3.3.1 Vật liệu thí nghiệm
Trong nghiên cứu này các loại vật liệu thí nghiệm đƣợc sử dụng gồm: - Polymer: sử dụng làm chất trợ keo tụ
- PAC: sử dụng làm chất keo tụ - Gel hạt: sử dụng làm trợ keo tụ
3.3.2 Phƣơng tiện thí nghiệm
Thí nghiệm keo tụ đƣợc thực hiện trên bộ Jartest (Lovibond - Đức) tại phòng thí nghiệm Xử lý Nƣớc thải, Khoa Môi trƣờng & Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại học Cần Thơ. Bộ Jartest gồm có:
- Hệ thống khuấy trộn (motor và cánh khuấy): gồm 6 cánh khuấy có thể điều chỉnh đƣợc vận tốc khuấy từ 0 - 300 vòng/phút.
Hình 3.2 Bộ Jartest Lovibond
Bảng 3.1 Phƣơng pháp phân tích các thông số
STT Thông số Đơn vị Phƣơng pháp và thiết bị Tiêu chuẩn xác định
1 pH - Máy đo HI 8314, HANNA TCVN 6492:2011
2 EC µS/cm Máy đo EC (Multiline P4) 3 SS mg/L Phƣơng pháp lọc và đo bằng
trọng lƣợng
TCVN 6492:2011
4 COD mg/L Phƣơng pháp Kali
Permangannate (KMnO4)
TCVN 4565:1988 5 TN mg/L Phƣơng pháp Nitơ Kjedahl TCVN 5987:1995
6 TP mg/L Phƣơng pháp so màu
Molipdenblue
TCVN 6202:2008 7 Độ đục NTU Đo trực tiếp bằng máy đo độ
đục Turb 430 IR
3.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.4.1 Bố trí thí nghiệm 3.4.1 Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm quá trình keo tụ đƣợc thực hiện trong bộ Jartest Lovibond. Trong quá trình thí nghiệm để kết quả đạt hiệu quả cao và thí nghiệm diễn ra an toàn mỗi cốc có thể chứa từ 1 - 1,5 L mẫu nƣớc thải tùy theo từng thí nghiệm trong quá trình nghiên cứu. Thí nghiệm Jartest đƣợc thực hiện qua ba bƣớc sau:
- Bƣớc 1 - keo tụ: chất keo tụ đƣợc cho vào nƣớc khuấy trộn nhanh để đảm bảo cƣờng độ và các chất keo tụ tiếp xúc ngay lập tức với các hạt keo. Qúa trình
khuấy trộn rất quan trọng và ảnh hƣởng trức tiếp đên hiệu quả của quá trình keo tụ/tạo bông.
- Bƣớc 2 - tạo bông cặn: sau khi khuấy trộn nhanh, giảm vận tốc khuấy trộn để tạo điều kiện cho các hạt tiếp xúc với nhau để chúng kết hợp lại với nhau tạo thành bông cặn.
- Bƣớc 3 - tách hạt keo: tách các hạt keo ra khỏi nƣớc bằng chu trình lắng, khi bông cặn lắng xuống nƣớc sẽ trong hơn.
Thời gian lắng sẽ đƣợc xác định ở thí nghiệm định hƣớng, sau đó ghi nhận thể tích bùn lắng và lấy mẫu nƣớc trong đo độ đục, độ dẫn điện (EC) và phân tích SS, COD. Thí nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ sau:
a. Thí nghiệm định hướng
Theo Nguyễn Thị Lan Phƣơng (2008) trong thí nghiệm Jartest thời gian khuấy nhanh là 2 - 3 phút (vận tốc khuấy 100 - 200 vòng/phút), khuấy chậm từ 20 - 30 phút (vận tốc khuấy 20 - 50 vòng/phút). Thời gian lắng từ 30 đến 60 phút. Trong thí nghiệm này cần cố định giai đoạn khuấy trộn nhanh với tốc độ 160 vòng/phút trong khoảng 3 phút, giai đoạn khuấy chậm với tốc độ 20 vòng/phút trong khoảng 25 phút và giai đoạn cuối cùng là lắng.
