sơ đồ phán ứng keo tụ tạo bònă 12

Hình Sự phu thc tốc độ keo tụ vào nồng đỏ chất điện Ly 13

Hình Sự hấp phụ cùa polymer lên bề mặt hạt keo 17

Hình Sư kết tụ tái ổn định cúa hạt keo 17

Hình Sơ đổ cấu tạo máy đo dơ đ ụ c 29

Hình Đổ thị phụ thuộc đô nhớt dung dịch Alginate vào p H 36

Hình 10 Đổ thị biểu diễn độ nhớt dung dịch Alginate nòng độ khác 37

Hình 1 Đ ổ thị khảo sát tốc đô khuấy tối ưu cho trình 38

Hình 12 Đố thị biểu diẻn khoảng pH làm việc tối ưu cùa h ệ 38

Hình 13 Đổ thị kháo sát điều kiện tối ưu cho độ đuc ban đầu 46

Hình 14 Pareto Chart trinh qui hoạch thực nghiệm 53

Hình 15 Đồ thị khảo sát ảnh hường tổng thể cùa XI X 53

Hành 16 Đổ thị biểu ciiẻn ảnh hường tương hỗ XI X 54

HTinh 17 Đổ thị biểu diển hàm mục tiê u 54

I

MỞ ĐẨU

Nước loại tài nguyên phổ biến bề mật trái đất Nó hình thành nên thủy Tồn lượng nước ước tính vào khoảng l 370 triệu

km3, trong lượng nước sông, hồ mặt đất chiếm khoảng

500.000 tới I triệu km '; khôi báng hai cực khoang 25 triệu km3; vả sau khoảng 50.000 kmJ, tốn dạng hoặc màv Mỗi nám lượng nước bốc ước tính khoảng 500.000 kmJ ỉượnị nước mưa khoảng 120.000 km3.

Nước đông nẹhĩa với sỏhẹ Nó thành phấn chinh cùa vật sơng: trung bình vào khoảng 80% Ở độnẹ vật cấp cao nước chiếm từ

60% đến 70% Ở sinh vật biển, như s ố loại cá tào, tỷ lệ lên

tới 98%.

Là yếu tô bàn th ế giới khoáng vật sinh vật, nước cịn một yếu tơ quan trọng sốnẹ hoạt động người Hiện tại, toàn lượnẹ nước sử dụng trono sinh hoạt, cịng nghiệp va nơng nghiệp tới 250 mJlngười.nám Sự chênh lệch vé nước sứ dụng lớn: từ 100 ms nước phát triển, đến 1.500 m3 Hoa kỳ Nhu càu sứ dụng nước th ể giới chắn s ẽ gia tảng [3],

Do vậy, việc bão vệ tài nguyên nước điéu cán thiết Nó phải xứ lý cho mục đích sinh hoạt, sứ dụng côn% nghiệp hav dê ngán chặn ỏ nhiễm mỏi trường.

Cònq việc xứ lý nước bao gồm s ố vấn đề cần phải xem xét độ đục,

m àu, hàm lượng khống, ion sắt, mangan, amoni, nitrat, oxy hịa tan

DO nhu cầu oxy hóa học COD, sinh hóa BOD, (ổng sốnừơ, v.v

Tronq luận án n \ với qui mỏ nhỏ này, giới hạn công việc

nghiên cứu xứ lý nước mức độ khảo sát nâng làm nước

nhôm ị chất keo (ụ), alginate (một chất trợ keo tụ tự nhiên) Lý sứ dụng hỏn hợp lioàn tồn mang tính chất kinh tế mịi trường: lượng nhỏ chất trợ keo tụ s ẽ giúp làm giám dáng k ể lượìĩg chất keo tụ phái dùng tronẹ công việc xử lý nước, vả dem lại hiệu cao cho quá trình làm tronạ [26] Ngồi ra, alginate polymer tự nhiên,

không độc, đ ã sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: cỏnẹ

nghiệp giấy, thực phẩm, dược phẩm v.v Alginate đưa vào

sản xuất qui mỏ công nẹhiệp với giá thành nẹàv hạ.

Nội dung luận án có đề cập đến vấn đề: sở lý thuyết quá trình sa lắng, keo tụ, tạo bơng Các thí nghiệm tiến hành dựa trên sờ xây đụng mỏ hình hóa thực nghiệm, sử dụng m á\ đo độ đục, chuẩn bị mẫu già nhằm tìm hàm lượng ưu việc kết hợp sử dụng phèn alginate cho mục đích làm trơnẹ nước.

Khi thực luận án này, hy vọng đóng góp phần cơng sức nhó bé vào việc cải thiện nước sinh hoạt cho dàn vùng nông thôn, nơi mà nước bê mật bị dục, trở nèn đục vào một sô mùa (rong nám Đổng thời, luận án nhánh nội đunẹ nghiên cứu tiểu dề tài: "Nâng cao chất lương nước

vùng nịng thơn", thuộc đê tài'hợp rác Việt nam - Thụy sĩ vé công nghệ

TONG QUAN

1 Cơ s lý thuyết trình sa lắng 1.1 Đ ịnh nghĩa d u n g dịch keo

Trong năm 40 kỷ XIX, Iihà bác học Ý Selini lưu ý đến tinh chất bất thường số dune dịch mà ngày ta gọi nhữns đun ũ dịch keo Các dung dịch phân tán ánh sáng mạnh; chất tan lắng thèm lượng muối, dù nhị, muối khơng có tác dụng với chất tan cả; việc chất tan tan trons dung dịch, kết tủa mà khôns hể sinh thav đổi nhiệt độ thể tích tượns thườne thấy đỏi với chất tan tinh thể Selmi gọi chúng dung dịch giả, sau có tên đung dịch keo

Trạng thái keo trạng thái phàn tán, tướng phàn tán - chất tan - phàn bô tronc m ột mơi trường gọi mỏi trường phàn tán Tồn hộ th ố n s gọi hệ thốnc keo hay dung dịch keo [1]

V cuối th ế kỷ XIX, người ta nêu lên đặc diểm sau dung dịch keo:

♦ Có khả phân tán ánh sáng Hiện tượng cho thấy trone hệ tổn bể mặt phàn cách hạt tướng phàn tán với mịi trườns phân tán, có nghĩa hệ khơng đồng

♦ Khuvếch tán chậm

♦ Các hạt keo lọt qua màng bán thấm chất tan phân tử thấp khác Như vậv hạt keo có kích thước lớn nhiéu phân tử thường

4

♦ Thườna có tượng điện di trình chuyển dịch hạt keo tronsĩ điện trường [2]

Hệ keo mơi trường lỏng thường có cấu tạo phức tạp Theo quan niệm nay, hạt keo mixen truns hịa điện bao 2ổm mịt nhàn giữa, thường có cấu tạo tinh thể, lớp điện kép bao quanh Lớp kép

2ồ m hai bản: gổm ion có điện tích dâu nằm trèn bé mặt h ạt keo, tạo cho hạt có điện tích nên gọi ion định hiệu (QĐTH); nsồi sịm ion điện tích trái dấu vừa đủ đê tru n s hịa điện tích cúa hạt keo, ion nshịch Các ion nshịch chịu tác dụng lực hút tĩnh điện, lực hấp phụ vào bé mặt hạt, lực khuvếch tán chuyển động nhiệt ơâv ra, nèn phàn bố thành hai lớp: lớp iro n s 2ồm số ion nằm sát bé mặt keo gọi lớp hấp phụ, lớp nsồi gồm sơ ion nỗhich cũn li gi l lp khuych tỏn lp này, nồng độ ion nghịch nhỏ dần từ nsồi, lớp kép kết thúc nồng độ đỏ nồng độ ion nghịch dung dịch Người ta thường biểu diễn cấu tạo hạt keo bầng sơ đồ hay cịng thức [27] Lấy ví dụ hạt keo Agi hình thành phản ứng:

A gN C u +- K I —* A g i + K N O3 (dư KI)

{ Ị m A q l ] n l ' ị n - x ị K + } X K + V / \ _ _ / \ _ /

n hản ion Q D JH ion nghịch

nhản m ixer lớp hấp phụ lớp khuyéch tán

\ /

g n u n (ion keo)

\ _ /

mixen

H ình Sơ đổ cơng thức cấu tạo m ixen [1]

N ĩiửns vấn đề nêu việc xử lý nước, đặc biệt độ đục m àu nói chune liên quan đến keo Trons nước tổn nhiéu thành phần chia làm ba loại chính:

5

vật vi khuẩn, sinh vật phù du tảo virus Đây thành phần sàv độ đục màu nước

♦ Các hạt keo (colloidal particlesI: hat rắn lơ lim s nhưns có kích thước nhỏ (dưới micron) có tốc độ sa lắng vị cùns chậm Chúng nguvên nhàn gàv độ đục màu nước

♦ Các chất hòa tan (dissolved substances)-, có kích thước vài nm, bao

2ồm cation, anion, phần chất hữu cơ, khí , C 2, H 2S, v v

Vì vậy, đê giải vấn để độ đục màu nước, cần phải hướng c h ú V vào việc xử lý hai thành phần [3]

1.2 Đỏ bén vững sa láng cùa d u n g dịch keo

Các hạt sol hay huyền phù có tỷ trọnơ khác với mịi trườne phàn tán thường chịu ảnh hướng lớn trọng trường, nên sa lắng xuống đáv lên trẽn mật mơi trường Như biết, hạt có kích thước bé um có trọng lượnạ Iihỏ nên chịu tác dụng trọng trường, lại có chuyên động Brown có khả khuyếch tán cao hạt trons; mỏi trường phân tán thườns vào trạng thái lơ lửng, phàn bố đ ổ n s tồn hệ Những hộ có hạt không bị sa lắng ánh hường trọne trường gọi cdc hệ bền vững sa lắng, hay bền vững dộng học lực khuyếch tán lớn hưn hẳn trọng lực

