L ỜI CAM ĐOAN
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.3.2 Khảo sát quá trình keo tụ nước thải bằng các hóa chất keo tụ khác:
Các hóa chất keo tụ phèn sắt sunphat, vôi và h n hợp hóa chất kết hợp có các bước khảo sát tương tự như quy trình với PAC vớicác yếu tố như Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Các bước tiến hành khảo sát với FeSO4.7H2O, Ca(OH)2.
Bước thí nghiệm Yếu tố Khoảng khảo sát
1 pH 5 – 13
2 Tốc độ khuấy (vòng/phút) 40 – 140
3 Thời gian khuấy phản ứng(phút)
1 – 15
4 Nồng độ chất keo tụ (mg/L) 200 – 1400
5 Độ màu (Pt-Co) 1000 – 5000
Khảo sát quá trình keo tụ bằng phèn sắt sunphat và vôi (Ca(OH)2+ FeSO4.7H2O)
Khảo sát với liều lượng vôi sử dụngtối ưu trong kết hợpvôi + sắt.
Cố định hàm lượng phèn sắt với liều lượng 600 mg/L, nồng độ màu 2000 Pt- Co, pH cho cả 3 loại nước thải.
Biến thiên liều lượng vôi châm vào từ 200, 400, 600, 800, 1200, 1500 mg/L
Tiến hành thí nghiệm như sau:
Cho vào 6 becker đánh số thứ tự từ 1 đến 6, m i becker cho vào 500mL nước thải
Châm vôi vào với liều lượng biến thiên 200, 400, 600, 800, 1000, 1200,1600 mg/L.
Đặt 6 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với cùng một tốc độ 80 vòng/phút trong 3 phút.
Châm chất trợ lắng polime 0,1N và máy chạy 30 vòng/phút trong 15 phút Sau 15 phút khuấy chậm tắt máy để lắng trong 30 phút. Sau đó lấy phần
nước trong đo lại pH, độ màu và COD. Xác định lượng vôi tối ưu.
Xác định nồng độ Phèn sắt tối ưu
Cố định các định liều lượng vôi 800 mg/l, tốc độ khuấy, thời gian khuấy, pH và độ màu 2000 Pt-Co củaba loạinước thải.
Thay đổi liều lượng phèn sắt châm vào với các giá trị 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400 mg/L.
Trình tự tiến hành như sau:
Cho vào 7 becker đánh số thứ tự từ 1 đến 7, m i becker cho vào 500mL nước thải.
Châm liều lượng vôi tối ưu, đo lại pH.
Cho lần lượt vào m i becker lượng phèn sắt với các liều lượng khác nhau từ 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400 mg/L
Đặt becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với tốc độ khuấy và thời gian khuấy 3 phút, tốc độ khuấy 80 vòng/phút.
Châm chất trợ lắng polime 0,1N và máy chạy 30 vòng/phút trong 15 phút Sau 15 phút khuấy chậm tắt máy để lắng trong 30 phút.
Xác địnhlượng Phèn sắt tối ưu châm vào, đo lại pH, độ màu và COD.
Khảo sát tốc độ khuấy tối ưu
Cố định hàm lượng phèn sắt với liều lượng 600 mg/L, vôi 800 mg/L, thời gian khuấy, nồng độ màu 2000 Pt-Co cho cả 3 loại nước thải.
Các tốc độ khảo sát 40, 60, 80, 100, 120, 140 vòng/phút
Tiến hành thí nghiệm như sau:
Cho vào 6 becker đánh số thứ tự từ 1 đến 6, m i becker cho vào 500mL nước thải.
Châm vôi vào với liều lượng tối ưu. Sau đó đo giá trị pH.
Cho lần lượt vào các becker với liều lượng phèn sắt 600 mg/L, vôi 800 mg/l.
Đặt 6 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với các tốc độ khác. nhau 40, 60, 80, 100, 120, 140 vòng/phút trong 3 phút.
