Phương trình hồi quy bậc 2 thu được theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm được xác định dựa trên kết quả kiểm tra các tiêu chuẩn thống kê (tiêu chuẩn Fisher và tiêu chuẩn Student). Tất cả các công việc trên cũng như việc xác định điều kiện tối ưu cho quá trình keo tụ được thực hiện bằng phần mềm Design-Expert 8.0.7.1 của Stat-Easy Inc, USA.
Trang 45 CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả khảo sát quy trình xử lý nƣớc cấp 3.1.1 Sơ đồ công nghệ
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ quy trình xử lý nƣớc cấp tại KCN Suối Dầu
PAC và vôi Trạm bơm cấp I Bể phản ứng Bể trộn hóa chất Bể lắng ngang Bể lọc cát Bể chứa Nguồn nước Mạng lưới tiêu thụ Clo lỏng Nước rửa lọc
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 46
3.1.2 Thuyết minh công nghệ
Nguồn nước đầu vào là nước sông tự nhiên, Xí nghiệp đặt trạm bơm cấp I để thu nước, bơm này sẽ đẩy nước từ trạm bơm cấp I về trạm xử lý nước sạch, đổ vào bể hòa trộn hóa chất.
Phèn và vôi được pha chế theo nồng độ thích hợp từ bể trộn hóa chất keo tụ và hồ vôi tôi. Hóa chất keo tụ được sử dụng là PAC 2,5%, vôi được sử dụng với mục đích nâng pH của nước về mức trung tính. Sau khi pha chế xong sẽ dùng bơm định lượng đưa phèn và vôi theo đường ống dẫn vào bể trộn hóa chât hòa trộn với nước thô đầu vào. Trung bình cứ 230m3/h nước đầu vào tương ứng với 5kg/h PAC cần sử dụng.
Bể trộn hóa chất với cấu tạo đặc biệt có các vách ngăn liên tiếp, nhằm tạo điều kiện tiếp xúc giữa nước và hóa chất. Nước và hóa chất được đưa vào bể trộn khi đi qua các vách ngăn sẽ tiến hành quá trình trộn thủy lực. Nước tiếp tục đưa vào bể phản ứng. Tại đây quá trình hình thành các hạt keo nước-phèn sẽ xãy ra, kết quả là tạo ra các hạt bông cặn lơ lững có kích thước khác nhau. Thời gian lưu nước ở bể này khoảng 1h và tiếp tục được đưa qua bể lắng ngang.
Bể lắng ngang tạo điều kiện cho các tổ hợp keo được hình thành ở bể phản ứng hoàn thiện quá trình tạo tổ hợp keo và lắng xuống theo cơ chế lắng trọng lực. Thời gian lưu ở bể này khoảng 2h, ở đây cũng tiến hành một số quá trình đánh giá cảm quan về độ trong của nước sau khi lắng trước khi đi vào công trình lọc.
Nước được tiếp tục đưa vào bể lọc cát, bể lọc cát là công trình rất quan trọng của hệ thống xử lý, bể lọc được sử dụng với mục đích cải thiện chất lượng về mặt lý học, hóa học và cũng như sinh học bằng cách cho nước đi qua các lớp vật liệu lọc, nhằm phân tách nhờ bề mặt hoặc một phần sâu trong các lớp vật liệu lọc các hạt cặn lơ lững, các chất keo tụ và một phần vi sinh vật trong nước. Bể hoạt động theo cơ chế lọc xuôi, rửa ngược. Giống như các bể lọc khác, vật liệu thông dụng được sử dụng ở bể này là cát, sau khoảng thời gian là 1 tuần sẽ tiến hành rửa lọc một lần.
Nước từ bể lọc được đưa vào bể chứa. Tại đây nước được khử trùng bằng Clo lỏng, và kiểm tra tiêu chuẫn đầu ra của nước trước khi đưa vào hệ thống phân phối nước.
