6. Ý nghĩa của đề tài
2.4. Các chỉ tiêu và phương pháp sử dụng trong nghiên cứu
2.4.1. Các chỉ tiêu hóa lý
Độ đục
Độ đục do sự hiện diện của các thành phần như đất sét, bùn, chất hữu cơ li ti và nhiều loại vi sinh vật khác. Nước có độ đục cao chứng tỏ nước có nhiều tạp chất chứa trong nó, khả năng truyền ánh sáng qua nước giảm.
Giá trị pH
pH có ý nghĩa quan trọng về mặt môi sinh, trong thiên nhiên pH ảnh hưởng đến hoạt động sinh học trong nước, liên quan đến một số đặc tính như tính ăn mòn, hòa tan,… chi phối các quá trình xử lý nước như: kết bông tạo cặn, làm mềm, khử sắt diệt khuẩn. Vì thế, việc xét nghiệm pH để hoàn chỉnh chất lượng và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật đóng một vai trò hết sức quan trọng trong kỹ thuật môi trường.
Chất rắn hòa tan
Trong ngành cấp nước, hàm lượng chất rắn hòa tan được khuyến cáo nên giữ thấp hơn 500mg/l và giới hạn tối đa chấp nhận cũng chỉ đến 1000mg/l.
Oxy hòa tan (DO)
Giới hạn lượng hòa tan (dissolved oxygen) trong nước thiên nhiên và nước thải tùy thuộc vào điều kiện hóa lý và hoạt động sinh học của các loại vi sinh vật. Việc xác định hàm lượng oxy hòa tan là phương tiện kiểm soát sự ô nhiễm do mọi hoạt động của con người và kiểm tra hậu quả của việc xử lý nước thải.
Nhu cầu oxy hóa học(COD)
Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy tương đương của các cấu trúc hữu cơ trong mẫu nước bị oxy hóa bởi tác nhân hóa học có tính oxy hóa mạnh. Đây là một phương pháp xác định vừa nhanh chóng vừa quan trọng để khảo sát các thông số của dòng nước và nước thải công nghiệp, đặc biệt trong các công trình xử lý nước thải. Phương pháp này không cần chất xúc tác nhưng nhược điểm là không có tính bao quát đối với các hợp chất hữu cơ (thí dụ axit axetic). Trong khi đó nó lại có khả năng ôxy hóa vài loại chất hữu cơ khác nhau như celluloz mà những chất này không góp phần làm thay đổi lượng ôxy trong dòng nước nhận ở thời điểm hiện tại.
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) được xác định dựa trên kinh nghiệm phân tích đã được tiến hành tại nhiều phòng thí nghiệm chuẩn, trong việc tìm sự liên hệ giữa nhu cầu ôxy đối với hoạt động sinh học hiếu khí trong nước thải hoặc dòng chảy bị ô nhiễm.
2.4.2. Các chỉ tiêu vi sinh
Fecal coliform (Coliform phân)
Nhóm vi sinh vật Coliform được dùng rộng rãi làm chỉ thị của việc ô nhiễm phân, đặc trưng bởi khả năng lên men lactose trong môi trường cấy ở 35 – 370 C với sự tạo thành axit aldehyd và khí trong vòng 48h.
Escherichia Coli (E.Coli)
Escherichia Coli, thường được gọi là E.Coli hay trực khuẩn đại tràng, thường sống trong ruột người và một số động vật. E.Coli đặc hiệu cho nguồn gốc phân, luôn hiện diện trong phân của người và động vật, chim với số lượng lớn. Sự có mặt của E.Coli vượt quá giới hạn cho phép đã chứng tỏ sự ô nhiễm về chỉ tiêu này. Đây được xem là chỉ tiêu phản ánh khả năng tồn tại của các vi sinh vật gây bệnh trong đường ruột như tiêu chảy, lị…
(Nguyễn Văn Giáo, 1991)
2.4.3. Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu:
Phương pháp lý thuyết Phương pháp thực nghiệm
Phương pháp phân tích theo tiêu chuẩn Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Khảo sát quá trình keo tụ
3.1.1. So sánh hiệu quả các loại phèn
So sánh 3 loại phèn FeCl3.6H2O, Al2(SO4)3, FeSO4.7H2O. Điều kiện tiến hành thí nghiệm ở bảng 3.1.
Bảng 3.1: Thông số thí nghiệm xác định loại phèn
Thông số Đơn vị Giá trị
Thể tích nước sông ml 1000
Lượng phèn cho vào mỗi beaker (5%) ml 4
Thời gian khuấy nhanh (80 vòng/phút) phút 1
Thời gian khuấy chậm phút 30
Thời gian lắng phút 20
Với điều kiện tiến hành thí nghiệm ở bảng 3.1. Tiến hành keo tụ nước với 3 loại phèn trên, sau khi phân tích mẫu nước thu được kết quả ở bảng 3.2.
