Chuyên đề Xử lí nước thải bằng phương pháp đông – Keo tụ hoá học - Bài 1: Xác định lượng chất keo tụ tối ưu

Báo cáo thí nghiệm chuyên đề XỬ Lí NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐễNG – KEO TỤ HOÁ HỌC Bài 1: xác định lượng chất keo tụ tối ưu 1. Mục đích thí nghiệm: Xác định hàm lượng tối ưu chất keo tụ thiên nhiên trong quá trình xử lý nước thải chứa các chất hoạt động bề mặt và các chất tạo màu. 2. Cơ sở lý thuyết: Phương pháp đông keo tụ là một trong những phương pháp phổ biến để xử lý nước thải mà đặc biệt là nước thải ngành dệt nhuộm. Trong thực tế, những chất keo tụ thường được sử dụng là Al2(SO4)3.18H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3. 6H2O. Khi sử dụng các muối nhôm và sắt làm chất đông keo tụ, chúng sẽ phân ly trong nước tạo thành các hiđroxit ít tan, những hiđroxit này sẽ hấp phụ các chất lơ lửng cũng như các chất keo, tạo thành những bông keo tụ lớn hơn dễ dàng tách ra khỏi nước nhờ quá trình lắng. Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2SO4 FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HCl FeSO4 + 2H2O Fe(OH)2 + H2SO4 H2SO4 và HCl tạo ra trong quá trình thuỷ phân có thể trung hoà bằng sữa vôi hay các bazơ khác. Bản chất của quá trình là hấp phụ. Các hạt chất bẩn trong nước là các hạt rắn hữu cơ, vô cơ mang điện. Lực hấp phụ phụ thuộc vào lực tương tác tĩnh điện của các chất trong dung dịch. Các hiđroxit tạo ra trở thành các trung tâm hút bắt chất bẩn trong nước. Các trung tâm này lớn dần lên tạo thành các bông. Các bông này va chạm với nhau và với các hạt chất bẩn khác trong dung dịch, kích thước tăng lên và lắng xuống đáy. Phương pháp này được ứng dụng để xử lý nước thải khó phân huỷ sinh học và còn được sử dụng để xử lý nước cấp. Để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao nhất, đông keo tụ phải được tiến hành ở những vùng pH tối ưu. Bằng thực nghiệm đã xác định được rằng để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất thì pH phải nằm trong khoảng: 6,5 – 8 đối với Al2(SO4)3.18H2O 7 – 8,5 đối với FeCl3. 6H2O 9 – 9,5 đối với FeSO4.7H2O 3. Dụng cụ thí nghiệm: Bộ khuấy trộn Paddle stirret pH meter Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD Spectrophotometer UV1201 để xác định độ màu Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác 4. Hoá chất: Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan một lượng Al2(SO4)3.18H2O trong bình định mức 1 lít với 300-500 ml nước cất, đun nóng để làm tan tinh thể, để nguội và định mức thành 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ dao động từ 5-10%. 5. Tiến hành thí nghiệm: Xác định các thông số ban đầu của nước thải COD, pH, độ màu. Đổ nước thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn đến vạch 800 ml. Bổ sung chất keo tụ đã biết vào từng cốc (từ cốc 1 đến cốc 6) với hàm lượng tăng dần. Cho thiết bị khuấy trộn làm việc ở tốc độ cao (200 vòng/phút) trong thời gian 30 giây, sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5 phút. Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng và quan sát quá trình tạo bông. Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD, pH, độ màu 6. Phương pháp tính toán: 6.1 Hiệu suất xử lý theo COD: COD = , % COD1: COD của nước thải trước khi xử lý, mg/l COD2: COD của nước thải sau khi xử lý, mg/l 6.2 Hiệu suất khử màu: khử màu = % Độ màu1: Độ màu của nước thải trước khi xử lý, Pt-Co Độ màu2: Độ màu của nước thải sau khi xử lý, Pt-Co 7. Kết quả thí nghiệm: Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn I: 200 vòng/phút, trong 30 giây Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn II: 40 vòng/phút, trong 5 phút. 