Giáo trình thực tập xử lý nước cấp phần 1

LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Thực tập xử lý nước cấp được dùng cho sinh viên ngành môi trường có thể tìm hiểu các phương pháp xử lý ô nhiễm trong nước mặt và nước ngầm như xử lý sắt, xử lý độ

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Thực tập xử lý nước cấp được dùng cho sinh viên

ngành môi trường có thể tìm hiểu các phương pháp xử lý ô nhiễm trong nước mặt và nước ngầm như xử lý sắt, xử lý độ cứng trong nước ngầm,

xử lý chất rắn lơ lửng trong nước mặt, xử lý chất ô nhiễm hữu cơ trong nước, Từ các đánh giá hiệu quả xử lý nước cấp thông qua nhiều phương pháp khác nhau, sinh viên môi trường có cái nhìn tổng quan, thực tế về các phương pháp xử lý nước cấp cũng như hiệu quả của các phương pháp Ngoài ra, sinh viên được trang bị những kỹ năng thực hành phân tích đánh giá các chỉ tiêu phân tích đối với xử lý nước, phân tích đánh giá số liệu và xây dựng các phương trình động học cho quá trình xử

lý Từ đó, nắm được quy luật cho từng phương pháp xử lý

Sinh viên thực tập học phần này sẽ được trang bị đầy đủ kiến thức

và kỹ năng cho quá trình thực tập về lĩnh vực xử lý nước cấp, để có thể

trở thành một kỹ sư môi trường trong tương lai

Các tác giả

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

MỤC LỤC 5

CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ 9

MỞ ĐẦU 11

BÀI THỰC HÀNH SỐ 1 KEO TỤ - TẠO BÔNG BẰNG PHÈN NHÔM 12

1.1 TỔNG QUAN 12

1.1.1 Trị số pH của nước 13

1.1.2 Lượng dùng chất keo tụ 13

1.1.3 Nhiệt độ nước 14

1.1.4 Tốc độ hỗn hợp của nước với chất keo tụ 14

1.2 DỤNG CỤ - THIẾT BỊ 15

1.3 HÓA CHẤT 15

1.4 THỰC NGHIỆM 15

1.4.1 TN 1: Xác định giá trị pH tối ưu 15

1.4.2 TN 2: Xác định liều lượng phèn tối ưu 17

1.4.3 TN 3: S dụng m h nh keo tụ – tạo b ng – lắng 18

1.5 XỬ LÝ SỐ LIỆU 19

1.6 CÂU HỎI ÔN TẬP 19

1.7 BÁO CÁO KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 19

BÀI THỰC HÀNH SỐ 2 LẮNG BÔNG TỤ 20

2.1 TỔNG QUAN 20

2.1.1 Các khái niệm 20

Trang 6

2.1.2 Cách xác định hiệu quả lắng b ng tụ 21

2.3 HÓA CHẤT 22

2.4.1 Thiết lập thí nghiệm 23

2.4.2 Tiến hành thí nghiệm 24

BÀI THỰC HÀNH SỐ 3 HẤP PHỤ BẰNG THAN HOẠT TÍNH 26

3.1 TỔNG QUAN 26

3.1.1 Phương tr nh Freundlich 26

3.1.2 Phương tr nh Langmuir 27

3.1.3 Quá tr nh hấp phụ theo dạng mẻ 28

3.1.4 Quá tr nh hấp phụ dạng cột 28

3.4.1 TN 1: Xác định quan hệ nồng độ màu và độ hấp thu 29

3.4.2 TN 2: Quá tr nh hấp phụ theo mẻ 30

3.4.3 TN 3: Hấp phụ dạng cột 31

BÀI THỰC HÀNH SỐ 4 LOẠI BỎ SẮT TRONG NƯỚC NGẦM 34

Trang 7

4.1 TỔNG QUAN 34

4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ SẮT 35

4.2.1 Kh sắt bằng phương pháp làm thoáng 35

4.2.2 Kh sắt bằng phương pháp dùng hóa chất 37

4.4 HÓA CHẤT 38

4.5 PHÂN TÍCH SẮT 39

4.5.1 Lập đường chuẩn 39

4.5.2 Sắt tổng cộng (TFe) 40

4.5.3 Sắt hai (Fe2+) 40

4.6.1 TN 1: Loại bỏ sắt bằng phương pháp thổi khí 41

4.6.2 TN 2: Loại bỏ sắt bằng giàn mưa 44

4.6.3 TN 3: Loại bỏ sắt bằng phương pháp hóa chất 44

BÀI THỰC HÀNH SỐ 5 KHỬ CỨNG BẰNG HÓA CHẤT 47

5.1 TỔNG QUAN 47

5.1.1 Kh cứng carbonate bằng v i 48

5.1.2 Kh cứng non-carbonate bằng v i và sođa 48

5.1.3 Phương pháp khuấy trộn 48