Trang 47
3.1.3 Quy trình vận hành trạm xử lý nƣớc sạch 3.1.3.1 Công tác kiểm tra
Giao nhận ca
Sổ giao ca : xem nội dung ghi chép của ca trước.
Dụng cụ, trang thiết bị : xem dụng cụ, thiết bị phải đầy đủ.
Vệ sinh công nghiệp : phải dọn vệ sinh trước khi giao ca (khu vực sản xuất, thiết bị).
• Vệ sinh bơm nhà hóa chất, súc rửa lọc vôi : 1 lần/1 ca 12 giờ. Thay roon mới khi bị rò rỉ nước).
• Vệ sinh bể lắng (cả máng thu nước, thành bể) : 1 lần/1 ca 12 giờ. Luân phiên vệ sinh các bể lọc.
• Vệ sinh nhà bơm đẩy (thiết bị, nhà xưởng) : 1 lần/1 ca 12 giờ • Vệ sinh bơm châm clo, phòng làm việc : 1 lần/1 ca 12 giờ • Xả bùn ở bể lắng : 3 lần/1 ca 12 giờ
- Hút bùn bể lắng, xả cát bể trộn đứng : 1 lần/6 tháng - Vệ sinh bể chứa : 1 lần/1 năm
Kiểm tra
Kiểm tra toàn bộ hệ thống, thiết bị trong dây chuyền xử lý đang hoạt động (cả nước thô đang hoạt động bao nhiêu máy)
Kiểm tra hồ vôi tôi, bể khuấy vôi đang hoạt động (số lượng, chất lượng)
Kiểm tra hồ chứa phèn, bể khuấy phèn đang hoạt động (số lượng, chất lượng)
Tôi vôi chuẩn bị cho ca vận hành của mình (70kg vôi sống = 1 thùng vôi sữa = 1 bể khuấy 6,5m3)
• Tôi vôi vào hồ : - Lớn 4 bao = 200kg = 3 thùng vôi sữa - Nhỏ 3 bao = 150kg 2 thùng vôi sữa
• Một thùng vôi sữa pha vào 1 bể khuấy 6,5m3 cho 1 ca 12 giờ vận hành liên tục.
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 48
Pha loãng phèn tại bể khuấy 6,5m3 với nồng độ 5% (cho phép 0,5% )
Kiểm tra hàm lượng clo dư trong nước tại bể chứa (đảm bảo hàm lượng clo từ 0, 2 0,5 mg/L)
Kiểm tra hệ thống thiết bị, công trình nổi – ngầm, điện … trong trạm
3.1.3.2 Công tác vận hành hệ thống
1. Đo độ trong của nước nguồn bằng ống thủy tinh Dianet
2. Vận hành bơm định lượng hóa chất cho phù hợp với chất lượng nước nguồn đang cấp
3. Kiểm tra độ keo tụ, tạo bông cặn của nước tại bể lắng 4. Kiểm tra pH thu được tại bể lọc ( pH7,0 8,0 )
5. Thực hiện lại công tác 1,2,3,4 sao cho phù hợp với pH tiêu chuẩn 6. Vận hành bơm clo khử trùng vào bể chứa
• 1 giờ châm clo/1 lần hoạt động bơm châm clo • 4 lần hoạt động bơm châm clo/1 ca 12 giờ
Ghi chú : Tất cả phải mặc quần áo bảo hộ lao động trong ca
Tần suất thực hiện công việc vận hành hệ thống
• Mục 1, 2, 3, 4, 5 : 01 giờ/01 lần/01 ca 12 giờ • Mục 6 : 04 lần/01 ca 12 giờ
3.1.3.3 Công tác kiểm tra chất lƣợng sản phẩm
Đo độ trong của nước (độ trong 100 )
Đo pH của nước sau xử lý ( pH7,0 8,0 )
Đo hàm lượng clo dư trong nước ( clo0, 2 0,5 ppm )
3.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ
3.2.1 Kết quả thí nghiệm 1
• Ngày lấy mẫu : 16/4/2012 • Độ đục ban đầu : 128 [FTU]
Trang 49
• pH ban đầu : 5,85
• Hàm lượng PAC khảo sát : 5 50 mg/L
