Nếu ta chỉ quan tâm ảnh h ởng của chế độ thủy động, độ pH, hàm l ợng chất keo tụ, hàm l ợng chất cần xử lý tr ớc và sau khi xử lý và thời gian xử lý thì mô hình thu về dạng: ' 4 ' 3 ' 2 ' 1Re ( ) ) ( 1 α α α α = m X pH tn C m Xr v (6 8)-
Từ kết quả thực nghiệm, ta có thể xác định đ ợc các thông số của mô hình nhờ giải hệ ph ơng trình sau:
lg ( ) i v i i i i r m x pH tn C m X + + + + =lg lg lgRe lg ' lg 4 ' ' 3 ' 2 1 ' 1 α α α α ∀i = 1,5 (6-9) Chỉ cần giải hệ 5 ph ơng trình 5 ẩn số sẽ tìm đ ợc các nghiệm cụ thể:
C1 , α’1, ’2, ’3, α α α’4, là các tham số của mô hình đ ợc xác định nhờ
các số liệu thực nghiệm thu đ ợc ở bảng 6-3.
Bảng 6 -3 STT pH L ợng chất keo tụ (mg/l) Xv tr ớc khi xử lý (mg/l) Xr sau khi xử lý (mg/l) n (v/ph) Thời gian lắng (phút), t 1 7,5 50 7.10-3 2,2.10-3 40 16 2 8 75 15.10-3 4.10-3 50 16 3 8,5 150 19.10-3 5,6.10-3 70 16 4 9 50 22.10-3 6,5.10-3 70 16 5 8,5 100 25.10-3 2,8.10-3 60 16
Căn cứ vào bảng 6-3 ta lập đ ợc bảng tính toán các chuẩn số cụ thể (bảng 6- 4). Bảng -4 6 i tn Re pH Xv/m Xr/m 1 640 29272 7,5 0,14.10-3 0,044 2 800 32238 8 0,2 0,053 3 1120 35149 8,5 0,126 0,037 4 1120 41026 9 0,44 0,13 5 960 38059 8,5 0,25 0,028
Thay các giá trị ở bảng 6- 4 vào hệ ph ơng trình (6-9) ta có hệ ph ơng trình sau:
lgC1 + 2,806α’1 + 4,466α’2+ 0,875α’3 – 3,854α’4 = - 1,356
lgC1 + 2,903α’1 + 4,508α’2+ 0,903α’3 – 0,699α’4 = - 1,275
lgC1 + 3,049α’1 + 4,546α’2+ 0,929α’3 – 0,899α’4 = - 1,432
lgC1 + 3,049α’1 + 4,613α’2+ 0,954α’3 – 0,356α’4 = - 0,886
lgC1 + 2,982α’1 + 4,580α’2+ 0,929α’3 – 0,602α’4 = - 1,553
Giải bằng Matlap 7.0, ta có kết quả nh sau: a = 1.0000 2.8060 4.4660 0.8750 3.8540 1.0000 2.9030 4.5080 0.9030 0.6990 1.0000 3.0490 4.5800 0.9290 0.8990 1.0000 3.0490 4.6130 0.9540 0.3560 1.0000 2.9820 4.5600 0.9290 0.6020 b = 1.3560 1.2750 1.4320 0.8860 1.5530
x = 74.1526 11.0104 -26.6387 16.7619 0.1583 lgC1’ = 74,1526; α’1= 11,0104 ; α’2 -= 26,6387 ; α’3= 16,7619 ; α’4 = 0,1583
Thay vào mô hình (6-8 ) ta có mô hình vật lý mô tả quá trình xử lý thuỷ
ngân trong n ớc thải bằng ph ơng pháp keo tụ :
m Xr = 1074.1526 tn11.0104Re -26.6387(pH)16.7619( m Xv ) 0.1583 6-8 ’ ( )
Mô hình vật lý (6-8 ’ ) đ ợc dùng để tính toán các hệ công nghệ xử lý thích
hợp khi triển khai công nghệ.
