Xác định điều kiện tái sinh hiệu quả vật liệu trao đổi ion xử lý độ cứng của nước cấp tại trường đại học lâm nghiệp việt nam

LỜI CẢM ƠN Đƣợc giúp đỡ Thầy Cô bạn bè, với nỗ lực thân, em hồn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Xác định điều kiện tái sinh hiệu vật liệu trao đổi ion xử lý độ cứng nước cấp trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam” Trƣớc tiên, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Thị Bích Hảo Thái Thị Thúy An, tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn em suốt q trình thực khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Quản lý tài nguyên rừng môi trƣờng; thầy việc Trung tâm thí nghiệm thực hành, trƣờng Đại học Lâm Nghiệp tạo điều kiện tốt cho em học tập, nghiên cứu khóa luận Mặc dù cố gắng nhƣng kiến thức hạn hẹp với thời gian hạn chế nên khóa luận khó tránh khỏi sai sót, em mong bảo thêm thầy cô giúp em hoàn thành đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC BIỂU ĐỒ DANH MỤC HÌNH ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nƣớc cấp 1.1.1 Giới thiệu chung nƣớc cấp 1.1.2 Các tiêu đánh giá nƣớc cấp 1.1.2.1 Chỉ tiêu vật lý 1.1.2.2 Chỉ tiêu hóa học 1.1.2.3 Chỉ tiêu sinh học 1.2 Giới thiệu chung nƣớc cứng 1.2.1 Khái niệm phân loại 1.2.2 Ảnh hƣởng nƣớc cứng tới đời sống, sức khỏe ngƣời dân 1.2.3 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc cứng 1.3 Giới thiệu phƣơng pháp trao đổi ion 1.4 Vật liệu trao đổi ion 1.4.1 Khái niệm 1.4.2 Phân loại vật liệu trao đổi ion 1.5 Nhựa trao đổi ion 10 1.5.1 Cấu tạo 10 1.5.2 Phân loại 10 1.5.3 Một số đặc điểm nhựa trao đổi ion 11 1.5.4 Khả tái sinh nhựa trao đổi ion 12 1.5.5 Giới thiệu hạt nhựa Akualte C107E xử lý độ cứng nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 13 CHƢƠNG II MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CÚU 16 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 16 2.1.1 Mục tiêu chung 16 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 16 2.2 Nội dung nghiên cứu 16 2.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 16 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 17 2.3.1 Phƣơng pháp kế thừa tài liệu 17 2.3.4 Phƣơng pháp lấy mẫu phân tích 17 2.3.5 Phƣơng pháp phân tích phịng thí nghiệm 17 CHƢƠNG III HỆ THỐNG NƢỚC CẤP SINH HOẠT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP 26 3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 26 3.1.1 Vị trí địa lý trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 26 3.1.2 Đặc điểm cảnh quan sở vật chất 26 3.2 Hiện trạng cấp nƣớc trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 26 CHƢƠNG IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 28 4.1 Đánh giá trạng nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam28 4.2 Đánh giá hiệu xử lý độ cứng vật liệu trao đổi ion 30 4.3 Xác định điều kiện để tái sinh nhựa trao đổi ion C107E 32 4.3.1 Xác định nồng độ muối tối ƣu để tái sinh hạt nhựa C107E 33 4.3.2 Xác định thời gian lƣu tối ƣu để tái sinh hạt nhựa 35 4.3.3 Xác định tối đa số lần hạt nhựa C107E tái sinh đƣợc 37 4.4 Tính tốn, thiết kế bể trao đổi ion xử lý độ cứng trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 39 4.4.1 Tính tốn bể trao đổi ion 39 4.4.2 Tính tốn bồn chứa dung dịch muối hoàn nguyên 40 4.5 Đề xuất giải pháp tái sinh hiệu vật liệu trao