2.1.4.1. Dụng cụ
Can nhựa có thể tích 10 lít, có nắp đậy kín.
2.1.4.2. Cách lấy mẫu (theo sự hướng dẫn của kỹ sư nhà máy giấy Sài Gòn-
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 42 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Tráng qua can nhựa bằng mẫu nhiều lần để tránh hư mẫu, Hứng trực tiếp can nhựa vào dòng chảy của bể,
Sau khi hứng đầy can, tiến hành đóng chặt nắp đậy và vận chuyển nhẹ nhàng.
2.2. Thiết bị, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu
2.2.1. Các thiết bị và dụng cụ dùng để nghiên cứu
Các thiết bị, dụng cụ sử dụng cho thí nghiệm điện phân xử lý nước thải bao gồm: Biến trở điều chỉnh dòng điện
Đồng hồ đo điện thế, đo dòng điện loại Digital Multimeter UNI- TM3800
Cân phân tích có độ chính xác 10-4gam Đồng hồ đo thời gian
Nhiệt kế và các loại dụng cụ thuỷ tinh khác Máy đo pH
Ống nghiệm, các loại pipet, giấy lọc Các loại dụng cụ thuỷ tinh khác
2.2.2. Hóa chất.
Bảng 2.1: Hóa chất sử dụng
STT Tên thương mại
1 Natriclorua (Việt Nam) 2 Axit nitric (Hàn Quốc) 3 Axit sunphuric 98% (Việt Nam) 4 Axit clohydric (Việt Nam) 5 Natrihydroxit (Trung Quốc) 6 Các loại hóa chất cần thiết khác
2.3. Vật liệu điện cực và kỹ thuật xử lý ban đầu 2.3.1. Điện cực
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 43 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Điện cực anốt và catốt nghiên cứu là hợp kim nhôm với thành phần chủ yếu là nhôm (Al > 98,0%), 1,0 ÷ 1,2% Zn và một số thành phần vi lượng khác.
2.3.2. Dung dịch và kỹ thuật xử lý bề mặt điện cực [26]
Bề mặt hợp kim nhôm được làm sạch bằng các dung dịch HNO3 15% và dung dịch NaOH 2.5%.
Kỹ thuật xử lý bề mặt hợp kim nhôm như sau:
Hợp kim nhôm sẽ được rửa sạch bằng xà phòng để tẩy dầu mỡ, sau rửa qua nước sạch rồi cho vào dung dịch NaOH 2,5% trong thời gian từ 3÷5 phút để hòa tan lớp oxit. Tiếp theo rửa sạch bề mặt bằng nước, rồi nhúng vào dung dịch HNO3 15,0% trong khoảng 10-30 giây. Cuối cùng rửa lại bằng nước cất để tẩy acid và đem vào bình điện phân.
2.4. Xác định thông số đặc trưng chất lượng nước
Do điều kiện kinh phí, thời gian nên nhiệm vụ đồ án tập trung khảo sát một vài thông số liên quan đến việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải như chỉ số COD, độ pH, độ màu, nhiệt độ.
2.4.1. Phân tích COD, độ màu
COD, độ màu của mẫu nước thải được đem đi phân tích ở Trung tâm Quan Trắc và Phân Tích Môi Trường thuộc Sở Tài Nguyên Môi Trường tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu.
2.4.2. Xác định pH của nước thải
pH của máy được chuẩn bằng các dung dịch chuẩn.
Mẫu nước thải được đo trực tiếp bằng cách nhúng đầu đo pH ngập trong dung dịch nước thải. Kết quả hiển thị trên máy sau khi ổn định. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.3. Xác định độ hoà tan của điện cực anot
Cân khối lượng điện cực anot trước và sau khi điện phân, tính độ hoà tan của một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian.
