Tiến hành thí nghiệm - Đánh giá khả năng keo tụ và- 123docz.net

a. Chuẩn bị mẫu nước

Mẫu nhân tạo: Cân 2g bột CaCl2, hòa tan trong 1 lít nước cất. Dung dịch thu được có hàm lượng 2000 mg/l. Từ dung dịch gốc này tiến hành pha loãng ra các hàm lượng khác nhau.

b. Đo độ cứng của mẫu nước

Lấy 50 ml dung dịch mẫu đã kiểm tra sơ bộ, thêm vào 5ml dung dịch đệm pH = 10 và 0,1 g chỉ thị ETOO. Chuẩn độ dung dịch với EDTA 0,01N tới khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang xanh chàm. Chuẩn độ lại dung dịch 2 lần để kiểm tra độ lặp của phép đo.

2.2.5.3. Tính toán kết quả

Độ cứng tổng cộng được tính theo công thức:

3 . .1000.50 / EDTA EDTA ml V N mgCaCO l V =

2.2.6. Xác địnhđộ đục và hiệu quả giảm độ màu của mẫu

2.2.6.1. Đo độđục

a. Thiết bị

Tiến hành đo độ đục trên máy đo độ đục cầm tay Hach – model 2100Q . Thiết bị có thểđo lường độđục từ 0.01 đến 1000 NTU trong chếđộ thang đo tựđộng, có chế độ xác định vị trí thập phân tự động. Ở chế độ tùy chọn thang đo đo lường độ đục theo 3 mức độ: 0.01 đến 9.99, 10 đến 99.9 và 100 đến 1000 NTU.

b. Nguyên tắc đo

Dựa trên sự hấp thụ ánh sáng của các chất cặn có trong dung dịch, máy hoạt động trên nguyên lý đo cường độ của ánh sáng bị phân tán do các hạt tạo độđục.

Hệ thống quang học (Hình 2.2) bao gồm 1 đèn dây tóc volfram, một máy dò 90° để phát hiện ánh sáng tán xạ và một máy dò ánh sáng được truyền qua. Bộ vi xử lý của thiết bị tính toán tỉ lệ của tín hiệu từ máy dò 90° và máy dò ánh sáng được truyền qua. Tỉ lệ này chỉnh sửa cho các giao thoa từ màu sắc và/hoặc vật liệu hấp thụ ánh sáng (ví dụ như carbon hoạt tính) và bù đắp cho sự biến động của cường độ đèn, mang lại tính ổn định hiệu chuẩn lâu dài. Thiết kế quang học cũng giảm thiểu ánh sáng tán xạ, tăng độ chuẩn xác trong phép đo. Đèn Thấu kính Cốc đựng mẫu Hình 2.2. Hệ thống tỉ lệ quang học của máy đo độ đục c. Tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Làm sạch ống đựng mẫu, tráng nhiều lần bằng nước cất. Thu mẫu đại diện

vào trong một cốc chứa sạch. Đổđầy mẫu vào ống (khoảng 15 ml), chú ý cầm ống đựng mẫu từ phía trên để giảm thiểu bụi và dấu vân tay trên đường dẫn ánh sáng. Đậy nắp ống.

Bước 2: Lau cốc đựng bằng một miếng vải mềm, không xơđể loại bỏ các vết nước và dấu vân tay.

Bước 3: Tra một lớp mỏng dầu silicon. Lau sạch bằng vải mềm để có một lớp màng trảđều lên toàn bộ bề mặt.

Máy dò ánh sáng truyền qua Máy dò 90o

Bước 4: Nhấn I/O để khởi động máy. Máy được đặt trên bề mặt phẳng, vững chắc. Không cầm máy khi tiến hành đo.

Bước 5: Đặt cốc đựng mẫu vào buồng đo của máy sao cho dấu chỉ hình kim cương hoặc dấu mũi tên thẳng hàng với dấu định hướng lên ở phía trước buồng đo. Đóng nắp lại.

Bước 6: Lựa chọn thang đo bằng tay hoặc tự động, tùy chỉnh thang đo bằng cách nhấn nút RANGE.

Bước 7: Nhấn: READ. Màn hình sẽ hiển thị - - - - NTU, sau đó là độđục trong NTU.

Ghi lại kết quảđộ đục sau khi biểu tượng đèn tắt.

2.2.6.2. Xác định hiệu quả loại bỏ độ màu thông qua độ giảm độ hấp thụ

quang của mẫu

a. Thiết bị

Mật độ quang A được đo bằng phổ tử ngoại khả kiến ở bước sóng 475 nm trên máy quang phổ UV-1650PC.

