b. Khử NH3 và H2S bằng KMnO4 hay K2Cr2O7
4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 4.5: Giá trị H2S và NH3đầu vào Lần lặp Stt Thông số Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 1 NH3 4,86 4,89 4,86 4,87 2 H2S 18,70 18,10 18,50 18,43
Nhìn chung, số liệu giữa các lần lặp khá đồng nhất, có rất ít sự sai khác. Qua đó, chứng tỏ quá trình tạo và cố định nồng độ khí đầu vào mô hình hệ thống xử lý khí thải của nghiên cứu có độ chính xác cao và được chấp nhận về mặt khoa học. Vì vậy, có thể sử dụng giá trị trung bình của 3 lần đo làm giá trị cho nồng độ khí thải cần xử lý cho toàn bộ quá trình nghiên cứu. Ở giai đoạn tiếp theo, chỉ cần cân chính xác 1,2 kg bột ướt (độẩm 35%) và sấy trong vòng 55 phút thì có thể tiến hành thí nghiệm, không cần đo lại nồng độ khí đầu vào.
4.2.2 Hiệu quả xử lý khí NH3
Qua khảo sát hiệu suất xử lý khí NH3 bằng KMnO4 (thí nghiệm A) và K2Cr2O7 (thí nghiệm B), kết quảđược thể hiện qua đồ thị sau:
Biểu đồ 4.1: Hiệu suất xử lý khí NH3 theo các nồng độ KMnO4 và K2Cr2O7
Từ kết quả của hình 4.1 cho thấy hiệu suất xử lý khí NH3 qua 2 nhóm thí nghiệm A và B có chiều hướng gia tăng theo nồng độ chất hấp thụ. Đi từ nồng độ thấp đến nồng độ cao, cụ thể, tại thí nghiệm A, hiệu suất xử lý khí NH3 tăng từ 31,39% đến 93,02%. Trong khi đó, tại thí nghiệm
B, hiệu suất xử lý thấp hơn dao động từ 15,59% đến 79,07%. Bản chất của quá trình xử lý trên nhờ vào các phản ứng oxy hóa khử sau:
8MnO4− + 3NH3 → 3NO3− + 8MnO2 + 5OH− + 2H2O (1) Cr2O72− + 2NH3 + H2O → N2 + 2Cr(OH)3 + 2OH−
Ban đầu, nồng độ KMnO4 và K2Cr2O7 thấp, không đủ để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Do đó, nồng độ NH3 tham gia vào phản ứng cũng ít đi. Vì vậy, khi tăng nồng độ chất A và nồng độ chất B, phản ứng xảy ra nhiều hơn. Do đó, hiệu suất cũng cao hơn.
Mặt khác, thế điện cực chuẩn của MnO4−/Mn4+ = 1,51V và Cr2O72−/2Cr3+ = 1,33V. Mà thế điện cực đặc trưng cho khả năng oxy hóa hay khử. Cặp oxy hóa khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn thì có khả năng oxy hóa mạnh hơn. Điều này lý giải cho việc thí nghiệm A có hiệu suất xử lý khí NH3 cao hơn thí nghiệm B.
Bảng 4.6: Kết quả kiểm định Duncan giá trị NH3ở thí nghiệm A
Stt Nghiệm thức Giá trị trung bình Hiệu suất xử lý (%)
1 A1 3,34a 31,00
2 A2 2,46b 49,52
3 A3 2,02c 58,55
4 A4 1,05d 78,45
5 A5 0,34e 93,02
Ghi chú: Các chữ giống nhau không khác biệt nhau ở mức ý nghĩa α = 0,05
Phép thử Duncan cho thấy, giữa 5 nghiệm thức có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ởđộ tin cậy 95%. Điều này chứng tỏ, nồng độ chất hấp thụ ảnh hưởng rất lớn đến sự thay đổi nồng độ đầu ra của NH3. Hiệu suất trung bình xử lý NH3 cao nhất tại nghiệm thức A5 với 93,02%.
