Các hợp chất sunfua , các nguồn gây ô nhiễm và phương pháp xữ lý

Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp Lêi c¶m ¬n! Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn PGS TS Triệu Thị Nguyệt đã giao đề tài và nhiệt tình hướng dẩn em về mặt khoa học trong quá trình thực hiện và hoàn thành bản niên luận. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hoá vô cơ đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích giúp em nghiên cứu đề tài một cách thuận lợi. Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2007. Sinh Viên: Cao Minh Đức 1 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp PHỤ LỤC Trang Lời mở đầu 6 Phần1 - Phần tổng quan .7 I –Vài nét về vai trò của nước sạch và tình trạng ô nhiễm môi trường .7 I.1 –Vai trò của nước sạch .7 I.2 – Tình trạng ô nhiễm môi trưòng .7 I.2.1 - Tình trạng ô nhiễm môi trưòng trên Thế Giới 7 I.2.2 – Tình trạng ô nhiễm môi trường ở Việt Nam 8 II – Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp 9 II.1 – Phương pháp xử lý cơ học .9 II.2 – Phương pháp xữ lý hoá học và hoá lý học .9 II.2.1 – Phương pháp oxy hoá nhiệt 10 II.2.2 – Phương pháp oxy hoá-Nhiệt-Xúc tác .10 II.2.3 – Phương pháp oxy hoá-Bức xạ .11 II.2.4 –Oxy hoá bằng các chất oxy hoá mạnh .11 II.3 – Phương pháp xử lý sinh học 12 III – Phân loại và các đặc tính của nước thải 13 IV – Các thông số quan trọng của nước thải .13 IV.1 – Xác định chất rắn .13 IV.2 – Màu sắc nước 14 IV.3 – Mùi của nước .14 V – Các thông số đánh giá chất hữu cơ có trong nước 14 2 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp Trang V.1 – Nhu cầu oxy hoá học(COD)…… 14 V.2 – Nhu cầu oxy hoá sinh học(BOD) 14 V.3 – Hàm lượng oxy hoà tan trong nước(DO) 15 VI – Các hợp chất sunfua , các nguồn gây ô nhiễm và phương pháp xữ lý 15 VI.1 – Tính chất lý, hoá và sinh học của hợp chất sunfua 15 VI.1.1 – Tính chất của đihiđrôsunfua (H 2 S) .15 VI.1.2 – Tính chất của Natri sunfua (Na 2 S) 16 VI.2 – Các suafua có trong nước và nguồn gây ô nhiễm 19 VI.3 – Các phương pháp loại bỏ sunfua trong công nghiệp 20 VI.3.1 – Phương pháp điện phân để loại S 2- ở dạng kết tủa 20 VI.3.2 – Phương pháp dùng xúc tác có tính oxy hoá 21 VI.3.3 – Phương pháp sục oxy không khí ướt .21 VI.4 – Phương pháp xác định sunfua 21 VI.4.1 - Chuẩn độ điện thế nhờ điện cực chọn lọc sunfua 21 VI.4.2 - Phương pháp so màu .22 VI.4.2.1 – Xác định trắc quang phản ứng tạo metylen xanh .22 VI.4.2.2 – Phép đo độ đục của dung dịch ít tan 22 VI.4.3 – Phương pháp trọng lượng 22 VI.4.4 – Phương pháp thể tích .22 VI.4.4.1 - Chuẩn độ bằng hexaxianoferat(III) .22 VI.4.4.2 – Phương pháp chuẩn độ Iốt .23 Phần2 : Thực nghiệm .24 I - Dụng cụ và hoá chất 24 I.1- Dụng cụ .24 I.2 – Hoá chất 24 3 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp Trang II - Chuẩn bị hoá chất 24 III - Đối tượng và phương pháp nghiên cứu………… …… .… …………….25 Phần 3-Kết quả và thảo luận .28 I. -Một số thông số cùa nước thải 28 II. - Khảo sát ảnh hưởng của môt số yếu tố đến quá trình xử lý .29 II 1 - Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trinh xử lý 29 IV.2- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý .30 IV.3 - Khảo sát ảnh hưởng của lượng CaO đến quá trình xử lý 31 IV.4 - Khảo sát ảnh hưởng của lương CaOCl 2 đến quá trình xửlý 32 Kết luận .34 Tài liệu tham khảo.35 4 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ kĩ thuật nhằm tạo ra của cải cho nhân loại, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người thì con người củng thải hàng trăm tấn chất độc hại ra môi