đổi ion xử lý độ cứng nƣớc cấp sinh hoạt trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam 41 4.4.1 Giải pháp quản lý 42 4.4.2 Giải pháp công nghệ 42 4.4.3 Giải pháp xã hội 42 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADWG Australian Drinking Water Guidelines, 2006 – Hƣớng dẫn nƣớc uống Australia, 2006 BVB Divinylbenzen BYT Bộ y tế QCVN Quy chuẩn Việt Nam TNTS Tác nhân tái sinh TON Chỉ số ngƣỡng mùi DANH MỤC BẢNG BẢng 1.1 Một số đặc điểm nhựa trao đổi ion 12 Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật hạt nhựa Akualte C107E 14 Bảng 4.1: Bảng phân tích chất lƣợng nƣớc cấp trƣờng 28 Đại học Lâm Nghiệp 28 Bảng 4.2 Khả xử lý nƣớc cấp hạt nhựa 31 Bảng 4.3 Ảnh hƣởng nồng độ muối hoàn nguyên tới khả xử lý nƣớc hạt nhựa sau tái sinh 33 Bảng 4.4 Ảnh hƣởng thời gian lƣu trình tái sinh tới khả xử lý nƣớc hạt nhựa 35 Bảng 4.5 Bảng số lần tái sinh hạt nhựa 37 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 4.1: Chất lƣợng nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 29 Biểu đồ 4.2 Khả xử lý độ cứng nƣớc cấp hạt nhựa 32 Biểu đồ 4.3 Ảnh hƣởng nồng độ muối hoàn nguyên tới khả xử lý nƣớc tái sinh hạt nhựa sau tái sinh 34 Biểu đồ 4.4 Ảnh hƣởng thời gian lƣu trình tái sinh tới khả xử lý nƣớc hạt nhựa 36 Biểu đồ 4.5 Biểu đồ số lần tái sinh hạt nhựa 38 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Chu trình cấp, sử dụng xử lý nƣớc cấp sinh hoạt Hình 1.2 Hạt nhựa Akualte C107E 14 Hình 2.1 Mơ hình thí nghiệm 18 Hình 3.1 Sơ đồ nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 27 Hình 4.1 Bể trao đổi ion 40 ĐẶT VẤN ĐỀ Nƣớc nguồn tài nguyên vô quan trọng cho sống Trái Đất, khơng có nƣớc văn minh không tồn đƣợc Ngày nay, với phát triển công nghiệp, đô thị bùng nổ dân số làm cho nguồn nƣớc tự nhiên bị hao kiệt ô nhiễm dần Theo ƣớc tính Quỹ Nhi đồng Liên Hợp Quốc (UNICEF, ngày 22 tháng năm 2013), Thế Giới hàng năm có khoảng 2000 trẻ em dƣới tuổi tử vong ngày bệnh tiêu chảy, đó, khoảng 1800 trƣờng hợp tử vong có liên quan đến nƣớc vệ sinh môi trƣờng Cũng theo báo cáo tổ chức Việt Nam có khoảng 17 triệu (52%) trẻ em chƣa đƣợc sử dụng nƣớc [11] Tổ chức Lƣơng Nông Liên Hợp Quốc (FAO, 2012) cảnh báo 15 năm tới có gần tỷ ngƣời phải sống khu vực khan nguồn nƣớc 2/3 dân cƣ hành tinh bị thiếu nƣớc [10] Chính vậy, vấn đề sử dụng nƣớc đảm bảo vệ sinh môi trƣờng trở thành mối quan tâm hàng đầu quốc gia giới Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam trƣờng đại học lớn nằm phía Tây ắc Thủ Hà Nội, thu hút số lƣợng đông đảo sinh viên từ hàng - nghìn sinh viên năm, tạo áp lực lớn vấn đề nƣớc cấp sinh hoạt Hiện có nhiều phƣơng pháp để xử lý nƣớc cứng nhƣ: sử dụng hóa chất, phƣơng pháp nhiệt, sinh học,… Tuy nhiên có hƣớng thu hút quan tâm nghiên cứu nhà khoa học sử dụng phƣơng pháp trao đổi ion để xử lý nƣớc khơng có khả xử lý nƣớc cứng tốt mà có khả tái sinh giúp giảm thiểu chi phí Là sinh viên chuyên ngành khoa học môi trƣờng, với mong muốn đóng góp kiến thức nhằm cải thiện nguồn nƣớc cấp sinh hoạt em thực khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Xác định số điều kiện tái sinh hiệu vật liệu trao đổi ion xử lý độ cứng nước cấp trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam” CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nƣớc cấp 1.1.1 Giới thiệu chung nước