Chuyên đề Nghiên cứu quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp đông keo tụ hoá học

Thí nghiệm chuyên đề: ”CÔNG NGHệ MÔI TRƯờNG” NGHIÊN CứU QUá TRìNH Xử Lý NƯớc THảI BằNG PHƯƠNG PHáP ĐÔNG KEO Tụ HOá HọC PHầN I:XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤT KEO TỤ TỐI ƯU Mục đích thí nghiệm Xác định hàm lượng tối ưu các chất keo tụ thiên nhiên trong quá trình xử lý nước thải chứa các chất hoạt động bề mặt và các chất tạo màu. Cơ sở lý thuyết Phương pháp đông keo tụ là một trong những phương pháp phổ biến và tỏ ra có hiệu quả để xử lý nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ không tan hoặc khó phân huỷ và có chứa nhiều chất hoạt động bề mặt(như nước thải dệt nhuộm). Những chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm(Al2(SO4)3.18H2O), phèn sắt II(FeSO4.7H2O), phèn sắt III(FeCl3.6H2O). Khi cho các chất keo tụ vào nước, chúng sẽ phân ly tạo thành các hydroxyt ít tan là các trung tâm keo tụ hút các hạt chất bẩn, các chất lơ lửng, và các chất keo bởi vì trong nước thải, các hạt này thường mang điện, do đó cơ chế hút sẽ dựa vào các lực tương tác, lực điện tạo thành những bông keo tụ lớn hơn và dễ dàng bị loại ra khỏi nước nhờ quá trình lắng. Phương trình tạo thành các trung tâm keo tụ Al2(SO4)3+6H2O=2Al(OH)3+3H2SO4 FeSO4+2 H2O=Fe(OH)2+H2SO4 FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HCl Các axit tạo ra trong quá trình thuỷ phân có thể được trung hoà bằng kiềm hoặc sữa vôi. Đối với mỗi loại phèn, có dải pH tối ưu. 6,5-8,5 đối với Al2(SO4)3.18H2O 7-8,5 đối với FeCl3.6H2O 9-9,5 đối với FeSO4.7H2O Dụng cụ thí nghiệm: Bộ khuấy trộn, thiết bị đo pH, thiết bị xác định COD, máy so màu UV. Hoá chất: Phèn Al có nồng độ 5%, các hoá chất xác định COD. Tiến hành thí nghiệm Về nguyên tắc, thời gian tiến hành thí nghiệm không quá 4h sau khi lấy mẫu. Điều chỉnh pH=6,5-8,5. Vì trong bài thí nghiệm sử dụng phèn Al. Thực tế trong bài thí nghiệm không phải điều chỉnh pH. Đổ nước thải vào 6 cốc 800 ml. Bổ sung chất keo tụ (phèn Al) nồng độ từ 100-700mg/l. Chú ý đổ phèn Al cùng lúc vào cả 6 cốc. Cho thiết bị khuấy trộn làm việc với vận tốc nhanh 200v/phút trong 35 giây, sau đó khuấy trộn chậm 40v/phút trong 5 phút. Ngừng khuấy trộn, cho nước thải lắng trong cốc, quan sát quá trình tạo bông. Tiến hành đo pH của nước thải sau khi xử lý Lọc nước thải sau xử lý bằng giấy lọc vào ống nghiệm để làm COD và đem so màu. So màu ở bước sóng 456,8nm 6. Tính toán Hiệu suất khử theo COD Hiệu suất khử màu 7. Kết quả thí nghiệm. TT bình phản ứng Thể tích chất keo tụ cho vào, ml Nồng độ chất keo tụ, mg/l pH COD, mg/l Hiệu suất xử lý theo COD, % Độ màu, Pt-Co Hiệu suất khử màu, % Trước xử lý Sau xử lý Trước xử lý Sau xử lý Trước xử lý Sau xử lý 0 0 6,80 6,82 96 86 10,4 2539 2394 5,7 2 125 6,06 29 69,8 225,3 91,1 3 187,5 5,49 24 75 114,3 95,5 4 250 4,70 10 89,6 90,0 96,5 5 312,5 4,21 10 89,6 77,1 97,0 6 375 4,13 10 89,6 79,5 96,9 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD và độ màu của quá trình xử lý 8. Kết luận Nhận thấy kết quả thí nghiệm thu được như trên là vẫn có sai số. Nước thải đầu vào và nước thải ở cốc 1(không cho phèn Al) sai khác nhau. Sai số trong quá trình phân tích COD là lớn, có thể là gây sai số trong quá trình lấy hoá chất, và trong quá trình phân tích. Giá trị pH giảm dần phù hợp với lý thuyết: do phản ứng thuỷ phân của phèn trong nước giải phóng H+ làm pH của nước giảm mạnh. Quan sát quá