6. Ý nghĩa của đề tài
2.1.1. Thiết bị
− Máy đo pH.
− Pipet, buret, erlen, beaker, đĩa petri ... − Máy khuấy từ. − Cân phân tích. 2.1.2. Hóa chất − HCl 0.1N. − NaOH 0.1 N. − H2SO4 đặc 98%. − Cồn 960. − FAS 0.1 M. − Ferolin.
− Phèn FeCl3.6H2O, Al2(SO4)3, FeSO4.7H2O.
2.2.Thành phần và tính chất nước mặt sử dụng nghiên cứu
Bảng 2.1: Thành phần nước mặt nghiên cứu
Đặc tính Nồng độ QCVN 02:2009/BYT Đơn vị pH 6.5 - 8 6 – 8.5 TSS 40 - mg/l Độ màu 56 - Pt - Co BOD5 5.5 - 6 - mg/l COD 68 - mg/l Tổng số coliform 9.2×102 50 MPN/100ml Escherichia coli 1.3×102 0 MPN/100ml (nguồn: PTN khoa CNSH – MT)
2.3.Nội dung thực hiện
2.3.1.Khảo sát quá trình keo tụ
Mô hình keo tụ gồm: Máy khuấy từ Beaker 1000 ml
Hình 2.1: Mô hình keo tụ
So sánh hiệu quả các loại phèn
So sánh 3 loại phèn (FeCl3.6H2O, Al2(SO4)3, FeSO4.7H2O). Tiến hành keo tụ nước với 3 loại phèn trên.
Thí nghiệm để xác định loại phèn tối ưu.
Lấy 1000ml nước sông cho vào beaker 1000ml.
Giữ ở pH thường của nước sông. Cho từ từ mỗi loại phèn vào 3 beaker cho tới khi keo tụ. Với thời gian lắng như nhau.
Đo độ màu từng beaker. Ghi nhận loại phèn keo tụ tốt nhất. Xác định giá trị pH tối ưu cho quá trình keo tụ
Cho nước vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker.
Hiệu chỉnh pH: sử dụng NaOH hoặc HCl hiệu chỉnh pH trong khoảng pH (5, 6, 7, 8, 9).
Khuấy nhanh với tốc độ 80 vòng/phút (khuấy 1 phút). Khuấy chậm với vận tốc 40 vòng/phút (30 phút). Để lắng trong vòng 20 phút.
Đo độ màu từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị độ màu thấp nhất ứng với giá trị pH tối ưu. Xác định liều lượng phèn tối ưu cho quá trình keo tụ
Cho nước vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker. Chỉnh pH về tối ưu bằng HCl hoặc NaOH.
Cho chất keo tụ vào với liều lượng khác nhau (2, 3, 4, 5, 6ml/1000ml). Khuấy nhanh với tốc độ 80 vòng/phút ( khuấy 1 phút).
Khuấy chậm với vận tốc 40 vòng/phút (30 phút). Để yên trong vòng 20 phút.
Đo độ màu từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị độ màu thấp nhất ứng với liều lượng phèn tối ưu. Xác định vận tốc khuấy tối ưu cho quá trình keo tụ
Cho nước sông vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker. Cho vào liều lượng phèn tối ưu.
Chỉnh về pH tối ưu.
Khuấy nhanh với tốc độ 80 vòng/phút (khuấy 1 phút).
Khuấy chậm với vận tốc 20, 30, 40, 50, 60 vòng/phút (30 phút). Để lắng trong vòng 20 phút.
Đo độ màu từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị độ màu thấp nhất ứng với vận tốc khuấy tối ưu. Xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình keo tụ
Cho nước sông vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker. Cho vào mỗi beaker lượng phèn tối ưu.
Dùng NaOH hay HCl chỉnh pH về giá trị pH tối ưu. Khuấy nhanh với tốc độ 80 vòng/phút (khuấy 1 phút).
Khuấy chậm với vận tốc tối ưu. Với thời gian khuấy 10, 20, 30, 40, 50 phút. Để lắng trong vòng 20 phút.