6.3. Nhận xét kết quả
Từ mô hình (6-8 ’ ) ta có một số nhận xét:
- Chuẩn số đặc tr ng nồng độ ra của thuỷ ngân trong n ớc thải tỷ lệ nghịch với chuẩn số Re. Vì vậy ta chọn Re lớn khi triển khai công nghệ, do vậy có thể chọn tốc độ khuấy lớn (trong thực nghiệm này n khoảng 70 v/ph)
- Chuẩn số đặc tr ng nồng độ ra của thuỷ ngân trong n ớc thải tỷ lệ thuận với chuẩn số đặc tr ng tích thời gian và tốc độ khuấy nên ta chọn thời gian xử lý bé và tốc độ khuấy lớn.
- Chuẩn số đặc tr ng nồng độ ra của thuỷ ngân trong n ớc thải tỷ lệ thuận với
pH nên ta chọn pH bé khi triển khai công nghệ (trong thực nghiệm này pH khoảng 8 )
- Chuẩn số đặc tr ng nồng độ ra của thuỷ ngân trong n ớc thải tỷ lệ với chuẩn số đặc tr ng cho nồng độ thuỷ ngân trong n ớc thải vào.
6.4 áp dụng kết quả nghiên cứu trong thực tế để xử lý n ớc thải công nghiệp chứa thuỷ ngân và kẽm.
6.4.1 Đối t ợng áp dụng
Trong sản xuất công nghiệp có khá nhiều nhà máy nh công ty pin Hà Nội, công ty ắc quy Tia Sáng Hải Phòng, công ty Pin Xuân Hoà, công ty pin Miền Nam và một số nhà máy sản xuất pin khác tại một số địa ph ơng. Ngoài ra n ớc thải các nhà máy nhiệt điện nh nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhiệt điện
Ninh Bình, nhà máy sản xuất đồ điện tử nh các nhà máy Canon, Fujisu Hà Nội ( nhà máy có vốn đầu t 100% của Nhật Bản )... cũng chứa các kim loại thuỷ
ngân và kẽm.
N ớc thải của các nhà máy này chứa các kim loai nặng thuỷ ngân và kẽm và cần phải đ ợc xử lý đạt tiêu chuẩn thải tr ớc khi thải ra môi truờng.
Đối t ợng cụ thể đã đ ợc chúng tôi ứng dụng kết quả nghiên cứu đạt đ ợc
trong thiết kế công nghệ và thiết bị toàn bộ hệ thống xử lý n ớc thải chứa thuỷ
ngân và kẽm là n ớc thải nhà máy pin Hà Nội (địa điểm thị trấn Văn Điển, thành phố Hà Nội ), công ty xử lý chất thải Urenco Hà Nội (tại khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, huyện Sóc Sơn, thành phố Hà Nội)
6.4.2 ứng dụng trong thiết kế hệ thống
Tại nhà máy sản xuất pin Hà Nội, chúng tôi đã tiến hành khảo sát điều tra về các nguồn phát sinh n ớc thải, tiến hành phân tích đánh giá chất l ợng n ớc
thải.
Xác định l u l ợng n ớc thải để chọn công suất hệ thống xử lý n ớc thải Nghiên cứu khảo sát tập trung vào các phân x ởng trong nhà máy (tập trung tại các phân x ởng pha hồ) đã xác định đ ợc l ợng n ớc thải cần xử lý là
120 m3/ ngày, chúng tôi chọn công suất hệ thống là 150 m3/ngày hoặc 10 m3/h.
Phân tích đánh giá chất l ợng n ớc thải
Để đánh giá chất l ợng n ớc thải, đặc biệt là hàm l ợng thuỷ ngân và
kẽm trong n ớc thải của công ty Pin Hà Nội, chúng tôi tiến hành khảo sát kỹ nguồn gốc gây ra ô nhiễm, thời điểm gây ô nhiễm cực đại (cao điểm) và thời
điểm gây ô nhiễm cực tiểu (không cao điểm). Mẫu đ ợc lấy và phân tích tại từng thời điểm, từng vị trí để so sánh kết quả.
Kết quả phân tích thuỷ ngânvà kẽm trong cống thải chung đ ợc quan tâm
hơn cả nhằm đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm của n ớc thải công ty pin Hà
Nội.
Công nghệ xử lý
Do các ph ơng pháp xử lý hấp phụ và khử có hiệu quả thấp và không thích hợp đối với nhà máy có n ớc thải với l u l ợng lớn, nồng độ thuỷ ngân, kẽm đầu vào cao.
Dựa trên các kết quả nghiên cứu chúng tôi đã tiến hành thiết kế và xây dựng hệ thống xử lý n ớc thải theo ph ơng pháp công nghệ đ ợc lựa chọn là ph ơng pháp keo tụ.
Hệ thống xử lý theo dây chuyền công nghệ nh sau :
Xử lý sơ bộ :
Mục đích là để tách rác bẩn, vật to bằng sàng chắn rác, giữ rác bẩn. Sàng chắn đ ợc làm bằng các thanh thép khoảng cách 10-15 mm
Bể điều hoà: bảo đảm hệ thống làm việc ổn định với sự thay đổi liên tục của l u l ợng dòng n ớc thải vào và nồng độ các kim loại trong dòng thải, trong hệ thống phải có bể điều hoà. Hạng mục bể điều hoà sẽ tạo cho các thiết bị của hệ thống phía sau có thể làm việc theo một chế độ mong muốn.
Giai đoạn phản ứng - keo tụ
N ớc thải bơm từ bể điều hoà qua thiết bị tách bọt và cân bằng dòng. N ớc thải chảy vào cụm thiết bị phản ứng keo tụ. Các thông số công nghệ tối u của quá trình đ ợc chọn làm cơ sở thiết kế cụm thiết bị này. Giá trị pH tối u cho quá trình keo tụ đ ợc chọn là pH 8= , hoá chất điều chỉnh pH là sữa vôi. Để
bảo đảm pH ổn định, bố trí thiết bị điều khiển tự động để tự động điều chỉnh l ợng hoá chấtcấp vào.
Chọn tốc độ khuấy thích hợp khoảng 70 vòng/phút, trong thực tế chúng
tôi th ờng thiết kế lắp đặt các thiết bị khuấy vô cấp, tốc độ khuấy có thể điều chỉnh đ ợc theo giá trị đã đ ợctính toán thiết kế.
Hoá chất keo tụ là phèn nhôm L ợng phèn và tốc độ cấp phèn đ ợc tính .
toán dựa trên kết quả nghiên cứu phòng thí nghiệm ( sử dụng thiết bị thí nghiệm keo tụ ). L ợng phèn cấp vào và tốc độ cấp chất keo tụ có thể đ ợc điều chỉnh phù hợp theo kết quả phân tích nồng độ kim loại ra.
Hiện nay các hệ thống xử lý n ớc thải sử dụng các hệ thống bơm định l ợng tự động cấp hoá chất, tốc độ cấp đ ợc điều chỉnh phù hợp với thông số
tính toán ( các thông số công nghệ đ ợc tính toán qua các thí nghiệm đ ợc tiến
hành trong phòng thí nghiệm bằng thí nghiệm Jatest, đánh giá khả năng kết
bông, thử nghiệm tốc độ lắngvà đo nồng độ kim loại thuỷ ngân và kẽm sau khi
lắng)
N ớc thải sau khi tạo bông đ ợc chảy sang bể lắng. Các bông hình thành từ quá trình keo tụ ( chứa các ion kim loại ) đ ợc lắng xuống và lấy ra ở dạng bùn. Để khử triệt để các ion kim loại còn lại, th ờng trong hệ thống xử lý chúng tôi lắp thêm thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính để hấp phụ nốt các ion kim loại d còn lại, bảo đảm n ớc thải ra đạt tiêu chuẩn thải theo quy định.