Hình 2.3. Máy đo quang phổ UV-1650PC

b. Nguyên tắc

Để phát ra bức xạ tử ngoại và khả kiến, người ta dùng đèn phát ra ánh sáng đến bộ tạo đơn sắc, thường dùng là lăng kính thạc anh hoặc cách tử, có nhiệm vụ tách riêng

từng dải sóng hẹp (đơn sắc). Bộ phận chia chùm sáng sẽ hướng chùm tia liên tục đi tới cuvet đựng dung dịch mẫu và cuvet đựng dung môi.

Bộ phận phân tích (detector) sẽ so sánh cường độ chùm sáng đi qua dung dịch (I) và đi qua dung môi (Io). Tín hiệu quang được chuyển thành tín hiệu điện. Sau khi được phóng đại, tín hiệu sẽ chuyển sang bộ phận tự ghi để vẽ đường cong sự phụ thuộc của log (I/Io) vào bước sóng.

Nhờ sử dụng máy vi tính, bộ tự ghi sẽ ghi ra cho ta giá trịđộ hấp thụ quang A. Cường độ của tia đơn sắc trước và sau khi đi qua môi trường hấp thụđược liên hệ với nhau bởi định luật Lambert – Beer.

A = - logT = - log (I/Io) = ε.l.C Với A: độ hấp thụ

C: nồng độ mol/lít

l: chiều dài lớp dung dịch (chiều dài cuvet đựng mẫu)

ε: hệ số hấp thu mol đặc trưng cho cường độ hấp thu của chất nghiên cứu ở bước sóng đã cho (l/mol.cm)

c. Tiến hành đo

Sử dụng phần mềm UV-Win để điều chỉnh bước sóng ánh sáng, và hiển thị độ hấp thụ quang A của mẫu. Độ hấp thụ quang A đo ở bước sóng 475 nm, sử dụng cuves thạc anh.

Ghi lại kết quả. Với mỗi mẫu thí nghiệm, đo lại 3 lần để kiểm tra độ lặp của phép đo.

Chương 3

Kết quả và thảo luận

3.1. Đánh giá khả năng xử lí độ đục của nước

Quá trình keo tụ không phải là một phản ứng hoá học đơn thuần, nên liều lượng chùm ngây cho vào dung dịch không thể căn cứ vào công thức tính toán để xác định. Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra hàm lượng tối ưu cho hiệu quả keo tụ tốt nhất.

Thí nghiệm đo độ đục và xác định hàm lượng chùm ngây trong các mẫu nước tiến hành theo các bước:

- Đo độ đục của mẫu nước chưa qua xử lí (có thể là mẫu nước mặt tự nhiên hoặc mẫu nước nhân tạo)

- Pha liều lượngcủa hạt chùm ngây trong dung dịch keo tụ: từ dung dịch gốc có hàm lượng 1000 mg/lít, pha loãng ra các liều lượng 100 mg/l, 200 mg/l, 300mg/l, 400 mg/l. (Cách pha loãng như trong mục 2.2.3.2.)

- Tiến hành thí nghiệm keo tụ: Khuấy trộn đồng thời cả 4 dung dịch. Ban đầu khuấy nhanh với vận tốc cao (khoảng 120 vòng/phút) trong 30 giây. Quá trình này nhằm hình thành hoạt chất keo tụ và làm cho nó nhanh chóng khuếch tán đến các nơi trong nước kịp thời để tác dụng cùng với các tạp chất trong nước. Sau 30 giây khi bông phèn được hình thành và lớn lên, đổi sang khuấy chậm (20 vòng/phút) trong 10 phút. Nếu khuấy quá nhanh lúc này, không những bông phèn khó lớn lên được mà còn làm phá vỡ những bông phèn đã hình thành.

- Dung dịch sau khi keo tụđược để lắng tối thiểu 1 giờ trước khi tiến hành đo lại độđục.

Thí nghiệm đo độđục được tiến hành như trong mục 2.2.6.1. Hiệu quả loại bỏđộđục (%) được tính theo công thức:

H =Độ đụ đầđộ đụ ụ Độ đụ đầ .100

Các mẫu nước Mẫu nước tự nhiên được lấy trên sông Hồng, tại các địa điểm cầu Vĩnh Tuy và cầu Thăng Long. Mẫu nước nhân tạo được pha bằng huyền phù với nước cất, sau đó đo lại độ đục của mẫu.

3.1.1. Đánh giá ảnh hưởng của kích thước hạt chùm ngây đến hiệu quả

keo tụ

Hạt chùm ngây sau khi đã tách vỏ, sấy khô được nghiền nhỏ rồi sàng qua lưới có kích thước lỗ lần lượt là 0,8 và 1,2 mm để so sánh hiệu quả keo tụở 2 kích thước và đánh giá ảnh hưởng của kích thước hạt đến khả năng keo tụ của vật liệu.