Ngược lại, hệ phản tán thơ có hạt lớn Ịj.m hệ khơng bền vững sa lắng Những hệ có hạt lớn trọng lượng hạt đáng kể, nên hạt tham gia không đáng kể vào chuyển động nhiệt có khả sa lắng nèn tách khỏi môi trường phân tán ỏ trọng lực lớn hẳn lực khuyếch tán

độ bền vững sa lắng thấp Các hệ keo chiếm vị trí trung gian siữa hai hệ [2]

1.2.1 Các tương điên đông học

Năm 1808, giáo sư Reis người N ẹa phát hạt hệ phân tán có m ans điện tích Khi đặt từ trường, hạt keo dịch chuyển vể phía cực dươnơ, điểu chứns tỏ chúng có điên tích âm Tronơ điện trường, hạt vận chuyển với tốc độ đều; điện trườn2 càn s m anh sô điện môi môi trường lớn tốc độ cànơ lớn Q trình vận chuyển hạt keo gọi điện di

.'ìone sonẹ vơi trình vận chuyển hạt keo cịn có vận chuyển mơi rrường Q trình gọi điện thẩm Tốc độ điện thẩm tốc độ đều, tý lệ thuận với điện trường số điện môi mòi trường Nguyên nhàn hai hièn tượng điên di v iờn l doc r ô/ ã tng rắn tướng lỏng tích điện trái dấu Hai tượng gọi tượng điện động học loại

Sau Reis, người ta phát hai tượne ngược lại với điện di diện thẩm Năm 1878, Dom cho thấv sa lắng hạt chất 1ỎI12, ví dụ cát trone nước, hai điện cực đặt hai độ cao cột nước xuất điộn Hiện tượng nàv nsược lại với điộn di gọi hiệu ứng Dom xuất sa lắng Khi cho chất lỏne chày qua m àns xốp, thi hai mặt màng có đặt điện cực, điện cực xuất điện Hiện tượng Q uincke phát năm 1859, ngược lại với điện thẩm , ơọi hiệu ứng chảy xuất chảy Hiệu ứng Dom hiệu ứng chảy gọi tượng điện động học loại hai

1.2.2 H lưc tác đơng hạt keo

* Lực hút Van Der Walls (EA): liên quan đến cấu trúc dạng hạt keo môi trường

* Lực đẩy tĩnh điện (Eg): liên quan đến điện tích bé mặt hạt keo

Độ keo phụ thuộc vào lực tổng hợp hai lực hút đẩv với lượng E = EA + EB trons Hình

1.2.3 Lớp điện kép [28, 29]

Như mô tả phần 1, hạt keo gồm có nhân bao quanh bời lớp điện kép Nhiều thuvết đặt cho lớp này:

♦ Thuyết Helmholtz: lớp ion dương bao phủ toàn bề mặt hạt

keo đảm bảo trung hòa điện hạt keo (lớp bound).

♦ Thuvết Gouv-Chapman: lớp ion dương phân bố cách khơng

đổng quanh hạt keo; trung hịa đạt khoảng cách xa (lớp khuyếch tán)

♦ Thuyết Stern: kết hợp hai thuyết đưa khái niệm lớp kép

Lớp thứ nằm sát hạt keo có điện giảm nhanh Lớp thứ hai lớp khuvếch tán, có điện giảm chậm

K lo io Câck -►

£ : Nflio tr c ïo tỏao kơp : H ig râo t i ế i A i o

«

E Thuyết Helmholtz

2 Thuyết Gouy-Chapman 3 Thuyếì Stern

2

Lcp k ầ iy é e ầ ta i

Hinh Lớp điện kép [3]

1.2.4 T h ế zeta

Hạt keo di chuyển với phần lớp kép Lớp nàỵ bao sát hat keo, tương ứng với lớp tĩnh trone thuyết Stern. Như hạt keo có hai điện thế:

♦ E: th ế bể mặt hạt keo hay nhiệt động học ♦ Z: bể mặt cắt hav điện động học

T hế z này, gọi zeta, quvết định dịch chuvển tương tác qua lại hạt keo Thế zeta phụ thuộc vào bề mặt hạt keo độ dày lớp điện kép Nó xác định nhờ tượns điên di: hạt keo đặt trons điện trường, nhận tốc độ dó kết lực điện trường ma sát 2âv độ nhớt môi trường M ối quan hộ zeta độ linh độns điện di thể tronơ biểu thức sau:

sZ

me =

kĩ7 Trong đó:

m e : Độ linh độns điện di

y

r\ : Độ nhớt động học

k : 6, tùy thuộc vào giả thuvết

Những hạt keo có zeta có độ linh động điện di kích thước chúng [4],

Theo thuyết lớp điện kép, q trình keo tụ có khả náng triệt tiêu zeta (thế zeta cùa hạt nước tự nhiên có giá trị khoảng

từ - 20 mV đến - 40 mV) Nếu xừ lv tốt, giá trị nàv đạt tới gần

1.3 Sự sa láng dung dịch keo

Để phá vỡ tính ổn định dung dịch keo cần phải vượt qua hàns rao lượns Muôn đạt điều (mà dẫn đẽn kết tụ hạt keo) cần phải giảm lực đẩy tĩnh điện Việc phá vỡ trạng thái ổn định duns dịch keo thực nhờ phươnẹ pháp keo tụ [1],

1.3.1 Các giai đoan trinh kết tụ

Có số giai đoạn liên tục đồng thời xảy trone trình kết tụ hạt keo (Bảng 1)

Báng Các giai đoạn trình kết tụ

Q uá trình Các yếu tố %/ Thuật ngữ

Thêm chất keo tu

Phản ứng với nước,

ion hóa, thủy phàn, polymer hóa

Thủy phàn Nén lớp kép

Hấp phụ đặc trưns ion cùa chất đông tụ trẽn bề mật hạt keo

Phá vỡ thái ổn c

trang inh

Liên kết ion bề mặt hạt keo

Keo tụ Kết tủa hvdroxit kéo theo hat keo

Liên kết hạt keo nhờ chất keo tụ

Vận chuyến Chuvển động Brovvn Quá trình

penkinetic Năng lượng bị tièu tán

(ẹradient tốc độ)

IU

Keo tụ (coagulation) trình phá vỡ trạng thái thái ổn định hat keo nhờ hóa chất gọi chất keo tụ

Tạo bịng (flocculation) trình kết tụ hạt keo bị tính ổn định thành cụm bịne (floc) sa lấng nhanh Giai đoạn thúc đẩy nhờ hóa chất khác ơọi chất tạo bòng chất trợ keo tụ [5]

1.3.2 Gradient tốc độ

G radient tốc đô thường tính theo cơng thức sau:

!~ p

G~i v n ~Ki v Trong đó:

G : gradient tốc độ truns: bình p : lượng tiêu tán

r| : độ nhớt tuyệt đôi V : thể tích chất lỏng

Định n sh ĩa nàv G áp dụns; cho trình thủv lực G randient tốc độ G đặc biệt phụ thuộc vào nhiệt độ:

B ảng Sự phụ thuộc G vào nhiệt độ

Nhiệt đô ( c ) K

0 23.6

5 25.6

10 27.6

15 29.6

20 31.5

30 35.4

40 38.9

i l

♦ Trong trình keo tụ: 400 - 1.000 s '1

♦ Trong trình tạo bông: khoảng 100 s '1 [6]

2 Q u trìn h k e o tụ

Khi yếu tơ làm bén klìơnc có m ất đi, hệ keo bị keo tụ Các hệ keo keo tụ tác dung nhiẻu yếu tố thời gian (sự già), thav đổi nổno; độ tướng phàn tán thay đổi nhiột độ, tác dụng học, ánh sáng, chất điện ly v.v Trong đó, keo tụ chất điện ly có ý n sh ĩa lý thuvết thực tế quan trọn?

Hầu hết chất điện ly đéu có khả keo tụ Khả keo tụ chất điện ly đặc trưng nồng độ tối thiểu cần để keo tụ soi với tốc độ định Đại lượns: gọi ngưỡng keo tụ (ký hiệu V ) biểu thị bang nồng đ ộ mmol/lit Ngưỡng keo tụ phụ

thuộc vào nổns độ soi, đại lượng chi đại lượng tương đối đê đánh giá độ soi chất điện ly

2.1 C c ca tio n h ó a trị

Khả náns gày keo tụ ion lớn hóa trị ch ú n s cao chì có ion tích điện ngược dấu với hạt keo có khả nãne keo tạ Theo tính tốn lý thuyết, hàng rào lượng ngăn cách hạt m ất nồng độ chất điện ly đông tụ đạt tới ngưỡng keo tụ, Y có giá trị bằng:

,s \k T ) 5 ỵ =

c-Ả 2e6z 6

Trong đó: A T c

6

e z

hằng số Van Der W alls nhiệt độ tuvệt đối

hằng số phụ thuộc vào tính bất đối xứne chất điện ly số điện mỏi

điện tích electron

12

Theo công thức trèn ngưỡng keo tu ion hóa tri 1, 2, 3, tỳ lê với theo tỷ lệ : 0,016 : 0.0013 : 0.00024 Khi lựa chọn chất keo tụ cịn phải xét đến tính vị hại giá thành Vì lẽ đó, từ trước đến nav muối cùa nhôm sắt (III) sử dụng rộne rãi trona việc xử lý nước [1,21]

2.2 C chè củ a q u trìn h

Trong việc xử lý nước, trình sử dụng muối nhôm sắt (III) xảy theo hai chế chính: (1) hấp phụ ion thủy phàn trén bề mặt hạt keo dẫn đến truns hòa điện (2) keo tụ quét nhờ kết tủa hvdroxvt (nếu lượnu chất keo tụ dùng nhiều)