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. Nhận xét kết quả thí nghiệm: Kết quả thí nghiệm như trên chắc chắn còn có nhiều sai số. Nước thải trong cốc 1 (sau xử lý) có những sai số với nước thải đầu vào mặc dù không cho phèn nhôm. Do vậy, có thể nói rằng thao tác tiến hành thí nghiệm là chưa chuẩn xác. Việc tiến hành phân tích COD gặp sai số khá lớn. Sai số này có thể do khi sử dụng pipét để lấy hoá chất và mẫu nước thải để phân tích COD. Hiệu suất xử lý cao có thể do sai số phân tích hoặc vì là thí nghiệm nên điều kiện trong phòng thí nghiệm được duy trì tốt. Giá trị COD của nước thải đầu vào và của bình thứ nhất (không cho chất keo tụ) chênh lệch nhiều, do đó có thể thấy sai số do phân tích COD là khá lớn. 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. Kết quả quan sát quá trình đông-keo tụ: Khi tiến hành cho chất keo tụ là phèn nhôm vào bình phản ứng và khuấy nhanh, ta có thể thấy rõ bông keo hình thành rất nhanh, kích thước bông không lớn lắm và độ đồng đều của bông là như nhau. Do lượng phèn lấy không chênh lệch quá nhiều giữa các bình nên rất khó quan sát được sự thay đổi kích thước bông ở các bình. Sau khi tiến hành khuấy chậm và để lắng, quan sát bằng mắt có thể thấy rõ quá trình lắng nhanh và tăng dần từ bình 2 đến 6. Lớp nước ở phía trên không còn màu xanh mà có màu hồng nhạt. Để có thể thấy được sự tăng hàm lượng bùn lắng qua từng bình phản ứng phải tiến hành đo thể tích bùn lắng dưới đáy. Tuy nhiên, do hàm lượng chất keo tụ cho vào thay đổi không nhiều nên lượng bùn tạo ra biến thiên không lớn. Mặt khác, với bình phản ứng (dung tích 1000ml) có tiết diện rộng nên rất khó xác định chính xác thể tích bùn lắng. Do đó, nhóm thí nghiệm không xác định thể tích bùn lắng được của quá trình đông-keo tụ. Nhìn vào kết quả thí nghiệm ta thấy: ở 3 bình cuối cùng, giá trị COD không thay đổi còn 2 bình cuối cùng, độ màu không thay đổi nhiều. Do đó có thể kết luận hàm lượng chất keo tụ tối ưu trong thí nghiệm trên là lượng phèn nhôm cho vào bình 5: 5ml ứng với nồng độ chất keo tụ là 312,5 mg/l. Với hàm lượng chất keo tụ như trên, hiệu suất khử COD (89,6%) và hiệu suất khử màu (97%) là chấp nhận được. Bài 2: Xác định ảnh hưởng của sữa vôi 1. Mục tiêu: Xác định ảnh hưởng của sữa vôi đối với quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp đông keo tụ hoá học với chất keo tụ là phèn nhôm. 2. Cơ sở lý thuyết: Ca(OH)2 là chất keo tụ như Al2(SO4)3.18H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3. 6H2O. Do đó, hiệu suất của quá trình đông keo tụ sử dụng chất keo tụ là muối sắt hoặc muối nhôm sẽ tăng khi bổ sung sữa vôi với hàm lượng nhất định. Ngoài ra, hiệu suất của quá trình cũng tăng do tác dụng cộng hưởng giữa hiđroxit sắt (hiđroxit nhôm) với sữa vôi. Hơn thế nữa, sữa vôi còn là tác nhân để ổn định pH của môi trường. 