cấp Các nguồn nƣớc cấp thƣờng từ nguồn tự nhiên nhƣ: nguồn nƣớc ngầm, nguồn nƣớc mặt (sông, suối, ao, hồ, ), nguồn nƣớc máy nhà máy nƣớc cung cấp, … Quá trình nƣớc từ nguồn đƣợc đƣa đến ngƣời sử dụng thơng qua chu trình cấp, sử dụng xử lý theo hình 1.1 Các nguồn nƣớc tự nhiên Khai thác xử lý Phân phối sử dụng Thu gom xử lý Hình 1.1 Chu trình cấp, sử dụng xử lý nƣớc cấp sinh hoạt Nƣớc đƣợc khai thác nƣớc từ nguồn tự nhiên, sau dùng biện pháp lý, hóa, sinh để xử lý nhằm đạt đƣợc số lƣợng chất lƣợng nƣớc mong muốn, cuối đƣợc chuyển đến bể lƣu trữ phân phối đến ngƣời tiêu dùng Nƣớc sau trình sử dụng ngƣời đƣợc thu gom xử lý hệ thống xử lý nƣớc thải trả lại vào nguồn nƣớc tự nhiên, thực vòng tuần hoàn [7] Những đặc điểm nguồn nƣớc cấp sở cho việc lựa chọn công nghệ giải pháp xử lý nƣớc phù hợp quy chuẩn chất lƣợng nƣớc cấp 1.1.2 Các tiêu đánh giá nước cấp 1.1.2.1 Chỉ tiêu vật lý 1.1.2.1.1 Nhiệt độ Nhiệt độ nƣớc đại lƣợng phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng khí hậu Nhiệt độ có ảnh hƣởng khơng nhỏ đến trình xử lý nƣớc nhu cầu tiêu thụ Nƣớc mặt thƣờng có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trƣờng 1.1.2.1.2 Độ màu (màu sắc) Nƣớc ngun chất khơng có màu, nƣớc có màu chất bẩn hòa tan nƣớc tạo nên: nƣớc bị nhiễm sắt, mangan thƣờng có màu nâu đỏ, chất mùn humic gây màu vàng, loại thủy sinh tạo cho nƣớc có màu xanh cây, nƣớc bị nhiễm bẩn nƣớc thải sinh hoạt hay cơng nghiệp thƣờng có màu xanh đen [4] 1.1.2.1.3 Mùi vị Mùi nƣớc thƣờng hợp chất hóa học, chủ yếu hợp chất hữu hay sản phẩm từ trình phân hủy vật chất gây nên Mùi nƣớc đƣợc đo số ngƣỡng mùi TON (Threshold of Odor Number), số lần pha lỗng nƣớc có mùi nƣớc cất để mùi biến Chỉ số ngƣỡng mùi cao nƣớc bị nhiễm, nƣớc cấp sinh hoạt có số ngƣỡng mùi [1] 1.1.2.1.4 Độ đục Độ đục nƣớc chất lơ lửng, chất huyền phù, hạt cặn đất cát, vi sinh vật,… gây nên, làm ảnh hƣởng đến q trình lọc trình khử trùng nƣớc 1.1.2.1.5 Chất rắn nước Lƣợng chất rắn nƣớc bao gồm chất rắn vô (các muối hịa tan, chất rắn khơng tan nhƣ huyền phù, đất cát…), chất rắn hữu (gồm vi sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, tảo chất rắn hữu vô sinh nhƣ phân rác, chất thải cơng nghiệp,…) Các chất có nƣớc làm giảm trình quang hợp thực vật làm gia tăng nhiệt độ nƣớc bề mặt, gây nghẽn tắc vật liệu lọc cho nƣớc qua [7] 1.1.2.2 Chỉ tiêu hóa học 1.1.2.2.1 Độ pH Là đại lƣợng toán học biểu thị nồng độ hoạt tính ion H+ nƣớc, pH đƣợc sử dụng để đánh giá tính axit hay tính kiềm dung dịch (nƣớc) Tính chất nƣớc đƣợc xác định theo giá trị khác pH, nƣớc có độ q trình tái sinh, từ tìm tới khả xử lý nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Ngiệp để chọn điều kiện tối ƣu cho trình tái sinh 4.3.1 Xác định nồng độ muối tối ưu để tái sinh hạt nhựa C107E Khóa luận chọn: - Thời gian lƣu nhựa 12 phút - Lƣợng hạt nhựa xử lý: 1g - Nồng độ dung dịch muối hoàn nguyên thay đổi lần lƣợt là: 2%, 5%, 10% Kết đƣợc ghi bảng 4.2 Bảng 4.3 Ảnh hƣởng nồng độ muối hoàn nguyên tới khả xử lý nƣớc hạt nhựa sau tái sinh Nồng độ muối Độ Độ cứng xử lý cứng nhựa ban đầu chƣa tái sinh (mg/l) (mg/l) 2% 142,7 5% 10% Độ cứng sau xử lý hạt nhựa Hiệu tái sinh suất xử (mg/l) lý sau Trung tái sinh bình (%) 62 62,67 94,45 58 60 58,67 99,21 60 58 58,67 99,21 Lần Lần Lần 58 62 64 142,7 58 58 142,7 58 58 (Nguồn: Khóa luận tốt nghiệp, 2016) Hiệu suất xử lý sau tái sinh khả xử lý nƣớc hạt nhựa sau tái sinh so với khả xử lý nƣớc hạt nhựa chƣa tái sinh Hiệu suất tái sinh tỷ lệ nghịch với độ cứng đo đƣợc sau xử lý nhựa tái sinh Kết bảng 4.2 đƣợc thể biểu đồ 4.2 dƣới đây: 33 mg/l 142,7 160 140 120 100 80 60 40 20 142,7 142,7 62,67 2% 58,67 58,67 5% 10% Nồng độ muối Độ cứng ban đầu Độ cứng sau xử lý hạt nhựa tái sinh Biểu đồ 4.3 Ảnh hƣởng nồng độ muối hoàn nguyên tới khả xử lý nƣớc tái sinh hạt nhựa sau tái sinh Khi xử lý loại nƣớc (để có độ cứng nƣớc ban đầu nhƣ nhau) thời gian lƣu, nhƣng có nồng độ dung dịch muối hồn nguyên khác khả xử lý độ cứng nƣớc khác nhau: Tái sinh dung dịch muối 2% khả xử lý độ cứng nƣớc nhựa tái sinh từ 142,7 mg/l xuống 62.67 mg/l, hiệu xuất xử lý sau tái sinh 94,45 % so với độ cứng đƣợc xử lý nhựa chƣa tái sinh (58 mg/l) Tái sinh dung dịch muối 5% nƣớc cứng đƣợc xử lý từ 142,7 mg/l xuống 58,67 mg/l, hiệu xuất xử lý sau tái sinh cao 99,21% Có thể thấy nồng độ dung dịch muối này, hiệu xử lý sau tái sinh cao so với dung dịch nồng độ % Nguyên nhân lƣợng ion Na+ dung dịch muối 5% nhiều nồng độ 2% mà lƣợng ion Na+ thay cho ion Mg2+ Ca2+ trình trao đổi ion nhiều nên khả hoàn nguyên tốt Khi tái sinh dung dịch muối nồng độ 10%, độ cứng nƣớc thu đƣợc sau xử lý nhựa tái sinh 58,67 mg/ l, hiệu suất sử lý sau tái sinh đạt 99,21% Mặc dù lƣợng ion Na+ dung dịch muối 10% lớn nhiều so với dung dịch 5% nhƣng hiệu xuất xử lý lại dung dịch 5% lƣợng ion Na+ cần cho q trình hồn ngun có giới hạn khơng 34 phải vơ hạn nên q trình hồn ngun đạt trạng thái bão hịa (lƣợng ion Mg2+ Ca2+ bị thay hoàn toàn ion Na+) khơng xảy phản ứng Vì dù tăng nồng độ dung dịch nên cao khả xử lý độ cứng sau tái sinh mức tái sinh nồng độ 5% Vì khóa luận chọn nồng độ muối tái sinh tối ƣu 5% Khi tái sinh nồng độ khơng giúp q trình tái sinh hồn ngun nhựa đạt hiệu cao mà cịn giúp ta tránh đƣợc sử dụng dƣ thừa muối tái sinh từ giúp tiết kiệm chi phí xử lý 4.3.2 Xác định thời gian lưu tối ưu để tái sinh hạt nhựa Để xác định thời gian gian tối ƣu để tái sinh hạt nhựa, khóa luận chọn : - Lƣợng hạt nhựa xử lý: 1g - Nồng độ muối (dung dịch hoàn nguyên) 5% - Cho dung dịch muối hoàn nguyên chảy qua hạt nhựa với vận tốc khoảng thời gian lƣu lần lƣợt phút, 12 phút, 15 phút Kết đƣợc ghi lại bảng 4.4 thể biểu đồ 4.4 Bảng 4.4 Ảnh hƣởng thời gian lƣu trình tái sinh tới khả xử lý nƣớc hạt nhựa Thời gian Độ cứng xử Độ cứng sau xử lý nhựa tái Hiệu lƣu Độ cứng lý sinh suất xử dung dịch ban đầu nhựa (mg/l) lý sau hoàn (mg/l) chƣa tái sinh nguyên (mg/l) Lần Lần Lần Trung tái sinh bình (%) phút 142,7 58 66 64 66 65,33 91,34 12 phút 142,7 58 60 58 58 58,67 99,22 15 phút 142,7 58 58 58 60 58,67 99,22 (Nguồn: Khóa luận tốt nghiệp, 2016) 35 mg/l 142,7 160 140 120 100 80 60 40 20 142,7 142,7 65,33 phút 58,67 12 phút 58,67 15 phút Thời gian lưu dung dịch hoàn nguyên Độ cứng ban đầu Độ cứng sau xử lý hạt nhựa tái sinh Biểu đồ 4.4 Ảnh hƣởng thời gian lƣu trình tái sinh tới khả xử lý nƣớc hạt nhựa Khi thay đổi thời gian lƣu dung dịch muối hồn ngun khả xử lý độ cứng nƣớc sau tái sinh khác Với thời gian lƣu phút: Hạt nhựa sau tái sinh, nƣớc cứng đƣợc xử lý giảm từ 142,7mg/l xuống 65,33mg/l, hiệu suất xử lý đạt 91,34% Thời gian lƣu 12 phút: Độ cứng đƣợc xử lý từ 142,7mg/l xuống 58,67mg/l, gần