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ
STT VPAC/500mL nƣớc thô [mL] Nồng độ [mg/L] pH sau keo tụ Độ đục sau keo tụ [FTU] Hiệu suất [%] 0 0 0 5,85 128 0 1 0,1 5 5,85 98 23,4 2 0,2 10 5,85 67 47,7 3 0,3 15 5,85 55 57,0 4 0,4 20 5,76 75 41,4 5 0,5 25 5,75 102 20,3 6 0,6 30 5,72 109 14,8 7 0,7 35 5,69 112 12,5 8 0,8 40 5,69 115 10,2 9 0,9 45 5,65 118 7,8 10 1,0 50 5,47 125 2,3 Nhận xét
• Khi cố định giá trị pH bằng 5,85 và thay đổi giá trị hàm lượng PAC ở từng thí nghiệm thì cho hiệu suất keo tụ đạt giá trị cao nhất trong khoảng từ 0,1 0, 5 mL PAC/500mL nước thô (tương ứng với nồng độ5 25 mg/L) . Vậy ta chọn khoảng này làm khoảng biến thiên cho giá trị X2 trong thí nghiệm tối ưu hóa.
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 50
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng PAC đến hiệu suất keo tụ 3.2.1 Kết quả thí nghiệm 2
• Ngày lấy mẫu : 24/4/2012 • Độ đục ban đầu : 120 [FTU] • pH ban đầu : 5,65
• Hàm lượng PAC khảo sát : 0,3 mL PAC/50mL nước thô (15mg/L) • Khoảng pH khảo sát : 4 9
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ
STT pH trƣớc keo tụ pH sau keo tụ Độ đục sau keo tụ [FTU] Hiệu suất [%] 0 5,65 5,65 40 66,7 1 4,00 3,95 13 89,2 2 5,00 4,85 25 79,2 3 6,00 5,87 62 48,3 4 7,00 6,90 85 29,2 5 8,00 7,92 110 8,3 6 9,00 8,83 115 4,2
Trang 51
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất keo tụ
Nhận xét
• Khi cố định giá trị hàm lượng PAC và thay đổi giá trị pH ta thấy hiệu suất keo tụ đạt cao nhất trong khoảng pH 4 6, khi tăng giá trị pH lớn hơn 6 hiệu suất keo tụ giảm dần, đến giá trị pH lớn hơn 8 thì độ đục của nước sau thí nghiệm Jartest hầu như không giảm. Vì vậy chọn giá trị pH trong khoảng 4 6 làm khoảng biến thiên cho X1 trong thí nghiệm tối ưu hóa.
3.3 Kết quả thí nghiệm tối ƣu hóa 3.3.1 Thiết kế thực nghiệm
• pH (X1) : 4 6
• Hàm lượng PAC (X2) : 0,1 0,5 mL PAC/500mL nước thô ( 5 25 mg/L)
Bảng 3.3 Bảng thiết kế quy hoạch thực nghiệm
Ký hiệu
Biến mã hóa
–1,15 –1 0 +1 +1,15
X1 3,85 4 5 6 7,15
X2 0,07 0,1 0,3 0,5 0,53
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 52
Với giá trị cánh tay đòn sao 1,15 ta được bảng kế hoạch thực nghiệm như sau :
Bảng 3.4 Bảng kế hoạch thực nghiệm tối ưu hóa
STT Hệ mã hóa Hệ thực X1 X2 X1 X2 1 –1 –1 4 0,10 2 +1 –1 6 0,10 3 –1 +1 4 0,50 4 +1 +1 6 0,50 5 1,15 0 3,85 0,30 6 1,15 0 6,15 0,30 7 0 1,15 5 0,07 8 0 1,15 5 0,53 9 0 0 5 0,30 10 0 0 5 0,30 11 0 0 5 0,30
3.3.2 Kết quả thí nghiệm Jartest
• Ngày lấy mẫu : 8/5/2012 • Ngày thí nghiệm : 8/5/2012 • pH ban đầu của mẫu : 5,72
• Độ đục ban đầu của mẫu : To 138 [FTU]
Thực hiện thí nghiệm Jartest theo bảng kế hoạch thực nghiệm 3.4, để đảm bảo tính chính xác, sau mỗi thí nghiệm đo giá trị độ đục của nước sau khi lắng 3 lần rồi lấy giá trị trung bình, từ đó tính hiệu suất keo tụ. Kết quả được thể hiện qua bảng sau :
Trang 53
Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa trên máy Jartest
STT X1 X2 Độ đục sau keo tụ [FTU]
Hiệu suất keo tụ [%] 1 4 0,10 23 83,3 2 6 0,10 116 15,9 3 4 0,50 73 47,1 4 6 0,50 115 16,7 5 3,85 0,30 12 91,3 6 6,15 0,30 97 29,7 7 5 0,07 83 48,7 8 5 0,53 88 36,2 9 5 0,30 18 87,0 10 5 0,30 21 84,8 11 5 0,30 20 85,5
3.3.3 Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai
Sử dụng phần mềm Design-Expert để xử lý số liệu thực nghiệm, ta thu được giá trị các hệ số hồi quy như sau :
Bảng 3.6 Các hệ số hồi quy thu được tự thực nghiệm
Hệ số Hệ mã hóa Hệ thực P Ghi chú bo 84,43 –173,45 0, 0001 Giá trị P0, 05 chỉ ra rằng hệ số có ý nghĩa về mặt thống kê ở độ tin cậy 95% b1 –25,40 120,23 0, 0001 b2 –7,50 176,16 0,0054 b12 9,25 46,25 0,0064 b11 –15,95 –15,95 0,0008 b22 –29,66 –741,50 0, 0001
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 54
Sau khi kiểm tra tính ý nghĩa của các hệ số (tất cả các hệ số đều có ý nghĩa) ta thu được phương trình hồi quy như sau :
Hệ mã hóa : 2 2 1 2 1 2 1 2 y84, 43 25, 40X 7,50X 9, 25X X 15,95X 29, 66X Hệ thực : 2 2 1 2 1 2 1 2 y 173, 45 120, 23X 176,16X 46, 25X X 15,95X 741,50X
3.3.4 Kiểm tra tính tƣơng thích của mô hình
Kết quả so sánh hiệu suất keo tụ theo thực nghiệm và theo mô hình hồi quy cấp hai được thể hiện trong bảng sau :
Bảng 3.7 So sánh hiệu suất keo tụ theo thực nghiệm và theo mô hình cấp hai
STT X1 X2
Hiệu suất keo tụ theo thực nghiệm
[%]
Hiệu suất keo tụ tính toán [%] 1 4 0,10 83,3 23 2 6 0,10 15,9 116 3 4 0,50 47,1 73 4 6 0,50 16,7 115 5 3,85 0,30 91,3 12 6 6,15 0,30 29,7 97 7 5 0,07 48,7 83 8 5 0,53 36,2 88 9 5 0,30 87,0 18 10 5 0,30 84,8 21 11 5 0,30 85,5 20
Để kiểm tra tính tương thích của mô hình so với thực nghiệm, sử dụng kết quả tính toán các thông số cơ bản của mô hình từ phần mềm Design-Expert như : hệ số tương quan hệ hồi quy của mô hình, hệ số tương quan tiên đoán, hệ số tương quan hiệu chỉnh, tỷ lệ tín hiệu so với nhiễu. Kết quả tính toán thể hiện qua bảng sau :
Trang 55
Bảng 3.8 Các thông số cơ bản của mô hình hồi quy cấp hai
Thông số Ký hiệu Giá trị
Hệ số tương quan hồi quy R2 0,9906
Hệ số tương quan tiên đoán R2pred 0,9311
Hệ số tương quan hiệu chỉnh R2adj 0,9812
Tỷ lệ tín hiệu so với nhiễu AP 26,633
Kiểm tra tính tương thích của mô hình
Hệ số tương quan hồi quy tính được là 0,9906. Điều này thể hiện rằng có 99,06% số liệu thực nghiệm tương thích với số liệu tiên đoán của mô hình. Giá trị R2 lớn hơn 0,75 thể hiện mô hình tương thích với thực nghiệm.