Bảng 4.7: Kết quả kiểm định Duncan giá trị NH3ở thí nghiệm B
Stt Nghiệm thức Giá trị trung bình Hiệu suất xử lý (%)
1 B1 4,11a 15,59
2 B2 3,67b 24,76
3 B3 2,87c 41,17
4 B4 1,89d 61,15
5 B5 1,02e 79,07
Ghi chú: Các chữ giống nhau không khác biệt nhau ở mức ý nghĩa α = 0,05
Bảng 4.7 cho thấy, các nghiệm thức đều khác nhau. Điều này chứng tỏ việc lựa chọn nồng độ cũng như bước nhảy luôn tạo ra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 95%.
4.2.3 Hiệu quả xử lý khí H2S
Biểu đồ 4.2: Hiệu suất xử lý khí H2S theo các nồng độ KMnO4 và K2Cr2O7
Hình 4.2 cho thấy, hiệu suất xử lý H2S của cả hai thí nghiệm đều tăng theo nồng độ chất hấp
thụ. Thí nghiệm A vẫn cho hiệu suất xử lý cao hơn thí nghiệm B vì thế điện cực chuẩn của
MnO4−/Mn2+ > Cr2O72−/2Cr3+. Tại thí nghiệm A, hiệu suất gia tăng từ 43,51% đến 95,48%. Các
phản ứng chính của quá trình này là:
2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O
Bên cạnh đó, trong dòng khí thải có chứa NH3 nên xảy ra phản ứng (1). Vì vậy, trong dung dịch có chứa OH−. Lúc đó, H2S là axit yếu nên dễ dàng kết hợp với bazơ mạnh:
H2S + 2KOH → K2S + 2H2O
Ở thí nghiệm B, hiệu quả xử lý H2S tương đối thấp, dao động từ 18,08% đến 65,51%. Trong thí nghiệm này, S2− bị oxy hóa thành So có phương trình phản ứng như sau:
Cr2O72− + 3H2S + 8H+ → 2Cr3+ + 3S + 7H2O
Bảng 4.8: Kết quả kiểm định Duncan giá trị H2S ở thí nghiệm A
Stt Nghiệm thức Giá trị trung bình Hiệu suất xử lý (%)
1 A1 10,41a 43,51
2 A2 9,17b 50,27
3 A3 8,01c 56,53
4 A4 4,57d 75,23
5 A5 0,83e 95,48
Ghi chú: Các chữ giống nhau không khác biệt nhau ở mức ý nghĩa α = 0,05
Bảng 4.9: Kết quả kiểm định Duncan giá trị H2S ở thí nghiệm B
Stt Nghiệm thức Giá trị trung bình Hiệu suất xử lý (%)
1 B1 15,10a 18,08
2 B2 13,49b 26,80
3 B3 12,06c 34,57
4 B4 8,34d 54,74
5 B5 6,36e 65,51
Ghi chú: Các chữ giống nhau không khác biệt nhau ở mức ý nghĩa α = 0,05
Từ kết quả kiểm định Duncan của các nghiệm thức, kết quả luôn cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê bằng 95% giữa các nghiệm thức đã thí nghiệm. Đối với việc xử lý khí H2S, nghiệm thức cho hiệu quả xử lý cao nhất là nghiệm thức A5 với 95,48% và nghiệm thức cho hiệu suất xử lý thấp nhất là B1 với 18,08%.
4.2.4 Ưu và nhược điểm của đề tài nghiên cứu
− Hiệu quả xử lý khí thải cao: + Hiệu suất xử lý NH3 đạt 93,02% với hóa chất hấp thụ là KMnO4 0,01M + Hiệu suất xử lý H2S đạt 95,48% với hóa chất hấp thụ là KMnO4 0,01M − Tiết kiệm chi phí do chỉ cần dùng chất hấp thụ với nồng độ thấp. − Vận hành đơn giản, ít cặn lắng. Nhược điểm:
Tạo chất thải thứ cấp độc hại là Cr3+ và Mn2+. Tuy nhiên chất thải phát sinh với khối lượng nhỏ và nồng độ thấp, nằm trong giới hạn cho phép.