giá trị độ cứng đo đƣợc xử ly nhựa chƣa tái sinh (58 mg/l).Thấy rằng, thời gian lƣu hạt nhựa tái sinh 12 phút độ cứng đo đƣợc sau xử lý nhỏ so với độ cứng đƣợc xử lý nhựa tái sinh có thời gian lƣu phút Nguyên nhân thời gian lƣu phút khơng đủ thời gian cho qua trình trao đổi ion diễn hồn tồn lƣợng ion Ca2+ Mg2+ chƣa đƣợc thay giữ lại nhựa Khi thời gian lƣu tăng lên (12 phút) trình trao đổi ion diễn thời gian lâu nên lƣợng ion Na+ thay cho ion Ca2+ Mg2+ nhiều nên hiệu xử lý nƣớc cứng tốt Hiệu suất xử lý độ cứng nƣớc sau tái sinh thời gian lƣu 12 phút cao đạt 99,22%, điều cho thấy trình trao đổi ion khoảng thời gian gần nhƣ hồn tồn (bão hịa) Tăng thời gian lƣu hạt nhựa lên 15 phút khóa luận thấy khả xử lý độ cứng hạt nhựa sau tái sinh 58,67 mg/l hiệu xuất xử lý sau tái sinh đạt 99,22%, giống với giá trị đo đƣợc lƣu hạt nhựa thời gian 36 12 phút thời gian lƣu 12 phút trình trao đổi ion diễn gần nhƣ hồn tồn, ion Ca2+ Mg+ trao đổi bị thay ion Na+ nên dù ta có lƣu nhựa thời gian lâu khả xử lý độ cứng sau tái sinh không thay đổi Do khóa luận chọn thời gian lƣu tối ƣu cho trình tái sinh hạt nhựa trao đổi ion 12 phút Tại thời gian lƣu giúp tiết kiệm thời gian cho trình tái sinh mà đảm bảo hiệu xử lý tốt 4.3.3 Xác định tối đa số lần hạt nhựa C107E tái sinh Từ việc xác định đƣợc nồng độ dung dịch muối hoàn nguyên tối ƣu thời gian lƣu tối ƣu khóa luận áp dụng vào q trình tái sinh để tìm số lần tái sinh hiệu nhựa Vì mà khóa luận chọn: - Lƣợng hạt nhựa xử lý: 1g - Nồng độ muối ( dung dịch hoàn nguyên) 5% - Thời gian lƣu dung dịch hoàn nguyên 12 phút Kết thu đƣợc bảng 4.5 Bảng 4.5 Bảng số lần tái sinh hạt nhựa Độ cứng (mg/l) Số lần tái sinh Lần Lần Trung bình Hiệu suất tái sinh (%) Lần 58 60 59 98.82 Lần 60 60 60 97.64 Lần 60 60 60 97.64 Lần 60 62 61 96.46 Lần 62 62 62 95.27 Lần 62 64 63 94.10 Lần 66 64 65 91.73 Lần 66 66 66 90.55 Lần 70 72 71 84.65 Lần 10 70 74 72 83.47 Lần 11 90 90 90 62.21 Lần 12 112 114 113 35.04 Lần 13 124 124 124 22.05 Lần 14 140 142 141 1.97 (Nguồn: Khóa luận tốt nghiệp, 2016) 37 Từ bảng 4.2 thấy số lần tái sinh tối đa hạt nhựa 14 lần, khả xử lý nƣớc cứng sau tái sinh lần tốt với độ cứng đo đƣợc 59mg/l khả xử lý sau tái sinh lần tái sinh thứ 14, độ cứng đo đƣợc 141mg/l, giá trị gần với độ cứng nƣớc cấp chƣa xử lý nên hạt nhựa khơng cịn khả hồn ngun Sự chênh lệch khả xử lý độ cứng nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp sau lần tái sinh đƣợc thể biểu đồ 4.5 dƣới đây: 160 Độ cứng (mg/l) 140 120 100 80 60 40 20 10 11 12 13 14 Số lần tái sinh Biểu đồ 4.5 Biểu đồ số lần tái sinh hạt nhựa Nhận thấy, lần tái sinh (từ tới 8) hiệu xuất tái sinh sau xử lý đạt 90%, đƣờng đồ thị biểu diễn độ cứng lần gần nhƣ đƣờng thẳng, nguyên nhân hạt nhựa hoạt động tốt nên q trình trao đổi ion cịn diễn mạnh nên độ cứng nƣớc đƣợc xử lý tốt, thay đổi độ cứng sau lần tái sinh nhỏ Ở lần tái sinh thứ thứ 10 hiệu xuất xử lý sau tái sinh bắt đầu giảm xuống 84% 83%, sau giảm mạnh lần tái sinh sau (từ lần thứ 10 tới 14), đƣờng đồ thị biểu diễn độ cứng tăng vọt khả trao đổi ion hạt nhựa dần, chênh lệch độ cứng lớn rõ rệt, điển hình lần tái sinh thứ 11 độ cứng 90 mg/l tăng gấp 1,5 lần so với lần Đến lần tái sinh thứ 12, thay đổi rõ rệt, độ cứng đo đƣợc 113 mg/l, tăng gấp 2,26 lần so với lần 1, hiệu xuất xử lý sau tái sinh