Trong đó:
m2 – m1
S.t
(g/dm2.h)
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 44 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
m1: khối lượng điện cực anot trước khi điện phân (g) m2: khối lượng điện cực anot sau T giờ điện phân (g) S: diện tích điện cực anot (dm2)
t: thời gian điện phân (h)
2.5. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 2.5.1. Sơ đồ nghiên cứu sự keo tụ điện hóa 2.5.1. Sơ đồ nghiên cứu sự keo tụ điện hóa
a, Sơ đồ hệ thống lý thuyết b, Sơ đồ hệ thống thực nghiêm
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên tắc hệ thống điện phân xử lý nước thải
1- Nguồn điện một chiều 50V- 100A 2- Thiết bị đo dòng điện
3- Biến trở
4- Điện cực anốt làm bằng hợp kim nhôm 5- Điện cực catốt làm bằng hợp kim nhôm 6- Dung dịch nước thải
7- Bình điện phân
2.5.2. Trình tự thực nghiệm [7]
2.5.2.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước thải
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 45 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Sử dụng cốc 400ml để điện phân xử lý nước thải Thể tích nước thải mổi lần xử lý là 400ml
Đặt hiệu điện thế U = 13V, mật độ dòng J = 2,1 A/dm2, pH = 6,5÷7,0, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1cm
Thay đổi thời gian điện phân: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 45 phút
Để lắng dung dịch trong vòng 30 phút sau khi xử lý. Sau đó, tiến hành tách phần bọt tuyển nổi ở trên. Lấy dung dịch nước thải trong ở phần dưới mang đi phân tích chỉ số COD và độ màu với các khoảng thời gian khác nhau
Thu nhận kết quả sau khi phân tích.
2.5.2.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải
Trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau: Thể tích nước thải 400ml
Nước thải cho vào các cốc thí nghiệm 400ml
Lắp vào hệ thống điện hóa với U=13V, mật độ dòng J= 2,1A/dm2, thời gian điện phân 40 phút, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1,0cm
Thay đổi giá trị pH của dung dịch nước thải bằng cách sử dụng dung dịch NaOH hoặc dung dịch HCl. Các khoảng pH được chọn trong bài đồ án là: 4,0; 5,5; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0
Sau điện phân để lắng 30 phút rồi tách phần nước trong đem phân tích COD với các khoảng pH khác nhau (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thu nhận kết quả sau khi phân tích.
2.5.2.3. Ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý nước thải
Trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau: Thể tích nước thải 400ml
Nước thải cho vào các cốc thí nghiệm.
Lắp vào hệ thống điện hóa với U=13V, mật độ dòng J= 0,5 ÷ 3,0 A/dm2, thời gian điện phân 40 phút, pH = 6,5 ÷ 7,0
Thay đổi khoảng cách điện cực tương ứng với từng mật độ dòng khác nhau. Mỗi lần thay đổi để lắng 30 phút, tách phần nước trong rồi đem phân tích COD
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 46 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Ghi nhận kết quả thu được.
2.5.2.4. Ảnh hưởng của NaCl đến quá trình xử lý nước thải.
Trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau: Thể tích nước thải điện phân xử lý là 400ml
Giữ nguyên pH ban đầu của nước thải pH = 6,5 ÷ 7,0 Đặt hiệu điện thế U=13V, mật độ dòng điện J = 2,1 A/dm2 Thời gian điện phân 30 phút
Pha lần lượt từng lượng NaCl: 0,005g, 0,010g, 0,015g, 0,020g, 0,025g để khảo sát
Sau khi dừng điện phân, mẫu nước thải sau xử lý được để lắng 30 phút rồi tách phần nước trong đem đi xác định các chỉ tiêu COD
Ghi nhận kết quả thu được.
