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 Biểu đồ trên cho thấy rõ hơn khả năng loại bỏ COD của PAC tại các liều lƣợng khác nhau. Tại liều lƣợng 100 mg/L khả năng loại bỏ COD là thấp nhất (49,12%). Khi tiếp tục tăng liều lƣợng PAC thì hiệu suất loại bỏ COD tăng lên. Xu hƣớng này hoàn toàn phù hợp với kết luận của Henderson (2004), với các liều lƣợng hóa chất
đông tụ khác nhau sẽ tạo ra các cơ chế đông tụ - keo tụ khác nhau. Khi liều lƣợng hóa chất tăng đến mức đủ để phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt keo bằng cơ chế trung hòa điện tích thì hiệu suất xử lý COD đạt cực đại.
Mặt khác, theo Trịnh Xuân Lai (2011) nồng độ PAC sử dụng trong quá trình đông tụ - keo tụ có thể làm giảm hoặc tăng thế năng zêta của hạt keo làm ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu quả đông tụ - keo tụ. Nồng độ PAC trong nƣớc tăng sẽ làm giảm thế năng zêta của hạt keo nhƣng nếu tăng quá mức thì điện tích của hạt keo đổi dấu và thế năng zêta của hạt keo tăng lên trở lại, cản trở quá trình keo tụ.
Kết quả phân tích thống kê cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa (5%) giữa nhóm nghiệm thức PAC từ 100 - 400 mg/L và nghiệm thức PAC = 500 mg/L. Đồng thời nghiệm thức PAC = 500 mg/L lại không khác biệt có ý nghĩa với nhóm nghiệm thức PAC từ 600 - 1200 mg/L.
Hình 4.2 Biểu đồ ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC đến hiệu suất loại bỏ độ đục Nhìn chung hiệu quả xử lý đô đục tăng khi tăng liều lƣợng PAC. Hiệu quả xử lý độ đục thấp nhất khi PAC bằng 100 mg/L (75,84%). Hiệu quả xử lý độ đục cao nhất khi PAC bằng 800 mg/L (98,64%), nhƣng hiệu xử lý độ đục vẫn đạt trên 90% khi PAC ở mức 400 mg/L trở lên.
Kết quả thống kê cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa (5%) giữa nhóm nghiệm thức PAC từ 100 - 400 mg/L và nghiệm thức PAC = 500 mg/L. Đồng thời giữa nghiệm thức PAC = 500 mg/L lại không khác biệt có ý nghĩa với nhóm nghiệm thức PAC từ 600 - 1200 mg/L.
Nhận xét: kết quả phân tích thống kê cho thấy liều lƣợng PAC thích hợp để tiến hành thí nghiệm tiếp theo là 500 mg/L. Ở liều lƣợng này các hạt bông cặn tạo thành tốt và to hơn, hiệu suất xử lý cao với COD là 82,64% và độ đục là 96,82%. Việc chọn lựa này cũng phù hợp vì giảm đƣợc chi phí sử dụng PAC cho doanh nghiệp.
b. Định hướng thời gian lắng
Quan sát hiện tƣợng lắng và ghi nhận thể tích bùn trong cốc ở 6 thời gian lắng khác nhau, lần lƣợt là 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút nhận thấy: - Sau 15 phút lắng thể tích bùn trong cốc chiếm khoảng 700 mL1, lớp nƣớc trên
mặt chứa nhiều cặn lơ lửng
- Sau 30 phút lắng thể tích bùn giảm nhanh còn khoảng 300 mL1, lớp nƣớc trên mặt trong, ít cặn lơ lửng
- Sau 45 và 60 phút lắng thể tích bùn giảm rất chậm, nƣớc trên mặt trong và ít cặn lửng
- Sau 90 và 120 phút thể tích bùn lắng trong cốc hầu nhƣ không có sự khác biệt nhiều so với thể tích bùn lắng ở thời gian 45 phút
Từ kết quả này, có thể kết luận thời gian lắng 30 phút là thời gian thích hợp đƣợc chọn để tiến hành các thí nghiệm Jartest tiếp theo.