a1. Thí nghiệm định hƣớng 1: định hƣớng liều lƣơng PAC và thời gian lắng Định hƣớng liều lƣợng PAC:
- Bƣớc 1: cho nƣớc thải vào 6 cốc mỗi cốc 1,5 L nƣớc thải, đặt trên bộ Jartest. - Bƣớc 2: cho liều lƣợng PAC tăng dần bắt đầu 100 mg/L; tiến hành khuấy nhanh
160 vòng/phút trong vòng 3 phút, khuấy chậm 20 vòng/phút trong vòng 25 phút. Sau đó để yên mẫu lắng 30 phút, quan sát hiện tƣợng bùn lắng, lấy phần nƣớc trong đo độ đục, phân tích SS, COD.
Định hƣớng thời gian lắng:
- Bƣớc 1: đong 1 L nƣớc thải vào cốc 2 L
- Bƣớc 2: đặt cốc vào bộ Jartest, điều chỉnh vận tốc khuấy nhanh 160 vòng/phút trong 1 phút, châm dung dịch PAC vào với liều lƣợng đã tìm đƣợc trong thí nghiệm định hƣớng. Sau đó chuyển sang khuấy chậm với vận tốc 20 vòng/phút trong 25 phút.
- Bƣớc 3: ngừng khuấy, để lắng trong 120 phút. Quan sát và ghi nhận thể tích bùn trong cốc ở các thời gian lắng lần lƣợt là 15 phút, 30 phút, 60 phút và 120 phút. Chọn thời gian lắng thích hợp để tiến hành thí nghiệm chính thức.
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm định hƣớng chọn liều lƣợng chất keo tụ
a2. Thí nghiệm 2: xác định pH tốt nhất cho quá trình keo tụ
Thí nghiệm đƣợc tiến hành với giá trị pH biến thiên từ 3 đến 12, với lƣợng PAC đã đƣợc xác định ở thí nghiệm định hƣớng số 1, tổng cộng có 10 nghiệm thức. Tiến hành khuấy trộn nhanh 160 vòng/phút trong 3 phút, sau đó khuấy chậm 20 vòng/ phút trong 25 phút, sau đó lắng với thời gian lắng tìm ra ở thí nghiệm định hƣớng. Giá trị pH mong muốn sẽ đƣợc điều chỉnh bằng cách cho NaOH 6N để nâng pH hoặc H2SO41N để hạ pH.
Sau khi thí nghiệm thu mẫu phân tích COD, lấy mẫu nƣớc trong đo độ đục, so sánh hiệu xuất loại bỏ COD và độ đục của mỗi cốc để xác định đƣợc cốc có giá trị pH tốt nhất → pH tối ƣu. 300 mg/L Cốc 1 Nƣớc thải PAC Chọn cốc có liều lƣợng PAC thích hợp cho quá
trình keo tụ Kết quả thí nghiệm Cốc 2 Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 200 mg/L 100 mg/L 400 mg/L 500 mg/L 600 mg/L
Hình 3.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Jartest xác định pH tốt nhất cho quá trình keo tụ bằng PAC PAC dd NaOH dd H2SO4 Chọn cốc có hiệu quả xử lý tốt nhất Phân tích COD, độ đục Nƣớc thải Cốc 1 pH 3 Cốc 2 pH 4 Cốc 3 pH 5 Cốc 4 pH 6 Cốc 7 pH 9 Cốc 5 pH 7 Cốc 6 pH 8 Cốc 8 pH 10 Cốc 9 pH 11 Cốc 10 pH 12
a3. Thí nghiệm 3: xác định liều lƣợng PAC thích hợp kết hợp polymer
Sau khi đã xác định lƣợng chất keo tụ để xảy ra quá trình keo tụ, để tăng hiệu quả xử lý nƣớc thải thì thêm polymer thích hợp cho quá trình keo tụ. Thí nghiệm này ta cố định liều lƣợng polymer 0,5 mg/L, chạy xung quanh liều lƣợng PAC đã tìm đƣợc ở thí nghiệm định hƣớng số 1. Để tìm ra liều lƣợng PAC thích hợp nhất tiến hành thí nghiệm chính thức.