Lấy ví dụ phèn: phản ứns trung hịa điện xảy cực nhanh, vòng vài m icro-giây đến giày Sự hình thành kết tủa hydroxit nhơm xảy chậm khoảng tới giây Đối với phản ứng truns hòa điện khuvếch tán nhanh (dưới 0,1 giày) chất keo tụ cần thiết để phần từ thúy phân hình thành tronơ vịng 0,01 - 0,1 giây phá trạne thái ổn định cùa hạt keo [4]

A l^ S C ỵ 314.3HHD A l( B O ) g 3+ s ố ị2+ » c - > A ( H Ĩ + A ( O h £ + A L ( O H ) ^ A l(O H )3(s) n h a n h

( l ^ ls e c )

n h a n h ' c h m ( - sec)

H '.A1COH)

Nhiéu phÊn

í t p h è n R-âl n h a n h ( Ó >

Độ đ ụ c th í p

ẢKOH)s “ ÃÍCOH),

Trung hịa điện ưch Đ n g tụ q u é t

l i

2.3 Các yếu tó ánh hướng đèn sư keo tu

Có nhiéu vếu tố ảnh hường đến keo tụ: (1) hàm lượng chất keo tụ; (2) pH; (3) nổns độ keo (đo độ đục); (4) màu; (5) anion cation du n s dịch; (6) hiệu khuấy; (7) zeta: (8) nhiệt độ Hai yếu tô đầu đ án s quan tàm [3]

2.4 Ành hường hàm lưọng chất keo tụ

Thực nehiệm cho thấy tốc độ keo tụ V tăng theo nổng độ chất điện

ly-1 Vùng sol bổn vững Vilng lcco tụ ciiầm Vùng keo tụ nhanh

♦ c

H ìn h Sự phụ thuộc tốc độ keo tụ vào nồng độ chất điện ly Trong vùng 1, lượne chất điện ly cịn chưa đủ để giảm hàng rào đến mức mà hạt có thê liên kết với va chạm, quãng sol

có độ vững tập hợp, khòng va chạm dẫn tới liên kết nèn keo tụ chưa xảv

Troné vùng 2, lượns chất điện ly đủ để giảm hàng rào nâng xuống nhiều, tốc độ keo tụ tăng lượns chất điện ly tăng, vùne sol độ bền vửns chưa phải tất va chạm dẫn đến liên kết, ta có keo tụ chậm

Trong vùng 3, lượng chất điện ly nhiểu làm hẳn hàng rào năng, tốc độ keo tụ đạt giá trị tới hạn không phụ thuộc vào lượng chất điện ly Lúc sol chưa phải trạng thái đẳng điện chi cần lực hút chiếm ưu so với lực đẩy hạt keo liên kết lại Ở vùng sol hẳn độ vững, tất va chạm dẫn tới lièn kết, ta có keo tụ nhanh [1 28, 29]

14

2.4.1 Ả n h hường pH

Do thủy phàn, chất keo tụ vị làm thay đổi tính chất hóa lý nước xử lý (pH độ dẫn):

M3+ + 3H20 = M (OH)3 + 3H+

Trong việc loại bỏ hạt keo, pH yếu tố quan trọng Điểm pH tối ưu pH thuàn lợi cho keo tụ (tùv thuộc vào loại keo) lẫn tạo (liên quan đến tập hợp bỏna hydroxit nhịm sắt) Thường điểm ứng với độ hòa tan nhỏ hvdroxit Độ mạnh ion Sư có mặt số chất hữu có ảnh hường mạnh đến pH khả náns hòa tan tối tniểu [4]

2.5 M ột sò loại c h ấ t keo tụ [3]

2.5.1 Các muối nhóm

* Sulphat nhỏm: Al2 (S )3.18H20

Xử lý nước bé mặt: dùng 50 - 150 sj m:' Xử lý nước thải: dùng 100 - 300 g/ m * Clorua nhôm: A1G3

* Sulphat nhôm + vôi: Al-> (S 4)3 + Ca (OH),

* Sulphat nhôm + cacbonat natri: Al2 (S 4)3 + N a ,C * A lum inat natri: N aA J02

2.5.2 Các polymer nhòm

* Sản phẩm thương mại: Aln (OH)p G q (S 4)r * PCBA (Basic Polyaluminium Chloride)

2.5.3 Các muôi sắt (HI)

* Clorua sắt: F e

* Clorua sắt + vòi: FeCl3 + Ca (OH)2 * Sulphat sất: Fe-, (S 4)3

15

2.5.4 M ộ t sò chát keo tụ khác

* Hỗn hợp muỗi: A l37 F e 3+ * Sulphat đồng: C u S

3 Q trình tạo bơng

Giai đoạn thứ hai trons tồn q trình tạo bơng Tạo bơng q trình kết hạt keo nhỏ kliịns cịn ở trạns thái ổn đinh thành m ột hạt lứn hay bỏns, có thè sa lắns lọc nhanh Để thúc đẩy tạo bơns, dùng chất tạo bơne (chất trợ keo tụ) Trong q trình tạo bịng, cụm bơns; thường có cấu trúc mạng chiêu xốp, kết bắc cầu hạt kco nhờ chất tạo bône Chất tạo tốt thường dùng nhữns polym er tự nhiên tổng hợp dạng polyelectrolyte có khối lượns; phàn từ khoảng 104 - 107 [7]

3.1 Các trình vặn chuyển hạt

Có ba q trình vận chuyển vật lý giúp cho hạt keo tiến lại tiếp xúc với nhau, dẫn đến kết tụ chủng [4]

3.1.1 Khuxếch tán Brown (quá tn n h perikinetic )

Là chuyên dịch ngẫu nhiên hạt keo va chạm liên tục bời phàn tử nước Đông lực q trình nàv nhiệt nãng dịng chất lịns Tốc độ kết tụ dược tính theo cịng thức sau:

dn 4 kT ,

-77 = a -=— n

dì 3rj

Trong đó:

n : số hạt trons đơn vị thể tích

a : phần trăm sỏ va chạm có ích k : hằns số Boltzmann

16

3.1.2 S dich chuyển cùa chát lòng (quá trinh orthokinetic}

Sự dịch chuvến gày chènh lệch sradient tốc độ dòng chảy phẩn2 dịns chảy xốy Các hạt keo di chuyến theo dịng chất lỏng dẫn đến tiếp xúc với Tốc độ tạo bỏ n s trona trườns hợp nàv tính theo cịng thức sau:

* D ịns chảy phảng:

dn

dt 6'

* D ị n s chảy xốv:

G đươc xem thay đổi tốc độ theo khoảng cách đòn.2 chất lỏng: G = dv/dz

3.1.3 S ự sa lấng khác biệt

Sự sa lắng tạo dịch chưyển thẳng đứntĩ hạt keo dẫn đến va chạm Độna lực trình trọng lực hạt

3.2 Sự bác cầu hạt keo nhờ polymer

Các hợp chất polymer sử dụns việc xử lý nước từ 20 nãm Chúng loại cationic, anionic trung tính Lam er c ộ n s đưa thuvết bấc cáu mò tả khả nàng cùa polym er có khối lượng phân tử lớn việc tạo bịng

Hình Sự hấp phụ polymer lên bề mật hạt keo.

Nếu hạt keo thứ hai có bề mật tự tiếp xúc với phần cuộn vịng nhị polymer trên, gắn kết xảy Như vậv, liên kết hạt keo - polymer - hạt keo hình thành phân tử polymer có tác d ụ n s m ột cầu nòi Việc bắc cáu tốt địi hỏi polym er phải có khả vươn đủ xa khỏi bể mặt hạt keo, để hấp phụ gán kết lên hạt khác Nếu lượns polvmer sừ đụnơ bị hấp phụ nhiều, hạt keo lại tái ổn định bão hịa trèn bể mật [7]

Hình (a) Sự kết tụ (b) Sự tái ổn định hạt keo. 3.3 Một sô loại chất tạo bịng [3]

3.3.1 Các chất tạo bơng tư nhiên ai Chất tao bị vơ cơ:

* Silica hoạt hóa

* Một số loại sét (bentonite, kaolin) * Cacbonat Canxi tinh khiết

1«

bi C h ấ t ta o b ô ng h ữ u c [8 10 I I 12 ì:

* Alginate

* C h i to s a n * Tinh bột

* Các hợp chất khác: pectin, xanthan selaún tannin

* Hạt số loại cày M o r i n g a O le ífe r a hay M o r i n g a S ie n o p e t a l a * M ột số loại nấm

3.3.2 Các ch ấ t tạo bỏng tổng hợp

Các chất tạo tổng hợp có khối lượna phản tử lớn (10° -10") giúp cho chủng có hiệu quà hưn so với chất keo tụ lấv từ tự nhiên

* Chát tạo bòng anionic: thường acrylamide copoiymer axit acrylic [13 14, 15]

r

4 — C H •CH ■

c= o

NH,

-CH- ■CH' c = o' Na+

Chất tạo trunR tính: thường polyacrylamide

■CH, ■CH •

c = o

NHn

R = CH3 DMAEM (dimethyl aminoethyl metacrylate)

R = H DMAEA (dimethyl aminoeihyl acrylate)

3.4 ứ n dung c h ấ t tạo bòng

- Xử lý nước be mật: sử dụng chất keo tụ kết hợp với mội chất tao bỏnsĩ tổng hợp tốt polym er anionic trung tính Lượnơ chất tạo bỏng dùng khoảng 0,5 - 1,5 s / m \ chí tới ơ/nr số nơi nước đuc

- Xứ lv nước thải cố n s nghiệp - X lý nước thải sinh hoạt - Làm khò bùn [3]