4.2.2 Thí nghiệm 2: khảo sát ảnh hƣởng của pH đến hiệu quả xử lý độ đục và COD, qua đó xác định pH tốt nhất cho quá trình keo tụ
Trong quá trình keo tụ, pH giữ vai trò rất quan trọng vì quá trình này chỉ xảy ra trong một vùng pH thích hợp. Khoảng ph thích hợp phụ thuộc vào hóa chất keo tụ, thành phần hóa học của nƣớc thải và nồng độ chất keo tụ (Aziz et al., 2007). Theo Lâm Minh Triết (2006) khoảng pH thích hợp cho quá trình keo tụ dao động trong khoảng 4 - 9. Vì thế để khảo sát ảnh hƣởng của pH và chọn ra giá trị tốt nhất, thí nghiệm đƣợc thực hiện với khoảng pH từ 3 đến 12 với liều lƣợng PAC đã xác định trong thí nghiệm định hƣớng. Ở thí nghiệm sẽ chọn liều lƣợng 500mg/L để tiến hành thí nghiệm.
1 Độ chia nhỏ nhất của cốc 2 L sử dụng trong thí nghiệm này là 100 mL nên thể tích bùn đƣợc ghi nhận chỉ mang tính gần đúng
Hình 4.3 Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất loại bỏ COD
Hình 4.4 Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất loại bỏ độ đục
Hình 4.3 và Hình 4.4 thể hiện hàm lƣợng COD và độ đục còn lại sau quá trình keo tụ và lắng ở các giá trị pH khác nhau (từ 2 đến 12) với chất keo tụ là PAC cố định ở liều lƣợng 500 mg/L; đồng thời cho thấy sự ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý COD và độ đục. Kết quả cho thấy:
- Nồng độ COD còn lại ở các nghiệm thức đều giảm so với đầu vào nhƣng không đều nhau. Cụ thể ở giá trị pH = 2 hiệu suất xử lý COD thấp nhất (41,3%), khi tăng pH = 3 hiệu suất loại bỏ COD tăng lên (71,7%). Hiệu suất loại bỏ COD cao nhất ở pH = 7 đạt 89,1%. Ở các giá trị pH cao hơn, hiệu suất loại bỏ COD có xu hƣớng giảm dần.
- Đối với khả năng xử lý độ đục, PAC rất hiệu quả hầu nhƣ tất cả các giá trị pH từ 2 đến 12. Ở pH = 6 và 7 độ đục còn lại sau xử lý đạt 14,51 và 10,05 NTU tƣơng ứng vơi hiệu suất xử lý là 86,9% và 90,9%. Tuy nhiên ở pH = 12 thì hiệu suất xử lý giảm rõ rệt (88,8%).
- Nguyên nhân làm cho hiệu quả loại bỏ COD và độ đục có xu hƣớng giảm khi pH tăng là do khi nồng độ ion OH –
cao chúng sẽ cạnh tranh với các phần tử hữu cơ lên bề mặt hấp phụ (Stephenson et al., 1996; trích dẫn từ Norulaini et al., 2001). Ngoài ra nghiên cứu của Semmen và Field (1980) trích dẫn bởi Lamsal (1997) cũng chỉ ra rằng tại giá trị pH cao, các nhóm chức trong hợp chất hữu cơ bị ion hóa làm tăng hạt keo âm, trong khi ở pH thấp hơn, quá trình ion hóa này không xảy ra.
Kết quả phân tích thống kê cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa (5%) trong loại bỏ độ đục giữa các nhóm nghiệm thức pH = 11, 9, 10, 8; pH = 10, 8, 7; pH = 7, 12, 6. Chọn giá trị pH = 7 để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. Việc chọn lựa này
dựa trên kết quả thống kê, đồng thời dựa trên tính kinh tế khi triển khai kết quả thí nghiệm vào thực tế xử lý nƣớc thải CBTS cho doanh nghiệp.
4.2.3 Thí nghiệm 3: xác định liều lƣợng PAC thích hợp kết hợp polymer
Mục đích thí nghiệm 3 là tìm ra liều lƣợng PAC tối ƣu xung quanh liều lƣợng đã tìm đƣợc ở thí nghiệm 1 (500 mg/L) kết hợp với polymer cố định 0,5 mg/L. Thí nghiệm này khảo sát sự thay đổi nồng độ COD và độ đục trong nƣớc thải đầu ra. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày qua đồ thị 4.5 và 4.6.
