Nghiên cứu đặc trưng nước thải phòng thí nghiệm ở trường trung học cơ sở và đề xuất phương án xử lý sơ bộ luận văn thạc sỹ hóa học

Tuy nhiên, thực tế hiện nay là đa số các trường ph thông cấp 2 và cấp 3 đều chưa có biện pháp kỹ thuật l nước thải phòng th nghiệm, do đó các hóa chất sau khi được s dụng trong các tiết

NGUYỄN DUY LINH

NGHI N C U Đ C TRƯNG NƯ C THẢI H NG

TH NGHIỆ TRƯỜNG TRUNG HỌC C

LỜI C N

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hoa Du, chủ nhiệm khoa hóa – Trường

Đại học Vinh đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn khoa học, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi nghiên cứu và hoàn thành luân văn này

- Ban chủ nhiệm khoa Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Hóa cùng các thầy giáo, cô giáo thuộc bộ môn Hóa vô cơ khoa Hóa học trường Đại học Vinh đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành luận văn này

- Cá c thầy cô phụ trách phòng th nghiệm hóa vô cơ trường Đại học Vinh, trường Đại học Sài Gòn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu

- Tôi cũng xin cảm ơn tất cả những người thân trong gia đình, Ban giám hiệu Trường THCS Bình Chánh, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

TP.Vinh, tháng 10 năm 2012

Nguyễn Duy Linh

ỤC LỤC

Trang bìa phụ - i

LỜI CÁM ƠN - ii

MỤC LỤC - iii

CÁC HIỆU VI T TẮT TRONG LUẬN VĂN - vi

DANH MỤC BẢNG BI U - vii

DANH MỤC H NH - viii

PHẦN MỞ ĐẦU - 1

CHƯƠNG 1: T NG QUAN 1.1 Môi trường và sự ô nhiễm môi trường - 4

1.1.1 Đ nh ngh a môi trường - 4

1.1.2 hái niệm về ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nước - 4

1.2 Chất thải PTN hóa học - 5

1.2.1 Phân loại theo t nh chất - 5

1.2.2 Phân loại theo nhóm nguồn ho c dòng thải ch nh - 7

1.2.3 Đ c điểm chung của chất thải PTN trường ph thông - 9

1.2.4 Hoạt động của PTN ở nhà trường ph thông - 9

1.2.5 Chất thải PTN trường THCS - 10

1.3 Các phương pháp l chất thải và nước thải PTN - 10

1.3.1 Phương pháp vật l : - 10

1.3.1.1 Lọc, phân loại bằng song chắn - 10

1.3.1.2 Bể lọc, lắng bằng cát - 11

1.3.2 Phương pháp hóa l - 11

1.3.2.1 Phương pháp hấp phụ bằng than hoạt t nh - 11

1.3.2.2 Phương pháp trung hòa - 12

1.3.2.3 Phương pháp o i hóa kh - 14

1.3.2.4 Phương pháp kết tủa - 16

1.3.2.5 Phương pháp trao đ i ion - 17

1.3.2.6 Một số phương pháp khác - 19

1.4 Thực trạng vấn đề quản l và l chất thải PTN trường học - 20

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHI N C U VÀ Ỹ THUẬT TH C NGHIỆM 2.1 Phương pháp thống kê - 24

2.2 Phương pháp t nh toán - 25

2.3 Phương pháp thực nghiệm ác đ nh hàm lượng các chất ô nhiễm - 27

2.3.1 Xác đ nh t ng chất rắn lơ l ng Suspension Solid-SS) - 27

2.3.2 Xác đ nh t ng chất rắn hòa tan Diluted Solid-DS) - 28

2.3.3 Xác đ nh độ a it trong nước thải - 28

2.3.4 Xác đ nh pH của nước thải: - 29

CHƯƠNG 3: TH C NGHIỆM, T QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Đánh giá đ c trưng nước thải PTN trường THCS - 30

3.2 Xác đ nh 1 số thông số chất lượng nước thải PTN - 31

3.2.1 Xác đ nh đ c t nh a it-ba ơ của nước thải - 31

3.2.2 Xác đ nh pH, chất rắn lơ l ng, chất rắn hòa tan,dung lượng t ng nước thải - 39

3.2.3 Thực nghiệm ác đ nh độ a it trong nước thải - 41

3.3 ết quả thực nghiệm khảo sát khả năng l nước thải PTN trường THCS bằng đá vôi CaCO3) - 42

3.4 Thiết kế công nghệ và thiết b l nước thải PTN trường THCS - 48

3.4.1 Cơ sở thiết kế: - 48

3.4.2 Sơ đồ công nghệ l - 49

3.4.2.1 Công nghệ l một giai đoạn - 49

3.4.2.2 Công nghệ l hai giai đoạn - 50

3.4.2.3 Công nghệ l ba giai đoạn - 50

3.4.3 T nh toán thiết kế thiết b l - 51

3.4.3.1 Song chắn - 52

3.4.3.2 Thiết b l - 53

3.4.3.3 Vật liệu l - 56

3.4.3.4 Chi ph ây dựng hệ thống l - 57

3.4.3.5 Mô hình hệ thống l sơ bộ - 57

3.5 Đề uất phương pháp quản l chất thải PTN ở trường ph thông - 59

3.5.1 Phân loại hóa chất và việc bảo quản, s dụng trong PTN trường THCS 59 3.5.2 Đề uất một số biện pháp quản l chất thải PTN ở trường ph thông - 61