3. Dụng cụ thí nghiệm: Bộ khuấy trộn Paddle stirret pH meter Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD Spectrophotometer UV1201 để xác định độ màu Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác 4. Hoá chất: Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan một lượng Al2(SO4)3.18H2O trong bình định mức 1 lít với 300-500 ml nước cất, đun nóng để làm tan tinh thể, để nguội và định mức thành 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ dao động từ 5-10%. Dung dịch Ca(OH)2: sữa vôi: nghiền nhỏ và hoà tan 1 g CaO đã được tôi ở nhiệt độ 9000C trong khoảng thời gian 5 giờ thành 1 lít. Dung dịch này phải được bảo quản trong điều kiện không tiếp xúc với không khí và phải thường xuyên kiểm tra lại nồng độ. 5. Tiến hành thí nghiệm: Xác định các thông số ban đầu của nước thải COD, pH, độ màu. Đổ nước thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn đến vạch 800 ml. Bổ sung vào từng cốc (từ cốc 1 đến cốc 6) hàm lượng chất keo tụ tối ưu đã xác định trong bài 1 và sữa vôi với hàm lượng tăng dần. Cho thiết bị khuấy trộn làm việc ở tốc độ cao (200 vòng/phút) trong thời gian 30 giây, sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5 phút. Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng và quan sát quá trình tạo bông. Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD, pH, độ màu. 6. Phương pháp tính toán: 6.1 Hiệu suất xử lý theo COD: COD = , % COD1: COD của nước thải trước khi xử lý, mg/l COD2: COD của nước thải sau khi xử lý, mg/l 6.2 Hiệu suất khử màu: khử màu = % Độ màu1: Độ màu của nước thải trước khi xử lý, Pt-Co Độ màu2: Độ màu của nước thải sau khi xử lý, Pt-Co 7. Kết quả thí nghiệm: Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn I: 200 vòng/phút, trong 30 giây Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn II: 40 vòng/phút, trong 5 phút. Hàm lượng chất keo tụ tối ưu: 312,5 mg/l pH của nước thải đầu vào=7,3 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 8. Nhận xét kết quả thí nghiệm: Nhìn vào bảng kết quả ta thấy các số liệu đo đạc và tính toán là rất thiếu chính xác. Hiệu suất khử độ màu giảm dần trong khi hiệu suất khử COD biến thiên không đều. ở bình 1, chỉ cho hàm lượng phèn tối ưu là 312,5 mg/l mà không cho sữa vôi thì hiệu suất khử COD là77,6%; khử màu là 92%. Kết quả này cũng không giống kết quả bài 1 (ở bình số5). Như vậy là sai số khá lớn. pH ban đầu của nước thải không nằm trong khoảng tối ưu. Tuy nhiên, theo kết quả của nhóm thí nghiệm cùng thời gian, giá trị pH vẫn nằm trong khoảng tối ưu đối với phèn nhôm (6,5-8). Giá trị pH sau đó tăng dần do lượng sữa vôi cho vào đã trung hoà H+ sinh ra. Như vậy, sữa vôi có vai trò ổn định pH của quá trình đông-keo tụ đồng thời làm tăng hiệu suất của quá trình xử lý.. Nhìn kết quả ta cũng thấy so với chỉ dùng phèn nhôm thì sữa vôi cũng có tác dụng rất tốt lên quá trình keo tụ. Tuy nhiên, đáng lẽ hiệu suất xử lý khi có sữa vôi phải đạt cao hơn nữa và phải lớn hơn hiệu suất xử lý tối ưu của bài 1. Nhưng vì sai số lớn nên kết quả thí nghiệm không thể hiện rõ rệt ảnh hưởng của sữa vôi đến quá trình keo tụ có sử dụng phèn nhôm. Hiệu quả xử lý màu cũng giảm so với bài 1. Điều này là vô lý. Theo dự tính, hiệu suất khử COD và độ màu khi cho sữa vôi kết hợp với phèn nhôm phải tăng lên rồi sau đó giảm dần và đạt cân bằng do quá trình hấp phụ của bông keo đã đạt đến trạng thái cân bằng nên một lượng dư sữa vôi cũng ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. Nếu theo như kết quả của bài thí nghiệm này thì không sử dụng sữa vôi (giống như bài trước) sẽ cho hiệu suất xử lý cao hơn. Như vậy