- Bƣớc 1: dùng cốc có dung tích 2 L, cho vào mỗi cốc 1,5 L nƣớc thải. Cho vào mỗi cốc liều lƣợng PAC xung quanh liều lƣợng PAC đã tìm đƣợc thí nghiệm định hƣớng, cố định liều lƣợng polymer, giữ cố định pH ở giá trị tốt nhất tìm đƣợc trong thí nghiệm định hƣớng số 3 (hiệu chỉnh pH bằng NaOH 6N hoặc H2SO4 1N).
- Bƣớc 2: đặt 6 cốc trên bộ Jartest, khuấy nhanh 160 vòng/phút trong vòng 3 phút, khuấy chậm 20 vòng/phút trong vòng 25 phút.
- Bƣớc 3: sau đó lắng với thời gian lắng đã xác định ở thí nghiệm định hƣớng, quan sát và nhận xét hiện tƣợng bùn lắng, lấy mẫu nƣớc trong đo độ đục, phân tích COD.
Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định liều lƣợng chất keo tụ thích hợp kết hợp với polymer Nƣớc thải Cốc 1 P1 mg/L pH Polymer Phân tích COD, SS, đo độ đục Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 Cốc 2 P6 mg/L P5 mg/L P4 mg/L P3 mg/L P2 mg/L Chọn cốc có lƣợng chất keo tụ tốt nhất Chất keo tụ
a4. Thí nghiệm 4: xác định liều lƣợng PAC thích hợp kết hợp với gel
Sau khi đã xác định lƣợng chất keo tụ tốt nhất cho quá trình keo tụ, để tăng hiệu quả xử lý nƣớc thải thì thêm gel thích hợp cho quá trình keo tụ. Thí nghiệm này ta cố định liều lƣợng gel 0,5 mg/L, chạy xung quanh liều lƣợng PAC đã tìm đƣợc ở thí nghiệm định hƣớng số 1. Để tìm ra liều lƣợng PAC thích hợp nhất tiến hành thí nghiệm chính thức.
- Bƣớc 1: dùng cốc có dung tích 2 L, cho vào mỗi cốc 1,5 L nƣớc thải. Cho vào mỗi cốc liều lƣợng PAC xung quanh liều lƣợng PAC đã tìm đƣợc thí nghiệm định hƣớng, cố định liều lƣợng gel, giữ cố định pH ở giá trị tốt nhất tìm đƣợc trong thí nghiệm định hƣớng số 3 (hiệu chỉnh pH bằng NaOH 6N hoặc H2SO4 1N).
- Bƣớc 2: đặt 6 cốc trên bộ Jartest, khuấy nhanh 160 vòng/phút trong vòng 3 phút, khuấy chậm 20 vòng/phút trong vòng 25 phút.
- Bƣớc 3: lắng với thời gian lắng tìm ra ở thí nghiệm định hƣớng, quan sát và nhận xét hiện tƣợng bùn lắng, lấy mẫu nƣớc trong đo độ đục, phân tích COD.
Hình 3.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định liều lƣợng chất keo tụ thích hợp kết hợp với gel Nƣớc thải Cốc 1 P1 mg/L pH Gel Phân tích COD,SS,độ đục Cốc 3 Cốc 4 Cốc 5 Cốc 6 Cốc 2 P6 mg/L P5 mg/L P4 mg/L P3 mg/L P2 mg/L Chọn cốc có lƣợng chất keo tụ tốt nhất Chất keo tụ
b. Thí nghiệm chính thức
b1. Thí nghiệm 1: thí nghiệm Jartest xác định liều lƣợng polymer thích hợp với chất keo tụ
Sau khi xác định đƣợc liều lƣợng chất keo tụ tốt nhất trong thí nghiệm định hƣớng, tiến hành thí nghiệm xác định liều lƣợng polymer thích hợp. Thí nghiệm này cố định lƣợng PAC đã tìm đƣợc ở thí nghiệm định hƣớng, chạy liều lƣợng polymer từ 1 - 5 m/L nhƣng để tăng độ tin cậy ta bắt đầu từ liều lƣợng polyme 0,5 mg/L
- Bƣớc 1: dùng 6 cốc có dung tích 2 L, cho vào mỗi cốc 1,5 L nƣớc thải, thay đổi liều lƣợng polymer, giữ cố định liều lƣợng PAC đã tìm đƣợc ở thí nghiệm định hƣớng, đồng thời giữ cố định pH ở giá trị tốt nhất tìm đƣợc trong thí nghiệm định hƣớng số 2 (hiệu chỉnh pH bằng NaOH 6N hoặc H2SO4 1N).