5.1.4 Phương pháp bể phản ứng tầng s i (Pellet Reactor) 49

5.3 HÓA CHẤT 51

Trang 8

5.4.1 TN 1: Loại bỏ độ cứng bằng hóa chất theo mẻ 53

5.4.2 TN 2: Loại bỏ độ cứng bằng Pellet Reactor 54

BÀI THỰC HÀNH SỐ 6 KHỬ CỨNG BẰNG TRAO ĐỔI ION 56

6.1 TỔNG QUAN 56

6.3 HÓA CHẤT 58

6.4.1 TN 1: Nh a cationit để làm mềm nước theo mẻ 59

6.4.2 TN 2: Nh a cationit để làm mềm nước theo thời gian 59

6.4.3 TN 3: Nh a cationit để làm mềm nước liên tục 59

BÀI THỰC HÀNH SỐ 7 KHỬ TRÙNG 62

7.1 TỔNG QUAN 62

7.1.1 Kh trùng là g ? 62

7.1.2 Kh trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó 63

7.1.3 Kh trùng nước bằng tia UV 65

7.3 HÓA CHẤT 66

Trang 9

7.4.1 TN 1: Kh trùng bằng hóa chất NaOCl 69

7.4.2 TN 2: Kh trùng bằng mô hình 70

7.4.3 TN 3: Kh trùng bằng UV 70

PHỤ LỤC 1 72

PHỤ LỤC 2 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Trang 10

CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ

DO Oxy hòa tan Dissolved oxygen mg/L

EBCT Thời gian tiếp xúc Empty bed contact time phút MPN Số lượng Vi sinh vật Most potable number

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

Q Lưu lượng Flowrate L/h

SS Chất rắn lơ lửng Suspended solid mg/L TFe Nồng độ sắt tổng mg/L

TN Thí nghiệm

UV Bức xạ tử ngoại Ultra violet

V Thể tích Volume L

Trang 11

MỞ ĐẦU

1 Mục đích thí nghiệm

- Giúp sinh viên làm quen với các kỹ năng cần thiết của người kỹ

sư tương lai

- Công nghệ xử lý, thiết bị xử nước cấp

- Vận hành các thiết bị xử lý nước cấp

- Điều hành một nhóm sinh viên cùng thực hiện 1 công việc

- Luyện tập khả năng viết một báo cáo kỹ thuật

2 Yêu cầu trước thí nghiệm

Sinh viên phải đọc bài hướng dẫn thí nghiệm, tham khảo tài liệu liên quan để tìm hiểu các kiến thức cần thiết cho bài thí nghiệm Xem thiết bị để hiểu cách tiến hành thí nghiệm, vạch kế hoạch làm việc và phân công trong nhóm

3 Yêu cầu khi làm thí nghiệm

Sau mỗi bài thí nghiệm mỗi nhóm sinh viên phải làm một bản báo cáo kết quả thu được Tổng hợp tất cả các bản báo cáo thành một tập và nộp lại cho giáo viên sau khi học xong 7 bài thí nghiệm

4 Nội dung

- Trình bày yêu cầu, nội dung tóm tắt và kết quả của bài thí nghiệm

- Lý thuyết liên quan đến bài thí nghiệm

- Thực hiện: trình bày các bước thí nghiệm và số liệu thô

- Kết quả tính toán, nhận xét kết quả thu được

- Tài liệu tham khảo

Trang 12

BÀI THỰC HÀNH SỐ 1 KEO TỤ - TẠO BÔNG BẰNG PHÈN NHÔM

Mục tiêu bài thực hành số 1: Sau khi học xong bài này, sinh viên có

khả năng:

 Trình bày được cơ chế của phương pháp keo tụ tạo bông

 Giải thích được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông

 Xác định được giá trị pH tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông

 Xác định được liều lượng phèn tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông

 Vận hành được bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng Lamella

1.1 TỔNG QUAN

Xử lý bằng phương pháp keo tụ tạo bông bằng phèn nhôm là cho vào trong nước một lượng chất keo tụ (phèn nhôm) đủ làm cho các hạt keo trong nước mặt (hạt keo đất sét, các hợp chất humic tạo độ màu với kích thước bé) mất tính ổn định và kết bông thành những hạt lớn có khả năng lắng xuống Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua hai giai đoạn sau:

Giai đoạn 1 – Giai đoạn keo tụ làm mất tính ổn định của hạt keo trong nước Phèn nhôm thuỷ phân tạo thành các hạt keo mang điện tích dương, hình thành quá trình hấp phụ và trung hòa điện tích làm mất tính ổn định của hạt keo trong nước ở pH thấp hoặc sẽ tạo thành kết tủa Al(OH)3 để có thể kết tụ quét kéo theo các hạt keo trong nước cùng lắng

Giai đoạn 2 – Giai đoạn tạo bông, kết bông các bông tụ nhỏ bị mất tính ổn định thành những bông tụ lớn có khả năng lắng được bằng trọng lực

Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống

Trang 13

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo

tụ thích hợp như phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3 Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành các sản phẩm thủy phân, sau đó, các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3 với pH thích hợp:

Al(H2O)63+ ⇔ Al(OH)(H2O)52+ ⇔ … ⇔ Al13O4(OH)247+ ⇔ Al(OH)3 (s) ⇔ Al(OH)4-

Trong phản ứng thuỷ phân trên, ngoài các sản phẩm thủy phân (nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ) được tạo thành, các ion H+ còn giải phóng ra Các ion này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-) Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hóa thông dụng là vôi Một số trường hợp khác có thể dùng soda (Na2CO3) hay xút (NaOH)

Sau đây là các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông khi sử dụng phèn nhôm:

1.1.1 Trị số pH của nước

Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2(SO4)3 vào, trị số pH của nó bị giảm thấp vì đây là một loại muối gồm axit mạnh và bazơ yếu Sự thuỷ phân của nó có thể tăng thêm tính axit của nước Đối với hiệu quả keo tụ, ảnh hưởng chủ yếu là trị số pH của nước sau khi cho phèn vào Cho nên giá trị pH dưới đây đều là pH của nước sau khi cho phèn vào

1.1.2 Lượng dùng chất keo tụ

Quá trình keo tụ không phải là một phản ứng hóa học đơn thuần, nên lượng phèn cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác định Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm Jartest để tìm ra lượng phèn cho vào tối ưu

Nói chung nếu huyền phù trong nước nhiều thì lượng chất keo tụ cần thiết lớn Cũng có trường hợp chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng chất keo tụ vẫn cần nhiều

Trang 14

Bảng 1.1: Liều lượng phèn để xử lý nước cấp

Hàm lượng cặn, mg/L Liều lượng phèn không chứa nước (mg/L)

quả kém

Khi dùng nhôm sunfat để tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt

độ nước tốt nhất là 25 – 300C

1.1.4 Tốc độ hỗn hợp của nước với chất keo tụ

Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ ảnh hưởng đến tính phân

bổ đồng đều của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo Đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm Khi mới cho chất keo tụ vào nước, phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân của chất keo tụ trong nước

và tốc độ hình thành keo rất nhanh Cho nên phải khuấy nhanh để chất keo tụ khuếch tán đến các nơi trong nước để kịp thời tác dụng với các tạp chất trong nước Sau khi hỗn hợp hình thành bông tụ nhỏ và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, vì không những bông phèn khó lớn lên mà còn phá vỡ những bông phèn đã hình thành

Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ Để tìm ra điều kiện tối ưu để xử lý bằng keo tụ khi thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vận

Trang 15

hành thì nên tiến hành thí nghiệm ở phòng thí nghiệm bằng thiết bị Jartest

Hình 1.1: Mô hình thí nghiệm Jartest

1.4.1 TN 1: Xác định giá trị pH tối ưu

Bước 1: Định lượng hóa chất điều chỉnh pH

- Lấy 400 mL mẫu nước có độ đục cho vào mỗi cốc Jartest (sử

dụng 2 cốc: 1 cốc điều chỉnh pH tăng, 1 cốc điều chỉnh pH giảm) Đo pH ban đầu

Trang 16

- Cho vào cốc 0,3 mL phèn để nồng độ phèn trong dung dịch đạt

30 mg/L

- Dùng dung dịch NaOH 0,1N hoặc H2SO4 0,1N điều chỉnh pH đến các giá trị 4, 5, 6, 7, 8, 9 Ghi nhận giá trị NaOH và H2SO4 đã dùng