Hình 4.6 Hiệu quả loại bỏ độ đục sau keo tụ bằng PAC, cố định 0,5 mg/L polymer
Error! Reference source not found. và Hình 4.6 mô tả sự thay đổi của hiệu suất loại bỏ COD và độ đục ở các liều lƣợng PAC khác nhau từ 450 - 600 mg/L kết hợp với polymer 0,5 mg/L. Kết quả cho thấy khi tăng liều lƣợng PAC hiệu suất loại bỏ COD tăng, đến liều lƣợng 600 mg/L hiệu suất loại bỏ COD đạt cao nhất 94%.
Đối với chỉ tiêu độ đục, khi cố định polymer 0,5 mg/L và thay đổi liều lƣợng PAC thì khả năng xử lý ở các liều lƣợng PAC rất ổn định và đều trên 90%, nƣớc đầu ra trong, ít cặn lơ lửng.
Kết quả phân tích thống kê cho thấy, nồng độ COD và độ đục còn lại giữa các nghiệm thức PAC 500 mg/L và PAC 600 mg/L có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 5%. Do đây chỉ là giai đoạn tiền xử lý nƣớc thải, trong thực tế hệ thống xử lý nƣớc thải ở các nhà máy CBTS còn các công đoạn xử lý sinh học phía sau nên để tiết kiệm chi phí hóa chất chọn PAC = 500 mg/L để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.
4.2.4 Thí nghiệm 4: xác định liều lƣợng PAC thích hợp kết hợp gel
Mục đích thí nghiệm 3 là tìm ra liều lƣợng PAC tối ƣu xung quanh khoảng liều lƣợng đã tìm đƣợc ở thí nghiệm 1 kết hợp với gel cố định 0,5 mg/L (sử dụng cùng liều lƣợng với polymer). Thí nghiệm này khảo sát sự thay đổi nồng độ COD và độ đục trong nƣớc thải đầu ra. Kết quả thí nghiệm trình bày trong Hình 4.7 và 4.8.
Hình 4.8 Biểu đồ loại bỏ độ đục sau keo tụ bằng PAC và cố định 0,5 mg/L gel Hình 4.7 và Hình 4.8 mô tả sự thay đổi của hiệu suất loại bỏ COD và độ đục ở các liều lƣợng PAC khác nhau từ 450 - 600 mg/L kết hợp với gel 0,5 mg/L. Kết quả cho thấy khi tăng liều lƣợng PAC hiệu suất loại bỏ COD tăng, đến liều lƣợng 600 mg/L hiệu suất loại bỏ COD đạt cao nhất 88,2%.
Đối với chỉ tiêu độ đục, khi cố định gel 0,5 mg/L, thay đổi liều lƣợng PAC khả năng xử lý ở các liều lƣợng PAC khác nhau rất ổn định và thấp nhất là 86,65% và cao nhất là 96,57% nƣớc đầu ra trong, ít cặn lơ lửng.
Từ kết quả trên cho thấy PAC kết hợp polymer và gel, độ đục giảm mạnh với liều lƣợng chất keo tụ khi không có polymer và gel. Điều này cho thấy khi kết hợp với polymer và gel chất keo tụ cho hiệu suất xử lý các tạp chất trong nƣớc thải rất cao. Kết quả cũng cho thấy khi kết hợp với polymer, PAC cho khả năng xử lý cao hơn gel. Ở nồng độ 500 mg/L khi kết hợp với 0,5 mg/L polymer cho hiệu suất xử lý COD đạt 94%, độ đục 99,21% nhƣng đối với PAC kết hợp với gel cho hiệu suất xử lý COD là 88,2%, độ đục 96,57%.
Kết quả phân tích thống kê cho thấy nồng độ COD và độ đục còn lại giữa các nghiệm thức có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 5%. Tuy nhiên đây chỉ là công đoạn tiền xử lý của một hệ thống xử lý hoàn chỉnh, đồng thời để tiết kiệm chi phí chúng tôi đề xuất nồng độ chất keo tụ là 500 mg/L làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo.
4.2.5 Thí nghiệm 5: Xác định liều lƣợng polymer thích hợp với PAC
Trong thí nghiệm này nghiên cứu đƣợc tiến hành khảo sát với nồng độ PAC cố định 500 mg/L, polymer thay đổi từ 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0, 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 (Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, 2002) và mẫu đối chứng. Mục đích của thí nghiệm nhằm so sánh hiệu quả của các nồng độ polymer khác nhau, tìm ra giá trị liều lƣợng
polymer thích hợp cho quá trình keo tụ xử lý nƣớc thải chế biến thủy sản. Kết quả của quá trình nghiên cứu đƣợc trình bày trong Hình 4.9.