3.5.2.1 Đối với hóa chất thải không có đ c t nh nguy hại - 61

3.5.2.2 Đối với chất thải có đ c t nh nguy hại - 62

T LUẬN VÀ I N NGH - 67

TÀI LIỆU THAM HẢO - 68

D NH ỤC ẢNG I U

Bảng 1.1: Các đ c t nh của than hoạt t nh hạt và than hoạt t nh bột

Bảng 1.2: X l chất thải bằng chất o y hóa

Bảng 1.3: X l chất thải bằng chất kh

Bảng 1.4: Các hóa chất thường s dụng trong quá trình kết tủa

Bàng 2.1: Số liệu hóa chất s dụng trong chương trình hóa THCS

Bảng 3.1: Giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

công nghiệp

Bảng 3.2: Các thông số ô nhiễm và giới hạn cho ph p của nước thải phòng

th nghiệm trường trung học cơ sở

Bảng 3.3: Thống kê lượng hóa chất trong mẫu nước thải PTN tháng 9

Bảng 3.4: Thống kê lượng hóa chất trong mẫu nước thải PTN tháng 10 Bảng 3.5: Thống kê lượng hóa chất trong mẫu nước thải PTN tháng 11 Bảng 3.6: Thống kê lượng hóa chất trong mẫu nước thải PTN tháng 12 – 1 Bảng 3.7: Thống kê lượng hóa chất trong mẫu nước thải PTN tháng 2

Bảng 3.8: Thống kê lượng hóa chất trong mẫu nước thải PTN tháng 3

Bảng 3.9: Thống kê lượng hóa chất trong mẫu nước thải PTN tháng 4

Bảng 3.13: hối lượng chất rắn lơ l ng sau khi l bằng đá vôi

Bảng 3.14: Tải lượng nước thải PTN cho một nhóm học sinh

Bảng 3.15: Tải lượng nước thải PTN cho một lớp

Bảng 3.16: Bảng dự toán chi ph ây dựng hệ thống l sơ bộ nước thải

PTN trường THCS

Bảng 3.17: T nh chất nguy hại của 1 số hóa chất s dụng trong PTN trường

THCS

D NH ỤC H NH

Hình 1.1: Sự quan tâm của học sinh đến CTNH

Hình 3.1: Thành phần nước thải chứa nH+ và nOH

Hình 3.12: Sơ đồ công nghệ l 1 giai đoạn

Hình 3.13: Bể thu gom, trộn dòng thải và trung hòa

Hình 3.14: Mô hình công nghệ l 2 giai đoạn

Hình 3.15: Sơ đồ công nghệ l 3 giai đoạn

HẦN ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nước là nguồn tài nguyên qu báu, nguồn sống của nhân loại Chúng ta

đang đứng trước nguy cơ ô nhiễm môi trường và khan hiếm nguồn nước sạch

Do đó việc bảo quản nguồn nước sạch và bảo vệ môi trường sẽ góp phần nâng cao điều kiện sống và sức khỏe con người, đ y mạnh phát triển kinh tế - ã hội

Hiện nay ở hầu hết các trường ph thông đều có phòng th nghiệm hóa học phục vụ việc dạy học hóa học Một trong những nội dung dạy học hóa học đó là dạy học sinh bảo vệ môi trường Tuy nhiên, thực tế hiện nay là đa số các trường ph thông cấp 2 và cấp 3 đều chưa có biện pháp kỹ thuật l nước thải phòng th nghiệm, do đó các hóa chất sau khi được s dụng trong các tiết dạy đều thải trực tiếp ra môi trường theo đường nước thải sinh hoạt Điều đó t nhiều gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nguồn nước và môi trường sống của chúng ta Để có biện pháp l th ch hợp và khả thi đối với điều kiện trường ph thông, cần điều tra, đánh giá những đ c điểm thành phần, tần suất thải của nước thải phòng th nghiệm các trường học Đồng thời,

để giảm thiểu tác động đối với môi trường, các phòng th nghiệm cần có các biện pháp quản l chất thải tốt

Trên cơ sở thực tiễn đó và bản thân đang công tác giảng dạy hóa học tại

trường Trung học cơ sở, chúng tôi chọn đề tài ‘‘

làm nội dung nghiên cứu luận văn cao học Hy vọng kết quả thu được

từ đề tài này sẽ cung cấp cho chúng ta một bức tranh t ng quan về chất thải trong phòng th nghiệm ở trường ph thông cơ sở, đồng thời đưa ra được cách

l nước thải này một cách đơn giản với chi ph thấp

c đích n hi n c u

- Nghiên cứu đ c trưng nước thải phòng th nghiệm PTN trường trung học

cơ sở

- Đề uất phương án l sơ bộ nước thải PTN trường trung học cơ sở

- Đề uất phương pháp quản l chất thải PTN

- Điều tra t ng lượng chất thải thải ra ở các PTN trường trung học cơ sở

- kiến các đồng nghiệp về thực trạng chất thải PTN gây ảnh hưởng đến môi trường

- Th nghiệm tác dụng của đá vôi trong việc l sơ bộ nước thải PTN

- Đề uất và thiết kế thiết b l sơ bộ nước thải PTN dùng đá vôi

- Đo các thông số cơ bản trước và sau khi l nước thải PTN với đá vôi

Nh n đ n p c đề tài

- Phân t ch và đánh giá được đ c trưng nước thải PTN trường trung học cơ sở

- Đề uất phương pháp l và thiết kế th nghiệm thiết b l sơ bộ chất thải PTN trường trung học cơ sở

- Đề uất phương pháp quản l chất thải PTN trường trung học cơ sở

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến ngh ; nội dung gồm 3 chương ch nh:

Ch n 1: T ng quan

1.1 Môi trường và sự ô nhiễm môi trường

1.2 Chất thải PTN trường trung học cơ sở THCS

1.3 Các phương pháp l chất thải và nước thải PTN trường THCS

Ch n : Phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm

Ch n 3: Thực nghiệm, kết quả và thảo luận

3.1 Đánh giá đ c trưng nước thải PTN trường THCS

3.2 Xác đ nh một số thông số chất lượng nước thải PTN trường THCS 3.3 Kết quả thực nghiệm quá trình l nước thải PTN trường THCS bằng đá vôi CaCO3)

