CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3. Các phương pháp xử tác nhâ nô nhiễm trong nước
1.3.1. Phương pháp vật lí
- Xử lý nước thải bằng phương pháp vật lý là giai đoạn xử lý nước thải giai đoạn sơ khai . Nhờ các quá trình lọc, lắng , chắn rác hoặc tuyển nổi sẽ hạn chế khối lượng các tạp chất ô nhiễm
- Các giai đoạn xử lý nước thải bằng phương pháp vật lý + Song chắn rác
Song chắn rác là một phần khơng thể thiếu trong tồn bộ hệ thống xử lý nước thải ,tất cả lượng rác thải , các chất cặn bẩn có kích thước tương đương sec được giữ lại hoàn toàn bao gồm vỏ nhựa ,bao bì nylon , khăn giấy…..để tránh ảnh hưởng đến các bộ phận khác như tắc đường ống , hư hỏng máy bơm . Đây là bước tiền xử lý quan trọng góp phần nâng cao hiệu quả cho tồn bộ hệ thống được hoạt định ổn định hơn + Bể điều hòa
Nước thải trong bể điều hòa được điều chỉnh nồng độ và liều lượng nhờ máy sục khí hoạt động liên tục . Máy sục khí tiến hành khuấy trộn dịng nước tránh gây các hạt cặn lắng xuống đáy đảm bảo cho quá trình keo tụ - tạo bông diễn ra thuận lợi , đảm bảo nguồn nước đầu ra đạt tiêu chuẩn .
Bể điều hòa điều chỉnh lưu lượng Bể điều hòa điều chỉnh nồng độ
Bể điều hòa điều chỉnh lưu lượng và nồng độ + Bể lắng cát
Bể lắng là nơi lắng cặn dùng để tách các tạp chất khơng tan có kích thước vơ cùng nhỏ từ 0,2-2mm để bảo vệ các thiết bị máy móc khơng bị hư hỏng , giảm hàm lượng chất rắn cho các công đoạn xử lý về sau
Các loại bể :
Bể lắng ngang : có hình chữ nhật , đầu bể có đặt hố thu và dịng nước có xu hướng chuyển động quanh thân bể
Bể lắng đứng : vì dịng nước chuyển động từ dưới lên trong bể lắng ngang làm xáo trộn mà các hạt có xu hướng lắng xuống đáy bể
Bể lắng tiếp tuyến : hình trịn nên nước di chuyển từ tâm được thu vào máng tập trung và được thải ra ngoài , chịu tác dụng của ly tâm và trọng lực
Bể lắng làm thoáng : thiết bị phun khí làm dịng nước di chuyển theo chiều xoắn ốc , giữ lại các chất hữu cơ và làm cát và bùn lắng xuống đáy
+ Bể lắng
Bể lắng làm nhiệm vụ lắng các tạp chất không tan trong nước loại bỏ hoàn toàn khỏi nước thải
Dựa theo chức năng có thể chia bể lắng thành :
Bể lắng đợt 1 : nhiệm vụ là tách các chất rắn , chất bẩn lơ lửng khơng hịa tan và vị trí đặt bể ở trước cơng trình xử lý
Bể lắng đợt 2 : nhiệm vụ là lắng cặn vi sinh ( lắng bông cặn ), bùn trong nước thải và vị trí đặt bể ở sau cơng trình xử lý
Bể lắng đợt 3 : là q trình lắng của các hạt cặn có nồng độ cao , thường xảy ra ở bể nén bùn
+ Lọc tách các chất rắn
Nếu như bể lắng khơng loại bỏ hồn tồn các chất có kích thước nhỏ trong nước thải thì hệ thống lọc sẽ tiến hành thực hiện cơng việc đó . Nước thải đi qua lớp lớp lọc vật liệu lọc và giữ lại các tạp chất
Các dạng lọc thường được sử dụng : lọc kim loại , lọc vải , lọc bằng giấy , lọc cát ….