đạt 35,4% Tới lần tái sinh thứ 14 nhựa khơng cịn khả xử lý nƣớc 38 Từ kết phân tích trên, khóa luận chon số lần tái sinh hiệu hạt nhựa nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 10 lần, số lần tái sinh cho phép tiết kiệm thời gian chi phí xử lý cho q trình tái sinh 4.4 Tính tốn, thiết kế bể trao đổi ion xử lý độ cứng trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 4.4.1 Tính tốn bể trao đổi ion Chọn: - Thời gian xử lý nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 21 - Lƣợng hạt nhựa làm mềm: BV = 1000 lít = - Vận tốc nƣớc qua lớp nhựa v = 30 m/h - Chiều cao bảo vệ 0,3 m - Chiều cao lớp vật liệu đệm 0,2 m - Tổng lƣợng nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 1340 m3 Khi đó: (m3/h) Lƣu lƣợng nƣớc: Diện tích ngang bể trao đổi ion As: (m2) Đƣờng kính bể trao đổi ion: D=√ =√ =1,6 (m) Diện tích bể trao đổi ion sau chọn đƣờng kính: As = = = (m2) Vận tốc nƣớc qua lớp nhựa trao đổi: V= = 31 (m/h) Chiều cao lớp hạt nhựa: H= = 0,5 (m) 39 4.4.2 Tính tốn bồn chứa dung dịch muối hồn ngun Chọn: - Dung dịch muối hoàn nguyên 5% - Vận tốc hoàn nguyên: v = m/h - Lƣợng NaCl hoàn nguyên 150 g/l Tính tốn giá trị: Tổng dung lƣợng trao đổi muối = = 2,56 Dung lƣợng NaCl hoàn nguyên: 2,56 Giả sử tỷ trọng dung dịch NaCl = 1kg/l Thể tích dung dịch NaCl 5%: VNaCl = = 3000 (l) Lƣợng muối NaCl cần để hoàn nguyên là: = 150 (kg) Thời gian hoàn nguyên: T= = 0,3 h = 18 phút Vì khóa luận chọn thời gian hoàn nguyên 20 phút chọn bồn nhựa đứng 3500 (l) để chứa dung dịch hoàn nguyên Hình 4.1 Bể trao đổi ion 40 Thuyết minh quy trình vận hành thiết bị làm mềm nƣớc Các chế độ vận hành van điều khiển Các bƣớc vận hành thiết bị: ƣớc 1: Chế độ lọc: Khi mở van dẫn nƣớc vào, nƣớc sau qua lớp hạt nhựa đƣợc làm mềm, khử khoáng đƣa ống dẫn nƣớc ƣớc 2: Chế độ hoàn nguyên cho vật liệu lọc: Khi thời gian bƣớc hết, khóa van ống dẫn nƣớc vào đóng lại, mở khóa đƣờng ống dẫn nƣớc muối hoàn nguyên vào bể để tái sinh lớp hạt nhựa trao đổi ion Ở chế độ nƣớc muối bồn hoàn nguyên đƣợc chuẩn bị sẵn bể chứa dung dịch hoàn nguyên Thời gian bƣớc từ 20 đến 45 phút cần theo dõi nƣớc muối bồn hồn ngun hết chuyển sang chế độ ƣớc 3: Chế độ rửa nhanh: Tiếp tục mở van dẫn nƣớc vào Ở chế độ dung dịch nƣớc muối bể chứa hạt lọc sau ngâm hoàn nguyên đƣợc xả bỏ theo đƣờng nƣớc thải Thời gian để chế độ từ đến phút ƣớc 4: Hồn thành chu trình trở chế độ lọc bình thƣờng 4.5 Đề xuất giải pháp tái sinh hiệu vật liệu trao đổi ion xử lý độ cứng nƣớc cấp sinh hoạt trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam Căn vào kết phân tích số mẫu nƣớc khảo sát thực tế Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp trạng quản lý; sử dụng nƣớc sinh hoạt, khóa luận thấy có số vấn đề bật nhƣ sau: Thứ nhất, công tác quan trắc, kiểm tra chất lƣợng nƣớc sinh hoạt nói chung không đƣợc thực cách thƣờng xuyên, cơng việc đƣợc thực ngƣời sử dụng khơng nắm đƣợc tiêu phân tích Thứ hai, sinh viên ngƣời dân sống chƣa hiểu hết đƣợc mối liên quan thông số môi trƣờng nƣớc vấn đề sức khỏe nên đơi q lo sợ nguồn nƣớc tạo tâm lý hoang mang lo sợ vấn đề nƣớc có hợp vệ sinh hay khơng Thứ ba, hệ thống cấp nƣớc tập trung Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp , số dƣờng ống nƣớc cấp đƣợc sử dụng từ lâu, nên gây ăn mịn đƣờng ống, làm tăng nồng độ số kim loại có 41 