2.5.2.5. Ảnh hưởng của thời gian đến nhiệt độ và hiệu quả xử lý độ màu
Trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau:
Sử dụng cốc 400ml để điện phân xử lý nước thải Thể tích nước thải mổi lần xử lý là 400ml
Đặt hiệu điện thế U = 13V, mật độ dòng J = 2,1 A/dm2, pH = 6,5÷7,0, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1,0cm
Thay đổi thời gian điện phân: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 45 phút Sau khi xử lý xong đo nhiệt độ của từng mẫu
Để lắng dung dịch trong vòng 30 phút sau khi xử lý. Sau đó, tiến hành tách phần bọt tuyển nổi ở trên. Lấy dung dịch nước thải mang đi phân tích độ màu với các khoảng thời gian khác nhau
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 47 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả hàm lượng các chỉ tiêu môi trường tại vị trí lấy mẫu
Địa điểm lấy mẫu ở vị trí dòng chảy từ bể chứa nước thải tập trung qua cụm xử lý vi sinh. Tại nhà máy Giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân, khu Công nghiệp Mỹ Xuân A, H. Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
Bảng 3.1: Hàm lượng các chỉ tiêu tại vị trí lấy mẫu
STT Chỉ tiêu Thời gian Hàm lượng
1 COD 3h ÷ 4h chiều 2850 mg/l
2 pH 3h ÷ 4h chiều 6,5 – 7,0
3 Độ màu 3h ÷ 4h chiều 145 Pt - Co
Dựa vào kết quả phân tích ở bảng 3.1 ta thấy được hàm lượng COD là khá cao (2850mg/l) do vị trí lấy mẫu là nơi tập trung các nguồn nước thải từ các quá trình sản xuất như: quá trình xử lý nguyên liệu, quá trình sản xuất bột giấy, quá trình xeo giấy,… Bên cạnh đó, độ màu cũng tương đối cao (145 Pt–Co) do quá trình pha chất màu vào quá trình sản xuất giấy carton màu (chiếm 90% lượng màu trong nước thải), khoảng 10% còn lại là do phát sinh từ lignin trong giấy carton tái chế. Độ pH được giử ở mức trung tính (6,5 ÷7,0), điều nầy khá thuận lợi cho quá trình tiến hành xử lý nước thải bằng phương pháp điện hóa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2. Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước thải
Bảng 3.2: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất của xử lý nước thải
Da (A/dm2) Thời gian (phút) COD trước xử lý (mg/l) COD sau xử lý (mg/l) Hiệu suất (%) 2,1 10 2850 895 68,6 2,1 20 2850 575 79,8 2,1 30 2850 495 82,6 2,1 40 2850 395 86,1 2,1 45 2850 325 88,6
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 48 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất của xử lý nước thải.
Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý nước thải ta tiến hành thí nghiệm ở các khoảng thời gian khác nhau 10phút, 20phút, 30phút, 40phút, 45phút. Nhìn vào biểu đồ ta thấy sau 10phút thì hiệu suất xử lý nước thải ở mức thấp chỉ đạt 68,6%, và lượng COD xử lý được cũng không nhiều, lượng COD giảm từ 2850 xuống còn 895.
Khi làm thí nghiệm ở thời gian 20phút thì hiệu suất xử lý được tăng lên ở mức trung bình đạt 79,8% và COD còn lại 575.
Khi thời gian tăng lên 30 phút thì hiệu suất xử lý cũng được tăng lên đáng kể và đạt 82,6%, và lượng COD còn lại là 495.
Với thời gian 40phút thì hiệu suất tăng lên cao và đạt 86,1% lượng COD cũng được xử lý một cách đáng kể còn 395.
Với thời gian tăng lên 45phút thì hiệu suất được tăng lên, với hiệu suất là 88,6% và lượng COD cũng giảm xuống còn 325.
Thực nghiệm cho thấy, thời gian ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả xử lý. Khi điện hóa chưa đủ thời gian thì chưa thực hiện được hoàn toàn các phản ứng oxy hóa khử các chất hữu cơ và chưa hình thành các tâm keo tụ nên hiệu quả xử lý chưa cao. Khi thời gian điện phân dài thì điện cực sẽ hòa tan nhiều, tiêu hao điện cực
895 575 495 395 325 68.6 79.8 82.6 86.1 88.6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 10 20 30 40 45 Hi ệu su ất % COD sau xử lý (m l/ g) Thời gian (phút)
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 49 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
lớn, tạo nhiều ion Al3+, nhiều sản phẩm phụ làm tăng các tâm keo tụ có khả năng làm cho giá trị COD tăng. Mặt khác khi thời gian điện hóa dài thì nhiệt độ dung dịch điện hóa tăng làm tăng khả năng hòa tan các bông cặn. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý nước thải giấy trong khoảng thời gian từ 35÷40 phút thì hiệu suất xử lý nước thải là tốt nhất.
3.3. Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý nước thải
Da (A/dm2) Thời gian (phút) pH COD trước xử lý (mg/l) COD sau xử lý(mg/l) Hiệu suất (%) 2,1 40 4,0 2850 2850 0,0 2,1 40 5,5 2850 660 76,8 2,1 40 6,5 2850 325 88,6 2,1 40 7,0 2850 345 87,9 2,1 40 7,5 2850 375 86,8 2,1 40 8,5 2850 415 85,4
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiên sự ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
Hình 3.2: Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xư lý nước thải.
