Các bước tiến hành
Thí nghiệm 3.1. Thí nghiệm xác định pH tối ưu
- Bƣớc 1: Lấy 350ml nƣớc thải sau khi tiến hành jartest với phèn thích hợp với các điều kiện tối ƣu đã xác định đƣợc, cho vào 6 cốc thủy tinh đánh số thứ tự từ 1 đến 6
38
- Bƣớc 2: Điều chỉnh pH mỗi cốc ứng với các giá trị pH = 2,5; 3; 4; 5; 6; 7 - Bƣớc 3: Thêm … ml dung dịch phèn sắt FeSO4 10%
- Bƣớc 4 : Chọn t lệ phản ứng giữa Fe2+
/H2O2 = 1:5 ( mol/mol ). Dựa vào t Fe2+/H2O2 và lƣợng ph n cho vào là 7,25 ml ta tính đƣợc lƣợng H2O2 30% cần cho vào 350 ml nƣớc thải là 1ml. Thêm từ từ 1 ml dung dịch H2O2 30 vào nƣớc thải
- Bƣớc 5: Khuấy trộn để phản ứng oxy hóa xảy ra rồi để lắng hỗn hợp nƣớc thải trong 60 vòng/phút, trong 60 phút
- Bƣớc 6: Điều chỉnh pH = 7 để kết tủa các bông cặn Fe(OH)3
- Bƣớc 7: Khuấy trong 1 giờ với tốc độ 60 vòng/phút, rồi để lắng hỗn hợp nƣớc thải trong vòng 30 phút
- Bƣớc 8: Lấy phần nƣớc trong bên trên đi phân tích nồng độ COD
- Bƣớc 9: So sánh kết quả, pH tối ƣu là mức pH mà có nồng độ COD thấp nhất.
Thí nghiệm 3.2. Thí nghiệm xác định tỷ lệ số mol Fe2+/H2O2 tối ưu. Thí nghiệm
này có 2 thí nghiệm nhỏ là:
Thí nghiệm A: Xác định liều lƣợng phèn tối ƣu
- Bƣớc 1: Điều chỉnh pH của nƣớc thải về mức tối ƣu xác định đƣợc ở thí nghiệm 3.1. Thí nghiệm xác định pH tối ƣu
- Bƣớc 2: Lấy 350 ml nƣớc thải cho vào 6 cốc thủy tinh đánh số thứ tự từ 1 đến 6
- Bƣớc 2: Thêm phèn sắt (FeSO4.7H2O) 10% dao động ứng với các t lệ Fe2+/H2O2 sau:
- Vậy phèn sắt (FeSO4.7H2O) dao động ứng với các giá trị sau: 18,2 ml; 12,1 ml; 9,1 ml, 7,25 ml; 6,1 ml; 5,2 ml vào 6 beaker nƣớc thải có thể tích mỗi
39
beaker là 350 ml. Đánh dấu thứ tự các beaker theo giá trị phèn nhận đƣợc ở mỗi beaker
- Bƣớc 3: H2O2 đƣợc châm từ từ với hàm lƣợng 1 ml vào 350 ml nƣớc thải - Bƣớc 4: Khuấy trộn để phản ứng oxy hóa xảy ra rồi để lắng hỗn hợp nƣớc
thải trong 60 vòng/phút, trong 60 phút
- Bƣớc 5: Điều chỉnh pH = 7 để kết tủa các bông cặn Fe(OH)3
- Bƣớc 6: Khuấy trong 1giờ với tốc độ 60 vòng/phút, rồi để lắng hỗn hợp nƣớc thải trong vòng 30 phút
- Bƣớc 7: Lấy phần nƣớc trong bên trên đi phân tích nồng độ COD
- Bƣớc 8: So sánh kết quả, lƣợng phèn tối ƣu là mức phèn mà có nồng độ COD thấp nhất. Ghi nhận lƣợng phèn tối ƣu và tỉ lệ số mol FeSO4/H2O2.