nƣớc, đó, cần tiến hành nghiên cứu đánh giá thích hợp để định việc thay hệ thống đƣờng ống cấp nƣớc Từ vấn đề cịn tồn trên, khóa luận xin đƣa số giải pháp nhƣ sau: 4.4.1 Giải pháp quản lý + Thực tốt công tác quan trắc kiểm tra chất lƣợng nƣớc sinh hoạt định kỳ cho nguồn nƣớc gia đình nƣớc cấp tập trung theo quy định Nhà nƣớc Các thông tin quan trắc cần phải đƣợc công khai phổ biến tới ngƣời sử dụng để họ an tâm nguồn nƣớc dùng, đồng thời thiết lập quan văn phòng chuyên trách tƣ vấn vấn đề quản lý, khai thác sử dụng nƣớc sinh hoạt khu vực, thông qua sở này, ngƣời dân tới tìm hiểu thơng tin liên quan tới việc sử dụng nƣớc sinh hoạt gia đình +Thay hệ thống đƣờng ống dẫn nƣớc cấp tập trung lâu năm xung quanh khu vực trƣờng Đại học Lâm Nghiệp để làm giảm khả ăn mòn kim loại vào nƣớc để chất lƣợng nƣớc đƣợc đảm bảo + Thực tốt công tác quan trắc, kiểm tra, theo dõi chất lƣợng hệ thống cấp nƣớc sinh hoạt định kỳ theo quy định nhà nƣớc để kịp thời phát vấn đề liên quan tới chất lƣợng nƣớc cấp, từ đƣa giải pháp phù hợp + Áp dụng phần mềm nhƣ ArcMap, mapinfo, …vào hệ thống cấp nƣớc để quản lý hiệu 4.4.2 Giải pháp công nghệ - Đầu tƣ trang, thiết bị, máy móc đại phục vụ cho trình kiểm tra, đánh giá xử lý nƣớc - Tiến hành nghiên cứu phát triển khoa học, kỹ thuật để tìm phƣơng pháp xử lý nƣớc cấp sinh hoạt hiệu thân thiện với môi trƣờng 4.4.3 Giải pháp xã hội -Tổ chức thực chƣơng trình truyền thơng mơi trƣờng khu vực để tuyên truyền phổ biến thơng tin có liên quan tới tầm quan trọng việc giữ gìn sử dụng nƣớc nƣớc - Nâng cao ý thức bảo vệ môi trƣờng, sử dụng tiết kiệm nguồn nƣớc cấp sinh hoạt thống qua phƣơng tiện truyền thông nhƣ báo, đài,… 42 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ Kết luận Chất lƣợng nƣớc cấp sinh hoạt trƣờng Đại học Lâm Nghiệp tốt Tất cả tiêu đo đƣợc nằm quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT chất lƣợng nƣớc ăn uống QCVN 02:2009/BYT chất lƣợng nƣớc sinh hoạt Nƣớc cấp sau đƣợc xử lý hạt nhựa trao đổi ion, độ cứng nƣớc giảm mạnh từ 142.7mg/l xuống 58mg/l, phƣơng pháp cho hiệu xử lý cao Sau q trình nghiên cứu, phân tích, khóa luận dã tìm đƣợc điều kiện tối ƣu để tái sinh hạt nhựa trao đổi ion là: nồng độ dung dịch muối hoàn nguyên 5%, thời gian lƣu tối ƣu hạt nhựa 12 phút, Khi số lần tái sinh tới đa nhựa 14 lần Dựa sở đánh giá ban đầu chất lƣợng nƣớc cấp trƣờng đại học Lâm Nghiệp, khóa luận tính tốn thiết kế hệ thống bể trao đổi ion để xử lý độ cứng nƣớc nhằm nâng cao chất lƣợng nƣớc sinh hoạt Tồn Do thời gian nghiên cứu ngắn, kinh phí thiết bị thí nghiệm cịn hạn chế nên: - Khóa luận tiến hành xác định số tiêu nƣớc cấp nhƣ: pH, độ đục, sắt tổng số, độ cứng hàm lƣợng clorua, số tiêu nƣớc khác nhƣ As, Mn, hàm lƣợng amoni, … khóa luạn chƣa phân tích đƣợc, mà kết đạt đƣợc chƣa đánh giá đƣợc cách tồn diện, xác chất lƣợng nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp - Chƣa sâu vào tìm hiểu lƣợng hạt nhựa tối ƣu cho trình xử để xử lý hiệu nƣớc cấp sinh hoạt trƣờng Đại học Lâm Nghiệp - Khóa luận tiến hành khả xử lý độ cứng trƣờng Đại học Lâm Nghiệp loại hạt nhựa C107E, chƣa tìm hiểu thêm khả xử lý độ cứng số lạo hạt nhựa khác , khơng xác định đƣợc loại hạt nhựa cho hiệu xử lý cao 43 Khuyến nghị Từ tồn trên, khóa luận xin đƣa số khuyến nghị sau: - Phải tiến hành phân tích thêm