2850 660 325 345 375 415 0 76.8 88.6 87.9 86.8 85.4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 4 5.5 6.5 7 7.5 8.5 Hi ệu su ất% COD sau xử lý (m g/l ) pH
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 50 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
pH ban đầu ảnh hưởng lớn đến sự thủy phân trong quá trình keo tụ có những tác động lớn đến hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải giấy. Trong môi trường axit nhôm bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al3+ và Al(OH)2+.Cơ chế keo tụ trong môi trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép. Do vậy để keo tụ các hạt keo màu theo cơ chế này cần một lượng rất lớn Al3+, Al(OH)2+.
Trong vùng pH = 6,0 ÷ 7,0 cấu tử gây keo tụ thường tồn tại dưới dạng polime như Al13O4(OH)247+ hoặc kết tủa Al(OH)3. Các phức polime và kết tủa hydroxit nhôm gây keo tụ cho hệ keo theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa. Việc kết hợp các cơ chế này đã làm cho quá trình keo tụ chất màu xảy ra dễ dàng và đạt hiệu quả cao.
Trong môi trường kiềm pH = 8,0 ÷ 9,0 kết tủa Al(OH)4- hoặc AlO2-. Nồng độ kết tủa Al(OH)3 giảm dần đến hiệu suất quá trình keo tụ giảm. Kết quả thực nghiệm đối với quá trình xử lý nước thải giấy sử dụng điện cực hòa tan Al cho hiệu quả khử COD cao nhất trong phạm vi pH từ 6,5÷7,0 (trong đó tại pH ban đầu bằng 6,5 cho hiệu quả khử COD cao nhất)
3.4. Kết quả ảnh hưởng khoảng cách điện cực đến hiệu suất xử lý nước thải
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khoảng cách điên cực đến hiệu suất xử lý nước thải
Khoảng cách điện cực (cm) Da tương ứng (A/dm2) COD trước xử lý (mg/l) COD sau xử lý (mg/l) Hiệu suất (%) 2,0 1,4 2850 515 81,9 1,5 1,7 2850 465 83,7 1,0 2,1 2850 325 88,6 0,7 2,8 2850 315 88,9
Từ bảng kết quả ta có biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của khoảng điên cực đến khả năng xử lý nước thải của phương pháp keo tụ điện hóa:
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 51 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.3: Biểu đồ ảnh hưởng của khoảng cách điên cực đến hiệu suất xử lý nước thải
Để khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến quá trình xử lý nước thải ta tiến hành thí nghiệm ở các khoảng cách khác nhau từ 0,7÷2,0cm.
Dựa vào biểu đồ ta thấy ở khoảng cách 2,0cm thì hiệu suất xử lý nước thải chỉ đạt 81,9%, lượng COD còn lại cũng khá cao 515ml/g.
Khi giảm khoảng cách xuống còn 1.5cm thì hiệu suất xử lý nước thải cũng được tăng lên nhưng không đáng kể chỉ đạt ở 83,7%, lượng COD còn lại vẫn nhiều 465 ml/g.
Tiếp tục giảm khoảng cách xuống còn 1,0cm, thì hiệu suất tăng lên 88,6%, lượng COD giảm còn 325 ml/g.
Khi khoảng cách tiếp tục được giảm xuống còn 0,7cm thì hiệu suất xử lý nước thải được tăng lên không đáng kể 88,9%, lượng COD cũng còn lại rất thấp 315ml/g.
Khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng, vì dung dịch nước thải dẫn điện kém, điện thế rơi trong dung dịch tăng theo khoảng cách điện cực. Sự thủy phân của ion nhôm tạo thành các phân tử keo tụ xảy ra theo chuỗi các phản ứng nối tiếp nên khoảng cách điện cực có vai trò quan trọng trong sự phân tán và phân bố của chất keo tụ trong toàn khối dung dịch, duy trì cơ chế trung hòa điện tích của qua trình keo tụ hệ màu. 515 465 325 315 81.9 83.7 88.6 88.9 1.4 1.7 2.1 2.8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600 2 1.5 1 0.7 Hi ệu su ất % COD sau xử lý (m g/l ) Khoảng cách điện cực (cm)
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 52 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm