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 20 Hidro sunfua mg/L <0,1 0,05 21 Chì mg/L <0,001 0,01 22 Thủy ngân mg/L <0,001 0,001 23 Natri mg/L 8,9 200
Bảng 3.12 So sánh một số chỉ tiêu đầu ra của nước sau quá trình lắng ở KCN và từ kết quả tối ưu hóa
STT Chỉ tiêu Đơn vị Hàm lƣợng tại KCN Hàm lƣợng thí nghiệm 1 Màu TCU 5 3 2 pH - 7,2 4,1 3 Độ đục NTU 15 7 4 Độ cứng mgCaCO3/L 197 94 5 TDS mg/L 90 85 6 Nhôm mg/L 0,103 0,080
So sánh kết quả xử lý của quá trình keo tụ từ KCN và từ nghiên cứu này ta thấy bài nghiên cứu này có những ưu điểm nổi trội hơn :
Chƣơng 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trang 60
• Hiệu suất keo tụ đạt giá trị cao hơn (độ đục của nước sau quá trình keo tụ nhỏ hơn) so với quy trình hiện nay của trạm.
• Lượng hóa chất PAC sử dụng ít hơn xấp xỉ một nửa so với tình hình sử dụng hiện nay của trạm → tính kinh tế cao hơn.
• Dư lượng nhôm trong nước sau quá trình lắng ít hơn.
Hình 3.6 Biểu đồ so sánh một số chỉ tiêu của nƣớc sau khi lắng 3.5 Đề xuất cải tạo công nghệ
Dựa theo kết quả của nghiên cứu này cho thấy để quá trình keo tụ đạt hiệu quả xử lý cao hơn, tiết kiệm được chi phí hóa chất hơn thì công nghệ xử lý keo tụ bằng cách châm vôi kết hợp với PAC là không phù hợp vì giá trị pH tối ưu là 4,13 trong khi pH của nước nguồn luôn dao động từ 5,5 6 , khi châm vôi làm pH của nước tăng thêm nên hiệu quả xử lý bằng PAC sẽ không cao. Vì vậy tôi xin đề xuất ý kiến cải tạo công nghệ như sau :
Tại bể trộn hóa chất, đường ống châm vôi thay bằng châm acid để làm giảm pH của nước xuống khoảng 4,13; có thể dùng giấy quỳ để kiểm tra giá trị pH.
Tại máng dẫn nước vào bể lọc cát thiết kế thêm hệ thống đường ống châm vôi để nâng gia trị pH lên lại từ 6,5 8,5 .
Kết quả của KCN
Kết quả của nghiên cứu
Trang 61
3.6 Khái toán kinh tế
Bảng 3.13 Bảng khái toán kinh tế
PAC (KCN) Phèn nhôm (KCN) PAC (nghiên cứu) Đơn giá 15.000 vnd/kg 8.000 vnd/kg 15.000 vnd/kg Liều lƣợng sử dụng 5kg/230m3 50kg/2300m3/ngày 12,5kg/230m3 125kg/2300m3/ngày 2.9kg/230m3 29kg/2300m3/ngày Liều lƣợng sử dụng trong 1 tháng 1.500kg/tháng 3.750kg/tháng 870kg/tháng Tiền 22.500.000vnd/tháng 30.000.000vnd/tháng 13.050.000vnd/tháng
Hình 3.7 So sánh hiệu quả kinh tế giữa KCN và kết quả của bài nghiên cứu
Chi phí s ử d ụ n g [tri ệu VND/th áng]
Trang 62
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
Kết luận
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng điều kiện tối ưu hóa cho quá trình keo tụ sử dụng PAC đạt hiệu suất keo tụ cao nhất là 96,5%.
Điều kiện tối ưu là pH 4,13 và nồng độ PAC sử dụng là 12,5mg/L. Về phương diện hóa học, các chỉ tiêu môi trường quan trọng của nước sau khi lắng, đặc biệt là hàm lượng nhôm dư trong nước đạt tiêu chuẩn TCVN 1329/2002/BYT- QĐ.
Hàm lượng PAC sử dụng trong nghiên cứu này ít hơn xấp xỉ một nửa so với hàm lượng PAC sử dụng hiện nay của KCN mà vẫn đạt hiệu suất cao hơn vì vậy tính kinh tế cao hơn.
Kiến nghị sử dụng kết quả nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng cho Trạm xử lý nước sạch thuộc KCN Suối Dầu hoặc các đơn vị, cá nhân có nhu cầu xử lý nước sử dụng nguồn nước thô từ hồ Suối Dầu.
Các định hướng nghiên cứu trong tương lai
- Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các chất keo tụ khác (phèn sắt, các loại polymer sắt) đến hiệu suất keo tụ. So sánh tính kinh tế khi sử dụng các chất keo tụ khác nhau.
- Tiếp tục nghiên cứu và tìm ra điều kiện tối ưu hiệu suất keo tụ của nguồn nước vào các tháng khác trong năm (từ tháng 8 đến tháng 3), đặc biệt là vào mùa mưa khi nước nguồn có độ đục cao.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Cảnh, 1993, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.
[2]. Nguyễn Ngọc Dung, Xử lý nước cấp, NXB Xây dựng 1999.
[3]. Mai Hữu Khiêm, 2005, Hóa keo, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.
[4]. Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, nhà xuất bản xây dựng 2004.
[5]. GS. TS. Trần Hiếu Nhuệ (22/11/2010), Công nghệ xử lý nước - nước thải ở Việt Nam - thực trạng và thách thức.
[6]. Lương Đức Phẩm, Lê Văn Cát, Dương Hồng Anh, Lê Quốc Hùng, Ngô Kim Chi, Nguyễn Hữu Phú, Cao Thế Hà, Lê Anh Tuấn, 2009, Cơ sở khoa học trong công nghệ bảo vệ môi trường, tập 3, Các quá trình hóa học trong công nghệ môi trường, NXB Giáo dục Việt Nam.
[7]. Nguyễn Lan Phương, Xử lý nước cấp, NXB Đại học bách khoa Hà Nội [8]. Th.S Lê Anh Tuấn, Cẩm nang cấp nước nông thôn.
[9]. Báo cáo chất lượng nước nhà máy nước Cầu Đỏ, tháng 3 năm 2011. [10]. http://www.worldofwateronline.ca/