Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải in và nước thải hồ văn bằng phương pháp keo tụ

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi Luận văn thạc sĩ hóa Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thảI in nước thảI hồ văn phương pháp keo tụ ngành: hóa lý-hóa lý thuyết mà số: 62 44 31 01 bùi thị vân Người hướng dẫn khoa học: ts Trần thị thủy Hà Nội 2008 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học LờI Mở ĐầU Nước đóng vai trò quan trọng sống trái đất Nước cần thiết người để sử dụng với mục đích ăn uống, sinh hoạt Trong năm gần đây, tác động chế thị trường nên tình trạng đô thị hóa diễn nhanh chóng phạm vi nước Cùng với phát triển công nghiệp, gia tăng dân số cách bùng phát kéo theo nhiều vấn đề vô phức tạp, môi trường sống ngày trở nên ô nhiễm nặng nề, đặc biệt nguồn cung cấp nước cho sinh hoạt hệ thống xử lý nước thải - hai nhân tố ảnh hưởng trực tiếp lâu dài đến sức khỏe người Vì thế, người phải biết xử lý nguồn nước cấp để có đủ số lượng đảm bảo đạt chất lượng cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất công nghiệp giải hậu ô nhiễm môi trường Đây vấn đề mang tính cấp bách lâu dài Để xử lý nước thải nguồn nước bị ô nhiễm có nhiều phương pháp xử lý khác Nhưng vấn đề đặt để chọn phương pháp mang tính khả thi nhằm quản lý cải tạo môi trường sống ngày tốt Chính vấn đề nên đà lựa chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp sau: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thảI in nước thảI hồ văn phương pháp keo tụ Nội dung bao gồm: Bùi Thị Thanh Vân Phần I: Tổng quan tài liệu Phần II: Các phương pháp nghiên cứu Phần III: Kết thảo luận Phần IV: Kết luận Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học PHầN I TổNG QUAN TàI LIÖU -    - CHƯƠNG I NƯớC, Sự Ô NHIễM NGUồN NƯớC Và NƯớC THảI I Nước ô nhiễm nguồn nước I.1 Nước tự nhiên Nước môi trường phát sinh sống nhân tố đặc biệt quan trọng để trì sống Trong phát triển loài người, nước đóng vai trò then chốt ngành nông nghiệp, công nghiệp đời sống hàng ngày Điều kiện đặc biệt quan trọng cho tồn sống trái đất đặc biệt sống người nước Nước nguồn gốc sống, môi trường để sống diễn phát triển nên nước cần thiết, tài sản chung nhân loại Theo kết tính toán khoa học 75% diện tích bề mặt Trái Đất bao phủ nước Trong 97,5% nước trái đất nằm Đại Dương nhiễm mặn Trong 2,5% nước không nhiễm mặn 3/4 tồn dạng băng hai cực trái đất núi cao 1/4 lại 96% tồn bề mặt nước (nước ngầm) có 4% sông ngòi, ao, hồ Như tổng thể nước mặt chiếm 1% nước ngầm chiếm 24% lượng nước không bị nhiễm mặn[3] Do lượng nước dùng Nước phân tử phân cực với độ dài l­ìng cùc lµ 0,39Ao vµ cã cùc tÝnh lín víi mômen lưỡng cực M= 1,87D Do nước đóng vai trò dung môi cho hầu hết loại dung dịch, nguyên nhân làm cho nước thường chứa tạp chất bẩn Bùi Thị Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học Nhiệt dung riêng nước 4184 J/kg.oC, lớn so với chất lỏng chất rắn nên đun nóng làm nguội lâu hơn, nước giữ cho sống diễn nước không bị biến đổi đột ngột nhiệt Mặt khác, nhiệt hoá cđa n­íc lµ 2258 kJ/kg cịng lµ lín nhÊt so với chất lỏng khác lên nước đà tích luỹ lượng nhiệt lớn giải phóng ngưng tụ nước yếu tố ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu Hình học phân tử n­íc H 104,45o H O 0,9684 Ao TÝnh l­ìng cùc Ôxy có độ âm điện cao hiđrô Việc cấu tạo thành hình