3.5 Giới thiệu vè aỉginate

Alginate chiết xuất từ tảo polym er mạch thẳng bao gổm

a - (1, 4) - L - guluronate f3 - (1, 4) - D - mannuronate. Công thức cấu tạo alsinate giả thiết sau:

COO+ H H COÕr

l A ~ ° X r o - A f - ị ỵ H Ạ — ° \ Ị " °

I I I •

H H H H H

2

Phàn thực nghiệm luận án thực dựa trồn phương pháp mỏ hình hóa thực nghiệm, v ề nguyên tắc, kiện đêu quy quv luật, mơ tả cơng cụ khác Trong đó, xu hướng sử dựng cơng cu tốn học để mơ tả quy luật bàng phương trình hav biểu thức tốn Các phương trình tốn học biểu diễn bàng hàm số, đến lượt hàm số biểu thi bầng đồ thị Phương trình tốn học tổng qt đa thức, dạng hàm số cuối quv dạng đa thức

M ột đa thức tổng qt (hay phương trình hổi quy) có thê mị tả cho hàm số có dạng sau:

n n n n

y = I b j X i + S b i X j X j + Z bijk XjXj xk + + I bü X2, +

I icj i<j<k I

Đa thức bao gồm có loại đa thức bậc 1, bậc bậc cao, tương ứng với bậc đa thức độ xác mị hình Bậc cao mị hình mơ tả xác kết thí nshiệm nsược lại

Trong đa thức trên:

y : hàm mục tiêu (kết thí nghiêm) Xj, xk : yếu tố ảnh hường lên hàm mục tiêu

b ị , bi , bk : hệ số hổi quy bậc mô tả đinh tính định lượng ảnh

hường yếu tố Xị , X , xk lên hàm mục tiêu bj b.k b:j : hệ số hổi quv bậc l mơ tả định tính định lượns ảnh

hưởng đồng thời hai yếu tố \ị Xị , Xj \ , Xj Xfc lên hàm mục tiêu

bijk : hệ số hổi quy bậc mô tả ảnh hưởng thời yếu tố

Xị, Xj , xk lên hàm mục tiêu

b.j bị^ , bũ : hệ số hổi quy bậc mò tá ảnh hưởng yếu tố Xị ,Xj xk lên hàm mục tiêu

2 1

- Giá trị tuyệt đối Ị b ị : mò tả mức độ ảnh hường nó: giá trị lớn ảnh

hường mạnh, giá trị nhỏ ảnh hường yếu hay lchơng ánh hường

- Dấu hệ sị b: b > ảnh hườnơ tích cực lên hàm mục tiéu làm hàm mục tiêu tăng lên, b < ảnh hường tiêu cực lên hàm mục tiêu làm hàm mục tiêu giảm

- Y nẹhĩa hàm mục tiêu, tìm hàm mục úèu mỏ tả thí

nshiệm , tính giá trị hàm mục tiêu, tức tính kết cùa thí nghiệm mà khơng cần làm thí nghiệm Phương trình hàm mục tiêu (Phương trình hổi quv) nhằm mị tả ảnh hường tất vếu tố lên trình bằns phươns trình

VIị hình hóa thưc nghiệm bàc chi ẹồm số han.2 bàc cho xác thấp Muốn nàng cao độ xác, phái tiến hành mơ hình hóa thực nghiệm bậc

Trone phươns trình hổi quy bậc 2, có số hạng phải có bày nhièu phương trình (hay thí nghiệm) để tìm hệ số hồi quv tương ứng Trong luận ấn này, số yếu tố ảnh hưứne lên kết quả: nồng độ phèn (Xj), nổnơ độ alginate (X->) ký hiệu chi giá trị thực để tiến hành thí nshiệm PChi tiến hành mị hình hóa thực nahiệm bậc 1, vé mật hình học, mị hình hình vng, đỉnh ứng với thí nshiệm thực nehiệm (mỗi vếu tố chọn mức để làm thí nghiệm, mức cao +1 mức thấp -1) Để tìm số hạng bậc 2, ta làm thèm thí nshiệm tâm (mức gốc 0) thí nghiệm điểm (±d) điểm nằm trục tọa độ cùa yếu tố tương ứng Các thí nghiệm tính theo cịns thức tons qt sau:

Ỵth _ Ỵb

x,= ' ^ - = 0,±1,±¿

Trong đó:

xb xu' : ky hièu chi giá tri thưc giá tri gốc để tiến hành thí nshièm

A.I : biến thiên mức thí nghiệm

0, r l , ±d : giá trị mã hóa ( hav mức thí nghiệm ) ma trận dùng để tiến hành thí nshiềm [18, 19, 20]

Số thí nshiệm mị hình thực nehiệm bậc tính theo cơng thức sau:

2n : số thí nshiệm ma trận gốc

2n : sỗ thí nghiệm điểm

N0 : số thí nehiệm điểm tâm, thường lấy N0 > (Như vậy, trường hợp N = 22+ 2.2+ = )

Mơ hình hố thưc nẹhiêm bàc hai tâm xoay đươc tiến hành sớ xây dựng m a trận Q U Í hoạch hoá thực nghiệm bậc hai tâm xoav, ma trận

cột tronơ ma trận thực nghiệm có tính chất sau: T rons đó:

n : số yếu tố ảnh hường đến kết thí nghiêm (n = 2)

V

(i = -ỉ- n)

V .V

U—1 U=1

Với điều kiện :

Á¡ n

>

-Trong đó:

n : số vếu tố khảo sát

N : số thí nghiệm ma trận bậc hai tàm xoay

N* : số thí nghiệm điểm

KhoàniZ cách từ tàm đến điểm sao: d = (2n'q)/4 Số thí nghiệm tàm: N0 >

Từ điêu kiên trẽn ta có bảnơ c? giá trị sau:o

Báng Báng giá trị thí nghiệm có số vếu tị khác nhau

n ^n-q N N* No d

2 92 4 4 5 1.414

•*>

Ĩ 23 8 6 6 1.682 I

4 ? 16 2.000

5 25 32 10 10 2.000

5 95-1 16 10 6 2.000

Phươns trình hồi qui bàc hai tâm x o a v có dạng tổng quát sau: y = b0x + bj Xj + by XjXj + bjjXj-

Việc qui hoạch hoá thực nghiệm bậc hai tiến hành theo bước sau:

4.1 Chọn mưc thi nghiêm

Các giá trị thưc nghiệm yếu cố lựa chọn dưa vào cỏnẹ thứcc ' • ơ » V w tổng quát:

Ỵ t h _ Ỵ g

X = 0,±1 ,± d = — — ^ X th = X s + Ả x

Ậ

Trước hết phải tự đặt x g 2Íá trị gốc cùa vếu tố khảo sát, A.J biến thiên mức thí nghiệm vếu tố Cuối cùne, nhờ còng thức tổng quát mà xác định Xjth giá trị thực để làm thí nehiộm với giá tri mã hoá X, (mỏi yếu tố đươc khảo sát mức khác nhau)

c I > ô/ ã

4.2 Lp ma trn thực nghiệm

_!4

Báng Bàng ma trận mã hóa mơ hình bậc đầy dù hai vếu tố

1 T n X*vO Xi X, Xl2 V X,- y

1 - U -

-+ +• y !

1 » 4- - + +

y ị

1 ■">

1 3 + - — +

4-yi

4 + + +

T* + + V4

5 + -d 0 d2 y.

6 - +d 0 d2

y6

7 + -d 0 d2 y

8 +d 0 d2 y8

9 + 0 0 Vq

10 + 0 0 Ỹ10 1

11 4- 0 0 _ y jj J

12 + 0 0 y 12

13 + 0 0 y.3 i

T rong đó: d = 1,414

Dựa vào ma trận thực nghiệm này, có thè’ lập kế hoạch để tiến hành thí nghiệm cho hợp lý nhất, tiết kiệm thời gian hoá chất

4.3 C ác hệ số hổi qui:

Các hệ số hồi qui tính theo cơng thức sau:

b0 = ~ r {2.J ị (n + )Ỹụ X ị.yu - 2Ẳ ^ c Ỳ Y x ị y , }

•V u= i ;=ị U=1

Q V c V

b ' = ~ Ñ à X ;u -y “ b '! = i V Ị , ẫ 'X m X * y u

bn = -ệj{c1[{n + 2)Ằt - ñ & x lmy u + r ( l - ^ ) I X ^ „ - Ẫ c I x j „ }

i ' U — / = I u = \ li- 1

Với:

N Ị

c “ f ' - A [ ( « + H - « ]

u=l

4.4 Đ án h giá tín h có nghĩa hệ sị hổi qui

nghiệm , thơng thườns thí nehiệm điểm tâm Tính phươns sai cùa thí nghiệm coi sai số chung thí nghiệm:

.Vn

E o m - y o )

rrr= l

N - l

Ỏ đây:

s ,;

No

y o.rr

ỹo

: phươns sai biểu diễn sai số cùa thí nshiệm : sị thí nghiệm làm điểm tâm

: kết quà thí nshiệm điểm tâm

: kết trung bình thí nghiệm điểm tâm

Sau xác định hệ sô hồi qui phương sai biểu diễn sai số thí nshiệm sử đung chuẩn Student (t) để đánh 2Ĩá tính có nahĩa sị này:

- Nếu t,ính > tbang hệ sỏ' hói qui có nghĩa - Nếu t,ính < tbảng hệ số hổi qui bị loại bỏ

Đánh giá tính có nghĩa cùa hệ số hổi qui tìm theo bất đẳng thức cơng thức sau: t,ính > tbảng (p, f0 = N0 -1)

trong

Với:

tinh

7*1

H

Ĩ A ^ r Ì Ị S ,

N s,=

cs c -2

N Ả 4.Ãr

s: =

.Vo X

m = I ^

- y 0 N ữ - Ì

4.5 Đánh giá tính phù hcrp cùa mị hình thực nghiệm

l b

- Nếu Ftinh < Fbáng tức sai khác giá trị hàm mục tiêu tính theo lý thuyết theo thực nghiệm khịng đáng tin cậy (hay khịnơ có sai khác) mơ hình mỏ tả đúns thực nghiệm