Thí nghiệm B. Thí nghiệm xác định lƣợng H2O2 tối ƣu
- Bƣớc 1: Điều chỉnh pH của nƣớc thải về mức tối ƣu xác định đƣợc ở thí nghiệm 3.1. Thí nghiệm xác định pH tối ƣu
- Bƣớc 2: Lấy 350 ml nƣớc thải cho vào 6 cốc thủy tinh đánh số từ 1 - 6 - Bƣớc 3: Thêm lƣợng phèn sắt (FeSO4.7H2O) 10% ứng với các giá trị thay
đổi theo từng cốc dựa trên giá trị lƣợng phèn tối ƣu xác định ở thí nghiệm A. Thí nghiệm xác định lƣợng phèn tối ƣu là: 4ml; 4,5 ml; 5,2ml, 6,1 ml; 7,25 ml; 9,1 ml, 12,1ml; 18,2ml
- Bƣớc 4: Thêm từ từ dung dịch H2O2 30% ứng với các giá trị thay đổi lƣợng phèn sắt (Fe2SO4.7H2O) 10% theo t lệ FeSO4 / H2O2 phản ứng tối ƣu ở thí nghiệm 2 là Fe2+/H2O2 = 1/7 (mol/mol)
- Lƣợng H2O2 tính tốn tƣơng ứng là: 0,8ml; 0,9ml; 1ml; 1,2ml; 1,4ml; 1,75ml; 2,4ml; 3,5ml
- Vậy lƣợng phèn sắt (Fe2SO4.7H2O) và H2O2 tƣơng ứng nhƣ sau:
40
- Bƣớc 5: Khuấy trộn để phản ứng oxy hóa xảy ra rồi để lắng hỗn hợp nƣớc thải trong 60 vòng/phút, trong 60 phút
- Bƣớc 6: Điều chỉnh pH = 7 để kết tủa các bông cặn Fe(OH)3
- Bƣớc 7: Khuấy trong 1 giờ với tốc độ 60 vòng/phút, rồi để lắng hỗn hợp nƣớc thải trong vòng 30 phút
- Bƣớc 8: Lấy phần nƣớc trong bên trên đi phân tích nồng độ COD
- Bƣớc 9: So sánh kết quả, lƣợng H2O2 tối ƣu là mức H2O2 mà có nồng độ COD thấp nhất.
3.3. Phƣơng pháp phân tích
Các chỉ tiêu cần phân tích là : BOD, COD, SS, N, P, pH, độ màu.
Bảng 3.2. Các phƣơng pháp phân tích mẫu
STT Chỉ tiêu phân tích Phƣơng pháp phân tích Đơn vị
1 BOD TCVN 6001:1995 mg/l 2 COD TCVN 6491:1999 mg/l 3 P tổng, PO43- TCVN 6202:1996 mg/l 4 N tổng số TCVN 5987 :1995 mg/l 5 Rắn lơ lửng (TSS) TCVN 6625:2000 mg/l 6 Độ màu TCVN 4558 : 1988 Pt-Co 7 pH TCVN 6492:1999 3.4. Phƣơng pháp tính tốn và xử lý số liệu 3.4.1. Phƣơng pháp tính tốn Xác định t lệ Fe2+/H2O2
Trong đó: CM : Nồng độ mol của dung dịch, mol l C : Nồng độ phần trăm của dung dịch, d : Khối lƣợng riêng của dung dịch, g cm3 M : Khối lƣợng phân tử của dung dịch.
41
3.4.2. Phƣơng pháp xử lý số liệu
Kết quả phân tích đƣợc xử lý theo phƣơng pháp thống kê tốn học: Trị số trung bình X đƣợc tính:
̅ ∑
Việc tính tốn và vẽ biểu đồ dựa trên phần mền Microsoft Office Exel, phiên bản 2007.
Việc phân tích, xử lý số liệu, chạy hàm ANOVA một chiều sử dụng phần mềm STATGRAPHICS, phiển bản chạy trên nền DOC lƣu hành nội bộ Trƣờng Đại học Nơng Lâm.
3.4.3. Phƣơng pháp tính tốn hiệu quả kinh tế
Chi phí xây dựng
Chi phí xây dựng đƣợc tính tốn dựa trên tổng chi phí các cơng trình có liên quan đƣợc xây dựng, chi phí trang thiết bị, số lƣợng và đơn giá hiện nay (có tính đến chi phí khấu hao).
Chi phí vận hành
Chi phí vận hành đƣợc tính tốn dựa vào tổng chi phí điện năng tiêu thụ cho bơm, máy xục khí, máy khuấy. Chi phí nhân cơng vận hành hệ thống và chi phí hóa chất.