- Chế độ làm việc : Đối với toàn bộ hệ thống có thể làm việc theo hai chế độ
gián đoạn hoặc liên tục ( tuỳ theo chế độ thải n ớc thả của nhà máy ). Còn đối i
với riêng từng thiết bị, trong đó có thiết bị keo tụ thì luôn làm việc ở chế độ liên tục.
Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý n ớc thải công ty pin Hà Nội cho ở hình 6-1. 1- Sàng chắn rác
2- Bể điều hoà
3- Bơm n ớc thải
4- Hệ thống bể chứa sữa vôi, phèn
5- Cụm bể điều chỉnh pH, keo tụ - tạo bông
7- Tháp hấp phụ 8- Thiết bị lọc bùn 9- Máy nén khí 10- Hệ thống bơm định l ợng cấp hoá chất 11- Bơm n ớc thải 12- Thiết bị xử lý sơ bộ ( tách bọt ) 13- Bơm bùn
6.4.3. Kết quả đạt đ ợc 1) Chất l ợng n ớc thải 1) Chất l ợng n ớc thải
Hệ thống xử lý n ớc thải của công ty Pin Hà Nội đã đ ợc thiết kế xây dựng và đi vào vận hành, n ớc thải sau khi xử lý đạt đ ợc các tiêu chuẩn quy định theo TCVN 5945-2005. Nồng độ các ion kim loại thuỷ ngân và kẽm trong n ớc thải đều nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép.
Giá trị đầu vào : pH = 6,8 - 6,7
Chất rắn lơ lửng = 105 - 256 mg/l
Zn = 4,2 -13,3 mg/l
Hg = 0,013 - 0,054 mg/l
Kết quả kiểm tra chất l ợng n ớc thải sau xử lý nh sau : pH = 7,6
Chất rắn lơ lửng = 21- 34 mg/l
Zn = 0,54 - 0,86 mg/l
Hg = 0,0012 - 0,003 mg/l
Kết quả phân tích chất l ợng n ớc thải sau khi hệ thống vận hành ổn định trình bày ở bảng kết quả quan trắc chất l ợng n ớc thải của công ty Pin Hà Nội
2) Đánh giá hệ thống công nghệ và thiết bị :
Trên cơ sở các thông số công nghệ đ ợc điều chỉnh về chế độ vận hành tối u cho xử lý cả thuỷ ngân và kẽm, hệ thống đã vận hành đạt đ ợc các chỉ số công nghệ yêu cầu. Chất l ợng n ớc thải ra luôn ổn định và đạt đ ợc tiêu chuẩn
thải.
Công nghệ keo tụ tỏ ra phù hợp với bản chất n ớc thải trong các nhà máy
sản xuất pin, hiệu suất xử lý cao, công nghệ và thiết bị đơn giản do vậy vốn đầu t cho công trình thấp. Hệ thống có tính ổn định cao trong quá trình làm việc, sử dụng ít nhân lực và năng l ợng.