Đánh giá tính phù hợp mị hình tìm thịne qua phương trình hổi qui bậc hai tàm xoay theo chuẩn F:

s 2

= ¿p n u h o p

¡inh o bang \ Ắ’ ’ J ph J /

T rong đó:

[ X O ' - j 'u ) ] / / * - [ £ Ơ O m - y o ) ] / / o o _ a =3 _ 7)a| _

^ phuhop

y

♦ f0 = N0 - bậc tự thí nghiệm lặp tâm

♦ fsk = N - N0 - (hoặc fsk = N - N’) bậc tự sai khác lý thuyết thưc nghiệm

{n + l).(n + 2) / \

4 fph - N - -- \ N - ) bậc tự cua phù hợp

♦ N’ số hệ số có nshĩa phương trình hồi qui khảo sát tính phù hợp Nếu Ftính < Fbán? cho phép kết luận mơ hình tìm hồn tồn mị tả với thực nghiệm khảo sát

C ách tra Fbáng (P, fph, f0): Fbáng xác định bảng tra cứu nhờ chương trình Statgraphic Plus. Giá trị Fbáne phụ thuỏc vào độ tin cậv thốns; kê p bậc tự f h f0:

♦ p thườne lấy giá trị 0,95

♦ f0 = N0 - bậc thí nghiệm tự lặp lại tâm

♦ fph = N - [(n+l)(n+2)]/2 - (N0 - 1) bậc tự phù hợp

4.6 T ìm đ ié u kiện thực nghiêm

đươc giá trị yếu tố thí nghiêm ứn• C/ • J ^ với ẹiá trị cưc đai hốc cưc• • • • • tiểu Ngồi cịn có nhiéu phươns pháp khác đê xác dinh cực đại cực tiểu phươns trình hồi qui phương pháp đườne dốc nhất, đơn hình, hay trẽn đồ thị biểu diễn phươne trình hịi qui Nếu vào đổ thị biểu diễn hay đồ thị mặt cắt phương trình

THỰC NGHIỆM

1 Hoá chất dụng cụ

1.1 Đất đẽ chuẩn bị mảu sa lắng

Để chuẩn bị mẫu sa lắng, chọn loại đất sét íphù sa) bãi sơna Hồng, phía chàn cầu Long bièn

Đất sét đem nghiền nhỏ, sấy khoảng nửa ngày nhiệt độ

30°c - 40°c.

Sau sấy khó, đất sét iại đươc nshiền thật mịn Lấy khoảne iOOO đất cho vào bình nước lít khuấv trons phút Để cho đất sa lắng vịng 10 phut gạn 1/3 phía bình Lại pha lỗng phần gạn dược tới lít, khuấy phút, đế sa lắns 10 phút tiếp tục gạn lấy 1/3 phía bình Tiến hành lặp lại việc nàv - lần

Phần gạn sau đem cô để loại nước - ngày ờ

30°c - 40°c Như Vày đất đươc dùng để chuán bị mẫu 2Ìả có cỡ hat nhỏ

và Lièn tục giữ đất nàv nhiệt độ để làm thí nshiệm

1.2 C h ấ t keo tụ

C hất keo tụ dùng phèn nhôm A1,(S04)3 14H:0 - 18 H:0 bán thị trường Phèn loại chất keo tụ dùng phổ biến nhà máy xử lý nước Để chuẩn bị cho thực nghiệm, 500 g phèn giã nhò giữ ờ nhiệt độ 20ửc - 25°c.

1.3 Chất tạo bòng (trợ keo tụ)

được điều hoà nhiệt độ 23°c - 25°c Duns dịch có thể bảo quản trone vịng tuần lễ

1.4 Các hóa chất khác

Các hóa chất khác sử dụng NaOH đặc, H2S đặc, muối Fe, Ca, Mg

1.5 D ụng cụ thí nghiệm

• Máy đo đuc đươc sừ dung máy J . . . c? J M o d e l 21 OOP P o r ta b le T u r b i d i m e t e r hãng H a c k có khả đo độ đục từ 0,01 đến 1000 NTƯ ( n e p h e lo m e tr ic tu rb id ity un its).

D o tc c t o r ũ

t p

Hình Sơ đồ càu tạo máv đo độ đục

Hệ thông quang học máy bao gổm mơt đèn dây tóc T u n g s t e n,

1 detetor 90° để theo dõi ánh sáng tán xạ, detector theo dõi ánh sáng truyền qua Bộ phận vi xử lý máy ưnh tốn tý lệ tín hiệu từ detector KỸ thuật loại bỏ ảnh hưỏmg màu và/hoặc chất hấp thụ ánh sáng (như than hoạt hoá), bù trừ dao động đèn, cho phép máy hoạt độns ổn định lâu dài, xác [25]

• M áy đo pH hiệu Philips • Điện cực Onon

• Dong hổ bấm ẹiâv

JU

• M áy khuấv từ

• Càn phàn tích càn kỹ thuật • Bình đinh mức 25 ml 100ml • Cốc lOOOml

• Các pipét 1, 10, 25, 100ml • Cốc giã bang sứ

2 Quá trình thụt: nghiệm

2.1 C h ọ n mức th í nghiệm

Tùy theo vùng khảo sát mà chọn mức chí nshièm Mức thí nghiêm tính theo cịng thức tons qt sau:

ỵ t h _ ỵ g

xi = ' ‘ / = 0;±1;± ^ ' ỵ x;h = I X sỉ + Ảx i

Bàng Các mức thí nghiệm phèn alginate

Mức Nồng độ phèn Nông độ Alginate

M ã hóa X, X-,

Mức ơỏc 0.05 1.5

Biến thièn X 0.02 1.0

Mức cao +1 0.07 2.5

Mức thấp -1 0.03 0.5

M ức -d 0.0217 0.0858

M ức + d 0.783 2.914

2.2 Tiên hành thực nghiệm

2.2.1 Khảo sát dụ nhớt dung dịch alginate

31

Độ nhớt tương đôi = t / 10

Với:

t - thời d a n chảy duns dịch nhớt kế tợ - thời 2Ían chảv nước cất

Chú ý: trước đo độ nhớt duns dịch, ta phải ngâm nhớt kế có chứa d u n s dịch nàv vào máy điều nhiệt đặt 25°c tronơ khoảnơ 30 phút Sau kháo sát độ nhớt tươns đối duns dịch có none độ alginate cố định phụ thuộc vào pH tiến hành khảo sát độ nhớt dung dịch alginate có none độ khác pH cố định (cụ thể đâv pH = 7) Pha dung dịch alginate có nồng độ 0.5: 1; 2; 3; 4; 9; 11; 12; 14 ms/1 bình định mức 25 ml (sử dụns NaOH đặc để điều chình pH cùa dung dịch 7) Tiến hành xác định độ nhớt tirơnơ đối dune dich bước

2.2.2 Khảo sát tốc độ khuấy tối ưu cho trình tạo bỏng

Quá trình xác định điểu kiện tạo bỏng tối ưu thực qua bước sau:

1)Cân 100 m a đất, cho vào cốc lít chứa 1000ml nước Khuấy với tốc 900 vịng/ phút Đo độ đục dung dịch Tbd;

2) Cho lần lưọt vào dung dịch keo 0,2 g phèn, ml dung dịch alginate nồng độ g/1 Tiếp tục khuấy với tốc độ 900 vòne/ phút khoản2 phút (giai đoạn khuấy trộn nhanh)

3) Sau giai đoạn khuấv trộn nhanh, giảm tốc độ khuấy xuống 50 vòng/phút khuấv khoảnơ 10 phút (giai đoan tạo bông)

4) Để sa lắng tĩnh tronơ vòng 20 phút Đo độ đục dung dịch Tbdo

5) Xác định phần giảm độ đục: ATbd = Tbdị - Tbd2

32

7) Vẽ đổ thị phụ thuộc ATbd thu vào tốc độ khuấv, ta xác định tốc độ khuấy tối ưu cho trình tạo bons

2.2.3 Khảo sát p H lủm việc tối ưu cho trinh

Sau tiến hành khảo sát độ nhớt dung dịch alsinate tốc độ khuấy tối ưu cho q trình tạo bịng, tiến hành khảo sát khoảng pH làm việc tối ưu hệ

Quá trình lchao sát pH tối ưu tiến hành sau:

D C â n 100 mg đất, cho vào cốc lít chứa 1000ml nước Khuấy với tốc độ 900 vòng/ phút Đo độ đục duns; dịch Tbd,

2) Cho lân lượt vào dung dịch keo 0,2 g phèn, ml dung dịch alginate nổ n s độ ơ/1 Tiếp tục khuấy với tốc độ 900 v ò n p h ú t khoảng phút (giai đoạn khuấy trộn nhanh)

3) Sau giai đoan khuấy trộn nhanh, giảm tốc độ khuấy xuống tốc độ khuấy<w> J J ơ » ¥

tịi ưu tìm Tiếp rạc khuấy khoảng 10 phút (giai đoạn tạo bỏng)

4) Đê sa lắng tĩnh trons vòng 20 phút Đo độ đục dung dịch nàv Tbdj

5) Xác đinh phán giảm độ đục: ATbd = Tbd, - Tbck

6) Tiến hành thí nghiệm khác tuân theo giai đoạn trên, dung dịch keo khảo sát có pH ban đầu 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10