Bảng 3.2: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định loại phèn tốt nhất
Loại phèn FeCl3.6H2O Al2(SO4)3 FeSO4.7H2O
Độ màu đầu vào (Pt – Co) 56 56 56
Độ màu đầu ra (Pt – Co) 40 20.6 27.4
Biểu đồ 3.1: Biểu đồ thể hiện loại phèn tối ưu
Kết quả ở biểu đồ 3.1 cho thấy loại phèn keo tụ tốt nhất là Al2(SO4)3. Với hiệu suất xử lý đạt tới 63.3 %. Chọn loại phèn keo tụ là Al2(SO4)3.
3.1.2. Xác định pH tối ưu:
Thí nghiệm này nhằm xác định giá trị pH tối ưu trong quá trình keo tụ bằng phèn Al2(SO4)3 (đã được xác định ở thí nghiệm trên). Giá trị pH tối ưu tìm được sẽ thực hiện cho các thí nghiệm sau. Điều kiện tiến hành thí nghiệm ở bảng 3.3.
Bảng 3.3 : Thông số thí nghiệm xác định pH tối ưu đối với phèn nhôm Al2(SO4)3.
Thông số Đơn vị Giá trị
Thể tích nước sông ml 1000
Lượng phèn Al2(SO4)3 cho vào mỗi
beaker (5%) ml 4
Thời gian khuấy nhanh (80 vòng/phút) phút 1
Thời gian khuấy chậm phút 30
Thời gian lưu phút 20
Dãy giá trị pH cần khảo sát 5 - 9
Bảng 3.4: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định giá tri pH tối ưu
pH 5 6 7 8 9
Độ màu đầu vào (Pt – Co) 56 56 56 56 56
Độ màu đầu ra (Pt – Co) 34.3 30.8 18.3 26.3 28.2
Hiệu suất (%) 38.8 44.9 67.3 53.1 49.6
Biểu đồ 3.2: Biểu đồ thể hiện giá trị pH tối ưu
Kết quả từ biểu đồ 3.2 cho ta thấy giá trị pH = 7 thì hiệu suất keo tụ tối ưu (67.3%). Tùy thuộc vào pH của dung dịch mà khi Al2(SO4)3 được thêm vào dung dịch sẽ có nhiều phản ứng thủy phân được hình thành và chúng sẽ mang điện tích dương hay âm. Nên đó là một yếu tố cực kì quan trọng trong quá trình keo tụ. Khi mà giá trị pH thấp nó sẽ mang điện tích dương, khi pH cao nó mang điện tích âm. Do các hạt keo mang điện âm nên cần một giá trị pH thấp để tạo ion Al tích điện dương. Sự thủy phân mang điện tích dương sẽ hấp thụ trên bề mặt các hạt keo và làm mất tính ổn định của nó. Cơ chế này được gọi là sự trung hòa điện tích. Khi nồng độ Al2(SO4)3 tăng lên thì kết tủa Al(OH)3 sẽ được hình thành và nó sẽ cuốn các hạt keo trong dung dịch tạo thành các hạt lớn hơn và lắng xuống. Vậy chọn pH=7.
3.1.3. Xác định liều lượng phèn tối ưu
Điều kiện tiến hành thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu cho ở bảng 3.5.
Bảng 3.5: Thông số thí nghiệm xác định phèn nhôm tối ưu
Thông số Đơn vị Giá trị
pH 7
Thể tích nước sông ml 1000
Lượng phèn cần khảo sát (5%) ml 2 - 6
Thời gian khuấy nhanh (80 vòng) phút 1
Thời gian khuấy chậm phút 30
Thời gian lưu phút 20
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta phân tích mẫu nước thu được kết quả ở bảng 3.6.