Bảng 6-5. Kết quả phân tích chất l ợng n ớc thải nhà máy pin Hà Nội Ngày lấy mẫu : 5 tháng 7 năm 2002
Ngày phân tích : 5-6 tháng 7 năm 2002 Ký hiệu mẫu :
NTvào: N ớc thải tr ớc khivào hệ thống xử lý NTra: N ớc thải sau khi ra khỏi hệ thống xử lý
TT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945 1995- , cột B NTvào NTra 1 Nhiệt độ oC 29,8 30,2 40 2 pH 6,7 7,6 5,5- 9 3 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 256 34 100 4 Độ đục NTU 58 18 5 Hg mg/l 0,054 0,0018 0,005 6 Zn mg/l 13,3 0,86 2 7 Amôni ( tính theo N) mg/l 5,43 0,89 1
Nguồn : Kết quả phân tích n ớc thải công ty pin Hà Nội 2002 ( do Trung tâm Kỹ thuật môi tr ờng và Công nghiệp hoá chất thực hiện)
kết luận
1. Mô tả thống kê biểu diễnquan hệ các thông số đến nồng độ thuỷ ngân trong n ớc thải rađ ợc xây dựng có dạnglà :
∧
y= 2,49 + 0,51 x1 + 0,31 x2 + 0,16 x4 +0,14x5 - 0,14 x2x5 + 0,18 x4x5
2. Mô tả thống kê biểu diễn quan hệ các thông số đến nồng độ kẽm trong n ớc
thải ra đ ợc xây dựng có dạng là:
yˆ= 2,388 + 0,588 x1 - 0,289 x2 - 0,119 x3 + 0,33 x4 + 0,106 x1x4 -
0,1418 x1x5 + 0,37 x2x4
3. Xác lập chế độ công nghệ tối u của quá trình công nghệ xử lý đồng thời
hai kim loại thuỷ ngân và kẽm (dựa trên hàm nguyện vọng)là Z1(Hg) = 13
àg/l và Z1 (Zn) = 54,32 mg/l ; Z2 (pH) = 9 ; Z3 (l ợng chất keo tụ) = 50
mg/l ; Z4 (n) = 40 v/ph ; Z5(tốc độ cấp chất keo tụ) = 5mg/l.ph hoặc Z5 = 15
mg/l.ph
4. Mô hình vật lý mô tả quá trình keo tụ xử lý thuỷ ngân trong n ớc thải sản xuất nhà máy pin làm cơ sở để triển khai công nghệ :
m
Xr= 1074.1526 tn11.0104Re -26.6387(pH)16.7619(
m
Xv) 0.1583
5. Kết quả nghiên cứu chứng tỏ rằng :
Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý n ớc thải chứa kim loại nặng là rất cần thiết khi mà các ngành công nghiệp thải ra ngày càng nhiều n ớc thải chứa các kim loại nặng. Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy quá trình xử lý hai kim loại nặng là thuỷ ngân và kẽm đều có thể sử dụng cùng ph ơng pháp keo tụ. Quá trình xử lý bằng ph ơng pháp keo tụ phụ thuộc vào các thông số công nghệ
sau : pH, l ợng chất keo tụ, nồng độ kim loại trong n ớc thải vào, tốc độ cấp chất keo tụ, chế độ thuỷ động của quá trình. Để xử lý n ớc thải chứa hai hay nhiều kim loại có thể lựa chọn đ ợc công nghệ phù hợp chung cho các kim loại,
tuy nhiên khi xử lý nên u tiên các kim loại có tiêu chuẩn thải nghiêm ngặt hơn và điều kiện tối u của quá trình nên và phải theo h ớng u tiên cho kim loại đó.
Các công trình nghiên cứu đã công bố
1- Nguyễn Xuân Sinh, Nguyễn Khang, Nguyễn Minh Tuyển - Mô tả quá trình xử lý n ớc thải sản xuất pin bằng mô hình quan hệ giữa các chuẩn số, Tạp chí Hoá học T.43, số 4/2005, tr466-tr470
2- Nguyễn Xuân Sinh, Nguyễn Khang, Nguyễn Minh Tuyển - Hàm hồi quy đa yếu tố mô tả quá trình xử lý n ớc thải sản xuất pin, Tạp chí Hoá học T.43, số 5/2005, tr573-tr576
3- Nguyễn Xuân Sinh, Nguyễn Khang, Nguyễn Minh Tuyển - Mô tả thống kê quá trình xử lý n ớc thải sản xuất pin, Tạp chí Hoá học T.43, số 6/2005, tr657-tr659
4- Nguyễn Xuân Sinh, Nguyễn Khang, Nguyễn Minh Tuyển - Mô hình toán học của quá trình xử lý n ớc thải chứa kim loại nặng, Tuyển tập các báo