tiêu nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp để đánh giá đƣợc cách xác tồn diện chất lƣợng nƣớc cấp - Cần xác định đƣợc lƣợng hạt nhựa tối ƣu cho trình xử lý nƣớc khóa luận nhằm xử lý nƣớc đạt hiệu cao, tránh lãng phí - Nên có nghiên cứu sâu khả xử lý nƣớc loại hạt nhựa khác nhau, từ tìm loại hạt nhựa cho khả xử lý độ cứng tốt trƣớc đƣa vào sử dụng hệ thống xử lý độ cứng 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: Phạm Văn Anh (2015), “Nghiên cứu xử lý độ cứng nước cấp sinh hoạt trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam”, Khóa luận tốt nghiệp trƣờng Đại học Lâm Ngiệp Lê Minh Đức: “ Bài giảng nhựa trao đổi ion”, ộ mơn Cơng nghệ hóa học trƣờng Đại học ách Khoa Đà Nẵng Nguyễn Thị Bích Hảo, Ngơ Duy ách, Tăng Sỹ Hiệp (2010), “Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước sinh hoạt khu vực thị trấn Xuân Mai, Chương Mỹ, Hà Nội”, áo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp trƣờng Trịnh Xuân Lai (2004), “Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp”, Nhà xuất xây dựng Hà Nội ùi Văn Năng (2013), Bài giảng phân tích mơi trường – Trƣờng Đại học Lâm Ngiệp Cao Thị Thúy Nga (2010), “Ứng dụng phương pháp trao đổi ion xử lý nước”, Tiểu luận Kỹ thuật xử lý nƣớc cấp trƣờng Đại học Công Nghiệp TP.HCM Nguyễn Thị Thu Thủy(2000), “Xử lý nước cấp sinh hoạt công nghiệp”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Tài liệu web: https://issuu.com/daykemquynhon/docs/bgntdi_lmduc http://luanvan.co/luan-van/de-tai-ung-dung-cua-phuong-phap-trao-doi- ion-trong-nuoc-38928/ 10 http://haiphong.gov.vn/Portal/Detail.aspx?Organization=ttnsvsmt&Men uID=9682&ContentID=64923 11 http://www.unicef.org/vietnam/vi/media.html PHỤ BIỂU Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lƣợng nƣớc ăn uống (QCVN 02:2009/BYT) Bảng giới hạn tiêu chất lƣợng Giới hạn cho phép Tên tiêu TT Đơn vị tính Giám sát I II 15 15 Màu sắc(*) TCU Mùi vị(*) - Độ đục(*) NTU 5 A Clo dƣ mg/l 0,3-0,5 - A pH(*) - 6,0 - 8,5 6,0 - 8,5 A Hàm lƣợng Amoni(*) mg/l 3 A mg/l 0,5 0,5 B Hàm lƣợng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+)(*) Khơng có mùi vị lạ Khơng có mùi vị lạ A A Chỉ số Pecmanganat mg/l 4 A Độ cứng tính theo CaCO3(*) mg/l 350 - B 10 Hàm lƣợng Clorua(*) mg/l 300 - A 11 Hàm lƣợng Florua mg/l 1.5 - B 12 Hàm lƣợng Asen tổng số mg/l 0,01 0,05 B 13 Coliform tổng số con/ 100ml 50 150 A 14 E coli Coliform chịu nhiệt con/ 100ml 20 A Trong đó: (*) Là tiêu cảm quan Giới hạn tối đa cho phép I: Áp dụng sở cung cấp nước Giới hạn tối đa cho phép II: Áp dụng hình thức tự khai thác nước cá nhân, hộ gia đình (giếng khoan, giếng đào, bể mưa, máng lần, đường ống tự chảy) ... Lâm Nghiệp - Nghiên cứu hiệu xử lý nƣớc cấp vật liệu trao đổi ion - Nghiên cứu xác định điều kiện tái sinh hiệu vật liệu trao đổi ion - Tính tốn, thiết kế bể trao đổi ion xử lý độ cứng trƣờng Đại. .. nƣớc cấp trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam2 8 4.2 Đánh giá hiệu xử lý độ cứng vật liệu trao đổi ion 30 4.3 Xác định điều kiện để tái sinh nhựa trao đổi ion C107E 32 4.3.1 Xác định nồng độ. .. thiện nguồn nƣớc cấp sinh hoạt em thực khóa luận tốt nghiệp với đề tài ? ?Xác định số điều kiện tái sinh hiệu vật liệu trao đổi ion xử lý độ cứng nước cấp trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam? ?? CHƢƠNG