Bài 5 XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM PHẨM NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ TRÊN THAN HOẠT TÍNH 5.1 MỤC ĐÍCH.. Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu
Trang 1Bài 5 XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM PHẨM NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HẤP PHỤ TRÊN THAN HOẠT TÍNH
5.1 MỤC ĐÍCH
• Để sinh viên làm quen với vấn đề xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ
• Đánh giá khả năng hấp phụ phẩm màu trên than hoạt tính qua :
1 Đại lượng hấp phụ a(g phẩm màu / g than hoạt tính)
2 Hệ số phân phối phẩm màu trong các pha k
• Kiểm tra hiệu quả xử lý cuả quá trình một bậc và nhiều bậc giữa lý thuyết và thực nghiệm
5.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau xử lý bằng phương pháp sinh học cũng như khi nồng độ của chúng không cao và chúng không bị phân hủy sinh học, hoặc có tính độc hại cao Ưu điểm cuả phương pháp là hiệu quả cao ( 80 – 95% ), có khả năng xử lý nước thải chứa vài chất ô nhiễm cũng như khả năng thu hồi các chất này Chất hấp phụ phổ biến nhất là than hoạt tính
Quá trình hấp phụ có thể tiến hành 1 bậc hay nhiều bậc Hấp phụ một bậc được ứng dụng khi chất hấp phụ có giá rẻ hoặc là chất thải củ sản suất Quá trình hấp phụ nhiều bậc sẽ thu được hiệu quả cao hơn
5.2.1 Quá trình hấp phụ 1 bậc
Quá trình hấp phụ một bậc thực hiện trong thiết bị khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián đoạn Các đại lượng đặt trưng cho quá trình hấp phụ được xác định theo công thức như sau :
Đại lượng hấp phụ
m
C C V
a 0_ c
Với + a : đại lượng hấp phụ, g chất ô nhiễm/ g chất hấp phụ
+ V : thể tích nước ô nhiễm trong thiết bị hấp phụ m3 + C0: nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu, g/lit
+ Cc: nồng độ chất ô nhiễm sau khi hấp phụ g/lit
+ M : lượng chất hấp phụ, g Hệ số phân phối chất ô nhiễm trong các pha:
c
C
a
Với k: hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha( g chất ô nhiễm/ g chất hấp phụ)/( g chất ô nhiễm / lit nước)
5.2.2 Quá trình hấp phụ nhiều bậc
Trang 2Quá trình hấp phụ nhiều bậc được thực hiện trên hệ thống các thiết bị khuấy trộn mắc nối tiếp vận hành liên tục
Lượng than cho vào mỗi bậc được tính theo công thức sau :
g C
C k
V
c
.
0
Với + C0 : Nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu + Cc : Nồng độ chất ô nhiễm sau khi hấp phụ + k : Hệ số phân bố chất ô nhiễm ở các pha + m : Lượng chất hấp phụ, g
+ n : Số bậc hấp phụ trong hệ thống + V : Thể tích nước ô nhiễm trong thiết bị hấp phụ, m3 Nồng độ chất ô nhiễm ở các bậc theo lý thuyết được tính theo công thức sau:
lit g C x k
V
V
i
+
=
m
Với + C0 : Nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu + Ci : Nồng độ chất ô nhiễm sau quá trình hấp phụ ở bậc thứ i, g/l
+ k : Hệ số phân bố chất ô nhiễm ở các pha + V : Thể tích nước ô nhiễm trong thiết bị hấp phụ, m3
5.3 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM, DỤNG CỤ, HOÁ CHẤT 5.3.1 Mô hình thí nghiệm
5.3.1.1 Quá trình hấp phụ 1 bậc
Thực hiện thí nghiệm khảo sát quá trình hấp phụ 1 bậc trên mô hình thiết bị khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián đoạn Mô hình thí nghiệm bình hấp phụ thể tích chứa 1000ml, có gắn cơ cấu khuấy
5.3.1.2 Quá trình hấp phụ nhiều bậc
Thực hiện thí nghiệm khảo sát quá trình hấp phụ nhiều bậc trên mô hình mô phỏng dãy thiết
bị khuấy trộn mắc nối tiếp hoạt động liên tục Mô hình thí nghiệm là dãy 3 bình hấp phụ thể tích chứa cuả mỗi bình là 1000ml, có gắn cơ khuấy mắc nối tiếp nhau Để mô phỏng quá trình hoạt động liên tục, nước thải được lưu tại mỗi bình khuấy trộn với thời gian bằng nhau, sau khi hấp phụ ở bình thứ nhất, nước thải được lọc và đổ vào bình thứ ba……
5.3.2 Dụng cụ
v Giấy lọc / bông lọc
v Máy trắc quang ( streptophotometer) 1 cái
Trang 3v Cân phân tích 1 cái
5.3.3 Hoá chất
v Phẩm nhuộm hoà tan
v Than hoạt tính dạng bột
5.4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
Thực hiện với nước thải nhiễm phẩm thuộc hoà tan Chất hấp phụ được sử dụng là than hoạt tính
5.4.1 Thí nghiệm 1 : hấp phụ 1 bậc
Thí nghiệm với các lượng than hoạt tính khác nhau
ü Lấy V = 1 lít nước thải ô nhiễm phẩm màu cho vào bình khuấy