Bảng 3.6: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định liều lượng phèn tối ưu
Hàm lượng phèn (ml) 2 3 4 5 6
Độ màu đầu vào (Pt – Co) 56 56 56 56 56
Độ màu đầu ra (Pt – Co) 40 27.4 13.7 28.6 30.2
Hiệu suất (%) 28.6 51 75.5 49 46
Kết quả biểu đồ 3.3 cho thấy hiệu suất keo tụ tốt nhất khi lượng Al2(SO4)3
bằng 4ml/1000ml nước sông. Khi lượng Al2(SO4)3 cho vào chưa đủ để phá vỡ hoàn toàn độ bền của hệ huyền phù (điện thế zeta ξ tiến dần về 0 nhưng chưa đạt trạng thải đẳng điện ξ = 0) → khả năng kết dính giữa các hạt huyền phù trong nước sông và Al2(SO4)3 còn hạn chế, do đó nước vẫn còn đục. Nếu lượng Al2(SO4)3 cho vào vượt quá liều cần thiết để trung hòa điện tích huyền phù gây bẩn, lúc này do tương tác giữa các hạt huyền phù gây bẩn và hydroxit tạo thành mà điện tích hạt keo thay đổi từ âm sang dương (hiện tượng đảo dấu điện tích) và hệ huyền phù bền trở lại, nước sẽ đục hơn. Vì vậy, phải chọn lượng thích hợp Al2(SO4)3 đưa vào để phá vỡ hoàn toàn độ bền của hệ huyền phù (điện thế zeta ξ = 0) khả năng kết dính giữa các hạt huyền phù trong nước sông và Al2(SO4)3 tốt tạo kết tủa lắng xuống nhanh. Vì vậy dựa vào biểu đồ 3.3 chọn lượng phèn keo tụ là 4ml/1000ml nước sông.
3.1.4. Xác định vận tốc khuấy tối ưu
Điều kiện tiến hành thí nghiệm xác định vận tốc khuấy tối ưu cho ở bảng 3.7.
Bảng 3.7: Thông số thí nghiệm xác định vận tốc khuấy tối ưu
Thông số Đơn vị Giá trị
pH 7
Thể tích nước sông ml 1000
Lượng phèn cho vào mỗi beaker (5%) ml 4
Thời gian khuấy nhanh (80 vòng/phút) phút 1
Thời gian khuấy chậm phút 30
Thời gian lưu phút 20
Dãy giá trị vận tốc khuấy cần khảo sát Vòng/phút 50 - 90 Sau khi tiến hành thí nghiệm ta phân tích mẫu thu được kết quả ở bảng 3.8.
Bảng 3.8: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định vận tốc khuấy tối ưu
Biểu đồ 3.4: Biểu đồ thể hiện vận tốc khuấy tối ưu
Kết quả từ biểu đồ 3.4 thấy được vận tốc khuấy tối ưu là 40 vòng/phút. Nếu vận tốc khuấy quá chậm thì các hạt keo sẽ ít va chạm, kết dính với nhau ít. Hiệu suất keo tụ không cao. Ngược lại nếu vận tốc khuấy qua nhanh gây ra hiện tượng các hạt keo sẽ bị vỡ. Vì vậy chọn vận tốc khuấy là 40 vòng/phút với hiệu suất đạt 75.5 %.
Vận tốc khuấy (vòng/phút) 20 30 40 50 60
Độ màu đầu vào (Pt – Co) 56 56 56 56 56
Độ màu đầu ra (Pt – Co) 32 18.6 13.7 21 33
3.1.5. Xác định thời gian khuấy tối ưu
Điều kiện tiến hành thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu cho ở bảng 3.9.
Bảng 3.9: Thông số thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu
Thông số Đơn vị Giá trị
pH 7
Thể tích nước sông ml 1000
Lượng phèn cho vào mỗi beaker ml 4
Thời gian khuấy nhanh (80 vòng/phút) phút 1
Thời gian khuấy khảo sát phút 10 - 50
Thời gian lưu phút 20
Vận tốc khuấy Vòng/phút 40
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta phân tích mẫu thu được kết quả ở bảng 3.10.
Bảng 3.10: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu
Thời gian khuấy (phút) 10 20 30 40 50
Độ màu đầu vào (Pt – Co) 56 56 56 56 56
Độ màu đầu ra (Pt – Co) 28.6 18 14.9 19 26
Biểu đồ 3.5: Biểu đồ thể hiện thời gian khuấy tối ưu
Kết quả biểu đồ 3.5 cho thấy thời gian khuấy tối ưu là 30 phút. Với thời gian này các thành phần trong nước sông đủ thời gian để kết dính với nhau tạo ra các hạt bông cặn lớn lắng nhanh. Cho hiệu suất keo tụ cao đạt 73.5%.
3.1.6. Xác định thời gian lắng tối ưu
Điều kiện tiến hành thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu cho ở bảng 3.11.
Bảng 3.11: Thông số thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu
Thông số Đơn vị Giá trị
pH 7
Thể tích nước sông ml 1000
Lượng phèn cho vào mỗi beaker ml 4
Thời gian khuấy nhanh (80 vòng/phút) phút 1
Thời gian khuấy phút 30
Thời gian lắng phút 5 - 30
Sau khi tiến hành thí nghiệm đem phân tích mẫu thu được kết quả ở bảng 3.12.