- Bƣớc 2: đặt 6 cốc trên bộ Jartest, khuấy nhanh 160 vòng/phút trong vòng 3 phút, khuấy chậm 20 vòng/phút trong vòng 25 phút.
- Bƣớc 3: sau đó lắng với thời gian lắng tìm ra ở thí nghiệm định hƣớng, quan sát và nhận xét hiện tƣợng bùn lắng, lấy mẫu nƣớc trong đo độ đục, phân tích COD.
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định liều lƣợng polymer
Polymer Nƣớc thải a PAC Phân tích SS,COD, độ đục c d e f b Chọn cốc có lƣợng chất keo tụ tốt nhất pH
b2. Thí nghiệm 2: thí nghiệm xác định liều lƣợng gel thích hợp với chất keo tụ Sau khi xác định đƣợc liều lƣợng chất keo tụ tốt nhất trong thí nghiệm định hƣớng, tiến hành thí nghiệm xác định liều lƣợng gel thích hợp. Thí nghiệm này cố định lƣợng PAC đã tìm đƣợc ở thí nghiệm định hƣớng, chạy liều lƣợng gel từ 1 - 5 m/L nhƣng để tăng độ tin cậy ta bắt đầu từ liều lƣợng gel 0,5 mg/L
- Bƣớc 1: dùng 6 cốc có dung tích 2 L, cho vào mỗi cốc 1,5 L nƣớc thải, thay đổi liều lƣợng gel, giữ cố định liều lƣợng PAC đã tìm đƣợc ở thí nghiệm định hƣớng, đồng thời giữ cố định pH ở giá trị tốt nhất tìm đƣợc trong thí nghiệm định hƣớng số 2 (hiệu chỉnh pH bằng NaOH 6N hoặc H2SO4 1N).
- Bƣớc 2: đặt 6 cốc trên bộ Jartest, khuấy nhanh 160 vòng/phút trong vòng 3 phút, khuấy chậm 20 vòng/phút trong vòng 25 phút.
- Bƣớc 3: sau đó lắng với thời gian lắng tìm ra ở thí nghiệm định hƣớng, quan sát và nhận xét hiện tƣợng bùn lắng, lấy mẫu nƣớc trong đo độ đục, phân tích COD.
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định liều lƣợng gel
Nƣớc thải A1 pH Gel Phân tích SS,COD,độ đục C1 D1 E1 F1 B1 Chọn cốc có lƣợng chất keo tụ tốt nhất Chất keo tụ
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÝ CỦA NƢỚC THẢI
Nhằm định hƣớng cho các thí nghiệm chính thức đồng thời là cơ sở để đánh giá hiệu suất của quá trình xử lý, nƣớc thải thủy sản lấy từ nhà máy chế biến thủy sản Panga MêKông đƣợc tiến hành thu thập và phân tích một số chỉ tiêu bao gồm pH, COD, độ đục, EC, độ mặn, Ptồng, Ntổng.