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN
Đề tài đã hoàn thành được các mục tiêu như sau:
− Tính toán các chi tiết chính và xây dựng thành công mô hình hệ thống xử lý khí H2S và NH3 phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc.
− Tạo được dòng khí chứa H2S và NH3 và khảo sát thành công 10 nghiệm thức đã đề ra
với 3 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức.
Từ kết quả thực nghiệm, có thể kết luận một số vấn đề như:
− Hiệu quả xử lý H2S và NH3 thông qua một số nghiệm thức khá cao. Trong số 10 nghiệm thức khảo sát, nghiệm thức A5 có hiệu quả xử lý cao nhất đối với cả H2S và NH3.
− Hiệu suất xử lý NH3 tăng dần theo nồng độ chất hấp thụ. Trong thí nghiệm A và B, hiệu quả xử lý NH3 cao nhất đạt 93,02% tại nghiệm thức A5.
− Hiệu suất xử lý H2S cũng tăng dần theo nồng độ chất hấp thụ. Trong các nghiệm thức khảo sát, nghiệm thức A5 cũng cho hiệu quả xử lý khí H2S cao nhất với 95,48%.
− Trong cùng một chỉ tiêu như H2S hay NH3, thí nghiệm A luôn cho hiệu suất xử lý cao hơn thí nghiệm B.
5.2 KIẾN NGHỊ
Sau kết quả thực nghiệm của quá trình nghiên cứu, nhận thấy có thể sử dụng nghiệm thức A5 để xử lý H2S và NH3. Tuy nhiên, nếu áp dụng cần xem xét đến việc chất thải phát sinh sau quá trình xử lý. Mặt khác, quá trình thực nghiệm cho thấy tốc độ khí thải vào tháp hấp thụ và béc phun sương là hai yếu tố kỹ thuật cần đảm bảo để có kết quả xử lý khí tốt nhất. Vì vậy, cần thường xuyên kiểm tra béc phun sương và tốc độ khí thải đầu vào để kịp thời hiệu chỉnh.
Bên cạnh đó, xử lý khí H2S và NH3 phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu thêm. Để hiểu rõ hơn về việc xử lý loại khí thải này, cần nghiên cứu thêm một số vấn đề như sau:
− Khảo sát với nồng độ KMnO4 và K2Cr2O7 lớn hơn để tìm ra nồng độ cho hiệu suất xử lý cao nhất. Đồng thời, khảo sát thời gian hóa chất mất hoạt tính để xác định chính xác thời điểm cần thay hóa chất.
− Nghiên cứu hoàn nguyên lượng hóa chất xử lý khí thải để giảm chi phí vận hành và giảm lượng chất thải phát sinh.
− Nghiên cứu xử lý chất thải phát sinh sau quá trình hấp thụ. Từđó, nâng cao tính khả thi của đề tài.
− Nên nghiên cứu xử lý H2S và NH3 phát sinh từ các nguồn thải khác để có những kết luận tổng quát hơn về vấn đề xử lý 2 loại khí độc hại này.
− Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải với lưu lượng dòng thải thực tế tại các nhà máy chế biến thức ăn gia súc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Đặng Kim Chi. 2001. Hóa học môi trường. Hà Nội: NXB Khoa học và Kỹ thuật. Lê Xuân Trọng. 2007. Hóa học lớp 10 nâng cao. TP Hồ Chí Minh: NXB Giáo Dục.
Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh. 2008. Hóa học lớp 11 nâng cao. TP Hồ Chí Minh: NXB Giáo Dục.
Lương Đức Phẩm và cộng sự. 2009. Các quá trình hóa học trong công nghệ môi trường. Hà Nội: NXB Giáo Dục.
Ngô Thúy An. 2010. Nghiên cứu khả năng xử lý một số khí thải phát sinh từ công đoạn sấy thức ăn gia súc bằng phương pháp hấp thụ và hấp phụ. Luận văn tốt nghiệp kỹ sư môi trường. Khoa Kỹ Thuật – Công Nghệ – Môi Trường, Đại học An Giang.