3.4 Thiết kế, th nghiệm thiết b l sơ bộ nước thải PTN trường trung học cơ sở

3.5 Đề uất phương pháp quản l chất thải PTN trường THCS

CHƯ NG 1 T NG U N 1.1 i tr n và s nhiễm m i tr n

1.1.1

Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản uất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên [1], [18]

Đối với con người, môi trường sống là t ng hợp các điều kiện vật l , hóa học, kinh tế ã hội có ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của từng cá nhân, của cộng đồng con người

Để đánh giá chất lượng môi trường, người ta thường đo đạc, phân t ch và

so sánh các thông số chất lượng môi trường với các tiêu chu n về chất lượng môi trường do từng quốc gia hay các t chức quốc tế đưa ra [10]

1.1.2

Ô nhiễm môi trường là các thay đ i không mong muốn về t nh chất vật

l , hóa học, sinh học của không kh , nước hay đất có thể gây ảnh hưởng có hại cho sức khỏe, sự sống, hoạt động của con người hay các sinh vật khác [8], [14]

Một đ nh ngh a khác về ô nhiễm môi trường được s dụng khá ph biến hiện nay cho rằng, ô nhiễm môi trường là quá trình con người chuyển vào môi trường các chất hay dạng năng lượng có khả năng gây hại cho sức khỏe của con người, sinh vật, hệ sinh thái, hủy hoại cấu trúc, sự hài hòa, ho c làm ảnh hưởng đến các tác dụng lợi ch vốn có của môi trường [1]

Qua 2 khái trên ta nhận thấy có sự khác nhau r rệt về quan niệm, khái niệm thứ nhất ch để nói đến sự tác động một cách khách quan của các yếu tố

tự nhiên đến sự ô nhiễm môi trường, còn khái niệm thứ hai ch r ô nhiễm

môi trường phần lớn do con người tác động trực tiếp hay gián tiếp vào môi trường

Từ những khái niệm trên, sự ô nhiễm môi trường có thể được hiểu ngắn gọn theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam là: ô nhiễm môi trường là sự làm thay đ i t nh chất của môi trường, vi phạm tiêu chu n môi trường

1.2 Chất thải TN h học

Đối với trường ph thông PTN hóa học là một bộ phận không thể tách rời với hoạt động dạy học PTN là nơi giúp học sinh tiến hành các th nghiệm nhằm củng cố lại các kiến thức đã l nh hội trên l thuyết, ho c nghiên cứu các kiến thức của bài học mới Song song với các tiết thực hành th nghiệm này thì có một lượng không nhỏ các chất thải hóa học ở PTN được thải ra môi trường Trong số đó có phần lớn chất thải nguy hại đến môi trường sinh thái

và đến sức khỏe con người

Các chất thải nguy hại này được phân làm 2 loại ch nh: Phân loại theo

t nh chất và phân loại theo nhóm nguồn ho c dòng thải ch nh [19]

1.2.1 â loạ eo í

Theo quyết đ nh 23/2006/QĐ-BTNMT ban hành ngày 26 tháng 12 năm

2006 thì chất thải nguy hại bao gồm các đ c t nh sau: [19]

- Tạo ra các loại kh ở nhiệt độ, áp suất và tốc độ gây thiệt hại cho môi

trường ung quanh

Mã H : C B sel

N : ý ủ d ổ

 Dễ ch y (C)

Chất thải dễ cháy được chia là 4 nhóm như sau :

- Chất thải lỏng dễ cháy H3 : là chất thải ở dạng lỏng, hỗn hợp ho c chất lỏng chứa chất rắn hòa tan ho c lơ l ng, có nhiệt độ bắt cháy thấp theo các tiêu chu n hiện hành điểm chớp cháy nhỏ hơn 60o

C hay 140oF)

- Chất thải rắn dễ cháy H4 : là chất thải rắn có khả năng tự bốc cháy ho c phát l a do ma sát trong các điều kiện vận chuyển

- Chất thải có khả năng tự bốc cháy H4.2 : là chất thải rắn ho c lỏng có thể

tự nóng lên trong điều kiện vận chuyển bình thường, ho c tự nóng lên do tiếp

úc với không kh và có khả năng bốc cháy

- Chất thải tạo ra kh dễ cháy H4.3 : là chất thải khi tiếp úc với nước có khả năng tự bốc cháy ho c tạo ra lượng kh dễ cháy nguy hiểm

- Trong trường hợp các chất thải nguy hại có t nh ăn mòn rò r nó sẽ phá hủy các vật liệu, hàng hóa và phương tiện vận chuyển

- Thông thường đó là các chất ho c hỗn hợp các chất có t nh axit mạnh pH nhỏ hơn ho c bằng 2 , ho c kiềm mạnh pH lớn hơn hay bằng 12,5

 Chất thải c tính độc (Đ)

- Độc cấp t nh H6.1 : là các chất thải có thể gây t vong, t n thương nghiêm trọng ho c có hại cho sức khỏe qua đường ăn uống, hô hấp ho c qua da

- Độc từ từ ho c mãn t nh H11 : chất thải có thể gây ra các ảnh hưởng từ từ

ho c mãn t nh, kể cả gây ung thư do ăn phải, h t thở phải ho c ngấm qua da

- Sinh kh độc H10 : là các chất thải có chứa các thành phần mà khi tiếp úc với không kh ho c với nước sẽ phải phóng ra kh độc, gây nguy hiểm đối với người và sinh vật

- Chất thải có t nh độc sinh thái ĐS – H1): Chất thải được em là chất thải nguy hại có t nh độc sinh thái khi có thể gây ra các tác hại nhanh chóng ho c

từ từ đối với môi trường thông qua t ch luỹ sinh học ho c gây tác hại đến các sinh vật

 Chất thải dễ lây nhiễm (LN – H6.2):

Chất thải được coi là nguy hại và có đ c t nh lây nhiễm khi chất thải có chứa vi sinh vật ho c độc tố gây bệnh cho người và động vật