Châm chất trợ lắng polime 0,1 N và máy chạy 30 vòng/phút trong 15 phút.
Sau 15 phút khuấy chậm tắt máy để lắng trong 30 phút. Sau đó lấy phần nước trong đo lại pH, độ màu và COD.
Xác định lượng tốc độ khuấy tối ưu.
Xác định pH tối ưu
Cố định hàm lượng hóa chất kết hợp với liều lượng vôi 800 mg/L, sắt sunphat 600 mg/L với nồng độ màu 2000 Pt-Co cho cả 3 loại nước thải, tốc độ khuấy và thời gian tối ưu
Điều chỉnh giá trị pH của các loại nước thải tại các điểm 5, 7, 9, 10, 11, 12 (điều chỉnh pH với dung dịch NaOH 0,1N và dung dịch HCl 0,1N).
Tiến hành thí nghiệm như sau:
Cho vào 6 becker đánh số thứ tự từ 1 đến 6, m i becker cho vào 500mL nước thải.
Dùng dung dịch NaOH và HCl để điều chỉnh và cố định các giá trị pH cần khảo sát.
Cho lần lượt vào các becker lượng phèn sắt với vôi tối ưu 600 và 800 mg Đặt 6 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với cùng một tốc độ 80
vòng/phút trong 3 phút.
Châm chất trợ lắng polime 0,1N và máy chạy 30 vòng/phút trong 15 phút. Sau 15 phút khuấy chậm tắt máy để lắng trong 30 phút. Sau đó lấy phần
nước trong đo lại pH, độ màu và COD. Xác định pH tối ưu.
Cố định các định liều lượng, tốc độ khuấy, thời gian khuấy và pH của nước thải.
Từ việc xác định các giá trị tối ưu trên, nghiên cứu tiến hành xem xét hiệu quả xử lý với các độ màu khác nhau.
Trình tự tiến hành như sau:
Cho vào 6 becker đánh số thứ tự từ 1 đến 6, m i becker cho vào 500mL nước thải với độ màu lần lượt là 1000, 2000, 3000, 4200, 5000 Pt-Co. Cho lần lượt vào các becker lượng phèn sắt với vôi tối ưu.
Đặt 6 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với tốc độ khuấy 80 vòng/phút và thời gian khuấy tối ưu 3 phút.
Châm chất trợ lắng polimer 0,1N và máy chạy 30 vòng/phút trong 15 phút Sau 15 phút khuấy chậm tắt máy để lắng trong 30 phút.
Xác định hiệu quả xử lý màu qua các giá trị độ màu, đo lại pH, độ màu và COD.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Nghiên cứu cho thấy quá trình keo tụ của các loại hóa chất keo tụ chịu ảnh hưởng rất nhiều yếu tố, luận văn này tôi đánh giá khảo sát các ảnh hưởng của những yếu tố và xác định ra thông số tối ưu cho quá trình loại bỏ màu bởi quá trình này. Các ảnh hưởng đến quá trình keo tụ là: Tốc độ khuấy, thời gian khuấy, pH, liều lượng chất keo tụ và độ màu nước thải. Khi nghiên cứu ảnh hưởng đến yếu tố nào thì thay đổi yếu tố đó và giữ nguyên các giá trị khác để khảo sát. Kết quả được xem là hợp lý được xem là một yếu tố, sẽ được lựa chọn cho thí nghiệm khảo sát các yếu tố tiếp theo của luận văn.