Nguyễn Văn Phước và cộng sự. 2006. Giáo trình kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp. Hà Nội: NXB Xây Dựng.
Phạm Ngọc Đăng. 2003. Môi trường không khí. Hà Nội: NXB Khoa học và Kỹ thuật.
Phan Văn Thơm. 2004. Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng. Cần Thơ: Đại học Cần Thơ.
Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh: QCVN 06 – 2009/BTNMT
Trần Ngọc Chấn. 2001. Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải, tập 3. Hà Nội: NXB Khoa học và Kỹ thuật.
26.11.2007. Tháp hấp thụ – tháp đệm [online]. Bảo vệ môi trường. Đọc từ:
PHỤ LỤC Phụ lục 1: Giá trịđo và hiệu suất xử lý NH3 bằng KMnO4 Lần lặp Nghiệm Thức Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hiệu suất xử lý (%) A1 3,32 3,38 3,33 3,34 31,00 A2 2,48 2,46 2,44 2,46 49,52 A3 2,07 2,00 1,99 2,02 58,55 A4 1,08 1,01 1,06 1,05 78,45 A5 0,33 0,35 0,34 0,34 93,02 Phụ lục 2: Giá trịđo và hiệu suất xử lý NH3 bằng K2Cr2O7 Lần lặp Nghiệm Thức Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hiệu suất xử lý (%) B1 4,11 4,14 4,09 4,11 15,59 B2 3,72 3,64 3,64 3,67 24,76 B3 2,87 2,90 2,83 2,87 41,17 B4 1,92 1,88 1,88 1,89 61,15 B5 1,02 1,01 1,03 1,02 79,07
Phụ lục 3: Giá trịđo và hiệu suất xử lý H2S bằng KMnO4 Lần lặp Nghiệm Thức Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hiệu suất xử lý (%) A1 10,52 10,48 10,24 10,41 43,51 A2 9,26 9,12 9,12 9,17 50,27 A3 8,04 8,00 8,00 8,01 56,53 A4 4,53 4,60 4,57 4,57 75,23 A5 0,85 0,85 0,80 0,83 95,48 Phụ lục 4: Giá trịđo và hiệu suất xử lý H2S bằng K2Cr2O7 Lần lặp Nghiệm Thức Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Hiệu suất xử lý (%) B1 15,00 15,05 15,25 15,10 18,08 B2 13,48 13,52 13,48 13,49 26,80 B3 12,00 12,12 12,06 12,06 34,57 B4 8,29 8,29 8,45 8,34 54,74 B5 6,30 6,47 6,30 6,36 65,51
Phụ lục 5: Kết quả kiểm định Duncan NH3 của thí nghiệm A NGHIEM
THUC N Subset for alpha = 0,05
1 2 3 4 5 A5 3 0,34 A4 3 1,05 A3 3 2,02 A2 3 2,46 A1 3 3,34 Sig. 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Means for groups in homogeneous subsets are displayed.
a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3,00.
Phụ lục 6: Kết quả kiểm định Duncan NH3 của thí nghiệm B
Subset for alpha = 0,05 NGHIEM THUC N 1 2 3 4 5 B5 3 1,02 B4 3 1,89 B3 3 2,86 B2 3 3,66 B1 3 4,11 Sig. 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3,00
Phụ lục 7: Kết quả kiểm định Duncan H2S của thí nghiệm A NGHIEM
THUC N Subset for alpha = 0,05
1 2 3 4 5 A5 3 0,83 A4 3 4,5667 A3 3 8,01 A2 3 9,16 A1 3 10,41 Sig. 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3,00
Phụ lục 8: Kết quả kiểm định Duncan H2S của thí nghiệm B
Subset for alpha = 0,05 NGHIEM THUC N 1 2 3 4 5 B5 3 6,35 B4 3 8,34 B3 3 12,06 B2 3 13,49 B1 3 15,10 Sig. 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3,00
Phụ lục 9
Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam quy định về phương pháp phân tích mẫu khí
Phương pháp xác định (Trích:Mục 3 trong QCVN 06 – 2009/BTNMT “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh”)
Phương pháp phân tích xác định các thông số chất lượng không khí thực hiện theo hướng dẫn của các tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn phân tích tương ứng của các tổ chức quốc tế:
− TCVN 5969:1995 (ISO 4220:1983) Không khí xung quanh. Xác định chỉ số ô nhiễm không khí bởi các khí axit. Phương pháp chuẩn độ phát hiện điểm cuối bằng chất chỉ thị màu hoặc đo điện thế.
