4.1. Phương pháp luận
Dựa vào thành phần, tính chất nước thải của cơng ty VMMP cĩ chứa hàm lượng chất lơ lửng và kim loại vượt quá tiêu chuẩn cho phép, để giảm được hàm lượng chất ơ nhiễm này việc áp dụng phương pháp keo tụ là tốt nhất. Bởi vì, mục đích của quá trình keo tụ là xác định giá trị pH tối ưu và liều lượng phèn tối ưu của quá trình keo tụ tạo bơng để hỗ trợ cho quá trình khử màu, chất rắn lơ lửng, khử kim loại, COD trong nước thải.
Keo tụ là quá trình làm cho các hạt cặn phân tán trong nước tạo thành dạng bơng để lắng. Trong quá trình keo tụ lượng chất lơ lửng, màu, mùi sẽ giảm xuống. Ngồi ra, các chất như silicát, hyđrơcacbon, chất béo, màu mỡ và lượng lớn vi trùng bị loại bỏ.
Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hĩa chất là chất keo tụ cĩ thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ tạo thành các hạt lớn hơn và lắng xuống. Thơng thường quá trình keo tụ tạo bơng xảy ra 2 giai đoạn :
- Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy ngân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ
- Trung hịa hấp phụ lọc các tạp chất trong nước.
Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như phèn nhơm Al2(SO4), phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các phèn này được đưa vào nước dưới dạng hịa tan. Khi cho phèn nhơm vào nước chúng phân ly thành các ion Al3+ sau đĩ các ion này phân hủy thành Al(OH)3 theo phương trình sau: Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + H+
Trong phản ứng thủy phân trên thì ngồi Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành, cịn giải phĩng ra ion H+. Các ion H+ sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO-
3). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, khơng đủ trung hịa ion H+ thì cần phải kiềm hĩa nước, chất dùng để kiềm hố thơng dụng nhất là vơi (CaO), một số trường hợp khác cĩ thể dùng sơđa (Na2CO3), xút (NaOH). Hàm lượng chất keo tụ đưa vào nước phải cần xác định bằng thực nghiệm. Liều lượng chất keo tụ dựa vào các yếu tố sau :
- Dạng và nồng độ chất bẩn - Loại chất keo tụ
- Biện pháp hịa trộn chất keo tụ với nước thải
- Aûnh hưởng của chất keo tụ đến các quá trình làm sạch tiếp theo và quá trình xử lý cặn (làm sạch bằng phương pháp sinh học, lên men cặn, khử nước trong cặn)
Hiệu suất quá trình keo tụ phụ thuộc vào giá trị pH tối ưu. Ví dụ để keo tụ bằng phèn nhơm, pH tối ưu từ 4.5 – 8.0 hoặc nếu dùng phèn sắt (FeSO4) phải duy trì pH từ 9.0 – 11. Để tạo các bơng cặn lớn dễ lắng người ta cho các chất trợ keo tụ. Đĩ là các cao phân tử tan trong nước và dễ phân ly thành ion. Tùy thuộc nhĩm ion phân ly mà chất trợ keo tụ cĩ điện tích âm hoặc dương ( loại anion, cation, nonion). Đa số chất bẩn hữu cơ, vơ cơ dạng keo cĩ trong nước thải thường tích điện âm. Vì vậy nếu dùng các chất trợ keo tụ dạng cation thì sẽ khơng cần thêm chất trợ keo tụ
Việc lựa chọn loại hĩa chất, liều lượng tối ưu và thứ tự cho vào nước, xác định lượng cặn tạo thành phải tiến hành thí nghiệm.
4.2. Mơ hình phịng thí nghiệm
Mơ hình nghiên cứu là mơ hình cĩ sẵn trong phịng thí nghiệm Khoa Mơi Trường của Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh. Quá
trình thực hiện nghiên cứu được sự hướng dẫn của thầy cơ và sự giúp đỡ của các bạn bè.