ü Mở van đáy, lấy khoảng 5 ml nước đem đo độ truyền suốt (T0) của nước thải ban đầu ở bước sóng là λ = 470nm
ü Cân chính xác m1 = 0,5 g than hoạt tính, đổ vào bình khuấy
ü Mở máy khuấy Bắt đầu tính thời gian hấp phụ ( t = 0)
ü Sau mỗi thời gian ∆t = 30 giây, mở van đáy lấy nước vào ống nghiệm, đem lọc qua giấy lọc thu dung dịch và đo độ truyền suốt (T)
ü Thực hiện lấy mẫu và đo độ truyền suốt đến khi độ truyền suốt không đổi( Tc) Lặp lại thí nghiệm với lượng than m2 = 1,0 g : m3 = 1,5 g
5.4.2.Thí nghiệâm 2: hấp phụ nhiều bậc
Thực hiện thí nghiệm trên mô hình hấp phụ 3 bậc mô phỏng quá trình hấp phụ liên tục
Từ lượng than thích hợp xác định được ở quá trình hấp phụ 1 bậc trong thí nghiệm 1, ta xác định lượng than cho vào mỗi bậc của quá trình hấp phụ nhiều bậc như sau :m1= m2 = m3 = m/3, g
Để mô phỏng quá trình liên tục, ta thực hiện thí nghiệm với thời gian lưu ở mỗi bậc là bằng nhau Từ thời gian thích hợp xác định được ở quá trình hấp phụ 1 bậc trong thí nghiệm 1, ta xác định thời gian lưu nước ở mỗi bậc của quá trình hấp phụ nhiều bậc như sau:,
3
3 2 1
t t t
• Lấy V1 = 1 lít nước thải ô nhiễm phẩm màu vào bình khuấy
• Mở van đáy, lấy khoảng 5ml nước đem đo độ truyền suốt (T0) cuả nước thải ban đầu với bước sóng λ= 470nm
• Cân chính xác m1 g than hoạt tính , đổ vào bình khuấy
• Mở máy khuấy Bắt đầu tính thời gian hấp phụ ( t = 0 )
• Sau mỗi thời gian ∆t = 30 giây, mở van lấy nước vào ống nghiệm đem lọc qua giấy lọc thu dung dịch và đo độ truyền suốt( T)
• Thực hiện lấy mẫu và đo độ truyền suốt đến hki t = t1
• Lấy toàn bộ lượng dung dịch còn lại trong bình khuấy thứ nhất, lọc nhanh qua bông
• Lấy V= 900ml dung dịch vào bình khuấy thứ hai
Thực hiện thí nghiệm như trên với lượng than tương ứng với lượng nước là
Trang 4g , x m
1000
900
• Lấy toàn bộ lượng dung dịch còn lại trong bình khuấy thứ hai, lọc nhanh qua bông
• Lấy V2 = 800ml dung dịch vào bình khuấy
Thực hiện thí nghiệm như trên với lượng than tương ứng với lượng nước là
g , x m
1000
800
5.5 TÍNH TOÁN KẾT QUẢ
Từ độ truyền suốt ( T) đo được, ta có thể tính được mật độ quang(D) theo công thức : D= 2 – lg T (5.7)
Với D : mật độ quang hay độ hấp thụ
T : độ truyền suốt, %
Mật độ quang tỉ lệ với nồng độ phẩm màu trong dung dịch nên ta có thể tính đại lượng hấp thụ theo công thức:
m
D D V
a 0_ c
Với :
a : đại lượng hấp thụ
V : thể tích nước ô nhiễm trong thiết bị hấp phụ, m3
D 0 : mật độ quang cuả dung dịch ban đầứng dụng, g/lit
D c : mật độ quang cuả dung dịch sau khi hấp phụ, g/lit
m : lượng chất hấp phụ, g
Tương tự hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha cũng tính theo công thức sau:
c D
a
Với k : hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ,( g phẩm màu/ g chất hấp phụ)/( g phẩm màu / lit nước)
5.5.1 Thí nghiệm 1: hấp phụ một bậc
• Tính mật độ quang ( Di ) ứng với giá trị độ truyền suốt ( Ti ) đo được ở các thí nghiệm theo công thức ( 5.7 )
• Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công thức ( 5.8 )
• Tính hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ( k1 ) theo công thức (5.9 )
5.5.2 Thí nghiệm 2 : hấp phụ nhiều bậc
• Tính mật độ quang ( Di ) ứng với giá trị độ truyền suốt ( Ti ) đo được ở các thí nghiệm theo công thức ( 5.7 )
• Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công thức ( 5.8 )
• Tính hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ( k1) theo công thức (5.9 )
• So sánh hiệu suất hấp phụ giữa các quá trình hấp phụ 1 bậc và nhiều bậc
5.6 KẾT QUẢ 5.6.1 Thí nghiệm1 : hấp phụ một bậc
• Điền các số liệu tính toán trên vào bảng kết quả
Trang 5Thời gian truyền Độ
suốt
Mật độ quang
D1 YI Độ
truyền suốt
Mật độ quang
D1 YI Độ
truyền suốt
Mật độ quang
D1 YI
T,
• Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ mật độ quang theo thời gian ứng với các khối lượng than khác nhau
• Xác định lượng than thích hợp cho quá trình hấp phụ Tại sao chọn giá trị này
5.6.1 Thí nghiệm 2 : hấp phụ 3 bậc
m = g than hoạt tính
Thời gian lấy mẫu
Độ truyền
Thời gian lấy mẫu
Độ truyền
5.7 NHẬN XÉT KẾT QUẢ
5.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản
Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội 1999
2 Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết, Giáo trình phân tích định lượng, Trường Đại học
Bách Khoa TPHCM