1.2.2 â loạ eo o d í

Theo quyết đ nh 23/2006/QĐ-BTNMT ban hành ngày 26 tháng 12 năm

2006 thì chất thải nguy hại còn được ác đ nh dựa theo nhóm nguồn ho c dòng thải ch nh:

01 Chất thải từ ngành thăm dò, khai thác, chế biến khoáng sản, dầu kh và than

02 Chất thải từ ngành sản xuất hoá chất vô cơ

03 Chất thải từ ngành sản xuất hoá chất hữu cơ

04 Chất thải từ ngành nhiệt điện và các quá trình nhiệt khác

05 Chất thải từ ngành luyện kim

06 Chất thải từ ngành sản xuất vật liệu xây dựng và thuỷ tinh

07 Chất thải từ quá trình x l , che phủ bề m t, tạo hình kim loại và các vật liệu khác

08 Chất thải từ quá trình sản xuất, điều chế, cung ứng, s dụng các sản

ph m che phủ (sơn, v c ni, men thuỷ tinh), chất kết d nh, chất b t k n và mực in

09 Chất thải từ ngành chế biến gỗ, sản xuất các sản ph m gỗ, giấy và bột giấy

10 Chất thải từ ngành chế biến da, lông và dệt nhuộm

11 Chất thải xây dựng và phá dỡ (kể cả đất đào từ các khu vực b ô nhiễm)

12 Chất thải từ các cơ sở tái chế, l , tiêu huỷ chất thải, l nước cấp sinh hoạt và công nghiệp

13 Chất thải từ ngành y tế và thú y (trừ chất thải sinh hoạt từ ngành này)

14 Chất thải từ ngành nông nghiệp, lâm nghiệp và thuỷ sản

15 Thiết b , phương tiện giao thông vận tải đã hết hạn s dụng và chất thải từ hoạt động phá dỡ, bảo dưỡng thiết b , phương tiện giao thông vận tải

16 Chất thải hộ gia đình và chất thải sinh hoạt từ các nguồn khác

17 Dầu thải, chất thải từ nhiên liệu lỏng, chất thải dung môi hữu cơ, môi chất lạnh và chất đ y (propellant)

18 Các loại chất thải bao bì, chất hấp thụ, giẻ lau, vật liệu lọc và vải bảo vệ

19 Các loại chất thải khác

1.2.3 ủ N ổ

Nhìn chung chất thải phòng th nghiệm trường ph thông thường chứa một số loại hóa chất có đ c t nh sau: [3], [26]

- Dung môi dễ cháy (axeton , ancol, axetonitrin… ;

- Chất ăn mòn (axit clohidric, Kali hidroxit dạng viên… ;

- Các chất hoạt t nh hóa học mạnh như: Xianua, Sunfua, chất oxi hoá, chất

dễ n , các chất không n đ nh, và cả những chất háo nước;

- Các chất độc hại: kim loại n ng, chất gây biến đ i gen, chất sinh ung thư, chất gây độc mãn t nh và cấp t nh (Cloroform, ethidium bromide,… ;

- Polychlorinated biphenyl (nồng độ > 50ppm);

Như vậy theo quyết đ nh 23/2006/QĐ-BTNMT ban hành ngày 26 tháng

12 năm 2006 thì chất thải PTN trường ph thông thuộc vào nhóm chất thải có

đ c t nh dễ n , dễ cháy, chất o y hóa, chất ăn mòn và chất thải có t nh độc

1.2.4 Hoạ ủ N ổ

Đối với bộ môn hóa học, th nghiệm giữ vai trò đ c biệt quan trọng như một bộ phận không thể tách rời của quá trình dạy học Thông qua th nghiệm người học nắm bắt được kiến thức bộ môn, đồng thời hình thành kỹ năng thực hành Do đó việc giảng dạy hóa học luôn được tiến hành ngay trong PTN

ho c phòng bộ môn để gắn liền việc giảng dạy l thuyết với thực hành, giúp học sinh nắm kiến thức một cách hứng thú, sinh động, vững chắc và sâu sắc hơn Vì vậy, tùy theo mục đ ch của quá trình học tập mà hoạt động th nghiệm

ở trường ph thông của học sinh được chia làm 3 dạng khác nhau [4]:

- Th nghiệm minh họa hay nghiên cứu bài mới: được tiến hành theo từng cá nhân ho c theo nhóm được phân chia trước

- Th nghiệm thực hành: nhằm củng cố những kiến thức mà học sinh l nh hội được trong những giờ học trước, r n luyện kỹ năng, kỹ ảo và kỹ thuật tiến hành th nghiệm

- Th nghiệm ngoại khóa: th nghiệm vui, th nghiệm tăng cường hứng thú học tập, nâng cao vai trò giáo dục kỹ thuật t ng hợp, gắn liền kiến thức đã học với đời sống thực tế sản uất

1.2.5 C N HC

Đối với các th nghiệm ở trường THCS hóa chất s dụng thường là

những loại ph biến, nên nước thải PTN trường THCS chủ yếu là: [15], [16]

- Chất kh hòa tan (CO2, SO2, NH3, HCl…

- Chất rắn lơ l ng SS và chất rắn hòa tan (DS)

- Chất rắn không tan, vụn kim loại Zn, Fe, Cu, Ag…

- Chất hữu cơ (rượu etylic, a it a etic…

Theo sự phân loại chất thải nguy hại của quyết đ nh BTNMT thì chất thải PTN trường THCS thuộc nhóm chất thải lỏng dễ cháy, chất ăn mòn, chất độc từ từ ho c mãn t nh, chất thải sinh kh độc, chất thải có

23/2006/QĐ-t nh độc sinh 23/2006/QĐ-thái

1.3 C c ph n ph p x l chất thải và n c thải TN

Nước thải nói chung có chứa rất nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải l bằng những phương pháp th ch hợp khác nhau Sau đây là t ng quan một số phương pháp l nước thải: phương pháp vật l , phương pháp hóa l [14], [9], [7], [3], [28]

1.3.1 lý:

1.3.1.1 Lọc, phân loại bằng song chắn:

- Ưu điểm: phân loại và tách được các chất rắn không tan với k ch thước lớn

- huyết điểm: không tách được các chất không tan với k ch thước nhỏ, các chất tan trong chất thải Đôi khi gây cản trở dòng chảy nước thải [14]

1.3.2 lý

1.3.2.1 Phương pháp hấp phụ: bằng than hoạt t nh

Than hoạt t nh được điều chế từ ương động vật, gỗ, vỏ trấu, gáo dừa, v.v Chất lượng của than hoạt t nh phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu ban đầu và phương pháp điều chế than hoạt t nh Than hoạt t nh có k ch thước lỗ lớn > 25nm, trung bình > 1nm và < 25nm; vi lỗ < 1nm Có hai loại than hoạt t nh là than hoạt t nh bột PAC có đường k nh hạt < 0,074mm, và than hoạt t nh hạt GAC đường k nh > 0,1mm [3], [11]

ản 1.1: C c đặc tính c th n hoạt tính hạt và th n hoạt tính bột [14]

T ng diện t ch bề m t m2

/g) hối lượng riêng kg/m3

) hối lượng riêng, t m ướt trong nước kg/l

1.3.2.2 Phương pháp trung hòa

Nước thải PTN chứa nhiều axit ho c kiềm Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không b phá hoại, ta cần phải trung hòa nước thải Trung hòa còn nhằm mục đ ch tách loại một số ion kim loại n ng ra khỏi nước thải

M t khác muốn nước thải được x l tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều ch nh pH về 6,6 -7,6 [9] Trung hòa bằng cách

dùng các dung d ch axit ho c muối axit, các dung d ch kiềm ho c oxit kiềm để trung hòa dung d ch nước thải [9]

Công nghệ l cần t nh đến khả năng trung hòa lẫn nhau giữa các loại nước thải chứa a it và kiềm

Quá trình trung hòa được thực hiện trong các bể trung hòa kiểu làm việc liên tục hay gián đoạn theo chu k Nước thải sau khi trung hòa có thể cho lắng ở các hố lắng tập trung và nếu điều kiện thuận lợi, các hố lắng này có thể t ch có thể trữ được c n lắng trong khoảng 10 – 15 năm Thể t ch c n lắng phụ thuộc vào nồng độ a it, ion kim loại n ng trong nước thải, vào dạng

và liều lượng hóa chất, vào mức độ lắng trong,…[11] V dụ: hi trung hòa nước thải bằng vôi sữa chế biến từ vôi th trường chứa 50 CaO hoạt t nh sẽ tạo nhiều c n lắng hơn so với dùng NaOH công nghiệp

Việc lựa chọn biện pháp trung hòa phụ thuộc vào lượng nước thải, chế

độ ả thải, nồng độ, hóa chất có ở đ a phương Một số hóa chất dùng để trung hòa: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3,…

 Trung hòa bằng cách trộn nước thải chứa a it và chứa kiềm:

Phương pháp này được dùng khi x l nước thải chứa axit ho c chứa kiềm khi chúng được tập trung lại để l và quá trình thải ra của các loại nước thải này đồng thời ho c nước thải chứa axit thường được thải một cách điều hoà ngày đêm, có nồng độ nhất đ nh, còn nước thải chứa kiềm lại thải theo chu k , một ho c hai lần trong một ca tùy thuộc vào chế độ công việc

 Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua những lớp vật liệu

có tác dụng trung hòa

- S dụng cho nước thải chứa HCl, HNO3, H2SO4 với hàm lượng dưới 5mg/l và không chứa muối kim loại n ng

- Cách tiến hành: cho nước thải tiếp xúc các vật liệu lọc là đá vôi, magiezit, đá hoa cương, đôlômit,… k ch thước hạt 3-8 cm với tốc độ phụ thuộc vào vật liệu nhưng không quá 5m3/h và thời gian tiếp xúc không quá

10 phút, nước thải có thể chuyển động ngang ho c đứng trong thiết b l

 Trung hòa nước thải bằng cách cho thêm hóa chất:

Nếu nước thải chứa quá nhiều axit hay kiềm tới mức không thể trung hòa bằng cách trộn lẫn chúng với nhau được thì phải cho thêm hóa chất Phương pháp này thường để trung hòa axit

Để trung hòa axit vô cơ có thể dùng bất k dung d ch có t nh bazơ nào Hóa chất rẻ tiền và dễ kiếm là Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3, đôlômit, còn NaOH và ôđa Na2CO3 ch được dùng khi chúng là phế liệu Liều lượng hóa chất được xác đ nh theo điều kiện trung hòa hoàn toàn axit tự do và lấy lớn hơn t nh toán một chút [19]

Các chất vô cơ thường là các chất không l bằng phương pháp sinh học được Các ion kim loại n ng không thể l bằng vi sinh vật và cũng không loại bỏ được chúng dưới dạng c n, ch 1 phần b hấp phụ bằng bùn hoạt t nh Thủy ngân, asen,… còn là những chất rất độc khó l mà còn tiêu diệt các vi sinh vật có lợi trong nước thải

Do đó s dụng phương pháp o y hóa kh nhằm s dụng chất có khả năng o y hóa ho c kh để chuyển chất vô cơ hòa tan dạng độc sang dạng không độc trong nước thải Hai bảng 1.2 và bảng 1.3 liệt kê các chất o y hóa

kh và các loại chất thải thường được áp dụng phương pháp này [16], [28]

ản 1.2: l chất thải bằn chất oxy h

Ozon

hông kh o y kh quyển Sunfit (SO3-2), Sunfua (S-2), Fe+2

h Clo và út Xianua (CN-)

Clorua oxit (oxy clorua) Xianua, thuốc trừ sâu Diquat, Paraquat

Natri hypoclorit Xianua, chì

Canxi hypoclorit Xianua

Kali permanganat Xianua, chì, phenol, Diquat, Paraquat, hợp chất hữu cơ có lưu hu nh, Rotenone, formaldehyde