ba góc việc tích điện phần khác nguyên tử đà dẫn đến cực tính dương nguyên tử hiđrô cực tính âm nguyên tử ôxy, gây lưỡng cực Nước dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực Các hợp chất phân cực có tính ion axít, rượu muối dễ tan nước Tính hòa tan nước đóng vai trò quan trọng sinh học nhiều phản ứng hóa sinh chØ xÈy dung dÞch n­íc Bïi ThÞ Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường muối, tạo ion tự dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua Về mặt hóa học, nước chất l­ìng tÝnh, cã thĨ ph¶n øng nh­ mét axit hay bazơ pH=7 (trung tính) hàm lượng ion (OH-) cân với hàm lượng ion (H3O+) Khi phản ứng với axit mạnh thí dụ HCl, n­íc ph¶n øng nh­ mét chÊt kiỊm: HCl + H2O H3O+ + ClVới ammoniac nước lại phản ứng nh­ mét axit: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OHN­íc nguồn tài nguyên quan trọng quý giá loài người, song nguồn nước lại ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng với phát triĨn cđa x· héi I.2 Sù « nhiƠm n­íc hiƯn Sự ô nhiễm nước có mặt hay nhiều chất lạ nước Khi vượt ngưỡng chịu đựng thể sinh vật chất trở nên độc hại Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên mà thành phần tính chất nước bị thay đổi nhiều tạp chất đưa vào Thực ra, nước có khả tự làm thông qua trình biến đổi lý - hóa, sinh học, hấp phụ, lắng, lọc, tạo keo, oxy hóa khử, trao đổi chất Cơ sở để trình đạt hiệu cao phải đủ oxy hòa tan Khi lượng chất thải đưa vào nước nhiều, vượt khả tự làm nước kết tính chất nước bị thay đổi Sự thay đổi tính chất thành phần nước có ảnh hưởng Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước bao gồm: - Giảm độ PH nước ngät « nhiƠm bëi H2SO4, HNO3 tõ khÝ qun nước thải công nghiệp, làm tăng hàm lượng SO32- NO3- nước - Tăng hàm lượng ion Ca , Mg , Si nước ngầm nước sông - Tăng hàm lượng ion kim loại nặng nước tự nhiên, tăng hàm Bùi Thị Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học lượng muối, hợp chất hữu cơ, giảm nồng độ oxy hòa tan nước tự nhiên, giảm độ nước Tình trạng ô nhiễm nước nước ta ngày nghiêm trọng có nguy gia tăng Vấn đề đặt phải có biện pháp quản lý nước bề mặt, nước thải nhà máy phải xử lý trước thải môi trường II Phân loại đặc tính nước thải Nước thải chất thải trình sử dụng người đà biến đổi tính chất ban đầu chúng II.1 Phân loại nước thải Thông thường nước thải phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng Theo cách phân loại ta có loại nước thải sau đây: - Nước thải sinh hoạt - Nước thải công nghiệp - Nước thải đô thị - Nước thải tự nhiên II.1.1 Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt nước thải từ khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học sở tương tự khác Do lượng nước thải sinh hoạt dao động khoảng lớn Tùy thuộc vào mức sống thói quen người dân, ước tính 80% lượng nước cấp Nước thải sinh hoạt chứa nhiều tạp chất khác khoảng 52% chất hữu cơ, 48% chất vô vi sinh vật[1] Các vi sinh vật nước thải thường dạng virút vi khuẩn hại có tác dụng phân hủy chất thải II.1.2 Nước thải công nghiệp Là nước thải từ nhà máy hoạt động, có nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp chủ yếu Công nghiệp ngày phát triển mạnh kéo theo lượng nước thải từ nhà máy thải trực tiếp Bùi Thị Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học vào hệ thống sông ngòi lớn, hầu hết chưa qua xử lý xử lý sơ trước