trường, gây sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng cho nhân loại cũng như đời sống của các sinh vật khác, gây ảnh hưởng lớn đến môi trường nước, đất, không khí. Hẳn chúng ta còn nhớ những tai hoạ trong quá khứ mà nguyên nhân chủ yếu của nó là do sự ô nhiểm môi trường gây ra. Ví dụ như thảm hoạ Minamanta ở Nhật Bản, bệnh dịch Itai-Itai gây nên bởi sự nhiểm độc Cađimi hoặc nạn khói sương mù SO 2 ở London làm cho mấy ngàn người củng bị nhiễm độc. Ngày nay chúng ta cũng đang là nạn nhân của sự ô nhiểm môi trường như hiện tượng tầng ôzon làm mất khả năng hấp thụ tia cực tím của nó ảnh hưởng rất nhiều đến sức khoả con người, hay hiện tượng “ hiệu ứng nhà kính” làm cho nhiệt độ của trái đất nóng lên. Từ những dẫn chứng trên có thể thấy rằng vấn đề ô nhiễm môi trường trở thành một vấn đề nóng bỏng, cấp thiết không riêng gì của mỗi quốc gia mà là vấn đề mang tính toàn cầu. Để góp một phần nhỏ bé vào lĩnh vực bảo vệ môi trường,trong bản khoá luận này chúng tôi nghiên cứu xử lý nước thải của quá trình sản xuất sữa bằng phương pháp hoá học. 5 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp Phần1: TỔNG QUAN I-VÀI NÉT VỀ VAI TRÒ CỦA NƯỚC SẠCH TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG I.1-Vai trò của nước sạch: Trong tổng thể các tài nguyên do con người khai thác, nước chiếm một vị trí quan trọng. Nước cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của hệ sinh thái động vật và thực vật. Nước quyết định điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu vv. Công nghiệp và nông nghiệp của các nước không thể phát triển được nếu thiếu nước. Vì thế môi trường nước sạch là rất cần thiết. [1] I.2- Tình trạng ô nhiễm môi trường. I.2.1-Tình trạng ô nhiễm môi trường trên thế giới. Trên thế giới hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường được xem là một trong những vấn đề hàng đầu có tầm quan trọng đặc biệt vì nó đe doạ đến sự tồn tại của loài người trên trái đất. Ô nhiễm môi trường không còn là vấn đề riêng của mỗi vùng, mỗi quốc gia mà nó mang tính toàn cầu. Sự ô nhiễm bầu khí quyển, những con sông lớn, những vùng biển và đại dương gây hậu quả nghiêm trọng cho cả một khu vực rộng lớn bao gồm nhiều quốc gia và hậu quả của nó chưa thể đánh giá ngay được. Ở các nước phát triển như Bắc Mỹ, Châu âu, Nhật Bản, Trung Quốc, nạn ô nhiễm môi trường tuy được quan tâm nhiều nhưng vẩn trầm trọng. Với một nền công nghiệp phát triển mạnh ở trình độ cao, chất thải công nghiệp với khối lượng lớn cả ở dạng khí, lỏng, rắn gây ra nạn ô nhiễm nặng nề cho các nước này. [4] Mấy năm gần đây đã xảy ra một vụ làm chấn động và thức tình các nhà chính trị,chẳng hạn ngày 17/7/1976 một bình tổng hợp triclophenol bị nổ gây ra sự nhiễm độc bởi sản phẩm phụ là đioxin ở một diện tích 150 ha ở ngoại ô thành phố Milan. Sự 6 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp ô nhiễm đã lan toả ra vùng này làm chết hơn 700 súc vật và 1288 người bị nhiễm độc thảm hoạ môi trường lớn nhất trong lịch sử là vụ bhapanal xãy ra ngày 3/2/1984 tại một nhà máy của hãng Unioncarbicle của Mỹ . nhà máy thuốc trừ sâu Carbary từ metly zoxianat. Một sự cố đã làm cho 41 tấn metylzoxinat trong một container , bay hơi ra ngoài và làm cho 100 nghìn người dân ở vùng xung quanh bị nhiểm độc trong đó ít nhất 2000 người chết , những nạn nhân sống sót bị nhiễm nhiều thứ bệnh như hỏng mắt , ho chảy nước mắt và nôn mửa. [4] Bên cạnh đó các vụ nhiểm độc này còn xảy ra sự ô nhiểm nước như các hồ nước, sông ngòi ở Châu Âu đều bị ô nhiễm các hợp chất flo . Các thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp các hợp chất này thấm vào đất, nhiểm vào nước ngầm làm ô nhiễm những nguồn nước cung cấp cho đô thị . Tại vịnh Minamata của Nhật bản, nước thải có chứa Hg chảy vào vịnh đã làm cho 400 người chết và hơn 2000 người nhiễm độc do sử dụng tôm cá vịnh này. [7] Ở các nước nghèo tuy công nhiệp chưa phát triễn nhưng nạn ô nhiễm đáng báo động. Do nghèo các nước này sử dụng trong nông nghiệp các loại thuốc bảo vệ có tích độc cao , có hại cho người và động vật, phá huỷ hệ sinh thái . Trong công nghiệp các nước này sử dụng các dây chuyền công nghệ thiết bị lạc hậu và không có xử lý chất thải nên các chất thải thường được thải trực tiếp ra đất, nước, không khí làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. II.1.2.- Tình trạng ô nhiểm môi trường ở việt nam Tuy nền công nghiệp chưa phát triển nhưng tình trạng ô nhiểm môi trường là đáng lo ngại. Phần lớn các xí nghiệp lớn, các nhà máy thải trực tiếp ra môi trường và không qua xử lý. Hơn nữa nước ta là một nước nông nghiệp nên các loại thuốc bảo vệ thực vật đã và đang sử dụng chưa được quản lý chặt chẻ. Tình trạng sử dụng các hoá chất bảo vệ thực vật có độc tính cao gây ô nhiễm môi trường đã làm thiệt hại cho hệ sinh thái đang khá phổ biến . Một hiện trạng đáng nói là nạn khai thác các mỏ nhỏ 7 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp một cách bừa bãi như khai thác vàng, thiếc… ô nhiễm địa phương đang phá huỷ môi trường một cách nghiêm trọng, phá huỷ các dòng chảy của con sông làm ô nhiễm các nguồn nước nhất là ô nhiễm Xianua dùng để tuyển vàng. Các khu dân cư, nhất là các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng…. tình trạng ô nhiễm khá nặng nề. [4] Các sông, kênh, hồ,… trong thành phố chứa rất nhiều rác bẩn bị ô nhiễm bởi các chất hữa cơ, kim loại nặng, nước đen hôi hám… do các chất thải sinh hoạt trong khu dân cư, các khu công nghiệp tập trung, nước thải từ các nhà máy, bệnh viện… đều đổ ra mà không qua xử lý. [4] Tình trạng bụi bặm trong thành phố do khí thải của các xí nghiệp giao thông, các công trình thủ công… gây ra quá trầm trọng. Phú Thọ là một tỉnh có các xí nghiệp sản xuất các hoá chất lớn nên có nồng độ CO 2 , SO 2 , NO 2 …cao hơn từ 10 ÷ 20 lần tiêu chuẩn cho phép. [9] Ở các tỉnh phía Nam, tình trạng ô nhiễm môi trường cũng chưa được quan tâm, chất thải từ các khu công nghiệp như Biên Hoà làm sông Đồng Nai bị ô nhiễm nặng nề. Nước trên dòng sông do nước thải của các xí nghiệp ở khu công nghiệp nặng đã gây cá chết hàng loạt. II –CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP II.1-Phương pháp xữ lý cơ học [6] Đây là phương pháp xử lý sơ bộ ,có tác dụng loại bỏ một số hợp chất không tan. Các chất này có thể tồn tại ở các dạng hợp chất vô cơ hoặc hợp chất hữu cơ. Các phương pháp thường dùng là: lọc qua lưới, lắng, xiclon thuỷ lực, lọc qua lớp vật liệu cát và quay li tâm. II.2-Phương pháp hoá học và hoá lý học. Phương pháp này để thu hồi các chất quý hoặc để khử các chất độc hay các chất có ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh học sau này. Cơ sở của phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học, các quá trình hoá lý diễn ra giữa các chất bẩn 8 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp với hoá chất cho thêm vào. Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxi hoá khử, các phản ứng tạo kết tủa , hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc. . Các phương pháp hoá học là ôxi hoá và keo tụ ( hay còn gọi là đồng keo tụ), thường đi đôi với quá trình trung hoà kèm theo quá trình tạo keo tụ và những hiện tượng vật lý khác. [6] . Phương pháp Ôzon cũng thuộc loại phương pháp hoá lý học. Thực chất của phương pháp này là phá huỷ các tạp chất độc hại trong nước thải hoặc có thể thu hồi các chất quý như ( Fe, Cu, Al…) . Thông thường hai nhiệm vụ phân huỷ chất độc và thu hồi chất qúy được giải quyết đồng thời. Nhờ các quá trình oxi hoá khử mà các chất độc hại được biến chuyển thành các chất không độc hại, một phần ở dạng lắng cặn, một phần ở dạng khí và bay hơi. Vì vậy, để khử các chất độc hai trong nước thải phải dùng nhiều phương pháp nối tiếp nhau như ôxi hoá -lắng cặn và hấp thụ tức là hoá học- cơ học và hoá lý học.[13] . Oxy hoá là phương pháp có khả năng phân huỷ hoá học các hợp chất hữa cơ, trong đó các chất ôxi hoá thường dừng như: KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , NaClO, CaOCl 2 , O 3 , H 2 O 2 … Phương pháp oxi hoá cũng đa dạng. [6] II.2.1-Phương pháp oxy hoá nhiệt [2] Thực chất của phương pháp này là oxi hoá các tạp chất hữu cơ trong pha lỏng bằng O 2 không khí ở nhiệt độ và áp suất cao. Tuỳ thuộc vào nhiệt độ, thời gian tiếp xúc mà các tạp chất hữu cơ có thể bị oxi hoá một phần hoặc toàn bộ. II.2.2-Phương pháp oxi hoá- nhiệt- xúc tác. Oxy hoá được tiến hành ở nhiệt độ 260-540 o , [2] chất xúc tác thường được dùng là Pt đựơc mang trên Ni. Độ huỷ độc > 95%. Phương pháp này đạt hiệu quả kinh tế hơn nên được sủ dụng rộng rãi hơn phương pháp oxy hoá - Nhiệt. Ưu điểm của cả 2 phương pháp oxy hoá - nhiệt – xúc tác là không gây sự ô nhiễm mới vì sản phẩm là CO 2 và H 2 O. Phương pháp oxy hoá - nhiệt – xúc tác được 9 Cao Minh Đức Khoá LuậnTốt nghiệp sử dụng trong pha hơi, rất tiện lợi cho trường hợp nước thải bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Trên các hệ xúc tác Cu-Cr và Mn có thể làm sạch hoàn toàn nước thải các chất như axeton. Phenol, isopropanol, các dẫn xuất của pinacolin. Tuy nhiên cả 2 phương pháp trên có những nhược điểm: Tiêu tốn năng lượng lớn, thiết bị đắt tiền, tạo cặn cáu, ăn mòn, các chất xúc tác không bền trong môi trường hơi H 2 O và bị ngộ độc khí trong pha hơi có các chất độc như Cl 2 , F 2 …. II.2.3- Phương pháp oxy hóa - bức xạ: Sản phẩm của sự phân ly bức xạ nước là: O 2 , H 2 , H 2 O 2 … phương pháp này có khả năng oxy hoá có hiệu quả các chất gây ô nhiễm trong thải như Xyanua, phenol, chất hoạt động bề mặt với nồng độ cỡ 10 -3 ÷ 10 -2 mol/l.[9] II.2.4- Ôxy hoá bằng các chất oxy hoá mạnh Clo và các dẫn xuất của nó như: ClO 2 , NaClO, CaOCl 2 , có khả năng oxy hoá cao được dùng để oxy hoá các chất hữu cơ và một số chất như phenol, xyanua, H 2 S….Cl 2 có khả năng tăng cường quá trình oxy hoá quang hoá các tạp chất hữu cơ trong H 2 O thải lên 25 ÷ 28 lần hiệu quả 95%.[9] .KMnO 4 và K 2 Cr 2 O 7 là những chất oxy hoá mạnh, có khả năng phân huỷ tạp chất hữu cơ trong nước thải nhưng đều là hoá chất đắt tiền nên hạn chế dùng cho xử lý nước thải công nghiệp. . Trong thực tế có rất nhiều công trình xữ lý nước thải công nghiệp thực phẩm bằng phương pháp hoá học, hoá lý đã được công bố như: Wn.Dun-hu dùng phương pháp keo tụ với tác nhân là keo Composite dạng bùn chứa Bo. Hay Satyanarayan và cộng sự đã xử lý nước thải của nhà máy sữa đậu nành bằng phương pháp hoá lý. Họ đã dùng chất keo tụ như vôi, phèn, FeCl 3 , Fe 2 (SO4) 3 … . Phương pháp hấp thụ cũng được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Các vật liệu dùng cho quá trình hấp thụ thường là các sản phẩm nông nghiệp, rẻ tiền, dễ kiếm như 10