Đo độ màu từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị độ màu thấp nhất ứng với thời gian khuấy tối ưu. Xác định thời gian lắng tối ưu cho quá trình keo tụ
Cho nước sông vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker. Cho vào mỗi beaker lượng phèn tối ưu.
Dùng NaOH hay HCl chỉnh pH về giá trị pH tối ưu. Khuấy nhanh với tốc độ 80 vòng/phút ( khuấy 1 phút). Khuấy chậm với vận tốc tối ưu.
Thời gian khuấy tối ưu.
Để lắng ở 5, 10, 20, 30, 40 phút. Đo độ màu từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị độ màu thấp nhất ứng với thời gian lắng tối ưu.
2.3.2.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 là giá trị pH, liều lượng chất hấp phụ, thời gian hấp phụ, thời gian lắng. Vì vậy chúng tôi làm thí nghiện khảo sát 4 yếu tố này để xác định các điểm tối ưu.
Xác định giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ
Cho nước sông vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker.
Hiệu chỉnh pH: sử dụng NaOH hoặc HCl hiệu chỉnh pH trong khoảng pH (5, 6, 7, 8, 9).
Cho PAC vào mỗi beaker với liều lượng 0.5 g/l Thời gian khấy 30 phút.
Thời gian lắng 20 phút. Test COD ở từng beaker.
Xác định liều lượng PAC tối ưu cho quá trình hấp phụ
Cho nước sông vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker.
Hiệu chỉnh pH: sử dụng NaOH hoặc HCl hiệu chỉnh pH về giá trị tối ưu. Cho PAC vào mỗi beaker với liều lượng khác nhau (0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1g/l). Thời gian khấy 30 phút.
Thời gian lắng 20 phút. Test COD ở từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị COD thấp nhất ứng với liều lượng PAC tối ưu. Xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ
Cho nước sông vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker.
Hiệu chỉnh pH: sử dụng NaOH hoặc HCl hiệu chỉnh pH về giá trị tối ưu. Cho vào mỗi beaker với liều lượng PAC tối ưu.
Thời gian khấy (thời gian hấp phụ) 10, 20, 30, 40, 50 phút. Thời gian lắng 20 phút.
Test COD ở từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị COD thấp nhất ứng với thời gian hấp phụ tối ưu. Xác định thời gian lắng tối ưu cho qua trình hấp phụ
Cho nước sông vào beaker (1000ml), sử dụng 5 beaker.
Hiệu chỉnh pH: sử dụng NaOH hoặc HCl hiệu chỉnh pH về giá trị tối ưu. Cho vào mỗi beaker với liều lượng PAC tối ưu.
Thời gian khấy (thời gian hấp phụ) 30 phút. Thời gian lắng 5, 10, 20, 30, 40 phút.
Test COD ở từng beaker.
Mẫu nào cho giá trị COD thấp nhất ứng với thời gian lắng tối ưu.
2.3.3.Mô hình PAC kết hợp lọc màng
Gồm:
Hai bình chứa có thể tích 10 lít và 25 lít Một bể lắng có thể tích 10 lít
Bể phả n ứng
Một cột lọc có chiều dài 60 cm, đường kính Ø 90 Một máy khuấy xáo trộn
Một bơm chìm Một dàn đỡ
Nước sau KT
Bể lắng Nước ra
Hình 2.2: Mô hình PAC kết hợp lọc màng
Sử dụng các thông số trong bảng 2.2 để tiến hành chạy mô hình PAC kết hợp lọc màng.
Bảng 2.2: Thông số tiến hành chạy mô hình PAC kết hợp lọc màng
Thông số Đơn vị Giá trị
Liều lượng than g/l 0.5
Thời gian phản ứng phút 30
Thời gian lắng phút 20
Lưu lượng bơm qua cột lọc MF l/h 17
Nước sau quá trình xử lý sẽ được phân tích các chỉ tiêu theo quy chuẩn QCVN 02:2009/BYT.
2.4. Các chỉ tiêu và phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 2.4.1. Các chỉ tiêu hóa lý 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