Vật liệu lọc bao gồm : cát thạch anh , sỏi , than hoạt tính + Tuyển nổi
Quá trình tuyển nổi thường được dùng để tách dầu mỡ , váng dầu , chất béo hoặc chất rắn lơ lửng trong nước thải đi ra ngồi . Bồn khí tan hịa trộn nước và khơng khí với nhau nhờ bơm áp lực . Các hạt cặn nhờ thế bám vào dịng khí hịa tan nổi lên trên
1.3.2. Phương pháp hóa học
- Phương pháp trung hịa:
Phương pháp trung hồ là cách làm thay đổi nồng độ pH về trung trung tính để VSV phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước. Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là phản ứng hoá học xảy ra giữa axit +kiềm, giữa muối + axit được gọi là tác nhân trung hoà.
Các tác nhân trung hoà bao gồm:
Nước thải chứa axit dùng: NaOH, KOH, NH4OH, Na2CO3, CaCO3, MgCo3, vôi
Nước thải chứa kiềm dùng: H2SO4, HCL, HNO3,muối axit
Nước thải nhiễm kim loại nặng dùng: CaO, CaOH, Na2CO3, NaOH,… Tác nhân ảnh hưởng tới q trình trung hồ:
Lưu lượng nước thải
Nồng độ pH, nồng độ ô nhiễm, nhiệt độ Phương pháp trung hoà:
Trộn lẫn nước thải chứa axit hoặc nước thải chứa kiềm Tiến hành bổ sung chất hố học có tính axit hoặc kiềm Dùng vật liệu lọc có tính kiềm hoặc axit
Dùng khí thải để trung hồ nước vừa giảm lượng khí gây ơ nhiễm. -Phương pháp tạo kết tủa
Nước thải là dạng hỗn hợp trong đó chứa rất nhiều các kim loại nặng và tạp chất cần được loại bỏ hoan toàn. Hai quá trình kết tủa cơ bản của nước thải là kết tủa cabonate canxi và hydroxit.
Mỗi kim loại sẽ thích hợp với từng nồng độ pH khác nhau. Vì vậy, bạn cần xác định được nồng độ pH trong nước thải để thực hiện quá trình kết tủa dễ dàng nhất.
Các loại hố chất kết tủa thường dùng: Phèn nhơm
Ferric chloride và vơi -Phương pháp oxy hóa khử
Đây là phương pháp xử lý nước thải bằng cách trao đổi các ion trong nước thải. Một chất có khả năng làm mất đi eletron có hố chất oxy hố mạnh cịn chất cịn lại đóng vai trị chất khử.
Phương pháp này dùng trong trường hợp không thể tách các tạp chất ô nhiễm ra khỏi nước thải.
-Xử lý nước bằng phương pháp oxy hóa
Các loại chất thường được dùng để oxy hoá:O3, CI2, HCLO, NaCIO, Ca(CIO), CaCI2.2h2O,…
Sử dụng Clo:
Clo có đặc tính oxy hố mạnh dùng để tách khí phenol, H2S, Hydrosunfit,.. Qua trình phản ứng diễn ra:
Cl2 + H2O => HOCl + HCl HOCl <-> H+ +Ocl
Chất tham gia quá trình khử: FeSO4, SO2, NaHSO3, H2SO4,…
-Xử lý nước bằng phương pháp Ozone hóa
Ozone hố có tính oxy hố cao, dễ dàng nhường nguyên tử oxy cho các tạp chất hữu cơ. Chất này dùng để khử mùi, H2S, các chất tẩy, nhuộm,…
– Ưu điểm:
+ Nguyên liệu hoá chất dễ mua.
+Phương pháp xử lý hóa học dễ sử dụng, dễ quản lý. + Khơng gian xử lý nước thải nhỏ.
– Nhược điểm:
+ Chi phí xử lý bằng hố chất có giá thành cao.
+ Có khả năng tạo ra một số chất ô nhiễm thứ cấp từ các phản ứng hóa học.
Q trình xử lý nước thải bằng phương pháp chất hóa học phù hợp để tác dụng với các chất bẩn, tạp chất có trong nước thải để tạo thành chất hịa tan ít độc hoặc không độc với môi trường hoặc tạo ra chất lắng đọng dễ xử lý
1.3.3. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hịa tan có trong nước thải cũng như một số chất vơ cơ như H2S, Sunfit, ammonia, Nito…. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn nên dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại:
– Phương pháp kị khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện
khơng có oxy.
– Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện
cần cung cấp oxy liên tục.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật gọi là q trình oxy hóa sinh hóa. Trong q trình thực hiện các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3
giai đoạn như sau:
– Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật. – Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong
và bên ngoài tế bào.
– Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào
mới.
Tốc độ q trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các yếu tố vi lượng.
1. Xử lý nước thải bằng sinh học kỵ khí
Q trình phân hủy các chất hữu cơ bằng kỵ khí là q trình sinh hóa phức tạp tạo ra nhiều sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình sau:
Vi sinh vật Chất hữu cơ —> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
– Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử.
– Giai đoạn 2: acid hóa.
– Giai đoạn 3: acetate hóa.
– Giai doạn 4 trong q trình kị khí xử lý nước thải: methan hóa.
Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,…trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia q trình xử lý kỵ khí trong xử lý nước thải thành:
– Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật dạng lơ lửng như q trình tiếp xúc kỵ khí, q
trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dịng nước đi từ dưới lên.
– Q trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như q trình lọc
kỵ khí.
2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Q trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải chia thành 3 giai đoạn:
– Oxy hóa các chất hữu cơ.
– Tổng hợp tế bào mới.
– Phân hủy nội bào.
Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí trong bể xử lý nước thải có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong quá trình xử lý nhân tạo điều kiện tối ưu cho q trình oxy hóa sinh hóa nên có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:
– Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử
dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như q trình bùn hoạt tính, hồ làm thống, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, q trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số các q trình này, q trình bùn hoạt tính là q trình phổ biến nhất.
– Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như q trình bùn
hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định.
1.4. . Định hướng quá trình hấp phụ tác nhân ô nhiễm trong nước bằng cách sử dụng POM-IL
Nhóm tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của POM-IL trên các chất mang khác nhau, tiến hành hấp phụ một số kim loại nặng, thuốc nhuộm hữu cơ sau đó giải hấp phụ bằng cách thay đổi độ PH. Ngồi ra nhóm cịn tiến hành phân hủy thuốc nhuộm bằng POM-IL xúc tác quang học
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm
2.1.1. Hóa chất thí nghiệm
Danh sách hóa chất sử dụng cho tồn bộ Nghiên cứu khoa học được chỉ ra ở
Bảng 2.1. Các thơng số cơ bản của các hóa chất sử dụng được chỉ ra ở Bảng 2.2.
Bảng 2 Hóa chất thực nghiệm
STT Tên hóa chất STT Tên hóa chất
1 C8H17Cl 2 Dung dịch HCl 36 – 38 %
3 CHCl3 4 H2SO4
5 N- Methylimidazole 6 Nước cất
7 Na2SiO3 8 Fe3(NO3)3
9 Aliquat 336 10 FeCl3
11 AgNO3 12 Chất mang SiO2
15 Acetone 16 (CH3COO)2Pb
17 Etanol 18 NiCl2
19 MnCl2 20 CuCl2
21 CoCl2 22 Methylene blue
2.1.2. Dụng cụ thí nghiệm
Bảng 3 Dụng cụ thực nghiệm.