7) Vẽ đổ thị phụ thuộc ATbd thu vào pH ta xác định pH làm việc rối ưu cho trình

2.2.4 Đo mau sa lắng

Sừ dụng chương trình statgraphic Plus Version 1.4 để thiết lập ma trận thưc nshiẻm Các thí nghiệm trona luận văn đéu tiến hành theo ma trận thực nghiệm Điểu lưu V tất thí nshiệm thiết lập theo

ma trận đểu mức mã hóa

S i

1 ) Mail sa lắng tất cà thí nghiệm có lượng đất ban đầu 100mg đất/lít nước pha irons cốc 1000 ml

2) Lấy LOOO ml nước cất vào cốc lít, cho lượng đất cân vào khuấv Tốc độ khuấy khoảng 900 vòne/phút

3) Sừ d ụ n s duns dịch H:S hay NaOH đặc đê điéu chình pH duna dịch vẽ

4) Đo đô đục cùa duns dịch keo nàv, ta độ đục ban đầu (Tbdj)

5) Lần lượt cho chất theo thứ tự: phen alginate vào cốc trẽn, tốc độ khuấy khoản? 900 vòne/phút khoảng phút (giai đoạn khuấy trộn nhanh)

6) Sau khoang phút khuấy irộn nhanh, giảm tốc độ khuấy xuống khoảng 200 vịns/phức khuấy tron2 10 phút (giai đoạn tạo bơns)

7 ) Tiếp theo 2Íai đoan tao bơns, neừng khuấy để sa lắng tĩnh troné 20 phút Sau dó dùns pipet hút lOOml dung dịch độ sâu khoảng

10 cm từ bè mặt cốc Đo độ đục mẫu này, ta độ đục cuối (Tbđ:)

8) Như vậv, phần giảm độ đục thu là: ATbd = Tbđ, - Tbd2

9 j Từ két thu được, đưa vào chương trình statgraphics Plus Version Ỉ A dể tính tốn thu phương trình hổi qui giá trị tối ưu phần ATbđ

2.2.5 Khao sát điều kiên tơi ưu nước có độ đục ban đáu khác nhau

Sau tìm điểu kiện tối ưu trẽn trình qui hoạch 111 ực Qơhièm tiến hành khảo sát điểu kiện làm trons tối ưu nước có độ đục ban đâu khác

j 4

dune dịch nàv Tính tốn hàm lượns phèn aisinate theo tỷ lệ cho đat đươc độ đuc cuòi cung 10 NTU Tiến hành thi nshièm với• • • ' tw- •

các nổna độ phèn alginate tính tốn trẽn, lập đổ thị ATbd thu với độ đục ban đầu cùa duns dịch

2.2.6 Khảo sát ảnh hường số kim loai lên trinh

Tiến hành khảo sát ảnh hườne số kim loại Ca*2 M a+2, Fe"3 ion có mật nhiêu tronơ nước, lên kết trình làm trona; nước

Sử d ụ n s phương pháp ô vuôns Latin với ba vếu tố ảnh hường A (Ca*: ), B ( M g+2) c (Fc+3) để qui hoạch hóa thực nghiệm Mỗi yếu tố dược làm mức thí nghiệm (trong trườns hợp nồng độ cùa ion) Toàn qui hoạch thực nghiệm có thè biểu diễn:

Bang Bảnơ qui hoạch thực nshiệm theo phươns pháp

ò vuònơ Latin yếu tò

- ■ -1

»1 a2 a3 a

—

b i C) Cọ c 3

° ị

b; Cọ c3 c4 c,

b c3 c- r 1 j

t

X

ỉ c4 C| C->

1

Với: a,, a2, a 3, a4 mức nồns độ Ca+2 (mg/l) bị, b-,, b?, b4 mức nổng độ M g+2 (ms/l) Cị, c2, c 3, c4 mức nồns độ Fe+3 (mg/1)

35

Bảng Các mức nồng độ ion khảo sát

Ion Mức (mg/1) Mức (mg/l) Mức (mg/1) Mức (mg/I)

C at2 70.0 80.0 90.0 100.0

M gư 50.0 60.0 70.0 80.0

F e +3 10.0 20.0 30.0 40.0

J

KẾT QUA VÀ THẢO LUẬN

1 K ết qua thí nghiệm khảo sát dộ nhớt dung dịch alginate

Dưới bản2 kết thực nghiệm thu phụ thuộc độ nhớt dung dịch alginate vào pH (nồng độ alginate m s/l):

Bảng Kết phu thuộc độ nhớt dung dịch alginate vào pH

pH 3.5 ! 10.0

I

t (s) kết tủa I 421.0 83.0 113.0 110.0 125.0 77.0 85.0 !

^

I

I

I

ị 28.0 27.0 28.0 26.0 29.0 28.0 29.0

t/tọ 15.03 3.07 4.03 4.23 4.31 «w / 2.93

Biểu diễn kết đổ thị:

pH

Hình Đổ thị phụ thuộc độ nhớt dung dịch aleinate vào pH

Q ua đổ thị có thê nhận xét thấy pH = 4, duns dịch alsinate có độ nhớt cao Tới pH = 5, độ nhớt siảm nhiều Tuy nhiên pH trung tính (khoảns từ đèn 8), độ nhớt duns dịch cao chút

¿7

Báng Độ nhứt cùa duns dịch alginate nồng độ khác nhau

c

(mg/1)

0.5 1 11 12 14

t (s) 89.0 101.5 105.5 117.88 119.5 179.0 184.0 1302 1628

t0(s) 27.0 29.0 27.0 28.0 26.0 28.0 27.0 29.0 27.0

tiio 3.29 3.5 3.9

-4.24 4.6 6.4 6.8 44.9 60.3

Các kết biểu diễn đồ thị:

Nồng độ Alginate (mg/1)

Hình 10 Đổ thị biểu diẻn độ nhớt dune dịch

alginate nồng dộ khác

Từ đồ thị thấv rõ với nổns độ alginate lớn hon 11 mg/l độ nhớt tương đối dung dịch tăng đột ngột lên cao

2 Kết khảo sát tốc độ khuấy tối uu cho trinh tạo bông Dưới đâv báne kết thực nghiệm thu được:

B àn^ 10 Kết khảo sát tốc độ khuấy ưu cho trình Tốc độ khuấy

(vịns /phút)

50 100 150 200 250 300 350 400

Tbd, (NTƯ) 107.5 106.9 105.0 107.0 109.0 108.7 106.3 108.0

Tbd2 (NTƯ) 28.8 27.1 20.7 19.4 25.3 28.5 31.1 44.3

ATbd (N T U ) 78.7 79.8 oo O

J

,5

-Biếu dien kết thu bàng đổ thị:

TỐC đ ộ k h u y ( v ò n g / p h ú t )

Hình 11 Đổ thị kháo sát tốc độ khuấv tối ưu cho trình

Căn vào kết đổ thị, tốc độ khuấy tối ưu cho trình đạt cực đại 200 vòns/ phút

3 K ết kháo sát pH làm việc LỈU cho hệ

Sau kết thực nghiệm thu được:

B àng 11 Kết khảo sát khoảnơ pH làm việc tối ưu cho hệ

4

Tbd, 107.5 106.9 105.0 107.0 109.0 108.7 106.3

T b d, 27.7 21.4 17.8 19.7 21.7 24.1 26.1

A T bd 79.8 85.5 87.2 87.3 87.3 84.6 80.2

Thiết lập đổ thị theo kết này:

Từ đổ thị trên, nhàn thấy rõ r n e rãne trons khoảng pH từ đến phần giảm độ đục tương đối siởng cao Như chọn pH làm việc tối ưu hệ khoảng từ đến

4 K ết tính tốn qui hoạch thực nghiệm 4.1 K ết q u th í nghiệm

Dưới đâv bàns sô liệu thực nghiêm thu (kết thí nghiệm thu được tiến hành theo ma trận thực nehiệm lập bản? chưcmc trình

Stgraphic Plus Version 1.4).

iV

B àng 12 Kết thí nshiẹm thu theo qui hoạch thực nghiệm

TN Đó đục đâu Đõ đuc cuối

■

ATbd

r 1 09.5 9.9 99.6

Ị 107.3 31.1 76.2

->

1 8.0 33.3 74.7

1 106.5 8.6 9

5 9.8 9

6 07.3 24.7 82.6

7 104.7

-7

ị 6.9 5.7 101.2

i 109.8 15.1

10 106.4 9.0

1 110.2 31 7

1 113.7 18.1 95.6

1 13 106.9 5.6 101.3

4U

Bans 13 Tóm tắt thiết kế thí nshiệm

D e s i g n S u m m a r y

D e s i g n cl ass : Re sp on s e Su rf ace

D e s i g n n a me : C e n t r a l c o m oo si te des i g n : ~ * star D e s i g n c h a r a c t e r i s t i c : R o ta t a bl e

Fi le n a m e : H O N G SFX 3 a se D e s i g n

N u m b e r o f e x D e r i m s n t a l factors: 2 M u m b e r of blo ck s: 1

Numtoer of re spo n s es : 1 N u m b e r of c e n t e r p o m t s oer block: 3 N u m o e c o f runs: 13 E r ro r d e g r e e s or freedom: 7

R a n d o m i s e d : Yes

F a c t o r s Low High Un it s C o n t i n u o u s

A l u m -1.0 1.0 Yes

A l g i n a t e -1 0 1.0 Ye s

R e s p o n s e s units T u r D _ r e d u c

B ảng 14 Bảng tiến hành thí nghiệm giá trị mục tièu thu

H U N G S F X

run A l u m A l g i n a t e Tu rb reduc

1 0.0 0.3 99.6

2 0.0 - 14 1 76.2 3 - 4 1 0.0 74 7

4 0.0 0.0 97 9

5 -1 0 73.9

5 -1 0 -1.0 3 ố

7 1 42 1 0.3 74.0

8 1.0 1.3 101.2

9 0.0 0.3 94.7

10 0.0 1.41421 97.4

ỵ 1 1.0 -1.0 78.5

0.0 0.0 95.6

13 0 0 0.0 i^i 3

4.2 X lý sò liệu đ án h giá

4.2 J Tính tốn kết thu được

41

Ban« 15 Bans mo ta dinh iron2: anh hirong cua cac veu to

A n a l y s i s S u m m a r y

F i le r.arr.e: H U N G S F X

E s t i m a t e d e f f e c t s for T ur o reouc

a v e r a g e = 97.32 -/- 1.22368 A : A l u m * 5.5 52 53 +./■? 1,93482 3 : A l ? i n a r e - 10 9953 -/- 1.93482 A A - - “ 32 2.0 74 86

AB * 15.7 +/- 2.73624

EB * - 2 6

S t a n d a r d e r r o r s are b a s e d on pure error w i th d.f.