Thí nghiệm Jartest được tiến hành nhằm xác định liều lượng chất keo tụ và giá trị pH tối ưu cho mẫu nước thải. Thiết bị gồm 6 cánh khuấy quay cùng tốc độ nhờ hộp điều chỉnh tốc độ quay (cĩ thể điều chỉnh ở tốc độ quay từ 10 – 140 vịng/ phút) . Cánh khuấy dạng turbine gồm hai bản phẳng nằm cùng mặt phẳng đứng, cánh khuấy đặt trong beaker dung tích 1 lít chứa cùng mẫu nước thải cho một lần thí nghiệm.
4.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
4.3.1. Dụng cụ thiết bị và hĩa chất sử dụng trong mơ hình jartest 4.3.1.1. Dụng cụ thí nghiệm Mơ hình jartest :1 bộ Beaker 1000ml : 6 Oáng nghiệm cĩ nút vặn :10 Oáng đong :1 Bình tam giác 125ml: 6 Pipet 10ml :2 Pipet 5ml :1 Pipet 1ml : 1 Bĩp cao su :1 Máy đo pH :1 Máy quang phổ :1 4.3.1.2. Hố chất thí nghiệm
- Phèn nhơm 5% (Al2(SO4)3.18H2O) - PAC ( polymer aluminum clorinre )30% - Xút NaOH 0.5N
- Axít H2SO4 0.1N
- Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0.0167M
- Dung dịch Ferrous ammonium sulfate (FAS) 0.1M - Chỉ thị màu feroin
4.3.1. Trình tự thí nghiệm
4.3.2.1. Thí nghiệm 1: xác định pH tối ưu Mẫu nước thải cĩ giá trị pH từ 6 đến 7.3 Liều lượng phèn cố định là 300mg/lít.
Thí nghiệm này pH được điều chỉnh bằng dung dịch xút NaOH 0.5N và axít H2SO4 0.1N. Các bước tiến hành thí nghiệm được tiến hành như sau:
¾ Xác định thơng số đầu vào của nước thải như: độ màu, SS, COD. Chọn hàm lượng phèn cố định. Lấy một lít nước thải cho vào 6 beaker và đặt chúng vào mơ hình jartest, chỉnh cánh khuấy quay ở tốc độ120 vịng/ phút.
¾ Chuẩn bị sẵn thể tích dung dịch phèn nhơm 5% ứng với nồng độ phèn đã chọn ban đầu 300 mg/lít
¾ Cho cùng một lúc dung dịch keo tụ phèn nhơm vào các mẫu đang khuấy nhanh và điều chỉnh pH ở 6 beaker với pH tăng dần từ 5.5 đến 8.0, khuấy đều với tốc độ 120 vịng/ phút trong vịng 1phút và sau đĩ giảm 20-30 vịng /phút và khuấy trong 20 phút.
¾ Tắt máy khuấy để lắng trong 30 phút sau đĩ lấy mẫu trên mặt xác định các chỉ tiêu như độ đục, độ màu, COD, SS.
¾ pH tối ưu là pH ứng với hiệu quả khử màu, COD, SS cao nhất.
Từ kết quả thí nghiệm sẽ kết luận được pH tối ưu ứng với độ màu, COD được khử cịn thấp nhất.
4.3.2.2. Thí nghiệm 2: xác định lượng phèn tối ưu khi cĩ điều chỉnh pH
Sau khi xác định được pH tối ưu (pH =6.5) ở thí nghiệm 1 thì việc lựa chọn hàm lượng phèn tối ưu được tiến hành dựa trên pH đĩ.