trình thí nghiệm, nhận thấy: Sau khi khuấy và để cho lắng, nhận thấy ở các cốc có bổ sung chất keo tụ, quá trình tạo bông sảy ra rất nhanh và rõ ràng, các hạt bông nhanh chóng lắng xuống mang theo các hạt chất bẩn và khử màu khiến cho phần nước phía trên độ màu giảm hẳn. Từ số liệu thu được từ bảng và theo tính toán ta có kết luận về làm lượng phèn Al tối ưu là ở mẫu 5. Lượng phèn cho vào: 5ml tương ứng 312,5 mg/l. PHẦN II: XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA SỮA VễI 1. Mục đích thí nghiệm Xác định ảnh hưởng của sữa vôi đối với quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp đông keo tụ với chất keo tụ phèn Al. 2. Cơ sở lý thuyết Sữa vôi chính là dung dịch Ca(OH)2 quá bão hoà, được tạo ra khi hoà tan vôi sống vào H2O. Bản chất sữa vôi là một chất keo tụ, do đó có tác dụng xử lý nước thải như phèn Al, Fe. Đồng thời sữa vôi có các hạt nhỏ, các hạt này có tác dụng tăng cường các trung tâm keo tụ. Hiệu suất quá trình tăng do tác dụng cộng hưởng giữa sữa vôi và phèn Al. Sữa vôi còn có tác dụng ổn định pH của môi trường. Nhược điểm: - Trong thực tế xử lý nước thải công nghiệp không cho được nhiều sữa vôi vì sẽ tạo ra nhiều bùn - Làm cho pH môi trường tăng cao. Do đó thường sử dụng để xử lý nước thải có pH thấp như nước thải mạ. Trong quá trình xử lý nước thải mạ, sữa vôi còn hỗ trợ cho quá trình chuyển hoá Cr+6 thành Cr+3. - Trong thực tế, việc sử dụng sữa vôi phụ thuộc vào: Yêu cầu khách hàng, kỹ thuật công nghệ, yêu cầu về chính trị xã hội. 3. Hoá chất Dung dịch phèn Al 5%, dung dịch sữa vôi 2,5%, hoá chất làm COD. 4. Trình tự thí nghiệm Đổ nước thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn đến vạch 800ml và tiến hành khuấy trộn nhanh 200v/phút sau 35 giây và khuấy trộn chậm 40v/phút trong 5 phút. Cùng lúc khuấy trộn bổ sung vào 6 cốc cùng một lượng phèn Al tối ưu và vào mỗi cốc các lượng sữa vôi khác nhau. Ngừng khuấy trộn để cho nước thải lắng trong cốc, quan sát quá trình tạo bông. Tiến hành đo pH của nước thải sau khi xử lý Lọc nước thải sau xử lý bằng giấy lọc vào ống nghiệm để làm COD và đem so màu. So màu ở bước sóng 456,8nm. 5. Kết quả thí nghiệm TT bình phản ứng Thể tích sữa vôi cho vào, ml Nồng độ sữa vôi, mg/l pH COD, mg/l Hiệu suất xử lý theo COD, % Độ màu, Pt-Co Hiệu suất khử màu, % Trước xử lý Sau xử lý Trước xử lý Sau xử lý 0 0 6,01 85 19 77,6 2499 199,8 92,0 1 31,25 6,18 13 84,7 127,2 94,9 2 62,5 6,25 21 75,3 129,5 94,8 3 93,75 6,43 9 89,4 151,9 93,9 4 125 6,38 13 84,7 194,1 92,2 5 156,25 7,02 9 89,4 195,7 92,2 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD và độ màu của quá trình xử lý Kết luận Thực tế quan sát nhận thấy: Sau khi bổ sung phèn Al và sữa vôi, tiến hành khuấy và để cho lắng trong cỗc. Nhận thấy, tạp chất lơ lửng nhanh chóng tạo thành các bông keo và lắng xuống rất nhanh. Gía trị pH ban đầu không nằm trong khoảng pH tối ưu của phèn Al(6,5-8) nhưng khi cho sữa vôi vào thì pH tăng lên, chứng tỏ sữa vôi trung hoà lượng H+ sinh ra trong quá trình và do đó làm tăng hiệu suất của quá trình xử lý. Tuy nhiên nhìn vào bảng kết quả ta thấy các số liệu đo đạc và tính toán là thiếu chính xác. Hiệu suất khử độ màu giảm dần (trước khi tiếp tục tăng) trong khi hiệu suất khử COD biến thiên không đều. Sau khi bổ sung sữa vôi thì hiệu suất xử lý theo COD gỉam không đáng kể, độ màu thì giảm rõ rệt, sau đó ta thấy nếu cứ tiếp tục tăng hàm lượng sữa vôi thì COD lại tăng, hiệu qủa xử lý