Hình 4.9 Ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC kết hợp polymer đến hiệu suất loại bỏ COD
Hình 4.10 Ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC kết hợp polymer đến hiệu suất loại bỏ độ đục
Khi cố định PAC ở mức 500 mg/L và thay đổi giá trị polymer cho thấy hiệu suất xử lý COD cao nhất ở polymer = 2 mg/L (98%) và thấp nhất ở polymer = 0,5 mg/L (75,33%). Ở liều lƣợng polymer từ 1 mg/L trở lên hiệu suât xử lý COD đều đạt trên 90%. Kết quả phân tích thống kê cho thấy các nghiệm thức có sự khác biệt có ý nghĩa 5%.
Khi cố định PAC = 500 mg/L và thay đổi giá trị polymer cho thấy hiệu suất xử lý độ đục cao nhất ở polymer 5 = mg/L (96,42%) và thấp nhất tại polymer = 0,5 mg/L (85,21%). Ở liều lƣợng polymer từ 1 mg/L trở lên hiệu suất xử lý độ đục đều đạt trên 90%. Qua kết quả phân tích thống kê cho thấy các nghiệm thức có polymer 4,0 và 3,5 mg/L không có sự khác biệt có ý nghĩa (5%), các nghiệm thức có polymer 3,5 và 3,0 mg/L không có sự khác biệt; các nghiệm thức có polymer 3,0; 2,5; 2,0 mg/L không có sự khác biệt; các nghiệm thức có polymer 2,5; 2,0; 1,5 mg/L không có sự khác biệt. Các nghiệm thức còn lại có sự khác biệt với nhau và khác biệt với các nghiệm thức trên.
Hình 4.11 Ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC kết hợp polymer đến hiệu suất loại bỏ photpho
Khi cố định PAC = 500 mg/L và thay đổi polymer cho thấy hiệu suất xử lý photpho cao nhất ở polymer = 2 mg/L (79,1%) và thấp nhất tại polymer 0,5 mg/L (61,66 %). Ở liều lƣợng polymer từ 1 mg/L trở lên hiệu suất xử lý photpho đều trên 70%. Hiệu quả xử lý photpho tăng từ polymer 1 mg/L đến 2 mg/L, từ polymer 2,5 mg/L hiệu suất loại bỏ photpho có xu hƣớng giảm.
Hình 4.12 Ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC kết hợp polymer đến pH
Qua biểu đồ cho thấy hàm lƣợng chất keo tụ không ảnh hƣởng nhiều đến pH. pH đầu vào 7,4 qua quá trình keo tụ tại các liều lƣợng chất keo tụ khác nhau pH không dao động nhiều nằm trong khoảng 6,85 - 7,35.
Hình 4.13 Ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC kết hợp polymer đến hiệu suất loại
Khi cố định PAC = 500 mg/L và thay đổi giá trị polymer cho thấy hiệu suất xử lý ni-tơ cao nhất ở polymer 3,5 mg/L (88,8 %) và thấp nhất tại polymer 0,5 mg/L (80,9%). Tại các liều lƣợng polymer hiệu suất xử lý ni-tơ đều trên 80%, tuy nhiên dao động không ổn định.
Kết quả phân tích thống kê cho thấy:
- Các nghiệm thức có polymer bằng 3,5; 1,0; 3,0 mg/L không có sự khác biệt - Các nghiệm thức có polymer bằng 1,0; 3,0; 0,5; 5,0 mg/L không có sự khác biệt - Các nghiệm thức có polymer bằng 0,5; 5,0; 2,5 mg/L không có sự khác biệt - Các nghiệm thức có polymer bằng 2,5; 4,5; 2,0; 4,0 mg/L không có sự khác biệt - Nghiệm thức 1,5 mg/L có sự khác biệt với các nghiệm thức còn lại
Hình 4.14 Ảnh hƣởng kết quả keo tụ của PAC kết hợp polymer đến hiệu suất loại bỏ SS
Khi cố định PAC ở 500 mg/L và thay đổi giá trị polymer cho thấy hiệu suất xử lý SS cao nhất ở polymer 3,5 mg/L (82,83%), thấp nhất ở polymer 0,5 mg/L (64,05%). Bên cạnh đó kết quả phân tích thống kê cho thấy SS sự khác biệt ở mức ý nghĩa 5% giữa các liều lƣợng polymer khác nhau kết hợp với PAC.