42
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Thí nghiệm 1. Kiểm tra chất lƣợng nƣớc thải đầu vào 4.1. Thí nghiệm 1. Kiểm tra chất lƣợng nƣớc thải đầu vào
Lấy mẫu và tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu pH, COD, SS.
Kết quả
Hình 4.1. Nước thải đầu vào ở các thời điểm khác nhau tại Nhà máy giấy Tân Mai
Thời điểm lấy mẫu pH COD (mgO2/l) SS (mg/l)
TN 1. Kiểm tra lần 1 02/07/2012 Tại bể điều hòa
7,35 2575 1410
TN 2. Kiểm tra lần 2 09/07/2012 Tại bể điều hòa
6,78 2153 1236
TN 3. Kiểm tra lần 3 16/07/2012 Tại bể điều hòa
6,67 2297 1074
Giá trị trung bình - 6,92 2342 1240
Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm kiểm tra nƣớc thải đầu vào
Phân tích kết quả
Bể điều hòa của HTXLNT Nhà máy giấy Tân Mai là dạng bể lắng ly tâm có chức năng nhƣ bể điều hòa, nên khả năng điều hịa nồng độ khơng đảm bảo. Vì thế nồng độ các chất bẩn đầu vào hệ thống xử lý cũng biến động.
Nƣớc thải lấy tại bể điều hòa của hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy giấy Tân Mai tại các thời điểm khác nhau sẽ có màu sắc và hàm lƣợng chất ô nhiễm khác nhau. Nƣớc thải lấy lần 1 vào ngày 2 7 2012 có màu đục nhất và qua phân tích các chỉ số thì thấy đƣợc hàm lƣợng SS, COD của nƣớc thải khá cao. Thành phần, tính chất nƣớc thải thay đổi phụ thuộc vào hoạt động sản xuất của nhà máy và công suất của nhà máy. Thí nghiệm lần 2 thì hàm lƣợng SS cũng nhƣ COD thấp hơn so với lần 1.
43
Nhìn vào kết quả thí nghiệm ở cả 3 lần thí nghiệm ta thấy nồng độ COD trong khoảng 2153 - 2575 mg/l và pH của nƣớc thải ở những thời điểm lấy mẫu khác nhau cũng khác nhau, nhƣng chủ yếu pH dao động từ khoảng 6,67 – 7,35.
Lấy giá trị trung bình của cả 3 lần thí nghiệm ta đƣợc hàm lƣợng COD trong nuớc thải đầu vào là 2342mgO2 l, hàm lƣợng SS là 1240mg l và pH của nƣớc thải là 6,92.
Vì vậy, với nồng độ chất ơ nhiễm cao nhƣ vậy thì dùng 1 phƣơng pháp xử lý sẽ khơng hiệu quả nên phải có sự kết hợp của nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ keo tụ tạo bông kết hợp với Oxy hóa nâng cao và sinh học.
4.2. Thí nghiệm 2. Thí nghiệm Jartest
Lấy 500ml nƣớc thải sau khi qua thí nghiệm kiểm tra chất lƣợng nƣớc thải đầu vào cho vào 6 cốc thủy tinh đánh số thứ tự từ 1 đến 6 tiến hành thí nghiệm Jartest.
4.2.1. Thí nghiệm 2.1. Thí nghiệm Jartest với phèn PAC
Thí nghiệm 2.1.1. Thí nghiệm xác định lượng phèn phản ứng
Lƣợng ph n phản ứng là 0,2ml với pH nƣớc thải là 6,92.
Thí nghiệm 2.1.2. Thí nghiệm xác định pH tối ưu
Kết quả
Hình 4.1. Nước thải trước (trên) và sau (dưới) khi Jartest với pH tối ưu của phèn PAC
44
Hình 4.2. Đồ thị thể hiện pH tối ưu cho phèn PAC
Kết quả xử lý số liệu
Bảng 4.2 Bảng ANOVA
One-Way Analysis of Variance -------------------------------------------------------------------------------- Data: PHPHENPA.COD Level codes: PHPHENPA.PH Labels: Means plot: LSD Confidence level: 95 Range test: LSD Analysis of variance -------------------------------------------------------------------------------- Source of variation Sum of Squares d.f. Mean square F-ratio Sig. level -------------------------------------------------------------------------------- Between groups 383108.92 5 76621.784 178.499 .0000 Within groups 5151.09 12 429.257 -------------------------------------------------------------------------------- Total (corrected) 388260.01 17 0 missing value(s) have been excluded.