Bước 2: Keo tụ - tạo bông

- Chuẩn bị 6 cốc Jartest, cho vào mỗi cốc 400 mL mẫu nước

- Thêm vào mỗi cốc 0,3 mL phèn và các thể tích NaOH và H2SO4(đã xác định ở bước 1) vào cùng lúc để 6 cốc đạt giá trị pH tương ứng là

Trang 17

2

Bước 3: Phân tích mẫu

- Lấy mẫu nước lắng (lớp nước ở phía trên, lấy dưới lớp váng bề mặt) của tất cả các cốc đem phân tích chỉ tiêu pH, độ đục

Lưu ý: pH tối ưu là pH ứng với mẫu có độ đục thấp nhất

1.4.2 TN 2: Xác định liều lượng phèn tối ưu

Bước 1: Định lượng hóa chất điều chỉnh pH ứng với các lượng phèn khác nhau

- Lấy 6 cốc Jartest cho vào 400 mL mẫu nước và cho vào lượng phèn lần lượt là: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 và 0,6 mL

- Dùng dung dịch NaOH 0,1N hoặc H2SO4 0,1N điều chỉnh pH đến

các giá trị pH tối ưu (pH tối ưu đã xác định từ thí nghiệm 1), ghi nhận

các thể tích hóa chất điều chỉnh để tiến hành bước 2

Bước 2: Thí nghiệm lượng phèn thay đổi

- Lấy 6 cốc Jartest cho vào 400 mL mẫu nước

- Cho vào các lượng phèn xác định ở bước 1 và hóa chất (axit hoặc kiềm để đạt pH tối ưu ứng với các liều lượng phèn khác nhau) cùng lúc

- Đặt các cốc vào thiết bị Jartest, điều chỉnh tốc độ khuấy 100 vòng/phút trong 1 phút

- Điều chỉnh vòng khuấy chậm lại trong 15 phút ở tốc độ 15 – 20 vòng/ phút

- Sau khi máy tắt, để lắng tĩnh 30 phút

0,1 mL 0,2 mL 0,3 mL 0,4 mL 0,5 mL 0,6 mL

Chỉnh pH Chỉnh pH Chỉnh pH Chỉnh pH Chỉnh pH Chỉnh pH

Trang 18

Nếu hiệu quả xử lý trong thí nghiệm 1 không tốt thì lượng phèn tăng lên từ 0,3 đến 0,8 mL Thực hiện lại thí nghiệm với liều lượng phèn khác nếu không tìm được lượng phèn tối ưu

Bước 3: Phân tích mẫu

- Lấy mẫu nước lắng (lớp

nước ở phía trên, lấy dưới lớp

váng bề mặt) phân tích chỉ tiêu

pH, độ đục

- Liều lượng phèn tối ưu là

liều lượng phèn ứng với mẫu có

độ đục thấp nhất

Hình 1.2: Mẫu keo tụ - tạo bông

1.4.3 TN 3: Sử dụng mô hình keo tụ – tạo bông – lắng

Bước 1: Tính toán lưu lượng vận hành mô hình

- Dựa trên liều lượng hóa chất để điều chỉnh pH và liều lượng phèn tối ưu tính toán lưu lượng cho vào phù hợp với lưu lượng nước

Bước 2: Vận hành mô hình

- Thêm đầy mẫu nước, chỉnh pH, cho phèn, khuấy đều vào mô hình trước khi vận hành (khoảng 30 L)

- Điều chỉnh bơm đầu vào sao cho lưu lượng nước là 60 L/h bằng

bộ phận điều chỉnh lưu lượng

- Điều chỉnh bộ phận châm hóa chất và phèn tương ứng

- Kiểm tra pH trong bể keo tụ và tạo bông mỗi 5 phút để điều chỉnh hóa chất cho phù hợp

- Lượng phèn khi vận hành mô hình thường cao hơn so với thí nghiệm Jartest

- Quan sát quá trình tạo bông cặn và quá trình lắng tại bể vách nghiêng

- Lấy mẫu đầu ra phân tích pH, độ đục, sau 30 phút, 1 giờ, 2 giờ vận hành

Trang 19

Hình 1.3: Mô hình bể lắng keo tụ – tạo bông – lắng vách nghiêng

1.5 XỬ LÝ SỐ LIỆU

- Vẽ đồ thị tương quan giữa pH và độ đục

- Vẽ đồ thị tương quan giữa nồng độ phèn trong cốc và độ đục

- Vẽ đồ thị đánh giá hiệu quả xử lý độ đục của mô hình

- So sánh hiệu quả xử lý độ đục theo mẻ và mô hình liên tục

1.6 CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Thế nào là keo tụ - tạo bông? Các yếu tố ảnh hưởng đến

keo tụ - tạo bông?

