Phương pháp keo tụ sử dụng Sắt Sunfate kết hợp Canxi hydroxit

L ỜI CAM ĐOAN

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

1.3.3 Phương pháp keo tụ sử dụng Sắt Sunfate kết hợp Canxi hydroxit

được chọn làm nghiên cứu.

Các nghiên cứu xử lý màu nước thải dệt nhuộm bằng Sắt Sunfate kết hợp Canxi hydroxit trên thế giới thu lại các kết quả rất khả quan. Trong một nghiên cứu của D. Georgiou và cộng sự nước thải dệt nhuộm được thu thập ở các nhà máy dệt nhuộm cotton (Fanco, bắc Hy Lạp) để nghiên cứu xử lý bằng Sắt Sunfate kết hợp Canxi hydroxit thu được kết quả hiệu suất khử màu khá cao 70–90% [23]. Một nghiên cứu khác về các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm của D. Georgiou và A. Aivasidis (2015) có kết luận chi phí vận hành của Sắt Sunfate kết hợp Canxi hydroxit là 0.403 USD/m3 thấp hơn so với các phương pháp Oxy hóa UV / H2O2

(1.61 USD/m3), bùn hoạt tính, phương pháp UV / H2O2 (1.208 USD/m3) và phương pháp keo tụ tạobông thông thường (0.666 USD/m3) [24].

Trên cơ sở các nghiên cứu đó, luận văn “xử lý màu nước thải dệt nhuộm hoạt tính bằng Sắt Sunfate kết hợp Canxi hydroxit” của tác giả nghiên cứu trên thuốc nhuộm hoạt tính giả định SRS, SBB, SBB/SRS khảo sát các giá trị như hiệu suất khử màu, COD, tốc độ khuấy, thời gian lưu.

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu trên mẫu nước thải giả định: được thực hiện trên các mẫu nước thải màu nhuộm hoạt tính giả định là hóa chất Sunzol Black B 150% (SBB), Sunfix Red S3B 100% (SRS) của hãng Oh-Young (Hàn Quốc).

Phạm vi nghiên cứu

Mô hình thí nghiệm được lắp đặt và tiến hành tại Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh.

Sơ đồ nghiên cứu

Hình 2.1 : Sơ đồ nghiên cứu

Lập mẫu nước giả định Nhận xét Khảo sát thực tế Phân tích mẫu Xử lý số liệu Kết luận

Pha chế nước thải giả định

Từ khảo sát thực tế các nhà máy nhận thấy rằng trong số các nước thải dệt nhuộm gây ô nhiễm môi trường nước thải từ công đoạn nhuộm của màu nhuộm hoạt tính đang là loại nước thải khó xử lý và chiếm chi phí cao nhất. Vì thế nghiên cứu quyết định chọn đối tượng này trong nghiên cứu xử lý nước thải nhuộm.

Một khó khăn khác trong quá trình nghiên cứu nước thải nhuộm hoạt tính đó là nước thải nhuộm thực tế thường bao gồm nhiều h n hợp màu do nhuộm nhiều sản phẩm có màu sắc khác nhau theo đơn đặt hàng, các màu nhuộm mặc dầu có chỉ số độ màu rất lớn nhưng thông số COD lại không cao, vì thế để khảo sát hiệu suất xử lý nếu chỉ dùng thông số COD sẽ không thực sự chính xác trong khi độ màu tổng cộng (hoặc độ hấp thu) lại gây sai số lớn (vì độ màu không có tính cộng gộp, giá trị độ màu chỉ cho giá trị có thông số của màu có ưu thế).[4]

Do những lý do trên đề tài nghiên cứu sẽ tiến hành tạo ra mẫu nước thải giả lập với các màu nhuộm riêng biệtgần giống với thực tế đặc biệt là độ màu và COD là hai thông số quan trọng nhất trong nước thải. Quy trình chuẩn bị nước thải được tóm gọn trong Hình 2.2

Hai màu nhuộm sử dụng trong nghiên cứu là Sunzol Black B 150% (SBB), Sunfix Red S3B 100% (SRS) của hãng Oh-Young (Hàn Quốc).

Xây dựng đường chuẩn của màu nhuộm

Sau khi tạo mẫu nước thải giả lập, quét bước sóng từ 380–750 nm xác định được bước sóng ứng với độ hấp thu cực đại (Amax), đo độ hấp thu với bước sóng này (λmax) được bảng Mục Lục 1. Độ hấp thu cực đại ứng với từng nồng độ màu của màu nhuôm. Từ đó lập được đường chuẩn của hai loại màu nhuộm.

Quy trình pha chế nước thải giả định: Cân m i loại bột màu với liều lượng 4g. Hòa tan chúng với 1000mL nước máy châm thêm dung dịch NaOH điều chỉnh lên pH 13. Sau đó định mức lên thành 2L. Tiếp tục mang mẫu đã pha mang đi đun nóng tới 70OC, khuấy từ trong 60 phút. Cất trữ lạnh dùng trong thí nghiệm xử lý. Khi tiến hành thí nghiệm mẫu trên được đo lại độ màu. Từ độ màu đã đo tính toán tỷ lệ pha mẫu để có được độ màu cần có.