3.1 Khảo sát kếtquả xử lýmẫu nước thải giả địnhcủa PAC 3.1.1. Xác định độ pH tối ưu
Xác định được độ pH tối ưu cho quá trình khử màu, tôi nghiên cứu tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý với các giá trị pH khác nhau: 5, 7, 9, 10, 11, 12 và cố định các yếu tố khác nhau. Bảng 3. 1. Điều kiện lúc đầu khảo sát pH Thuốc nhuộm Tốc độ khuấy (rpm) Thời gian khuấy (phút) Nồng độ PAC (mg/L) Độ màu (Pt – Co) pH SRS 80 3 500 2000 5, 7, 9, 10, 11, 12 SBB SRS/SBB
Qua tính toán thì đồ thị sựảnh hưởng pH được mô tảnhư sau
Hình 3.1. Biểu đồảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD, màu của PAC
Kết quả thể hiện hiệu suất xử lý như Hình 3.1 quá trình xử lý nước thải đối với PAC, các loại màu nhuộm hoạt tính được xử lý tốt nhất với pH từ 9–11, trong môi trường kiềm.
Tại pH >9, cấu trúc của các màu nhuộm hoạt tính chủ yếu ở dạng hydroxyethyl sulfone như miêu tả trong Hình 3.2 [17]. Dạng tồn tại này có thể dễ dàng tạo liên kết giữa π electron của màu nhuộm với nhóm cis- hydroxy như sau:
- Nhóm mang màu thì có 2 loại: SRS và SBB như sau:
SRS:
SBB:
Hình 3.2. Cấu trúc màu nhuộm nghiên cứu tại các pH 3,7,10
Điều này được giải thích là do PAC chứa một lượng oxid nhôm Al2O3 có tính lưỡng tính, tan tốt trong cả môi trường acid lẫn baz cho ra ion Al3+, ion này bị hydrat hóa tạo thành phức Al(H2O)63+. Trong môi trường nước, phức nhôm trao đổi proton hình thành ion Al(OH)2+. Chính ion này kết hợp mạnh mẽ với các phân tử màu nhuộm mang điện tích âm hình thành bông cặn hydroxid. Các bông cặn này liên kết lại với nhau nhờ lực van der Waals và nối hydrogen tạo thành tập hợp có tỉ trọng lớn hơn, tách khỏi nước và lắng xuống.
Trái lại tại pH trung tính và acid, phân tử màu nhuộm bị proton hóa, trên phân tử màu xuất hiện các gốc mang điện tích dương (tại vị trí của nhóm amine). Tương
tác đẩy giữa dung dịch keo tụ mang điện tích dương cùng dấu với màu màu nhuộm dẫn đến hiệu suất khử màu hầu như không đáng kể tại các giá trị pH này [4].
- Vậy khoảng pH tối ưu để thực hiện quá trình keo tụ khử màu với pH tối ưu 11 với các loại nước thảimàu hoạt tính SRS, SBB và SRS/SBB.
3.1.2 Xác định tốc độ khuấy tối ưu
Tốc độ khuấy tối ưu được xác định với điều kiện ban đầu được thực hiện trên Bảng 3.3. Để tìm ra tốc độ khuấy tối ưu cho quá trình keo tụ với PAC, nghiên cứu được thực hiện với các tốc độ khuấy khác nhau theo cấp độ từ chậm đến nhanh các yếu tố các như pH, thời gian khuấy, nồng độ PAC sử dụng và độ màu được cố định cho cả 3 loại nước thải giả định pha chế. Kết quả được thể hiện ở Hình 3.3
Bảng 3. 2. Điều kiện khảo sát tốc độ khuấy với PAC
Thuốc nhuộm pH Thời gian khuấy (phút) Nồng độ PAC (mg/L) Độ màu (Pt – Co) Tốc độ khuấy trộn (rpm) SRS 11 3 500 2000 40, 60, 80, 100, 120, 140 SBB SRS/SBB
Đồ thị cho thấy tốc độ khuấy trong khoảng 80–120rpm (vòng/phút) cho hiệu quả xử lý tốt nhất. Tuy nhiên sự chênh lệch không được thể hiện rõ giữa các tốc độ khuấy khác nhau bao nhiêu. Tốc độ tối ưu để khử màu SRS và SBB là 80rpm ứng với hiệu suất khử màu là 63,2 % và 64,4 % với loại nước kết hợp 2 loại màu ứng với hiệu suất 61,9 %. Tôi chọn tốc độ khuấy 80 vòng/phút để cho các thí nghiệm kế tiếp.