thải môi trường Việc xử lý nước thải công nghiệp phải dựa vào đặc điểm thành phần nước thải sản xuất nhà máy Do vào thành phần khối lượng nước thải mà lựa chọn biện pháp công nghệ thích hợp để xử lý cho hiệu chi phí mức thấp II.1.3 Nước thải đô thị Nước thải đô thị gồm khoảng 50 % nước thải sinh hoạt, 14% loại nước thấm, 36 % nước thải sản xuất Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu điều kiện đặc trưng thành phố Khoảng 65 % đến 85 % lượng nước cấp cho người trở thành nước thải Lưu lượng hàm lượng chất thải nước thải đô thị thường giao động phạm vi lớn II.2 Các đặc trưng nước thải Trước tiên ®Ĩ thiÕt kÕ, lùa chän c«ng nghƯ xư lý n­íc thải hợp lý ta cần phải hiểu tinh chất vật lý, thành phần hóa học sinh học nguồn gốc phát sinh chúng liệt kê bảng[1] Bảng 1.1: Các tính chất vật lý, hóa học sinh học đặc trưng nước thải nguồn gốc chúng Tính chất Nguồn gốc phát sinh ã Các tính chất vật lý: - Chất thải sinh hoạt công nghiệp, phân rà tự - Màu nhiên chất hữu - Sự thối rữa chất thải chất thải công nghiệp - Mùi - Cấp nước cho sinh hoạt, chất thải sinh hoạt - Chất rắn sản xuất, sói mòn đất, dòng thấm, chảy vào hệ thống cống - Nhiệt độ - Các chất thải sinh hoạt sản xuất ã Thành phần hóa học ã Nguồn gốc hữu cơ: - Các chất thải sinh hoạt, thương mại sản xuất - Cacbonhydrat Bùi Thị Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Mỡ, dầu, dầu nhờn - Thuốc trừ sâu - Phenol - Các chất hoạt động bề mặt - Các chất khác Nguồn gốc vô - Clorua - Các kim loại nặng - Nitơ - pH - L­u huúnh - C¸c chÊt khÝ H2S CH4 ã Thành phần sinh học - Các động vật - Thùc vËt - Sinh vËt nguyªn sinh - Virót Khoa Công nghệ Hóa Học - Các chất thải công nghiệp - Các chất thải sinh hoạt thương mại - Các chất thải sinh hoạt sản xuất - Nước thải, cấp nước thải sinh hoạt, trình thấm nước ngầm - Cấp nước sinh hoạt, chất thải sinh hoạt, trình thấm nước ngầm, chất làm mềm nước ã Bùi Thị Thanh Vân - Các chất thải sinh hoạt nông nghiệp - Các chất thải sinh hoạt công nghiệp - Các chất thải sinh hoạt công nghiệp - Phân hủy chất thải sinh hoạt - Các chất thải sinh hoạt công nghiệp - Các chất thải sinh hoạt công nghiệp - Các chất thải sinh hoạt công nghiệp - Các chất thải sinh hoạt công nghiệp - Các dòng nước thải hở nhà máy xử lý Các dòng nước thải hở nhà máy xử lý Các chất thải sinh hoạt nhà máy xử lý Các chất thải sinh hoạt Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học CHƯƠNG II CáC CHỉ TIÊU ĐáNH GIá CHấT LƯợNG NƯớC Mỗi quốc gia đưa tiêu chuẩn chất lượng môi trường thông qua giới hạn nồng độ cho phép tiêu chất lượng nước để kiểm soát đánh giá chất lượng nguồn nước nước thải Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt xây dựng để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt (ao, hồ, sông, biển) Đối với tiêu chuẩn này, số tiêu quan tâm : ã Các tiêu vật lý: Nhiệt độ, độ đục, độ màu, độ phóng xạ, hàm lượng chất rắn, độ dẫn điện, mùi vị ã Các tiêu hóa học: DO, BOD, COD, độ cứng nước, độ pH, kim loại nặng nước ã Các tiêu vi sinh I Các tiêu vật lý I.1 Nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường khí hậu Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến trình xử lý nhu cầu tiêu thụ nước[1] Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo môi trường dao động lớn từ 40C - 400C, nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định từ 170C - 270C, nước thải phụ thuộc vào nguồn phát sinh I.2 Độ đục Độ đục nước gây có mặt chất không tan Các chất không tan có nguồn gốc hữu cơ, vô thực vật, vi sinh, cã kÝch th­íc th«ng th­êng tõ 0.1 - 10μm Có thể đo độ đục nhiều phương pháp khác Phương pháp quan sát dụng cụ thích hợp xác định độ sâu lớp nước, quan sát Độ đục thấp chiều sâu lớp nước nhìn thấy lớn Nó có tính chất định tính Bùi Thị Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Học Phương pháp đo quang dựa tượng ánh sáng tán xạ gặp hạt huyền phù đường đi, độ đục lớn cường độ ánh sáng tán xạ cao Trên sở so sánh với nồng độ chất chuẩn polyme fomazin xác định độ đục, đơn vị đo NTU hay FTU Nước gọi mức độ nhìn sâu tới lớp nước lớn 1m, hay độ đục nhỏ 10NTU, nước đục không nhìn sâu 10cm, hay độ đục lớn 20NTU Đơn vị đo độ đục biểu thị qua thang Silic: đơn vị độ đục 1mg SiO2 /1lit nước [2] ( Đơn vị ®o ®ơc th­êng lµ mg SiO2 /1lit, NTU (nephelometric turbidity units)) Bảng 1.2 Độ đục theo thang Silic theo chiều cao lớp nước nhìn thấy được[2] Chiều sâu lớp §é ®ơc theo thang n­íc (cm) Silic(mg/l) 1000 Nhanh t¾c bĨ läc 360 Nhanh t¾c bĨ läc 190 Nhanh t¾c bĨ läc 130 Nhanh t¾c bĨ läc 10 100 Nhanh t¾c bĨ läc 15 65 VËn hành bể lọc khó khăn 30 30 Vận hành bể lọc có điều kiện 45 18 Vận hành riêng 80 10 Giới hạn nước đưa vào Ghi I.3 Độ màu nước Nước nguyên chất không màu Màu sắc nước chất bẩn nước gây nên Màu sắc nước có ảnh hưởng nhiều tới thẩm mỹ sử dụng, Bùi Thị Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 108 Khoa Công nghệ Hóa Học Bảng III.24: Kết phân tích mẫu nước hồ Văn trước sau xử lý Nguyên tố Ban đầu(mg/l) Kết sau xư lý víi c¸c chÊt keo tơ(mg/l) PhÌn sắt Sữa vôi Phèn sắtSữa vôi Cột B TCVN As 0.005 0.00 0.01 0.00 0.10 Pb 0.005 0.001 0.00 0.00 0.50 Cd 0.003 0.000 0.00 0.00 0.01 Cr 0.047 0.002 0.012 0.004 0.10 Cu 0.043 0.001 0.00 0.00 2.00 Zn 0.057 0.015 0.016 0.002 3.00 Ni 0.069 0.022 0.020 0.011 0.50 Mn 0.185 0.082 0.076 0.054 1.00 Fe 0.577 0.557 0.423 0.263 5.00 Sn 0.004 0.001 0.000 0.00 1.00 Co 0.012 0.008 0.005 0.003 0.1 Ba 0.040 0.014 0.006 0.011 Mg 22.29 6.05 2.76 5.03 Bùi Thị Thanh Vân Cao học hóa Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 109 Khoa Công nghệ Hóa Học PHầN IV KÕT LUËN -    Nghiên cứu xử lí nước thải In phương pháp keo tụ sử dụng Phèn Sắt (III) sunfat xử lý tốt độ màu độ đục, xác định điều kiện tối ưu: hàm lượng chất keo tụ 115mg/l; môi trường pH = 11; hàm lượng chất trợ keo tơ PA = 15 - 17.5mg/l KÕt qu¶ øng dụng xử lý nước thải In giảm 95% độ màu; 97% độ đục; 71% COD Nước thải Hồ Văn xác định điều kiện tối ưu: PA= 1650mg/l; pH = 13; PA = 30 mg/l KÕt qu¶ xư lý n­íc Hồ Văn giảm 93 độ màu; 96 % đô đục; 78% COD Nghiên cứu xử lý phương pháp keo tụ sử dụng sữa vôi bÃo hòa Ca(OH)2 xử lý nước thải In xác định điều kiện tối ưu: PA = 250mg/l; môi trường pHbđ = 2; pHsau = 13, PA = 15 - 25mg/l KÕt qu¶ øng dụng xử lý nước thải In giảm 96% độ màu; 94% độ đục; 71% COD Nước thải Hồ Văn xác định điều kiện tối ưu: hàm lượng chất keo tô 6800mg/l; pH = 4; PA = 35 mg/l KÕt ứng dụng xử lý nước Hồ Văn giảm 95% độ màu; 94 % đô đục; 77% COD Nghiên cứu ứng dụng quặng Bauxit làm chất keo tụ xử lýnước thải In cho kết tốt độ màu, độ đục xác định điều kiện tối ưu ho trình xử lý hàm lượng chất keo tụ 100mg/l , khảo sát kích thước hạt ảnh hưởng đến trình keo tụ, kích thước hạt tối ưu 0.05