Hydro peroxit Phenol, Xianua, hợp chất lưu hu nh, chì

Chất thải có chứa thủy ngân NaBH4

Tuy nhiên quá trình l bằng phương pháp này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó phương pháp này ch được dùng để loại các tạp chất gây nhiễm b n trong nước mà không thể tách bằng phương pháp khác như ianua hay hợp chất hòa tan của As

M t khác chúng ta nhận thấy đối với loại chất thải PTN trường THCS, hàm lượng các chất vô cơ độc hại phải được l bằng phương pháp này là rất thấp, nên phương pháp này không tối ưu để l chất thải PTN trường THCS

1.3.2.4 Phương pháp kết tủa

Cơ chế của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải ho c chất rắn lơ l ng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng c n

Trước đây người ta thường dùng quá trình này để kh bớt chất rắn lơ

l ng, sau đó là BOD nhu cầu o y sinh học của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần l theo từng thời điểm; khi nước thải cần phải đạt đến một giá tr BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình

l sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ cấp và thứ cấp Các hóa chất thường s dụng cho quá trình này được liệt kê trong

bảng 1.4 Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất s dụng và yêu cầu quản l Thông thường nếu t nh toán tốt quá trình này có thể loại được 80 - 90% TSS, 40 - 70% BOD5, 30 - 60 COD và 80 - 90 vi khu n trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường ch loại được 50 - 70% TSS, 30 - 40% chất hữu cơ [11], [12]

ản 1.4: C c h chất th n s d n tron qu trình kết t

Trọn

l n phân t

60 - 75

60 - 75

78 - 80 (49%)

83 - 85 (49%)

Sắt III sunfat Fe2(SO4)3

Ghi chú lb/ft3 16,0185 = kg/m

1.3.2.5 Phương pháp trao đ i ion

Trao đ i ion là quá trình tương tác của dung d ch với pha rắn có t nh chất trao đ i ion chứa nó bằng các ion khác có trong dung d ch Bằng cách này người ta có thể loại đi một số ion trong dung d ch nước

Phương pháp này được ứng dụng để làm sạch nước ho c nước thải khỏi các kim loại như: Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, Hg, Cd, V, Mn,…, cũng như các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ, kh muối trong nước cấp, cho ph p thu hồi các chất có giá tr và đạt mức độ làm sạch cao Vì

vậy, nó được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong x l nước và nước thải [9], [11], [13]

 Cơ sở của quá trình trao đ i ion:

Trao đ i ion theo t lệ tương đương và trong phần lớn các trường hợp là phản ứng thuận ngh ch Phản ứng trao đ i ion xảy ra do hiệu số thế hóa học của các ion trao đ i Phương trình trao đ i t ng quát có dạng: [9]

mA + RmB ↔ RmA + mB Quá trình trao đ i ion có thể tiến hành qua một số giai đoạn sau [11]:

- Vận chuyển các ion A từ trong dòng chất lỏng đến m t ngoài màng biên bao quanh hạt ionit

- Khuếch tán các hạt qua lớp biên

- Vận chuyển các ion qua bề m t phân chia pha vào hạt nhựa

- Khuếch tán ion A vào trong hạt đến bề m t phân chia pha

- Phản ứng trao đ i ion A và B

- Khuếch tán ion B bên trong hạt đến bề m t phân chia pha

- Chuyển ion B qua bề m t phân chia pha đến m t trong màng biên

- Khuếch tán ion B qua màng

- Khuếch tán ion B vào trong dòng lỏng

 Các chất trao đ i ion (nhựa trao đ i ion):

Các chất có khả năng trao đ i ion được gọi là các ionit Tùy theo loại trao đ i mà nhựa có tên là cationit hay anionit Ngoài ra do khả năng trao

đ i với các ion H+ hay có nhóm OH- mà nó sẽ có t nh a it hay ba ơ Nhìn chung cấu tạo của các chất trao đ i ion gồm hai phần: phần gốc và phần mang nhóm ion được trao đ i

1.3.2.6 Một số phương pháp khác

 Các phương pháp điện hóa

Người ta s dụng quá trình oxy hóa cực anot và kh của catot, đông

tụ điện,…để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán lớn

Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải

Các phương pháp điện hóa cho ph p lấy từ nước thải các sản ph m có giá tr bằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, tự động hóa mà không cần s dụng các tác nhân hóa học Các phương pháp này còn được dùng

để x l nước thải chứa nhiều xianua trong công nghệ mạ điện

Nhược điểm ch nh của các phương pháp này là tiêu hao năng lượng điện lớn

Tuy nhiên, việc làm sạch nước thải bằng các phương pháp này có thể tiến hành gián đoạn ho c liên tục [3]

 Phương pháp tuyển n i

Phương pháp tuyển n i thường được s dụng để tách các tạp chất rắn không tan ho c tan ho c lỏng có t trọng nhỏ hơn t trọng của chất lỏng làm nền Nếu sự khác nhau về t trọng đủ để tách, gọi là tuyển n i tự nhiên

Trong l chất thải, tuyển n i thường được s dụng để kh các chất

1.4 Th c trạn vấn đề quản l và x l chất thải TN tr n học

Để nhận đ nh được một cách khách quan về tình hình quản l và l chất thải PTN trường học, chúng tôi đã khảo sát và phỏng vấn một số giáo viên, công nhân viên đang trực tiếp giảng dạy ho c công tác tại các PTN hóa học Mục đ ch của điều tra phỏng vấn sẽ giúp chúng tôi:

+ Nhận đ nh được thực trạng nước thải PTN hóa học trường học đã được

l trước khi thải vào môi trường hay chưa?