Thu mẫu nƣớc thải, ghi nhân các đặc điểm cảm quan và phân tích các chỉ tiêu đầu vào theo từng đợt nhƣ sau:
Đợt 1: nƣớc thải đƣợc lấy lúc 9h ngày 8/9/2014
- Đặc điểm nƣớc thải: chứa cặn lơ lửng, có màu đỏ và mùi đặc trƣng của nƣớc thải
- Mục đích: thí nghiệm Jartest định hƣớng liều lƣợng PAC và thời gian lắng Đợt 2: nƣớc thải đƣợc lấy lúc 9h ngày 11/9/2014
- Đặc điểm nƣớc thải: chứa cặn lơ lửng, có màu đỏ và mùi đặc trƣng của nƣớc thải
- Mục đích: xác định pH tốt nhất cho quá trình keo tụ Đợt 3: nƣớc thải đƣợc lấy lúc 9h ngày 17/9/2014
- Đặc điểm nƣớc thải: chứa cặn lơ lửng, có màu đỏ và mùi đặc trƣng của nƣớc thải, có nhiều mỡ
- Mục đích: xác định liều lƣợng PAC thích hợp kết hợp polymer Đợt 4: nƣớc thải đƣợc lấy lúc 9h ngày 22/9/2014
- Đặc điểm nƣớc thải: chứa cặn lơ lửng, có màu đỏ và mùi đặc trƣng của nƣớc thải, có nhiều mỡ
- Mục đích: xác định liều lƣợng PAC thích hợp kết hợp với gel Đợt 5: nƣớc thải đƣợc lấy lúc 9h ngày 26/9/2014
- Đặc điểm nƣớc thải: chứa cặn lơ lửng, có màu đỏ và mùi đặc trƣng của nƣớc thải, có nhiều mỡ
- Mục đích: thí nghiệm Jartest xác định liều lƣợng polymer thích hợp với chất keo tụ
Đợt 6: nƣớc thải đƣợc lấy lúc 9h ngày 28/9/2014
- Đặc điểm nƣớc thải: chứa cặn lơ lửng, có màu đỏ và mùi đặc trƣng của nƣớc thải, có nhiều mỡ
Bảng 0.1. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nƣớc thải Chỉ tiêu Đơn vị Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 5 Đợt 6 pH - 7,2 7,23 7,1 7,45 7,15 7,3 Độ đục NTU 126,67 110,5 147,33 190,3 120 134,5 COD mg/L 1520 1226,7 1333,3 1813,3 1600 1760 Ntổng mg/L 106 90 95,2 116,4 95,2 109,2 Ptổng mg/L 30,1 26 28,3 34 27,56 29,49 SS mg/L 348 312 354 377 343,4 368 Độ mặn ‰ 1,3 1,2 1,7 1,9 1,3 1,2 EC µS 2,45 2,33 3,3 3,56 2,57 2,4
Bảng 0.1 cho thấy các chỉ tiêu COD, độ đục, SS, Ntổng, Ptổng, pH của nƣớc thải giữa các đợt lấy mẫu có thay đổi nhƣng không nhiều. Tùy thuộc vào lƣợng nguyên liệu mà nhà máy sản xuất theo từng đợt sẽ làm thay đổi các thông số. Kết quả phân tích COD, độ đục, SS, Ntổng, Ptổng ở đợt 3 cao nhất, thấp nhất là đợt 2. Nguyên nhân có thể là do trong giai đoạn lấy mẫu đợt 3, công ty sản xuất nhiều nên lƣợng nguyên liệu tăng làm tăng hàm lƣợng các chất ô nhiễm. Kết quả đo pH của từng đợt lấy mẫu có sự khác biệt không quá lớn khoảng 7,1 - 7,45 thích hợp cho quá trình keo tụ
4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM JARTEST
4.2.1 Thí nghiệm 1: định hƣớng xác định liều lƣợng PAC và thời gian lắng
Các thí nghiệm định hƣớng đƣợc thực hiện nhằm mục đích chọn liều lƣợng FeCl3 và thời gian lắng thích hợp để tiến hành các thí nghiệm chính thức.
a. Thí nghiệm định hướng liều lượng PAC
Trong thí nghiệm này chủ yếu khảo sát quá trình keo tụ của PAC với các nồng độ khác nhau 100 mg/L, 200 mg/L, 300 mg/L, 400 mg/L, 500 mg/L, 600 mg/L, 700 mg/L, 800 mg/L, 900 mg/L, 1000 mg/L, 1100 mg/L, 1200 mg/L và mẫu nƣớc thải. Kết quả thí nghiệm đƣợc quan sát và xác định độ đục, phân tích COD.
Ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC đến hiệu suất loại bỏ COD đƣợc trình bày trong Hình 4.1. Và ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC đến hiệu suất loại bỏ độ đục đƣợc trình bày trong Hình 4.2.
Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC đến hiệu suất loại bỏ COD