Bảng 4.3 Bảng so sánh nồng độ xử lý COD gi a các pH thay đổi từ 6 – 8,5
Multiple range analysis for PHPHENPA.COD by PHPHENPA.PH -------------------------------------------------------------------------------- Method: 95 Percent LSD Level Count Average Homogeneous Groups -------------------------------------------------------------------------------- 7.5 3 1584.6667 X 8 3 1832.5000 X 7 3 1850.0000 X 6.5 3 1946.7333 X 8.5 3 1955.9333 X 6 3 2046.6667 X -------------------------------------------------------------------------------- contrast difference limits 6 - 6.5 99.9333 36.8676 * 6 - 7 196.667 36.8676 * 6 - 7.5 462.000 36.8676 * 0 10 20 30 40 0 500 1000 1500 2000 2500 6 6.5 7 7.5 8 8.5 Hi ệu su ất (% ) COD (m g/l ) pH
Đồ thị thể hiện pH tối ƣu cho phèn PAC
COD
45
6 - 8 214.167 36.8676 * 6 - 8.5 90.7333 36.8676 * 6.5 - 7 96.7333 36.8676 * 6.5 - 7.5 362.067 36.8676 * * denotes a statistically significant difference.
Thảo luận
Sau khi cho ph n vào và khuấy nhanh trong vòng 1 phút thì xuất hiện sự kết tụ những hạt cặn lơ lững trong nƣớc thành nhƣng bơng cặn có kích thƣớc to hơn vì ph n là chất keo tụ nên khi vào mẫu nƣớc thì có thể giúp cho các hạt cặn lơ lững có kích thƣớc nhỏ thành những bơng cặn có kích thƣớc to hơn.
Sự keo tụ lúc đầu xảy ra ít sau đó tăng dần lên đến khi kết thúc quá trình khuấy chậm. Để ph n có thể hịa trộn đều trong nƣớc và tiếp xúc với các hạt cặn lơ lững nhanh hơn thì ta cho khuấy nhanh trong vòng 1 phút. Sau quá trình khuấy nhanh đó ta thực hiện q trình khuấy chậm để cho các bơng cặn có thể kết tụ lại với nhau, từ từ lắng xuống đồng thời không làm vỡ các bông cặn ra tạo điều kiện thuận lợi cho q trình lắng của các bơng cặn.
Nhìn vào đổ thị thể hiện pH tối ƣu cho ph n PAC, từ nghiệm thức 1 tới nghiệm thức 6 khơng có sự khác biệt nhiều về hiệu suất. Từ nghiệm thức 1 tới nghiệm thức 4 thì hiệu suất tăng từ 18,13 – 36,61 . Từ nghiệm thức 4 tới nghiệm thức 6 thì hiệu suất lại có xu hƣớng giảm từ 36,61 - 21,76 , tức là khi tăng pH lên thì hiệu xuất có xu hƣớng giảm xuống.
Phân tích sự khác biệt giá trị COD theo biến thiên pH từ 6 – 8,5 trên bảng tính Anova: Single Factor với độ tin cậy 95 . Kết quả P = 0,00 < 0,05 nên pH có ảnh hƣởng tới COD của nƣớc thải. Mặt khác, nhìn vào bảng so sánh nồng độ xử lý COD giữa các pH thay đổi từ 6 – 8,5 thì ta thấy sự khác biệt giữa các nghiệm thức là có ý nghĩa.
Từ đồ thị hình 4.2 và bảng xử lý số liệu cho thấy pH từ 7 – 8 khả năng xử lý tốt, riêng pH = 7,5 là tối ƣu, COD thấp nhất và hiệu quả xử lý là 36,61 .
46
Thí nghiệm 2.1.3. Thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu
Kết quả
Hình 4.3. Nước thải sau Jartest với lượng lượng phèn tối ưu của phèn PAC
Hình 4.4. Đồ thị thể hiện lượng phèn tối ưu cho phèn PAC
Phân tích kết quả
Kết quả xử lý số liệu phân tích sự khác biệt COD (mg O2 L) khi hàm lƣợng ph n thay đổi từ 0 – 1 ml.
Bảng 4.4. BẢNG ANOVA
One-Way Analysis of Variance --------------------------------------------------------------------------------