+ Thái độ quan tâm của các giáo viên, giảng viên giảng dạy hay làm việc tại các phòng th nghiệm hóa học và học sinh đối với các chất thải nguy hại khi thải vào môi trường

+ Việc đ i mới trong phương pháp giảng dạy theo hướng tăng cường thực nghiệm minh họa cho học sinh thì giáo viên, giảng viên tại các PTN có suy ngh gì về chất thải tại các PTN hóa học ở trường học thải ra

Dưới đây là nội dung các câu hỏi điều tra và kiến trả lời của một số giáo viên

- Xin Cô cho biết hiện nay khi giảng dạy hóa học thì việc tiến hành các

th nghiệm minh họa hay th nghiệm thực hành là có cần thiết hay không?

 Cô Văn Th Diễm Trang – Trường THCS Dương Bá Trạc quận 8:

- Theo Thầy việc đ r a hóa chất dư hay chất thải sau khi th nghiệm vào

hệ thống nước thải sinh hoạt, rồi thải trực tiếp ra môi trường có ảnh hưởng đến nguồn nước không?

 Thầy Nguyễn Thành Nhân – Trường THCS Nguyễn Minh Hoàng

 Cô Nguyễn im Ngân – Trường Trung cấp ỹ Thuật Nghiệp Vụ Nam

Sài Gòn Quận 8: l í

đ c t nh cũng như tác hại mà CTNH gây ra Việc khảo sát cũng cho thấy, 99% học sinh không biết cách phân loại chất thải nguy hại sau quá trình thực nghiệm, và 90 học sinh chưa quan tâm đến tác hại chất thải nguy hại Điều này cho thấy việc giảng dạy kiến thức về chất thải nguy hại nói chung và chất thải nguy hại PTN nói riêng chưa được ph biến tại các trường

đ nh riêng để giảm thiểu nguy hiểm trong phòng, nhưng khâu đưa rác thải ra

ngoài môi trường thế nào cho đảm bảo an toàn với môi trường ung quanh thì gần như b bỏ trống Cụ thể là chưa có một quy trình cụ thể trong việc

l rác thải từ phòng th nghiệm Hiện nay, l rác thải từ phòng th nghiệm

ch biết trông mong vào sự quan tâm của mỗi trưởng phòng th nghiệm, vì

nó gắn liền với chuyên môn của người nghiên cứu [30]

- Thầy Phạm Hoà – Phó Hiệu trưởng Trường THPT Lê Viết Thuật – Tp Vinh cho biết: Chúng tôi cũng mong muốn các ban, ngành chức năng sớm giúp các nhà trường l chất thải hoá học sau giờ th nghiệm, đồng thời tiêu huỷ số lượng hoá chất tồn dư không s dụng được theo đúng quy trình để giữ môi trường trong sạch và bảo vệ sức khoẻ cộng đồng, mà trước mắt là bảo vệ sức khoẻ của ch nh các em học sinh [29]

Qua đây chúng ta cũng thấy được thực trạng chất thải phòng th nghiệm chưa được quản l và l một cách hợp l Những giáo viên hay các cán bộ phụ trách phòng th nghiệm đều mong muốn có một hệ thống l lượng hóa chất dư, l các chất thải ra sau các giờ th nghiệm một cách hiệu quả, nhằm giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm nguồn nước Vì có thể lượng chất thải theo từng thời điểm, từng khu vực riêng lẻ là không nhiều nhưng t ng lượng các chất thải đó ở các khu vực và trong cùng một thời điểm sẽ là con số báo động cho tình hình ô nhiễm môi trường ở thành phố Hồ Ch Minh nói riêng và ở Việt Nam nói chung

Chúng tôi đã thống kê đƣợc lƣợng hóa chất đã s dụng trung bình trong một năm của một lớp 8 và một lớp 9 với học sinh mỗi lớp là 40 đƣợc chia làm

8 nhóm khi thực hành th nghiệm Bảng 2.1) Số liệu t nh toán trong bảng 2.1 nhằm đƣa ra con số t ng thể về lƣợng hóa chất tối thiểu s dụng trong các th nghiệm Trên thực tế, tuy theo từng đơn v mà số liệu này có thể tăng lên

khoảng 1,5 – 2 lần do pha chế hỏng, làm th nghiệm hỏng phải làm lại

ẢNG 1: Ố LIỆU HÓ CHẤT DỤNG TR NG CHƯ NG TR NH HÓ THCS

( í o ỗ l 8 l 9 o 1 ă )

STT T N HOA CHẤT

T NG LƢỢNG DÙNG (gam, ml)

- Đối với hóa chất lỏng, dựa vào nồng độ mol, thể t ch hóa chất đã dùng để

t nh cụ thể số mol hóa chất đó đã s dụng trong mỗi lần th nghiệm từng phản ứng

(2.1)

 n: Số mol chất s dụng mol

 CM: Nồng độ mol chất s dụng mol/l t

 V: Thể t ch chất s dụng l t

- Đối với hóa chất rắn: dựa vào khối lƣợng hóa chất đó đã dùng t nh cụ thể

số mol hóa chất đã s dụng trong mỗi th nghiệm

có đ c t nh gì theo từng tháng

m n

2.3 h n ph p th c n hiệm x c đ nh hàm l n c c chất nhiễm

Chúng tôi tiến hành theo d i ác đ nh lượng nước thải đã thải ra ở từng

th nghiệm cho từng tháng nhằm ác đ nh t ng lượng nước thải

Các thông số phân t ch gồm: chất rắn lơ l ng, chất rắn hòa tan, độ axit trong nước thải, pH của nước thải

2.3.1 ổ l l (Suspension Solid-SS)

Các chất rắn lơ l ng các chất huyền phù là những chất rắn không tan trong nước Việc nghiên cứu chất rắn lơ l ng đ c biệt quan trọng trong nghiên cứu hiện tượng ô nhiễm nước Hàm lượng các chất lơ l ng là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 l t nước mẫu qua phễu lọc, rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đ i Đơn v t nh

là mg/l Số liệu về chất rắn lơ l ng là một trong những thông số giúp chúng ta ước lượng được lượng c n tạo ra trong quá trình l [6]