3.1.1.1. Kích thước hạt chùm ngây 1,2 mm

Bảng 3.1 cho thấy hiệu quả loại bỏ độ đục trên các mẫu nước khi thay đổi hàm lượng của hạt chùm ngây sau thời gian chờ lắng 2h ở kích thước hạt 1,2 mm.

Bảng 3.1. Kết quả loại bỏđộ đục của nước với kích thước hạt 1,2 mm Hàm lượng chùm ngây 100 mg/l 200 mg/l 300 mg/l 400 mg/l Mẫu 1 (118 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 30 25 20 27 Phần trăm loại bỏ độđục 75 79 83 77 Mẫu 2 (127 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 32 27 21 26 Phần trăm loại bỏ độđục 75 79 83 79 Mẫu 3 (366 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 102 95 88 89 Phần trăm loại bỏđộđục 72 75 76 76 Mẫu 4 (438 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 128 93 85 80 Phần trăm loại bỏ độđục 71 79 81 82

Chú thích:

- Mẫu 1: Mẫu nước tự nhiên được lấy tại sông Hồng – cầu Vĩnh Tuy - Mẫu 2: Mẫu nước tự nhiên được lấy tại sông Hồng – cầu Thăng Long - Mẫu 3, mẫu 4: Mẫu nước nhân tạo được tạo bởi huyền phù và nước cất.

Thí nghiệm trên cả 4 mẫu nước cho thấy với kích thước hạt 1,2 mm, chiết xuất hạt chùm ngây đạt hiệu quả xử lí độ đục khá cao (trên 80%) ở hàm lượng thích hợp. Hàm lượng của chùm ngây trong chiết xuất ảnh hưởng tới khả năng keo tụ: Với hàm lượng 100 mg/l, hiệu quả xử lí độ đục đạt cao nhất là 75%, khi tiếp tục tăng hàm lượng lên 200 mg/l, hiệu quả tăng lên 79%, và với hàm lượng 300mg/l, độ đục giảm được 83%. Như vậy, khi tăng hàm lượng chất keo tụđến một mức, nhìn chung hiệu quả loại bỏđộ đục cũng tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng đến 400 mg/l, độ đục của nước lại có xu hướng tăng lên và tức là có sự giảm khả năng keo tụ ở các mẫu. Kết quả này phù hợp với lý thuyết cơ bản của quá trình keo tụ, vì bản chất của các chất keo tụ đưa vào nước là nhằm trung hòa điện thế Zeta trên mặt trượt các hạt keo âm, qua đó giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt khiến lực hút chiếm ưu thế và các hạt keo dính kết được với nhau. Tuy nhiên, nếu hàm lượng chất keo tụ quá cao thì lại xảy ra hiện tượng tích điện ngược dấu đối với hạt keo, thế năng Zeta lại tăng lên theo dấu ngược lại và các hạt lại đẩy nhau thì sẽ làm cản trở quá trình keo tụ. [17]

3.1.1.2. Kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm

Bảng 3.2 cho thấy hiệu quả loại bỏ độ đục trên các mẫu nước khi thay đổi hàm lượng của hạt chùm ngây sau thời gian chờ lắng 2h ở kích thước hạt 0,8mm.

Bảng 3.2. Kết quả loại bỏđộ đục của nước bằng chiết xuất hạt chùm ngây với kích thước hạt 0,8 mm Hàm lượng chùm ngây 100 mg/l 200 mg/l 300 mg/l 400 mg/l Mẫu 1 (118 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 21 19 19.6 22.4 Phần trăm loại bỏ độđục 82 84 83 81 Mẫu 2 (127 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 38 29 21 27 Phần trăm loại bỏ độđục 70 77 83 78 Mẫu 3 (366 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 124 88 81 81 Phần trăm loại bỏđộđục 66 76 78 78 Mẫu 4 (438 NTU) Độđục sau khi keo tụ (NTU) 94 85 81 76 Phần trăm loại bỏ độđục 71 77 81 82 Chú thích:

Kết quả thu được với kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm cũng cho hiệu quả xử lí độ đục khá cao (trên 80%) ở hàm lượng thích hợp. Với hàm lượng 100 mg/l, hiệu quả loại bỏđộ đục đạt cao nhất là 82%, khi tăng hàm lượng lên 200 mg/l, hiệu quả tăng lên 82%, và với hàm lượng 300mg/l, độ đục giảm được 83%. Như vậy, khi tăng

hàm lượng chất keo tụ đến một mức, nhìn chung hiệu quả keo tụ cũng tăng theo. Tuy nhiên, khi hàm lượng chùm ngây ở mức cao hơn 400 mg/l, độ đục của nước không tiếp tục giảm mà lại có xu hướng tăng lên. Điều này đồng nghĩa với việc bắt đầu có sự giảm khả năng keo tụở các mẫu. Kết quả này cũng phù hợp với lý thuyết cơ bản của quá trình keo tụ.