Thí nghiệm này sẽ được thực hiện với hàm lượng phèn thay đổi từ 250mg/lít đến 500mg/lít (mỗi hàm lượng phèn tại các beaker cách nhau 50 mg/lít : 250 :300 :350 :400 :450 :500). Vì hàm lượng phèn đưa vào mỗi beaker khác nhau nên để giữ pH
cố định là 6.5 phải điều chỉnh pH cho thích hợp bằng dung dịch xút NaOH 0.5N. Các bước tiến hành thí nghiệm được tiến hành như sau:
¾ Xác định thơng số đầu vào của nước thải như: độ màu, SS, COD. Lấy một lít nước thải cho vào 6 beaker và đặt chúng vào mơ hình jartest, chỉnh cánh khuấy quay ở tốc độ120 vịng/ phút.
¾ Chuẩn bị sẵn thể tích dung dịch phèn nhơm 5% ứng với nồng độ phèn thay đổi từ 250mg/lít đến 500mg/lít.
¾ Cho cùng một lúc dung dịch keo tụ phèn nhơm vào các mẫu đang khuấy nhanh và điều chỉnh pH ở 6 beaker về pH tối ưu (pH =6.5), khuấy đều với tốc độ 120 vịng/ phút trong vịng 1 phút và sau đĩ giảm 20-30 vịng /phút và khuấy trong 20 phút.
¾ Tắt máy khuấy để lắng trong 30 phút sau đĩ lấy mẫu trên mặt xác định các chỉ tiêu như độ đục, độ màu, COD, SS.
¾ Hàm lượng phèn tối ưu là lượng phèn ứng với hiệu quả khử màu, COD, SS cao nhất.
Từ kết quả thí nghiệm sẽ kết luận được lượng phèn tối ưu khi cĩ điều chỉnh pH về pH tối ưu tương ứng với độ màu, COD được khử cịn thấp nhất.
4.3.2.3. Thí nghiệm 3: xác định lượng phèn tối ưu khi khơng điều chỉnh pH
Ơû thí nghiệm 2 thực hiện việc xác định hàm lượng phèn tối ưu dựa trên cơ sở điều chỉnh giá trị pH về gần giá trị tối ưu bằng dung dịch NaOH 0.5N để nâng pH vì khi cho phèn nhơm vào nước thải, pH trong các beaker chứa nước thải sẽ giảm xuống do sinh ra H2SO4.
3Al2(SO4)3.18H2O 6Al(OH)3 + 9 H2SO4
Trong thực tế, việc điều chỉnh pH sẽ tốn kém hố chất, thao tác chỉnh pH sẽ khĩ khăn trong khi chỉnh chính xác pH. Từ những vấn đề đĩ tiến hành thêm thí nghiệm 3 giống như thí nghiệm 2 nhưng khơng điều chỉnh pH.
4.3.2.4. Thí nghiệm 4: xác định liều lượng phèn tối ưu ở pH tối ưu khi cĩ sử dụng PAC
Sau khi xác định pH tối ưu và hàm lượng phèn tối ưu các thơng số ứng với kết quả keo tụ, lượng nước sau khi keo tụ màu đã giảm. Tuy nhiên, để so sánh hàm lượng phèn tối ưu ở pH tối ưu khi khơng sử dụng và cĩ sử dụng PAC, ta tiến hành thí nghiệm 4 xác định lượng phèn tối ưu khi cĩ sử dụng PAC .
¾ Xác định thơng số đầu vào của nước thải như: độ màu, SS, COD. Lấy một lít nước thải cho vào 6 beaker và đặt chúng vào mơ hình jartest, chỉnh cánh khuấy quay ở tốc độ120 vịng/ phút.
¾ Chuẩn bị sẵn thể tích dung dịch phèn nhơm 5% ứng với nồng độ phèn thay đổi từ 250 mg/lít đến 500 mg/lít.
¾ Cho cùng một lúc dung dịch keo tụ phèn nhơm vào các mẫu đang khuấy nhanh và điều chỉnh pH ở 6 beaker về pH tối ưu (pH =6.5), tiếp tục cho một lượng PAC (1.5ml)vào mỗi beaker khuấy đều với tốc độ 120 vịng/ phút trong vịng 1 phút và sau đĩ giảm 20 - 30 vịng /phút và khuấy trong 20 phút.