Để ác đ nh khối lượng chất rắn lơ l ng có trong nước thải chúng tôi đã

s dụng phương pháp khối lượng: Chu n b giấy lọc, làm khô ở nhiệt độ

103oC -105oC trong 1giờ, rồi làm nguội giấy lọc trong bình hút m đến nhiệt

độ phòng và cân được giá tr P1 (mg) Sau đó lọc mẫu cần ác đ nh khối lượng chất rắn lơ l ng qua giấy lọc đã cân Tiếp theo sấy giấy lọc có chứa lượng chất rắn lơ l ng của mẫu trong tủ sấy ở nhiệt độ 103o

C -105oC trong 2giờ Sau đó làm nguội giấy lọc đến nhiệt độ phòng và cân ta được giá tr P2

(mg) Công thức t nh:

Chất rắn lơ l ng mg/l = 2 1

.1000

p P V



(2.3)

 Trong đó P1 khối lượng giấy lọc (mg)

 P2 khối lượng giấy lọc + mẫu sau khi sấy (mg)

 V thể t ch nước lọc ml

 Lưu : giấy lọc có thể dùng là giấy bằng sợi thủy tinh Whatmann 934AH và 948H Whatmann GF/C có k ch thước các lỗ khoảng 1,2

μm ho c của Đức loại A/E, hay giấy lọc cấu tạo bằng Polycarbonate tuy nhiên các số liệu có thể chênh lệch do cấu trúc của các loại giấy này khác nhau

2.3.2 ổ (Diluted Solid-DS)

hái niệm TDS th ch hợp hơn cho nước uống, còn khái niệm độ m n thường dùng trong các ngành trồng trọt, thuỷ sản Tiêu chu n vệ sinh nước ăn uống do Bộ Y tế ban hành năm 2002 và QCVN 14: 2008/BTNMT về nước cấp sinh hoạt đều quy đ nh TDS nhỏ hơn 1000 mg/l

Nhằm ác đ nh khối lượng chất rắn hòa tan trong nước thải chúng tôi dùng phương pháp trọng lượng: sau khi lọc qua giấy lọc 2 µm, hút một thể

t ch ch nh ác, làm bay hơi hết từ 95oC - 105oC và đem cân t nh ra phần c n Cách này tốn thời gian nhưng cho kết quả đúng hơn đo máy Phương pháp này mắc sai số nếu mẫu chứa chất hữu cơ phân t lượng nhỏ, dễ bay hơi Tuy nhiên, với nước tự nhiên không cần quan tâm đến sai số này Mẫu nước có hàm lượng muối lớn th ì hút m mạnh, đòi hỏi thời gian sấy lâu và cân nhanh

2.3.3 axit o

Độ axit của một loại nước là khả năng nhường proton của nước đó Độ axit được đo bằng mg/l t nh theo CaCO3 Nguyên nhân gây ra độ axit trong nước là các axit yếu axit carbonic, axit tanic,… , các muối ch u sự thủy phân: FeSO4, Al2(SO4)3,…, các axit mạnh khi pH của nước < 4.5

Độ axit của nước là một yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát t nh ăn mòn đối với các loại vật liệu, thành phần ăn mòn trong hầu hết các loại nước

là CO2, trong nhiều loại nước thải công nghiệp lại là do các axit vô cơ gây nên Trong các quá trình l nước độ axit được dùng làm cơ sở cho việc

t nh toán lượng các hóa chất th ch hợp cần dùng để diều ch nh pH nằm trong gới hạn cho ph p

Phương pháp ác đ nh: chu n độ bằng dung d ch NaOH với ch th Phenolphtalein và Metyl cam

Cách chu n độ: Lấy dung d ch chu n NaOH vào buret Lấy mẫu nước thải cần ác đ nh nồng độ vào bình tam giác sạch dùng pipet thêm vào đó 1-

2 giọt Phenolphtalein Thêm từ từ dung d ch chu n đến khi dung d ch ch th chuyển từ không màu sang màu hồng thì dừng lại [2], [6]

Cách t nh:

(2.4)

2.3.4 H ủ :

Dùng bút đo pH để ác đ nh pH của nước thải PTN trường THCS hi

đo nhúng đầu điện cực của bút vào nước thải cần đo, lắc nhẹ để bọt kh không bám trên đầu điện cực, không nhúng bút trong nước thải ngập quá vạch quy

đ nh trên thân bút

Chờ khi giá tr pH hiển th trên thân bút n đ nh, nhấn nút Hold nút ON/OFF để giữ giá tr đo được, ta ghi lại giá tr này Nhấn nút Hold nút ON/OFF thêm một lần nữa để tiếp tục đo Nên lập lại thao tác này 3 lần để chọn giá tr ch nh ác

Để giá tr pH đo được ch nh ác hơn cần lưu các điều sau:

- Luôn lắc nhẹ bút đo trước mỗi lần s dụng

- hông nhúng bút trong dung d ch quá vạch quy đ nh trên thân bút

- Lắc nhẹ bút trong dung d ch để bọt kh không bám trên đầu điện cực

.

H

M M

C V

C

V

 

CHƯ NG 3 TH C NGHIỆ T UẢ V THẢ LU N 3.1 Đ nh i đặc tr n n c thải TN tr n THCS

Theo TCVN 5945 – 2005 Nước thải công nghiệp – Tiêu chu n thải

Như vậy theo thống kê hóa chất s dụng giảng dạy – th nghiệm ở trường THCS Bảng 2 thì nước thải PTN trường THCS cần đạt được các tiêu

ch sau: theo TCVN 5945:2005, cột B bởi vì nước được thải vào cống rãnh thoát nước thành phố

ản 3.2 C c th n s nhiễm và i i hạn cho ph p c n c thải

3.2.1 í - z ủ

Bằng cách thống kê và t nh toán các số liệu qua các phản ứng trong từng th nghiệm chúng tôi đã ác đ nh được sơ bộ về thành phần nước thải