lại gỉam, đồng thời làm tăng độ màu của nước sau xử lý. Điều này rất vô lý. Nguyên nhân là do mắc sai sô trong thao tác tiến hành thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu COD, độ màu. Do có nhiều sai số nên ta không xác định được lượng sữa vôi tối ưu. Phần iii: xác định hàm lượng tối ưu chất keo tụ và chất trợ tạo bông khi kết hợp sử dụng chúng trong quá trình đông keo tụ. 1. Mục đích thí nghiệm Xác định hàm lượng tối ưu chất keo tụ và chất trợ tạo bông khi kết hợp sử dụng chúng trong quá trình xử lý nước thải chứa các chất hoạt động bề mặt và chất tạo màu. Xác định hàm lượng chất tạo bông tối ưu khi sử dụng riêng rẽ trong quá trình xử lý. 2. Cơ sở lý thuyết - Chất trợ tạo bông PAA hay còn gọi là chất trợ lắng thực chất là các hợp chất cao phân tử có phân tử lượng rất lớn. Khi cho vào nước, PAA sẽ dễ dàng bám các hạt chất bẩn vào và chìm xuống rất nhanh. - Chất trợ tạo bông có 3 dòng: dòng các hạt nhựa tích điện âm, dương và trung hòa. - PAA: polyacryamin. Trước khi sử dụng cần ngâm PAA trong nước trong 1 tuần, tạo thành một dịch nhầy. - Các hợp chất có tính chất tương tự như PAA: Gelatin(keo da trâu), tinh bột…Tuy nhiên sử dụng PAA là tốt nhất. - Trong thực tế xử lý nước thải, PAA chỉ được sử dụng trong những trường hợp cụ thể. Đặc biệt đối với nước thải có thời gian lưu lâu thì không dùng PAA vì PAA là chất gây mùi sau khi phân huỷ. Nước thải sẽ bị thối. 3. Hóa chất Phèn Al 5% Dung dịch PAA 0,2% Các hoá chất khác. 4. Trình tự thí nghiệm. Đổ nước thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn, đến vạch 800ml và tiến hành khuấy trộn nhanh 200v/phút sau 35(30-40) giây, sau đó giảm tốc độ còn 40v/phút trong khoảng 3 phút. Bổ sung cùng lúc vào các cốc lượng phèn Al theo như bảng. Khuấy trộn nhanh với tốc độ >100v/phút ở các cốc đã bổ sung chất tạo bông trong thời gian 30 giây , sau đó giảm tốc độ khuấy trộn 40v/phút trong 3 phút, và bổ sung vào mỗi cốc lượng PAA như bảng.(Chú ý do dung dịch PAA rất nhớt nên ta bổ sung vào cốc trực tiếp bằng pipét. Ngừng khuấy trộn để cho nước thải lắng trong cốc, quan sát quá trình tạo bông. Số TT bình 1 2 3 4 5 6 Thể tích phèn nhôm (ml) 5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Nồng độ phèn nhôm (mg/l) 312,5 156,25 156,25 156,25 156,25 156,25 Thể tích PAA (ml) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Nồng độ PAA (mg/l) 0 0,625 1,25 1,875 2,5 3,125 5. Kết luận: Qua quá trình quan sát ta nhận thấy: Bài thí nghiệm này không tiến hành đo đạc và phân tích các thông số như pH, COD, độ màu nên không thấy rõ được ảnh hưởng của PAA (chất trợ tạo bông) đến quá trình xử lý. Tuy nhiên, khi quan sát bằng mắt quá trình tạo bông và lắng, nhận thấy rất rõ vai trò của PAA đến quá trình tạo bông và lắng. So với khi chỉ sử dụng phèn nhôm và khi có bổ sung sữa vôi thì kích thước bông trong trường hợp này lớn hơn rất nhiều. Bông keo có kích thước lớn, quá trình lắng diễn ra rất nhanh. Đặc biệt, có thể thấy rất rõ sự tăng dần của tốc độ lắng từ bình 1 đến bình Lượng bùn tạo thành cũng lớn hơn so vơi hai trường hợp trước. Nếu có thể tiến hành phân tích các thông số COD, độ màu thì sẽ nhận thấy rõ hơn sự thay đổi hiệu suất xử lý khi sử dụng PAA. Tuy nhiên còn có một lượng bông keo không lắng được nổi lên trên bề mặt của cốc. Nguyên nhân có thể là do quá trình keo tụ không tốt nên không loại được những tạp chất có phân tử lượng nhỏ nên chúng kết hợp với PAA và nổi lên trên mặt nước.