¾ Tắt máy khuấy để lắng trong 30 phút sau đĩ lấy mẫu trên mặt xác định các chỉ tiêu như độ đục, độ màu, COD, SS.
¾ Hàm lượng phèn tối ưu là lượng phèn ứng với hiệu quả khử màu, COD, SS cao nhất.
Từ kết quả thí nghiệm sẽ kết luận được lượng phèn tối ưu khi cĩ điều chỉnh pH về pH tối ưu tương ứng với độ màu, COD được khử cịn thấp nhất.
4.4. Kết quả thí nghiệm
4.4.1. Thí nghiệm 1: xác định pH tối ưu
Bảng 8 : Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu Thứ tự mẫu 1 2 3 4 5 6 Hàm lượng phèn (mg/l) 300 300 300 300 300 300 Lượng xúc tác NaOH (ml) 5.2 6.5 7.0 7.5 8.0 8.3 pH 5.49 6.1 6.56 7.1 7.58 8.2 Độ màu vào Pt – Co 618 618 618 618 618 618 Độ màu ra Pt – Co 47 35 33 45 51 53 % xử lý độ màu 92.39 94.34 94.66 92.72 91.75 91.42 COD vào (mg/l) 490 490 490 490 490 490 COD ra (mg/l) 241 180 120 150 160 211 % xử lý COD 50.82 63.27 75.51 69.39 67.35 56.94 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của độ màu, COD theo các giá trị khác nhau của pH như sau:
Đồ thị 1:Đồ thị biểu diễn độ màu và hiệu quả khử độ màu ra khỏi thí nghiệm theo pH.
Biểu diễn độ màu và hiệu quả khử độ màu ra khỏi thí nghiệm theo pH
0 20 40 60 80 100 5.49 6.1 6.56 7.1 7.58 8.2 giá trị pH Pt -C o( % Pt -C o) độ màu ra % độ màu Nhận xét:
Sau khi cho lượng phèn cố định 300mg/lít và điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH về khoảng 5.5 đến 8.0, độ màu ra khỏi thí nghiệm giảm so với độ màu ban
đầu. Ơû giá trị pH = 6.5, độ màu ra khỏi thí nghiệm là thấp nhất (Pt-Co = 33), tương ứng với hiệu quả khử màu cao nhất (94.66%)
Đồ thị 2: Đồ thị biểu diễn hàm lượng COD và hiệu quả khử COD ra khỏi thí nghiệm theo pH.
Biểu diễn COD và hiệu quả khử COD ra khỏi thí nghiệm theo pH 0 50 100 150 200 250 300 5.49 6.1 6.56 7.1 7.58 8.2 giá trị pH CO D , % CO D ra COD ra % COD ra Nhận xét:
Sau khi cho lượng phèn cố định 300mg/lít và điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH về khoảng 5.5 đến 8.0, hàm lượng COD ra khỏi thí nghiệm giảm so với hàm lượng COD đầu vào. Ơû giá trị pH = 6.5, hàm lượng COD ra khỏi thí nghiệm là thấp nhất , tương ứng với hiệu quả khử COD là cao nhất
Vậy:
Hiệu quả khử màu và COD cao nhất ở giá trị pH = 6.5. Hiệu quả các chỉ tiêu như sau:
- Hiệu quả khử màu đạt 94.66% - Hiệu quả khử COD đạt 75.51%
4.4.2. Thí nghiệm 2: xác định lượng phèn tối ưu cĩ điều chỉnh pH Kết quả xác định sau khi keo tụ và lắng 30 phút như sau:
Bảng 9 :Kết quả thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu khi cĩ điều chỉnh pH Thứ tự mẫu 1 2 3 4 5 6 Hàm lượng phèn (mg/l) 250 300 350 400 450 500 Lượng xúc tác NaOH (ml) 4 5.2 6.5 7.5 8.5 9.5 pH 6.46 6.52 6.48 6.49 6.53 6.51 Độ màu vào Pt – Co 618 618 618 618 618 618 Độ màu ra Pt – Co 45 38 34 30 40 45 % xử lý độ màu 92.72 93.85 94.49 95.15 93.53 92.72 COD vào (mg/l) 490 490 490 490 490 490 COD ra (mg/l) 184 156 150 120 150 175 % xử lý COD 63.06 68.18 69.39 75.51 69.39 64.29 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của độ màu, COD theo lượng phèn khác nhau ở pH tối ưu khi cĩ điều chỉnh pH như sau:
Đồ thị.3: Biểu diễn độ màu và hiệu quả khử độ màu ra khỏi thí nghiệm theo lượng phèn khi cĩ điều chỉnh pH
Biểu diễn độ màu r a và hiệu quả khử độ màu theo lượng phèn khi cĩ điều chỉnh pH
0 20 40 60 80 100 250 300 350 400 450 500 lượng phèn(mg/l) Pt -C o va ø % Pt - C o độ màu ra % độ màu Nhận xét:
Sau khi điều chỉnh pH về tối ưu (pH= 6.5) và hàm lượng phèn thay đổi từ (250 –500mg/lít), độ màu của mẫu nước thải giảm đáng kể. Với hàm lượng phèn
400mg/l thì độ màu đầu ra đạt kết quả thấp nhất, tương ứng với hiệu quả khử màu là cao nhất.
Đồ thị 4: Đồ thị biểu diễn hàm lượng COD và hiệu quả khử COD ra khỏi thí nghiệm theo theo lượng phèn khi cĩ điều chỉnh pH .
Biểu diễn hàm lượng COD ra và hiệu quả khử COD ra khỏi thí nghiệm theo lượng phèn khi cĩ
điều chỉnh pH 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 lượng phèn(mg/l) CO D ra v à % CO D ra COD ra %COD ra Nhận xét:
Sau khi điều chỉnh pH về tối ưu (pH= 6.5) và hàm lượng phèn thay đổi từ (250 –500mg/lít), hàm lượng COD của mẫu nước thải giảm đáng kể. Với hàm lượng phèn 400mg/l thì hàm lượng COD đầu ra đạt kết quả thấp nhất, tương ứng với hiệu quả khử COD là cao nhất.
Vậy:
Khi điều chỉnh pH về pH tối ưu và ở hàm lượng phèn 400mg/l thì hiệu quả xử lý độ màu và COD là cao nhất. Hiệu quả các chỉ tiêu như sau:
- Hiệu quả khử màu đạt 95.15% - Hiệu quả khử COD đạt 75.51%
4.4.3. Thí nghiệm 3 : xác định lượng phèn tối ưu khi khơng điều chỉnh pH
Bảng 10 : Kết quả thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu khi khơng điều chỉnh PH
Thứ tự mẫu 1 2 3 4 5 6 Hàm lượng phèn (mg/l) 250 300 350 400 450 500 Lượng xúc tác NaOH (ml) 0 0 0 0 0 0 pH 6.23 6.36 6.22 6.32 6.27 6.32 Độ màu vào Pt – Co 618 618 618 618 618 618 Độ màu ra Pt – Co 77 75 70 60 65 72 % xử lý độ màu 87.54 87.56 88.67 90.29 89.48 88.35 COD vào (mg/l) 510 510 510 510 510 510 COD ra (mg/l) 122 109 91 82 152 156 % xử lý COD 76.08 78.63 82.16 83.92 70.02 69.41
Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của độ màu, COD theo lượng phèn khác nhau khi khơng điều chỉnh pH như sau:
Đồ thị 5: Biểu diễn độ màu và hiệu quả khử độ màu ra khỏi thí nghiệm theo lượng phèn khi khơng điều chỉnh pH
Biểu diễn độ màu ra và hiệu quả khử độ màu theo lượng phèn khi cĩ điều chỉnh pH
0 20 40 60 80 100 250 300 350 400 450 500 lượng phèn(mg/l)