− TCVN 6502:1999 (ISO 10312:1995) Không khí xung quanh. Xác định sợi amiăng. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền dẫn trực tiếp.
Các thông số quy định trong Quy chuẩn này chưa có tiêu chuẩn quốc gia hướng dẫn phương pháp phân tích thì áp dụng các tiêu chuẩn phân tích tương ứng của các tổ chức quốc tế.
Như vậy, theo QCVN 06 – 2009, H2S thuộc khí axit nên chọn phương pháp hấp thụ bằng Cadmi Clorua để chuẩn độ phát hiện nồng độ H2S. Mặt khác cũng theo Quy chuẩn kỹ thuật này, phương pháp xác định NH3 không được quy định cụ thể. Vì vậy, theo các Trung tâm Kiểm định mẫu hiện nay, nghiên cứu chọn phương pháp hấp thụ khí NH3 bằng H2SO4 0,01N, sau đó so màu với bước sóng 450nm.
Phương pháp xác định H2S – hấp thụ bằng Cadimi Clorua
− Nguyên tắc chung:
+ Hấp thu khí H2S vào dung dịch CdCl2. CdCl2 sẽ kết tủa H2S dưới dạng CdS: CdCl2 + H2S Æ CdS + 2HCl
+ Hòa tan CdS bằng lượng thừa I2 trong môi trường axit HCl CdS + I2 + 2HCl Æ S + CdCl2 + 2HI
− Thuốc thử: CdCl2 2%, HCl 4M, I2 0,01N và Na2S2O3 0,01N và chỉ thị hồ tinh bột 1%. − Lấy mẫu: Cho vào ống hấp thu 1ml CdCl2 2%, thêm nước cất đến 25mL. Thu 10L khí,
tốc độ 3,5 L/phút. Ghi nhiệt độ, áp suất không khí lúc thu mẫu. − Phân tích:
+ Cho mẫu nước chứa khí thải thu được tại hiện trường vào 2 lọ 100mL. Lắc đều mẫu, để yên 24h (tránh ánh sáng). Nếu có H2S sẽ thấy xuất hiện kết tủa vàng.
+ Rút hết phần nước trong, hòa tan phần kết tủa bằng 5mL dung dịch I2 0,01N. Thêm 30mL nước cất rồi đem chuẩn độ với Na2S2O3 0,01N. Dung dịch sẽ chuyển từ vàng đậm sang nhạt đến không màu thì dừng lại.
− Tính toán:
H2S (ppm) = [(Vo – Vtb) x N x 17 x 1000]/25 Trong đó:
Vo: Thể tích trung bình Na2S2O3 trong 2 lần đo mẫu trắng. Vtb: Thể tích trung bình Na2S2O3 trong 2 lần đo mẫu hấp thu. N: Nồng độđương lượng của Na2S2O3 đã dùng.
17: Đương lượng gram của H2S
25: Thể tích mẫu đem chuẩn độ.
Phương pháp xác định NH3 – hấp thụ bằng H2SO4 0,01N
− Nguyên tắc chung:
+ Hấp thu NH3 vào dung dịch H2SO4 0,01N: NH3 + H+Æ NH4+ + Thêm thuốc thử Nessler vào ống hấp thu:
NH4+ + thuốc thửÆ phức chất màu vàng nâu