STT Tên dụng cụ STT Tên dụng cụ
1 Cân quang điện tử 2 Ống ly âm 15ml
3 Máy khuấy từ gia nhiệt 4 Cốc đong 50ml, 200ml, 500ml
5 Con khuấy từ 6 Bình tam giác 250ml
7 Nhiệt kế 100oC, 200oC 8 Đũa khuấy
9 Bình cầu 3 cổ loại 250ml, 500ml 10 Phễu chiết
11 Sinh hàn hồi lưu 12 Phễu lọc
13 Giấy lọc 14 Pipet 10ml
15 Giấy đo pH 16 Lọ đựng mẫu 25ml, ông nghiệm 10ml
2.1.3. Sơ đồ lắp đặt dụng cụ, thiết bị thí nghiệm
Hình 2. 11 Hệ sinh hàn hồi lưu Trong đó:
1 – Sinh hàn xoắn 2 – Bình cầu 3 cổ 3 – Bếp từ
4 – Nhiệt kế 200oC 5 – Khuấy từ
Hình 2. 12 Hệ hút chân không
2.2. Tổng hợp chất mang2.2.1. Tổng hợp SiO2 2.2.1. Tổng hợp SiO2
Cơ sở lí thuyết:
Trên cơ sở sử dụng phương pháp tách SiO2 nano bằng cách dùng axit mạnh tác dụng với muối Na2SiO3 để tạo ra axit H2SiO3 kém bền tại môi trường pH=7 để thu kết tủa dạng gel. Siêu âm để tăng độ ổn định của kết cấu và nung để tách nước thu các hạt SiO2
Hình 2. 13 mẫu silica tổng hợp ngày 22/4/2021
Thực nghiệm
Pha một lượng Na2SiO3 đến gần bão hòa vào dung dịch nước khuấy đều gia nhiệt đến 30 thêm tiếp HCl 4M đến khi pH=3 sau đó thêm tiếp NH℃ 3 nguyên chất vào để pH=7 thu được kết tủa dạng gel, trắng đục. Mang gel siêu âm 15 phút và nung trong 6 giờ ở 500 độ thu kết tủa ghiền nhỏ. Sản phẩm thu được có màu trắng, mịn hịa vào nước siêu âm các hạt có khả năng lơ lửng trong nước trong khoảng thời gian tương đối dài. Mẫu thu được như hình 2.3
2.2.2. Tổng hợp Fe2O3.Silica
Tổng hợp từ Fe2O3.Silica
Tiến Hành: Cho SiO2 dạng nano được tổng hợp ở thí nghiệm tổng hợp silica nano vào 30ml C2H5OH Siêu âm 30p cho đến khi khuếch tán hoàn toàn. Fe(NO)3.9H2O (8,08gam) vào khuấy trên bếp từ cùng 30ml CH3COOH sau đó cho dd SiO2 vào đun hồi lưu ở 80 , 100vòng trên phút. Ta thấy dung dịch chuyển từ màu℃ nâu đậm hình 2.4 qua màu vàng nhạt hình 2.5 Sau đó bỏ đun hồi lưu đun khô dd ở 80 trong 2h. mang chất rắn thu được nung ở 420 trong 2h thu được hỗn hợp℃ ℃ Fe2O3.SiO2. Được mang nghiên nhỏ và xử lí cơ học bằng cách siêu âm trước khi mang tẩm.
Hình 2. 14 đun 30 phút đầu
Hình 2. 15 sau đó
Hình 2. 16 mầu Fe2O3@SiO2 thu được ngày 22/12/2020
2.9.1.1 Tổng hợp Fe2O3.Silica từ FeCl3:
Tương tự với cách làm bằng cách làm với Fe(NO)3 nhưng thay nung tại 2 mức400 độ và 500 độ
Tiến hành so sánh thấy sản phẩm thu được tại thấy chỉ mẫu sản phẩm tạo từ Fe(NO3)3 có từ tính nên loại bỏ cách cịn lại
2.9.1.2 Tổng hợp Fe2O3.Silica từ Fe(NO3)3 2.10 Tổng hợp chất lỏng ion trên nền sắt
POM- IL sau khi được tổng hợp được tiến hành phủ lên sắt theo tỉ lệ 20% POM- IL và 80% tỉ lệ sắt. được tiến hành như sau
Chuẩn bị hóa chất theo tỉ lệ 4g chất mang và 1g POM- IL chúng được trộn lại với nhau và khuấy dưới dung môi là etylic cho đến khi hịa tan hồn tồn khuấy tay trong 4h, tiếp theo hỗn hợp được siêu âm trong khoảng 30 phút thu được hỗn hợp mang đi xấy tại 50 độ đến khi khơ hồn tồn. Hiệu xuất tẩm là 20%. Hỗn hợp thu được được nghiền nhỏ trong 2h và tiếp tục quá trình trên lặp lại 4 lần cho đến khi khơng cịn thấy màu trắng của POM- IL trong dung dịch, sản phẩm thu được mang bảo quản ngay trong