B ang 16 Bang phan tich phirong sai thi nghiem

A n a l y s i s o f 'ariar.ce for T u r o _ r e a u c

S o u r c e S u m of Squares M e a n S qu a r e ? - R at i o ?-7 al u e

A-.Alum n 1.661 61.661 3 24 0.04 55

3:A l g i n a t e 241.794 i 241 79 4 32 30 0.00 47

.AA 321.393 1 3 93 109.71 0.00 05

AE 246.49 I 24 9 32.9 2 0 00 46

33 149.351 I 149 1 20 1 0.0 11 0

Lack.-of-:it 129.222 3 43.0 74 0 • 3 0.0621

Pure er ro r 29.948 7 487

T o t a l corr. 1604.06 ' o - i.

R - s q u a r e d ?0.077i pe rc en t

R - s q u a r e d a d j u s t e d for d.f.) * 52.9893 p e r c e nt S t a n d a r d E r r o r of Est - 4.7485

M e a n a o s o i u t e er r or = 2.9 38 9

Bang 17 Bang gia tri cac he so hoi qui

■■ - -—

R e g r e s s i o n co eff s for ? u r b _ r e d u c

c o n s t a n t = 97.32 A : A l u m 2 7 6 3: A l g i n a t e S 5 97 7

AA s - 66 3

AB 8 " 35

4.2.2 Đ ánh giá tính có nghĩa cùa hè số hối qui

Căn vào bảns phàn tích phươnơ sai trẽn, thấy tất cà hệ số thu đểu có nshla Điều lưu ý việc loại bỏ ảnh hườns yếu tò tới hàm mục tiêu tính dựa F - ratio phươne sai yếu tố và sai số cùa thí nghiệm Nếu giá trị F lớn F ;ra bản% thi ảnh hường cùa yếu tố hàm muc tièu có nạhĩa Điểu nàv lý giải bự sai khác hai mức vếu tô dẫn tới thav đổi hàm mục tiêu, nêu sai khác nàv lớn sai sơ thí nshiệm ánh hường yếu tơ lên hàm mục tiêu có nghĩa Ngược lại, F nhị F trahảns chì yếu tỏ không ánh hườns lên hàm mục tiêu Tuy nhiên chương trình Statgraphic P lus vào Pareto C h a n (hình 14, phụ lục) ta có thể thấy neay khơnc thê loại bó hệ số (hay yếu tố nào) phương trình hổi qui thu (khịns có vếu tơ nằm đườns kẻ dọc) Trons Pareto Chart, việc loại bò hệ số thực nhờ sử dụne chuẩn Student.

Như ta thu phươns trình hổi qui sau:

y = 97,82 + 2.77626 X, + 5,49767 x2 - 10.8863 X,2 - 4.64125 x22 + 7,85 x,x2

4.2.3 Đ ánh giá tín h có nghĩa cứa hàm m ục tiêu

Từ bans; phân tích phưcmg sai (bảns 16), vào phần Lack - o f - fit

T est, đối chiếu với giá trị p - value, ta thấy giá trị lón 0,05,

phương trình hàm mục tiêu mơ tả thí nghiệm (Lack - o f - fi t Test phép thốns kè để mơ tả độ thích ứns mơ hình thí nghiệm Nếu một mơ hình có Lack - o f - f i t Test có nehla biểu diễn giá trị p -

value nhỏ 0,05 khơng nên sử dụng mơ hình đế mỏ tả thí

nghiệm

4.2.4 Đ ánh giá h m m ục tiêu thu được

43

huóng cüa véu tó la lón hav nhó má khóng cho biet ánh hng dó la tích circ hay tiéu circ hám muc tiéu Két qua phán tích cho tháv nhu sau:

♦ Anh huóng bác cua x, la lón nhát va la tiéu cuc

♦ Anh huóng tuong hó cúa x¡ va x2 lón thú hai va la tích cuc ♦ Anh hns cúa x- lón thú va la tích cuc

♦ Anh hna bác cúa x-, lón thú tu va la tiéu cuc ♦ Ánh huong cúa x¡ la nhó nhát vá tích cuc

Tuy nhién trén dáv mói chi la ánh huong riéng re cúa túng he so hói qui */ Dánh giá ánh huóng tóng the cúa túng yeu tó' vá anh huóng tuong hó cúa chuno: Can cú váo dó thi ó hinh 15 (phu luc), ta có thé tháv ró ánh huong tóng thé cua hai véu tó phén nhóm vá alginate hám muc tiéu thóng qua dang duóng cong Anh huóng tuong hó cúa hai véu tó dupc mó tá ó hinh 16 (phu luc) Ánh huóng tuong hó náy duoc mó tá la dién tích nám irong víing mát pháng cúa hai duóng cong

Báng 18 Két uóc lucrng cho két sa láng

Z s z i m a c i o n .".esuitj for T u r o _ r e a u c

O b s e r v e d Fitted Low er % CL U p p e r 95 0% CL

Ro w Value Value for Fo r e c a s t for F o re c a st

1 99 6 97.32 3 97 9 106.142

i 76.2 80.7627 71 78 3 90.4 47

3 "4.7 72 16 13 62.4 77 81 45 7

4 97 # a 97.32 3 9 106.142

5 ~ 9 77 33 9 6 95 36 36 82

ó 32 h 31 38 85 "¿.2042 91.5 72 9

7 74.0 30.0138 70 32 4 39 6981

3 101.2 98.4364 38.752 108.121

9 94.7 97.82 3 9 106.142

10 97.4 96.3124 36.628 105.997

11 78 5 71 '411 62 05 7 31.4254

i *% • — 25 ó 97.32 3 97 9 106.142

44

Qua bang 18 co the nhan thav cac gia tri du doan qua ham rnuc tieu thu duoc khons khac nhieu vcri • w ^ 21a tri ta lam va d£u nam trons khoano;C/ C cho phep

4.2.5 Tim dieu kien toi ini cho th i nghiem

Sir dung phuong phap duong doc nhat dd tim cuc dai cua thi nghiem B ang 19 Ket qua tim dieu kien toi txu theo phuong phap duong doc nhat

P a t h of St e e p e s t As c e n t for T u r b _ r e d u c

P r e d i c t e d A i u X Al gi na t e T u r b _ r e d u c

0.0 0.0 9 2

0 05 3.0998544 9 47 5

■j L 3.20039 9 63 8

0.1 5 0.30281 99 58 7

0 z 3.405361 10 0.0 43

0.2 5 3.508333 100 28

0.3 0.611564 10 0.741

0.25 3.'14937 100 83

0.4 0 319375 101.152

0.45 0 521835 101 49

0.5 1.0252" 10 1.274

0 55 1.0894 101.244

0 6 1.09853 1 18 6

0 5 1.0939 101 75

0.7 1.08382 100 1

0 5 1.07079 100 59

0.3 1.05591 10 348

0.95 1.03974 9 65 3

0.3 1.02263 9 10 2

I 95 1.00479 98 82

1 1.0 3.986375 9 80 1

Qua bang trcn ta nhan thay ham muc tieu thu duoc co gia tri toi uu cho phdn sa lang duoc (dat cuc dai) tai x, = 0.5 va x2 = 1.02527 (day la gia tri ma hoa)

Nhir vay chuven tir gia tri ma hoa gia tri that ta duoc: * Nong dd phen sir dung la:

X t'h = X,s 4- a , x , = 0.05 + 0,02 x 0,5 = 0.06 g/l phen * N ons alsinate sir duns la:

45

Khi ATbđ opt = 101,274 NTU

T iế n h n h m lại th ự c n s h iệ m với c c g iá trị tố i ưu tín h to án đ ợ c, ta thu đư ợ c:

Tbd, = 108,9 NTU Tbd; = 9,2 NTU

Vậy: S T b d = Tbd, - Tbd: = 108,9 - 9,2 = 100,7 NTU.