Giá trị R2 tiên đoán ( 2
pred
R ) là 0,9311 phù hợp với giá trị R2 hiệu chỉnh ( 2
adj
R ) là 0,9813 (độ lệch 0, 0501 0, 2 ).
Tỷ lệ tín hiệu so với nhiễu là 26,633. Tỷ lệ này lớn hơn 4, chỉ ra rằng tín hiệu đã đầy đủ. Có thể dùng mô hình này để dự đoán hiệu suất keo tụ tại bất kì giá trị pH và hàm lượng PAC nào trong miền đã khảo sát.
3.3.5 Kết quả tối ƣu hóa
Kết quả tính toán từ phần mềm Design-Expert chỉ ra điều kiện tối ưu để keo tụ là
1 2 X 4,13 X 0, 25
, tương ứng với số liệu trong thực tế là
pH 4,13 PAC 0, 25mL (12,5mg/L) , hiệu
suất keo tụ tính toán đạt cao nhất là 96,5%.
Áp dụng điều kiện tối ưu tính toán được, tiến hành thí nghiệm Jartest để so sánh giá trị tính toán và giá trị thu được từ thực nghiệm, kết quả như sau :
Bảng 3.9 So sánh giá trị tính toán và thực nghiệm tại điều kiện tối ưu
pH Nồng độ PAC [mg/L]
Độ đục Hiệu suất keo tụ Tính toán Thực nghiệm Tính toán Thực nghiệm
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 56
Hình 3.4 Đồ thị và hình chiếu tƣơng ứng mối quan hệ giữa hàm lƣợng PAC và pH đến độ đục của nƣớc sau keo tụ
Trang 57
Hình 3.5 Đồ thị và hình chiếu tƣơng ứng mối quan hệ giữa hàm lƣợng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 58
3.4 Kết quả thử nghiệm trên mô hình 3.4.1 Kết quả kiểm tra hiệu suất keo tụ 3.4.1 Kết quả kiểm tra hiệu suất keo tụ
• Ngày lấy mẫu : 15/5/2012 • Ngày thí nghiệm : 15/5/2012
• pH ban đầu của mẫu : 5,87 (được điều chỉnh đến pH 4,13 ) • Độ đục ban đầu của mẫu : To 135 [FTU]
Bảng 3.10 Kết quả thử nghiệm trên mô hình
pH
Nồng độ PAC [mg/L]
Độ đục [FTU]
Hiệu suất keo tụ [%]
4,13 12,5 7 94,6
3.4.2 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu đầu ra
Bảng 3.11 Kết quả phân tích nước đầu ra sau bể lọc cát của KCN tháng 4/2012
STT Chỉ tiêu Đơn vị Hàm lƣợng Giới hạn tối đa
1 Màu TCU 0 15
2 Mùi - Không Không
3 Vị - Không Không 4 pH - 7,2 6,5-8,5 5 Độ đục NTU 0,5 2 6 Độ cứng mgCaCO3/L 39,2 300 7 TDS mg/L 82 1000 8 Nhôm mg/L 0,057 0,2 9 Amoni mg/L <0,01 3 10 Clorua mg/L 12,1 250 11 Sắt mg/L 0,08 0,3
Trang 59 12 Nitrit mg/L <0,01 3 13 Nitrat mg/L 0,29 50 14 Mangan mg/L 0,115 0,3 15 Sunfat mg/L 28,1 250 16 Chỉ số Pecmanganat mgO2/L 0,8 2 17 Clo dư mg/L <0,1 0,3-0,5 18 Asen mg/L 0,002 0,01 19 Florua mg/L 0,24 1,5