Câu 2: Những hóa chất thường dùng để keo tụ là gì?

Câu 3: Ứng dụng của keo tụ - tạo bông là gì?

1.7 BÁO CÁO KẾT QUẢ PHÂN TÍCH

Sinh viên báo cáo kết quả sau buổi thí nghiệm theo mẫu BÁO CÁO

1 (phần phụ lục)

Sinh viên báo cáo tổng kết theo mẫu BÁO CÁO TỔNG KẾT (phần phụ lục) sau khi kết thúc môn học

Trang 20

BÀI THỰC HÀNH SỐ 2 LẮNG BÔNG TỤ

Mục tiêu bài thực hành số 2: Sau khi học xong bài này, sinh viên có

khả năng:

 Trình bày được các loại lắng rời rạc và lắng bông tụ

 Xác định được hiệu quả lắng bông tụ tại thời gian lắng

 Xác định được tải trọng của bể lắng bông tụ

 Trình bày được thông số thiết kế của bể lắng trong thực tế

2.1 TỔNG QUAN

2.1.1 Các khái niệm

Quá trình lắng là quá trình để loại bỏ các chất lắng lơ lửng có khả năng lắng được bằng trọng lực

Lắng được chia làm bốn loại:

+ Lắng rời rạc: xảy ra khi nồng độ chất rắn lơ lửng nhỏ < 200 mg/L

và các hạt trong quá trình lắng không va chạm và kết dính với nhau Các hạt chất rắn có đường kính và vận tốc không đổi trong quá trình lắng Vận tốc lắng của hạt xác định theo định luật Stoke

+ Lắng bông tụ: xảy ra khi nồng độ chất rắn lơ lửng (< 1000 mg/L), tuy nhiên các hạt trong quá trình lắng có khả năng kết dính thành những hạt có kích thước lớn hơn, do đó đường kính và vận tốc lắng của hạt thay đổi Vận tốc lắng chỉ có khả năng xác định bằng thực nghiệm

+ Lắng cản trở: xảy ra khi nồng độ chất rắn lơ lửng lớn (> 1000 mg/L), lúc này các hạt có xu hướng nằm kề nhau và tạo thành 1 mảng lớn, làm cản trở quá trình lắng của các hạt riêng lẻ và do đó vận tốc lắng giảm xuống

+ Lắng nén: khi nồng độ chất rắn lơ lửng rất cao, quá trình lắng nén xảy ra Lúc này quá trình lắng hầu như không xảy ra mà xảy ra quá trình

Trang 21

nén, các hạt chất rắn đi xuống ép nước đi lên Lắng nén thường xảy ra phía dưới của bể lắng

Các bể lắng thường gặp: bể lắng hình chữ nhật, gọi là bể lắng ngang, bể lắng hình tròn thường là bể lắng đứng và bể lắng ly tâm, bể lắng vách nghiêng và bể lắng tiếp xúc

2.1.2 Cách xác định hiệu quả lắng bông tụ

Lắng bông tụ được thực hiện nhằm xác định hiệu quả lắng sau quá trình keo tụ tạo bông với các bước sau:

- Vẽ đường cong nội suy

Hình 2.1: Đường cong hiệu suất của quá trình lắng bông tụ

- Xác định hiệu suất lắng theo phương trình:

Trang 22

Trong đó: RT: hiệu suất tổng của quá trình lắng tại thời điểm t (phút)

Ra, Rb, Rc: hiệu suất lắng nội suy từ đồ thị phía trên

Cách xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng - Tổng chất rắn lơ lửng

a Chuẩn bị giấy lọc sợi thuỷ tinh:

- Làm khô giấy ở nhiệt độ 103 – 105oC trong 1 giờ

- Làm nguội giấy trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong 1 giờ)

- Cân P1 (mg)

b Phân tích mẫu:

- Lọc mẫu có dung tích xác định (đã được xáo trộn đều) qua giấy lọc đã cân

- Làm bay hơi nước trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 – 105oC

- Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong 1 giờ)

- Cân P2 (mg)

Tiêu đề	Thực tập xử lý nước cấp phần 1
Tác giả	Trần Thị Kim Anh, Hoàng Thị Tuyết Nhung
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Môi trường
Thể loại	Giáo trình thực tập
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	3,34 MB