5 K ết khảo sát diếu kiện tơi uti vói nước có độ dục ban dầu khác nhau

S au k h i đ ã th u đ ợ c k ế t q u đ iề u k iệ n tối ưu, tín h c c tỷ số: */ Tỳ sô nồng độ phèn:

raium = ATbdopt/[phènj = 101,274 : 0,06 = i 687,9 NTƯ.l/g */ Tỷ sô nồng độ alginate:

raiginate = ATbclopt/[alginateI = 101,274 : 2,5 = 40,5096 N T U l/m g C ă n c ứ vào h tỷ s ố thu d ợ c trê n , có th ê tín h to n lý th u y ế t đư ơc n n g đ ộ p h è n n h ô m a ls in a te p h ả i sứ d ụ n g đ ể đ a đ ộ đ ụ c c ủ a d u n g d ịc h

10 N T Ư

B àng 20 L ợ n g p h è n a lg in a te tố i ưu th e o tín h to n với đ ộ đ ụ c b a n đ ầ u k h c n h a u

D ung dịch keo (m g đ ấ t/1)

200 300 400 500 600 700

Tbd, ịN T U ) 157 223 346 470 580 830

A Tbd (NTU ) 147 213 336 460 570 820

[phèn] lỷ thuyết 0.0871 0,1262 0,1991 0,2725 0,3377 0,4558

[Â1 , n] 1ý thuyết 3,6 8,3 11,4 14,1 20,2

46

Hàn» 21 K ết q u ả k h ả o s t đ iề u k iệ n tô i ưu đ ố i với d u n s d ịc h có đ ộ đ ụ c b a n đ ầ u k h c n h a u

D ung dịch keo I m g đất/ì)

200 300 400 500 600 700

Tbdị (N TU ) 158 227 343 475 582 827 ị

T b d2 (NTU ) 9.7 11.3 30.7 40.6

L ậ p đ ổ thị s ự phu th u ộ c g iữ a đ ộ đ ụ c b a n đ ầ u T b đ , T b đ thu đ ợc: 45

-158 227 343 475 582 827

Độ đục đầu (NTƯ)

H ình 13 Đ ổ thị k h ả o sá t đ iề u k iệ n tối ưu c h o c c đ ộ đ ụ c b a n đ ầ u Q u a đ th ị n v có th ể th ấv rà n e với d u n g d ịc h k e o c ó đ ộ đ ụ c b a n đ u iớ n hom N T U c ác k ế t q u ả th u đ ợ c k h ô n g c ò n tu â n th e o c c k ế t q u ả tín h to n lý th u y ế t

6 K ết đánh giá ảnh huởng sơ kim loại lên q trình

C c k ết q u ả th u d ợ c:

B 22 K ế t q u ả th í n g h iệ m k h ả o s t ả n h h n s c ù a c c lon th e o p h n s p h áp ô v u ô n L a tin

C a*2 (mg/1) M g+2 (mg/1) Fe+3 (mg/1) A Tbd (NTU)

a ' b, c, 99.8

a, b Co 92.4

a! 0,

a ! b4 c4 96.4

‘àn b, 91.3

47

C a '“ (m g/l) Vlg (m g/1) Fe‘J (mg/1) ATbd (NTƯ)

â/l b, Cị 96.4

ao ba C, 88.7

a-, b, Cj 99.7

a, b~ Ca 91.3

a b, c, 99.8

a, ba C-, 87.5

a* b, C4 97.1

a4 b-, c, 100.2

a4 b~ c-> 95.7

a* t>4 C-, 98.5

Các kết tính toán với liệu thu chương trình

Statgraphic Plus:

Bang 23 Tóm tất q trình phàn tích phương sai theo ị vns Latin

D e p e n d e n t var ia o ìe : T u r b reduc r i c t o r s :

Ca M q

Fe

N u m o e r of c o m p l e t e c as e s : 16

Ban« 24 Kết phàn úch phương sai bárm phương pháp ô vuòns Latin

A n a l y s i s of V a r i a n c e for T u r b _ r e a u c - Type III Sums of S q u a re s

S o u r c e S u m of Sq ua res Df •an Sq ua re F -R at i o ? -Va lu e

M A IN E F F E C T S

A: C a 37 16 3 J 2 0 6 5 56 0 9

3: Mg 31 269 2 56 5.32 3.0398

2 : : S 97 28 69 32.429 6.33 0.0274

{ R E S I D U A L 30.7588 6 5 1 6

T O T A L C OR R EC T E D ) 29 89 15

A l l F - r at i os are c a s e d on Che res id ual .Tie an squ ar e error.

48

KET LUẬN

Quá trình tiến hành thực nghiệm, xử lý, đánh siá kết thu cho phép rút sỏ kết luận trình khảo sát sa lắng cận đất sét nước bề mặt kết hợp sử dụng phèn với alsinate sau:

♦ Sự kết hợp phèn (một chất keo tụ) với lượng nhò alginate (một chất trợ keo tụ) cho phép siảm đánơ kể lượns phèn sử dụne (cụ thể trons luận vân đi':i với nước bể mạt có độ đục truns bình khốns 107 - 108 NTƯ, lượns phèn sừ dụns 0.06 g/1; lượns alsinate sừ dụng 2.5 mg/1)

♦ Hỗn họp phèn alginate cho hiệu sa lắng tốt đối vói nước bé mặt có pH ban đáu khoáns từ đến 8; độ đục ban đầu không 475 NTU ♦ Độ đục cuối nước xử lý bans hỗn hợp đạt yèu cầu

sử dụng nước sinh hoạt (độ đục cuối nhỏ 15 NTU)

♦ Toàn trình thực nehiệrn dựa phươns pháp kế hoạch hóa xử lý sơ liệu thực nehiệm cho thấy phươns pháp còng cụ đắc lực việc tiến hành thực nghiệm, tính tốn két Nó cho phép tìm phương trình hói qui mà hệ số mỏ tả mức độ ảnh hườne vếu tố (nồng độ phèn nồng độ alginate) lèn khả sa iắng Nhờ phươns trình này, tính kết trona khoảng lchảo sát, mà không cần tiến hành thèm thực nghiệm

49

TÀI LIỆU THAM KHẢO

P H A i \ TIẾ NG V IẺ T

[ ] Lè Nguyên Tào Lè Tiến Hồn,

"Giáo trình hóa học chất keo"

Trườiis ĐHTH Hà nội 1972

P H Ầ N TIẾ NG Ả N H

[2] E M atijevic,

"Journal C olloid Interface Science", Vol 43, 1973.

[3] J L Brault (ed.),

"W ater Treatm ent H andbook",

Lavoisier, 1991

[4] A Am irtharajah, c R o Melia,

"W ater Quality and Treatm ent",

Me Graw Hill, 1990 [5] R F Packham,

"Proc Water Treatment and Exam ination", Chemical Abstract Vol 13, 1964

[6] G R o M elia,

"Physicochemical Processes fo r Water Quality Control",

W iley - Interscience 1972 [7] J K Dixon,

"Encyclopedia o f Polymer - Science and Technology",

50

[8J C R Shultz and D A Okun

'Surface Water Treatment fo r Communities in Developing C ountries”,

John W iley & Sons, 1984 [9] S Kawamura,

"Effectiveness o f Natural Polyelectrolytes on W ater Treatm ent"

Jour AW W A, 83:10:88, 1991 [10] S Murcott

"The Use o f Chitosan and Other Natural Cationic Polymers in Drinking Water Treatm ent",

AW W A W QTC Conference, 1993 I l l ] S Moore

"Proc Am Soc Sugar Beet Technol" 7, 752, 1952.

[12] J Evans,

"Safe Drinking Water fo r Developing W orld".

Our - Planet (UNEP), v.3 (1), 1991 [13] R M Hedrick and D T Mowry,

"U.S Patent 3,516,932", 1970.

[14] L Demeter, B Galgoczi, E Bozzay and I Zagyvai,

"U.S Patent 3,479,283", 1970.

[15] J R Harrison and Monagle,

"U.S Patent 3,479,283", 1969.

[16] R R Annand D Redmore and B M Rushton,

"U.S Patent 3.576,740", 1971.

[17] R R Annand, D Redmore and B M Rushton,

"U.S Patent 3,509,046", 1970.

[18] Ed Morgan,

51

(19] Charles R Hicks,

"Fundam ental Concepts in the Design o f Experim ents".

Holt, Rinehart and W inston, 1964 [201 F W Fifield and P J Haines,

"Environmental Analytical Chem istry”,

Blackie Academic & Professional 1995 f211 A S teot Ann.,

"N ew York Acad Sci.", 155, 593, 1969.

[221 Yoshinari Kobayashi and Ryukichi Matsuo,

M anufacture and Physical Properties o f Alginate Fiber - Papers as an Analysis Model o f Cellulosic Fiber - P apers",

Journal of Applied Polymer Science Vol John W iley & Sons 1986

[23] I A Olsen,

”F ood M anufacture", 30, 267, 1955.

[24] R N M oneneff,

"Drugs and Cosmetic Ind 70", No 2,237, 1952.

[25] "Model 2100 Portable Turbidimeter Instruction M anual",

Hach Company, 1995

P H Ầ N TIẾ NG P H Ả P

[261 B Dussert,

"Polymerization des Composes Aromatique par O xidation”

52

P H A N TIENG NGA

[ Ị M TajiuHCi

"PỈ3Ổ Bv306 Xiluilh LI XuM.TexHOJi.'', 11.613,1968

[28] E J EaõeHKOổ.

"O m icm m eodbi KoazyjiHumaMu",

M s t í O a m e ĩ b c m t ì ũ HÜVKÜ, M o c K e a , H.

[2 9¡ C C BoỉoiịKuủ,

" K y p c KOAJIOU0HOÜ X llM U it M ",

Standardized Pareto Chart for Turb reduc

PHỤ LỤC

AA AB 3:Alậiơ BB

À :A ỉx ưn

H ình 14 Pareto Chart trình qui hoạch thực nghiệm

4 6 3 10

Standardized effect

12

Main Effects Plot for Turb reduc

100

ijjj 96

' w CD U | 92

H 38

34

H ình 15, Đó thi khảo sát ảnh hưởng tổng thể X và• w w l

1.0 1.0

Alum

1.0 1.0

T

u

rb

re

d

u

c

54

Interaction Plot for Turb reduc

H 101 o

i-H I 91

H 31

71

H inh 16 D6 thi bieu d iln anh hucmg tuong ho cua X va X 2

111

•1.0 1.0

Alum

Estimated Response Surface

111 101 I 91

31

71 ° f i l

2" Alginate

A

l

g

i

n

a

t

e

55

Contours of Estimated Response Surface

0.6 02

-0

-06

-i -0.6 -0.2 0.2 0.6

Alum

■

Turt>_re<iic 75 0-79.0

M 79 0-83.0

3 * 33 0-87.0 87.0-91.0 91.0-95.0 ijii 95.0-99.0

m 99 0-103