3.1.3 Xác định thời gian khuấy tối ưu
Để xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình keo tụ, nghiên cứu tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý qua các thời gian khuấy khác nhau 1, 3, 5, 7,10, 15 phút và cố định các yếu tố khác như trong Bảng 3.5 và cho kết quả thể hiện như trong Hình 3.4.
Bảng 3. 3. Điều kiện khảo sát thời gian khuấy với PAC
Thuốc nhuộm pH Thời gian khuấy (phút) Nồng độ PAC (mg/L) Độ màu (Pt – Co) Tốc độ khuấy trộn (rpm) SRS 11 1, 3, 5, 7,10, 15 500 2000 80 SBB
Từ hình 3.4 ta thấy rằng cùng với sựgia tăng thời gian phản ứng, hiệu quả khử màu tăng dần. Tuy nhiên khi vượt quá 15 phút hiệu quả xử lý có xu hướng giảm dần xuống. Điều này có thể do quá trình “bền hóa” (restabilization) hay keo hóa trở lại của hệ (Sanghi và cộng sự, 2002) [29,4].
Từđồ thị cho thấy hiệu quả xử lý tốt nhất ứng với thời gian khuấy 3,5,7 phút, thời gian càng kéo dài hiệu quả xử lý giảm dần. Chọn cho các thí nghiệm nghiên cứu tiếp theo với thời gian khuấy tối ưu là 3 phút.
3.1.4 Xác định nồng độ PAC tối ưu
Điều kiện ban đầu để thực hiện khảo sát được thể hiện trong Bảng 3.7 với các nồng độ PAC khảo sát từ 200 đến 1200 mg/L. Kết quả khảo sát được thể hiện trên Hình 3.5.
Bảng 3.4. Điều kiện ban đầu khảo sát nồng độ PAC
Màu
nhuộm pH
Thời gian khuấy (phút) Nồng độ PAC (mg/L) Độ màu (Pt – Co) Tốc độ khuấy trộn (rpm) SRS 11 3 200, 400, 600, 800, 1000, 1200 2000 80 SBB SRS/SBB
Hình 3.5. Ảnh hưởng nồng độPAC đến hiệu suất xử lý
Liều lượng PAC sử dụng ảnh hưởng trực tiếp quá trình keo tụ. Qua đồ thị cho thấy biên độ dao động mạnh của hiệu quả xử lý và sự chênh lệch rõ nét giữa các nồng độ và giữa các màu khác nhau. Đường đồ thị cho thấy từ khoảng [100 - 400] tại liều lượng 400mg/L đạt hiệu quả xử lý tốt nhất với hiệu suất khử màu là 55% và hiệu suất xử lý COD trên 50%. Với liều lượng trên 800 mg/L hiệu suất xử lý COD và màu giảm xuống. Với cả 3 loại màu SBB, SRS và màu kết hợp SRS/SBB hiệu quả xử lý tốt nhất tại nồng độ 500 - 600 mg/L với hiệu suất khử màu trong khoảng 63% - 64 % và hiệu quả xử lý COD lần lượt là 52, 61 và 69 %. Vậy liều lượng PAC được chọn chung cho các loại màu là 500 mg/L để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
3.1.5 Xác định hiệu quả xử lý theo độ màu
Trong khảo sát này, độ màu được thay đổi từ 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 Pt-Co. Các yếu tố khác được cố định ở bảng 3.9 . Bảng 3.9 thể hiện các điều kiện khảo sát.
Bảng 3.5. Điều kiện ban đầu khảo sát nồng độ màu của PAC Màu nhuộm pH Thời gian khuấy (phút) Nồng độ PAC (mg/L) Độ màu (Pt – Co) Tốc độ khuấy trộn (rpm) SRS 11 3 500 1000, 2000, 3000, 4200, 5000 80 SBB SRS/SBB
Hình 3. 6. Ảnh hưởng của nồng độmàu đến hiệu suất khử màu của PAC
Hình 3.6 cho thấy, hiệu suất xử lý của PAC cao nhất tại độ màu 1000 Pt-Co ứng với hiệu quả xử lý các loại màu SRS; SBB; SRS/SBB lần lượt là 63; 64; 62%. Màu càng đậm hiệu quả xử lý độ màu giảm. Tại độ màu 5000 Pt-Co lần lượt là 39; 40; 39%. Khi mà độ màu tăng cao PAC phản ứng với các HCHC và phức màu nên lượng PAC cho vào xử lý không đủ cho quá trình keo tụ điều này dẫn đến giảm H% xử lý COD và độ màu
3.2 Khảo sát kết quả xử lý mẫu nước thải giả định của Phèn Sắt3.2.1 Xác định pH tối ưu 3.2.1 Xác định pH tối ưu
Các giá trị được lựa chọn với pH từ thấp đến cao là 5, 7, 9, 10, 11, 12 với điều kiện như Bảng 3.11. Số liệu khảo sát được liệt kê như hình 3.7
Bảng 3.6 Điều kiện thực hiện xác định pH tối ưu của phèn sắt
Màu nhuộm pH Thời gian khuấy (phút) Nồng độ phèn sắt FeSO4.7H2O (mg/L) Độ màu (Pt – Co) Tốc độ khuấy trộn (rpm) SRS 5, 7, 9, 10, 11, 12, 13 3 800 2000 80 SBB SRS/SBB Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý của phèn sắt
Ở pH trung tính và acid, phân tử màu nhuộm bị proton hóa, trên phân tử màu xuất hiện các gốc mang điện tích dương (tại vị trí của nhóm amine). Tương tác đẩy giữa dung dịch keo tụ mang điện tích dương cùng dấu với màu nhuộm dẫn đến hiệu suất khử màu hầu như không đáng kể tại các giá trị pH này [5].
Hình 3.8. Sắt (II) tồn tại ở trong nước thải có độ pH khác nhau [4]
Hình 3.8 cho thấy các khoảng nồng độ axit tương ứng với khả năng khử màu của sắt trong nước. Khi pH < 5 khả năng khử màu của phèn sắt không xảyra. Biểu đồ cho thấy khi tăng pH lên, Fe(OH)2xuất hiện từ pH gần bằng pH 6, đồng thời giá trị khử màu trong (bảng 3.12) cũng tăng lên của nước thải mang màu SRS, SBB, SRS/SBB lần lượt là 17% , 18% và 18% . Khả năng khử màu của sắt cao nhất ở pH 12 như (bảng 3.12) với màu SRS, SBB, SRS/SBB lần lượt là 90%; 88% và 85%, tỷ lệ thuận với nồng độ Fe(OH)2 ở ngưỡng lớn nhất ở pH 12 như Hình 3.8. Khi tăng pH lên trên 12, Hình 3.8 cho thấy sắt ở dạng Fe(OH)3-, khi đó chất keo tụ cho vào nước thải có một phần mang cùng dấu với hạt keo làm bẩn nước khiến khả năng keo tụ giảm đi một cách đáng kể. PH cao đến độ màu của phèn sắt với hiệu suất cao do sự hình thành của bông cặn Fe(OH)2 với diện tíchbề mặt lớn, dễ keo tụ với các màu nhuộm hòa tan [4]
Qua đồ thị cho thấy, hiệu quả khử màu và COD chịu tác dụng lớn của pH. Tại giá trị pH < 5, độ màu sau xử lý hầu như không thay đổi. Hiệu quả xử lý tăng dầntừ