Bảng 3.12: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu
Thời gian lắng (phút) 5 10 20 30
Độ màu đầu vào (Pt – Co) 56 56 56 56
Độ màu đầu ra (Pt – Co) 32 23 14 14
Hiệu suất (%) 42.8 58.9 75 75
Biểu đồ 3.6: Biểu đồ thể hiện thời gian lắng tối ưu
Kết quả từ biểu đồ 3.6 cho thấy thời gian lắng tốt nhất là 20 phút. Sau đó tăng thời gian lắng thì hiệu suất không tăng hoặc tăng không đáng kể.
3.2. Khảo sát quá trình hấp phụ
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ, nhưng trong đó có 4 yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất tới quá trình hấp phụ như: giá trị pH, liều lượng chất hấp phụ, thời gian hấp phụ và thời gian lắng. Vì vậy chúng tôi làm thí nghiệm khảo sát 4 yếu tố này để xác định các điểm tối ưu.
3.2.1. Khảo sát giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ
Điều kiện tiến hành thí nghiệm này cho ở bảng 3.13.
Thông số Đơn vị Giá trị
Thể tích nước sông L 1
pH 5 - 9
Thời gian khuấy phút 30
Thời gian lưu phút 20
Lượng than g 0.5
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta phân tích mẫu thu được kết quả ở bảng 3.14.
Bảng 3.14: Kết quả phân tích thí nghiệm xác địnhpH tối ưu cho quá trình hấp phụ
pH 5 6 7 8 9
COD đầu vào (mg/l) 68 68 68 68 68
COD đầu ra (mg/l) 29 23 12 19 30
Hiệu suất (%) 57.3 66.2 82.3 72 55.9
Có thể nhận thấy rằng ở pH thấp thì hiệu quả hấp phụ của các vật liệu hấp phụ tăng mạnh, khi pH tăng lên thì hiệu quả lại giảm rõ rệt, điều này được giải thích do ở pH > 7 thì một phần lượng hữu cơ bị đẩy ra khỏi bề mặt vật liệu hấp phụ, lúc đó vật liệu hấp phụ trong quá trình giải hấp.
3.2.2. Khảo sát liều lượng PAC tối ưu cho quá trình hấp phụ
Điều kiện tiến hành thí nghiệm này cho ở bảng 3.15.
Bảng 3.15: Thông số thí nghiệm xác định liều lượng PAC hấp phụ tối ưu
Thông số Đơn vị Giá trị
Thể tích nước sông L 1
Thời gian khuấy phút 30
Thời gian lưu phút 20
Lượng than khảo sát g 0.1 - 1
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta phân tích mẫu thu được kết quả ở bảng 3.16.
Bảng 3.16: Kết quả phân tích thí nghiệmxác định liều lượng PAC tối ưu cho quá trình hấp phụ
Khối lượng PAC (g) 0.1 0.3 0.5 0.7 1
COD đầu vào (mg/l) 68 68 68 68 68
COD đầu ra (mg/l) 46 19 11 14 25
Biểu đồ 3.8: Biểu đồ thể hiện liều lượng PAC hấp phụ tối ưu
Kết quả từ biểu đồ 3.8 cho thấy liều lượng hấp phụ tối ưu của PAC là 0.5g/l. Từ đó giải thích rằng việc tăng hiệu quả hấp phụ của các vật liệu hấp phụ đối với PAC là do việc tăng số lượng các vị trí hấp phụ. Tuy nhiên, đến một giá trị nhất định, hiệu quả hấp phụ là cực đại thì việc tăng liều lượng chất hấp phụ không còn ý nghĩa. Cho nên có thể gây ảnh hưởng tới các công đoạn xử lý sau.
3.2.3. Khảo sát thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ
Điều kiện tiến hành thí nghiệm này cho ở bảng 3.17
Bảng 3.17: Thông số thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ
Thông số Đơn vị Giá trị
Thể tích nước sông ml 1000
Thời gian khuấy phút 10 – 40
Thời gian lưu phút 20
Lượng than khảo sát g 0.5
Bảng 3.18: Kết quả phân tích thí nghiệmxác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ
Thời gian khuấy (phút) 10 20 30 40 50
COD đầu vào (mg/l) 68 68 68 68 68
COD đầu ra (mg/l) 44.6 18.5 14 22 28
Hiệu suất (%) 34.4 72.8 79.4 67.6 58.8
Biểu 3.9: Biểu đồ thể hiện thời gian hấp phụ tối ưu
Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt, các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại. Liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, thời gian ngắn thì chưa đủ để các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấp phụ được “lấp đầy”. Ngược lại, khi thời gian dài thì lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ cũng càng nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước càng lớn, nên hiệu quả hấp phụ gần như không tăng và dần đạt về trạng thái cân bằng. Kết quả từ biểu đồ 3.9 cho thấy thời gian hấp phụ tối ưu là 30 phút.