Hình 2.2. Quy trình pha nước thải nhuộm giả lập

Hình 2.3. Đặc tính lý học củacác màu dùng trong thí nghiệm [4].

Cân chuẩn rắn

Cho thêm nước, chỉnh pH 13, định mức thành 1 lít Cất, trữ lạnh dùng trong thí nghiệm xử lý (1) 100mL Nước cất, vài giọt NaOH (2) Lắc đều tan (1) Đun nóng tới 700C (2) Khuấy từ trong 60 phút (SRS)

Đồ Thị 2.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thu và độ màu vào hàm lượng màu của màu Sunzol Black B 150% ở bước sóng 600nm

Đồ Thị 2.2 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thu và độ màu vào hàm lượng màu của màu Sunfix Red S3B 100%ở bước sóng 541nm

Đồ thị 2.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thu và độ màu vào hàm lượng màu của màu Sunfix Red S3B 100% và màu Sunzol Black B 150% ở bước sóng

580nm 2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Hóa chất, dụng cụ thí nghiệm và thiết bị nghiên cứua) Hóa chất a) Hóa chất

- Chất keo tụ sử dụng xử lý nước thải: PAC (Poly Aluminium Chloride), 31 % Al2O3công thức [Al2(OH)nCl6·nxH2O]m, Phèn sắt -Iron (II) Ferous Sulphate Hepta 14% Fe, công thức hóa học FeSO4.7H2O, Vôi ngậm nước Canxi hydroxit công thức hóa học Ca(OH)2 .

- Hóa chất trợ keo tụ: Polyme anion, công thức hóa học CONH2[CH2-CH-]n. - Hóa chất điều chỉnh pH: NaOH, HCl

- Hóa chất phân tích COD: Axit sunfuric (H2SO4); bạc sunfat (Ag2SO4); kalibicromat (K2Cr2O7); sắt (II) amoni sunfat [(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]; chỉ thị Feroin.

mg bột hóa chất (FeSO4.7H2O, PAC, Ca(OH)2 ) trong 100 mL nước cất (hay 0.006 mg trong trường hợp Polime) khuấy từ trong 5 phút –30 phút, sau đó siêu âm trong 70 phút để tạo h n hợp đồng nhất. Dung dịch gốc được trữ lạnh 5°C và được pha loãng đến nồng độ thích hợp khi sử dụng (từ 80 mg/L đến 350 mg/L).

b) Dụng cụ thí nghiệm

 Cốc thủy tinh các loại Pipet

Buret

 Bình định mức  Đĩa khuấy

c) Thiết bịdùng trong thí nghiệm

Các thiết bị chính sử dụng cho quá trình thí nghiệm bao gồm:

Máy phản ứng Jar- test: Dùng cho thí nghiệm khảo sát khử màucó 6 vị trí test mẫu

Hình 2. 4. Mô hình Jartest

Máy quang phổ dùng để đo độ hấp thu, độ màu của màu nhuộm trong quá trình thí nghiệm. Máy do hãng HACH (Hoa Kỳ) sản xuất, model DR5000, bước sóng quét từ 190–1100 nm.

Hình 2.5. Máy quang phổ UV-Vis

Máy đun hoàn lưu dùng trong phân tích COD (COD REACTOR

230V/50Hz) do hãng HACH- Hoa kỳ sản xuất. Nhiệt độ được kiểm soát thông qua nhiệt kế theo kèm (Hình 2. 6).

Hình 2. 6. Máy đun hoàn lưu COD reactor

Hình 2. 7. Máy đo pH do hãng Mettler Toledo (Thụy Sĩ) 2.2.2 Phương pháp phân tích

Xác định pH, COD, độ màu

Mẫu sau khi chạy Jar-test xong được phân tính tại phòng thí nghiệm khoa học Môi Trường –Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Hồ Chí Minh.

Bảng 2. 1. Các phương pháp phân tích sử dụng trong nghiên cứu

Thông số Đơn vị Phương pháp phân tích

pH - Đo bằng máy pH Mettler Toledo

Độ màu Pt – Co Đo bằng máy quang phổ UV – VIS DR 5000 COD mg/l Standard method (SMEWW 5220C: 2012)

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu

2.2.3.1 Phương pháp hồi quy tuyến tính

Dùng phần mềm bằng tính Excel xây dựng đường chuẩn biểu thị mối quan hệ giữa lượng màu có trong dung dịch với độ hấp thu quang cũng như lượng màu còn lại trong dung dịch với lượng màu bị hấp thu.

2.2.3.2 Phương pháp thống kê toán học

Các phương pháp thống kê được thực hiện gồm các trị số trung bình và độ lệch chuẩn của 3 lần lặp lại các giá trị đo đạc và phân tích.

 Độ lệch chuẩn S được tính bởi công thức:

Trong đó: là số bình quân

là giá trị thu được lần thứ I khi thí nghiệm được lặp lại n lần n là số đơn vị tổng thể

Trong đó:

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

Trong đó:

Ao: Độ màu đầu vào A: Độ màu sau xử lý

2.3 Tính toán hiệu suất xử lý COD, độ màu

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