Tính toán hiệu suất xử lý COD, độmàu

L ỜI CAM ĐOAN

4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

2.3 Tính toán hiệu suất xử lý COD, độmàu

Hiệu quả xử lý COD được tính theo phương trình:

Trong đó:

CODo: nồng độ COD đầu vào COD: nồng độ COD sau xử lý

Màu nhuộm sử dụng trong nghiên cứu: Sunzol Black B 150% , Sunfix Red S3B 100% và nước thải kết hợp 2 loại màu theo tỷ lệ khối lượng SBB:SRS = 1:1. Quá trình thí nghiệm khảo sát các giá trị như sau

1. Tốc độ khuấy 2. Độ pH

3. Nồng độ chất keo tụ 4. Nồng độ màu

Mẫu thí nghiệm được lặp lại 6 lần cho ba loại nước thải, 108 mẫu thí nghiệm cho m i một loại hóa chất keo tụ. Tổng cộng tôi thực hiện 432 mẫu thí nghiệm cho luận văn này.

2.3.1 Khảo sát quá trình keo tụ của PAC

Xác định pH tối ưu

 Cố định hàm lượng PAC với liều lượng 500 mg/L với nồng độ màu 1000 Pt-Co cho cả 3 loại nước thải, tốc độ khuấy và thời gian.

 Điều chỉnh giá trị pH 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 (5, 7, 9, 10, 11, 12)cho m i loại nước thải

 Cho lầnlượt vào các becker lượng PAC với liều lượng 500mg/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 0,1 Nvà 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.

Xác định tốc độ khuấy tối ưu

 Thực hiện tương tự các bước khảo sát pH, nhưng cố định pH, thời gian khuấy, lượng PAC và độ màu 1000 Pt-Co của nước thải.

 Thay đổi tốc độ khuấy ở các điểm 40, 60, 80, 100, 120, 140 vòng /phút.

 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.

 Dùng dung dịch NaOH và HCl để điều chỉnh và cố định giá trị pH tối ưu.  Cho lần lượt vào các becker lượng PAC với liều lượng 500mg/L.

 Đặt 6 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với các tốc độ khuấy 40, 60, 80, 100, 120, 140 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 tốc độ khuấy tối ưu.

Xác định thời gian khuấy tối ưu

 Cố định các định pH, tốc độ khuấy, lượng PAC và độ màu 1000 Pt-Co của nước thải.

 Thay đổi thời gian khuấy từ 1, 3, 5, 7, 10, 15 phút

 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.

 Dùng dung dịch NaOH và HCl để điều chỉnh và cố định giá trị pH tối ưu.  Cho lần lượt vào các becker lượng PAC với liều lượng 500mg/L

 Đặt 6 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với tốc độ khuấy tối ưu trong 1, 3, 5, 7, 10, 15 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

 Xác định thời gian khuấy tối ưu.

Xác định nồng độ PAC tối ưu

 Cố định các định pH, tốc độ khuấy, thời gian khuấy và độ màu 1000 Pt-Co của nước thải.

 Thay đổi liều lượng PAC châm vào với các giá trị 200, 400, 600, 800, 1000, 1200 mg/L.

 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.

 Dùng dung dịch NaOH và HCl để điều chỉnh và cố định giá trị pH tối ưu.  Cho lần lượt vào các becker lượng PAC với các liều lượng khác nhau từ

200, 400, 600, 800, 1000, 1200 mg/L

 Đặt 6 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với tốc độ khuấy và thời gian khuấy tối ưu.

 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 PAC tối ưu châm vào.

Xác định hiệu quả xử lý với các độ màu khác nhau.

 Cố định các định pH, tốc độ khuấy, thời gian khuấy của nước thải.

 Thay đổi liều lượng PAC châm vào 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 1000, 2000, 3000, 4200, 5000 Pt-Co.

 Dùng dung dịch NaOH và HCl để điều chỉnh và cố định giá trị pH tối ưu.  Cho lần lượt vào các becker lượng PAC với liều lượng PAC tối ưu.  Đặt 5 becker vào giàn máy Jar-test, cho máy chạy với tốc độ khuấy và

 Châm chất trợ lắng polime 0,1N và máy chạy 30 vòng/phút trong 15 phút.

 Sau 15 phút khuấy chậmtắt máy để lắng trong 30 phút. Sau đó lấy phần nước trong đo lại pH, độ màu và COD.

 Xác định hiệu quả xử lý màu qua các giá trị độ màu.

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