là sai. Do kết quả thí nghiệm không đáng tin cậy nên trong bài thí nghiệm số 2 này, tác dụng của sữa vôi đối với quá trình keo tụ sử dụng chất keo tụ là phèn nhôm không được rõ ràng. Hiệu suất xử lý của quá trình khi bổ sung sữa vôi vào nước thải là thấp hơn so với khi chỉ dùng phèn nhôm. Vì vậy không xác định được hàm lượng sữa vôi tối ưu. Nguyên nhân gây nên sai số ở đây chủ yếu là do thao tác tiến hành thí nghiệm. Các thao tác phân tích COD, độ màu đòi hỏi phải rất chính xác và cẩn thận. Mặt khác, sự thay đổi các giá trị COD, độ màu giữa các bình phản ứng là không đáng kể. Do đó, chỉ cần một sơ suất nhỏ cũng dẫn đến sai số lớn của kết quả thí nghiệm. Có thể kết luận rằng, với kết quả như trên, chắc chắn thao tác thí nghiệm đã có sai sót lớn. Với kết quả thí nghiệm như vây không xác định được hàm lượng sữa vôi tối ưu. Bài 2: 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 các 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: Để hiệu quả quá trình lắng các hyđroxit nhôm và sắt đã hấp phụ chất hoạt động bề mặt cũng như chất màu trong nước thải có thể sử dụng các hợp chất cao phân tử – chất trợ tạo bông. Hàm lượng chất keo tụ tối ưu sẽ giảm khi bổ sung chất tạo bông. 3. Dụng cụ thí nghiệm: Bộ khuấy trộn Paddle stirret pH meter Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD Spectrophotometer UV1201 để xác định độ màu Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác 4. Hoá chất: Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan một lượng Al2(SO4)3.18H2O trong bình định mức 1 lít với 300-500 ml nước cất, đun nóng để làm tan tinh thể, để nguội và định mức thành 1 lít. Dung dịch thu được có nồng độ dao động từ 5-10%. Dung dịch 0,1% polyacrylamine (PAA) - chất tạo bông dạng tương tác anion 5. Tiến hành thí nghiệm: Xác định các thông số ban đầu của nước thải COD, pH, độ màu. Đổ nước thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn đến vạch 800 ml. Bổ sung vào cốc 1 hàm lượng chất keo tụ tối ưu và vào các cốc còn lại ẵ lượng chất keo tụ tối ưu. Cho thiết bị khuấy trộn làm việc ở tốc độ cao (200 vòng/phút) trong thời gian 30 giây, sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5 phút. Sau đó tiến hành bổ sung chất tạo bông với lượng tăng dần vào các cốc 2, 3, 4, 5, 6 tương ứng. Khuấy trộn các cốc đã bổ sung chất tạo bông trong khoảng 30 giây với tốc độ cao (200 vòng/phút), sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5 phút Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng và quan sát quá trình tạo bông và lắng Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD, pH, độ màu 6. Phương pháp tính toán: 6.1 Hiệu suất xử lý theo COD: COD = , % COD1: COD của nước thải trước khi xử lý, mg/l COD2: COD của nước thải sau khi xử lý, mg/l 6.2 Hiệu suất khử màu: khử màu = % Độ màu1: Độ màu của nước thải trước khi xử lý, Pt-Co Độ màu2: Độ màu của nước thải sau khi xử lý, Pt-Co 7. Kết quả thí nghiệm: Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn I: 200 vòng/phút, trong 30 giây Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn II: 40 vòng/phút, trong 5 phút. 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 8. Nhận xét kết quả thí nghiệm: 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, từ 4-5mm và 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 6. 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.