Qua thí nghiệm ở 2 kích thước hạt sau khi lọc qua lưới kích thước lỗ 0,8 mm và 1,2 mm cho thấy khả năng keo tụ ở 2 kích thước này không có sự chênh lệch nhau nhiều. Nhìn chung, có thể kết luận kích thước hạt không gây ra ảnh hưởng nhiều đến khả năng keo tụ của chiết xuất. Yếu tốảnh hưởng tới hiệu quả keo tụ ở đây là hàm lượng của hạt chùm ngây trong dung dịch: Nếu hàm lượng quá nhỏ sẽ không đạt được hiệu quả cao, ngược lại nếu hàm lượng quá nhiều sẽ gây ra hiện tượng keo tụ bị phá hủy làm cho nước đục trở lại. Do đó, phải xác định được hàm lượng tối ưu cho hiệu quả keo tụ của mẫu nước. Mặt khác, quá trình keo tụ không phải là một phản ứng hoá học đơn thuần nên không thể tính toán cụ thể hàm lượng keo tụ cho tất cả các mẫu nước mà tuỳ thuộc từng điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để xác định được hàm lượng tối ưu cho từng mẫu.

3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu quả loại bỏ độ đục

Sau khi thí nghiệm keo tụ, độđục của các mẫu nước được đo lại sau các khoảng thời gian chờ lắng khác nhau để so sánh hiệu quả loại bỏ độ đục và đánh giá ảnh hưởng của thời gian lắng đến độđục của mẫu nước sau khi keo tụ. Kết quả sử dụng kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm. Thí nghiệm sẽ so sánh các hàm lượng khác nhau của dung dịch gốc để tìm ra hàm lượng tối ưu và khoảng thời gian lắng cho các mẫu.

Bảng 3.3 độđục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 100 mg/l Thời gian lắng 1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ Mẫu 1 (118 NTU) 33 25 18 18 Mẫu 2 (127 NTU) 50 32 24 24 Mẫu 3 (366NTU) 165 124 96 96 Mẫu 4 (438 NTU) 137 94 91 90

Bảng 3.4 độđục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 200 mg/l Thời gian lắng 1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ Mẫu 1 (118 NTU) 44 26 17 17 Mẫu 2 (127 NTU) 41 27 15 15 Mẫu 3 (366NTU) 116 88 73 73 Mẫu 4 (438 NTU) 176 99 85 84

Bảng 3.5 độđục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 300 mg/l Thời gian lắng 1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ Mẫu 1 (118 NTU) 37 24 17 17 Mẫu 2 (127 NTU) 49 33 19 18 Mẫu 3 (366NTU) 151 98 56 55 Mẫu 4 (438 NTU) 164 116 77 77

Bảng 3.6 độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 400 mg/l Thời gian lắng 1 giờ 2 giờ 3 giờ 4 giờ Mẫu 1 (118 NTU) 33 20 17 17 Mẫu 2 (127 NTU) 45 27 19 19 Mẫu 3 (366NTU) 109 84 57 55 Mẫu 4 (438 NTU) 125 83 76 76

Với khoảng thời gian chờ lắng sau 1 giờ đầu, cả 4 mẫu nước đều cho kết quả loại bỏ độ đục thấp (< 70%). Sau 2 giờ, hiệu quả loại bỏ tăng dần và đến 3 giờ lắng cho kết quả loại bỏđộ đục cao nhất. Khi tiếp tục chờ lắng đến 4 giờ, tiến hành đo lại kết quả độ đục của các mẫu nước cho thấy độ đục không giảm hoặc giảm không đáng kể. Có thể kết luận thời gian chờ tốt nhất để các bông cặn lắng hoàn toàn xuống đáy là khoảng 3 giờ sau khi tiến hành thí nghiệm keo tụ.

Hình 3.1. Phần trăm loại bỏ độ đục của các mẫu nước với hàm lượng chùm ngây 300mg/l 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 90.00%

Thời gian lắng 1 giờ Thời gian lắng 2 giờ Thời gian lắng 3 giờ Thời gian lắng 4 giờ

Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4

Đối với 2 mẫu nước tự nhiên có độ đục 118 và 127 NTU, hàm lượng chùm ngây cho kết quả xử lí tốt nhất là 300 mg/l, nếu hàm lượng thấp hơn hoặc cao hơn hiệu quả keo tụđều giảm xuống. Với hàm lượng quá thấp, chiết xuất không đủ khả năng keo tụ hết lượng lớn huyền phù có trong mẫu nước. Còn nếu hàm lượng cao hơn sẽ