Khi nền văn minh nhân loại phát triển, các khu đô thị và các khu công nghiệp nhanh chóng mọc lên kéo theo đó đời sống người dân ngày càng được nâng cao. Một thứ quan trọng thiết yếu bắt buộc phải có trong đời sống hiện đại đó chính là”tiền”. Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng tiền của người dân thì các xưởng in tiền đã lần lượt được ra đời. Vì vậy, nước thải từ các khu công nghiệp nói chung và từ các xưởng in tiền nói riêng gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với nguồn nước và ngày càng trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và chính trị cộng đồng. Và một câu hỏi được đặt ra “ Ta phải làm gì trước những thực trạng như vậy ?”
Trang 1KHOA TÀI NGUYÊN – MÔI TRƯỜNG
****************
BÀI BÁO CÁO MÔN HÓA LÝ MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI:
TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỰC IN BẰNG
QUÁ TRÌNH KEO TỤ - TẠO BÔNG
GVHD: Thầy Huỳnh Tấn Nhựt
Lớp: DH13QMGL Khóa: 2013-2017
Trang 2SINH VIÊN THỰC HIỆN
Trang 3MỤC LỤC
Kí hiệu Giải nghĩa BOD Nhu cầu oxy sinh hóa CFC Clo-Flor-Clorua COD Nhu cầu oxy hóa hóa học
SS Chất rắn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
MỤC LỤC SƠ ĐỒ BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
Chương I: LỜI MỞ ĐẦU
Khi nền văn minh nhân loại phát triển, các khu đô thị và các khu công nghiệpnhanh chóng mọc lên kéo theo đó đời sống người dân ngày càng được nâng cao Mộtthứ quan trọng thiết yếu bắt buộc phải có trong đời sống hiện đại đó chính là”tiền” Đểđáp ứng được nhu cầu sử dụng tiền của người dân thì các xưởng in tiền đã lần lượtđược ra đời Vì vậy, nước thải từ các khu công nghiệp nói chung và từ các xưởng intiền nói riêng gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với nguồn nước và ngày càng trở thànhvấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và chính trị cộng đồng Và một câu hỏi đượcđặt ra “ Ta phải làm gì trước những thực trạng như vậy ?”
Nước thải từ các nhà máy in tiền bao gồm các tạp chất và các tính chất khácnhau Vì vậy, mục đích sử lí nước thải chính là việc xử lí các tạp chất đó để về tínhchất ban đầu và thân thiện với môi trường phù hợp với các chỉ tiêu đã đặt ra Các chỉtiêu đó phụ thuộc vào mục tiêu và cách thức sử dụng nước Để đạt được mục đích trênthì công nghệ sử lí nước thải đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như phươngpháp lí học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học Và một trong những
Trang 4phương pháp tối ưu thân thiện với môi trường đó là “ xử lí nước thải mực in bằng quá trình keo tụ-tạo bông”.
I.1.2 Phương pháp
Các nhà máy dệt nhộm, hóa chất, xưởng in tiền phải dùng sơ đồ công nghệ xử lí bằngkeo tụ kết hợp với sinh học
Trang 5XỬ LÝ SINH HỌC
KHỬ MÀU NƯỚC THẢI VÀO
Trang 6Hình 3: Sơ đồ tổng quát ứng dụng cho xử lý nước thải công nghiệp màu in I.2.XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHỆ KEO TỤ - TẠO BÔNG
Các hạt cặn không tan hoặc hòa tan trong nước thải thường đa dạng về chủngloại và kích thước, có thể bao gồm các hạt cát, sét, mùn, vi sinh vật, sản phẩm hữu cơphân huỷ… Kích thước hạt có thể dao động từ vài micromet đến vài minimet(mm).Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được những hạt kíchthước lớn hơn 1 mm Với những hạt kích thước nhỏ hơn 1 mm, nếu dùng quá trìnhlắng tĩnh thì phải tốn thời gian rất dài và khó đạt hiệu quả xử lí cao,do đó cần phải ápdụng phương pháp xử lí hóa lý
Hình 4:Hệ thống keo tụ-tạo bông kết hợp lắng lamella
dịch đến lớp khuyếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện
• Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hoà điện tích tạo rađiểm đẳng điện zeta bằng 0 Trong trường hợp này, quá trình hấp phụ chiếm ưu thế
• Cơ chế hấp phụ – tạo cầu nối: các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hoá, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:
- Phân tán polymer
- Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt
Trang 7- Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt
- Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác
Hình 5: Hệ thống hấp phụ và trao đổi ion
Trang 8Chương II: TÓM TẮT NỘI DUNG
Nỗ lực đã được thực hiện để nghiên cứu nước thải thải ratừ một máy in tiền tệ ở
Ấn Độ sử dụng quá trình keo tụ và tạo bông Một số chất keo tụ như sulfat sắt , sắtclorua , nhôm sunfat và polyaluminium đã được chọn và nghiên cứu chất keo tụ hiệuquả phù hợp nhất, và đạt được nồng độ chất kết tủa tối ưu Polyeletrolyte cation kếthợp với chất kết tủa hiệu quả nhất cũng đã được nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởngcủa các bông keo lắng Polyaluminium clorua (PAC) đã được tìm thấy là hiệu quảnhất, đạt được sự thay đổi về màu sắc, chất rắn lơ lửng (SS) , nhu cầu oxy sinhhóa(BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD ) của 95,9-96,5 % , 96,5-97,0 % , 61,3-65,8
% và 54.8-61,8% , tương ứng với nồng độ tối ưu của 1500 mg L-1 Chất keo tụ khác ,tức là Sunfat sắt, sắt clorua và sulfat nhôm không hiển thị thay đổi đáng kể về màusắc, BOD,COD , ngoại trừ chất rắn lơ lửng so với hiệu suất của PAC Ploylectrolytecationkết hợp với PAC ở nồng độ tối ưu của 1500 mg L-1 của PAC và 1,0 mg L-
1polyelectrolyte tiếp tục nâng cao hiệu quả loại bỏ các thông số nghiên cứu khác nhau ,ngoàira còn nâng cao tỷ lệ giải quyết keo tụ , và giảm lượng bùn sinh ra Thử nghiệmảnh hưởng của sự trộn lẫn nhanh chóng cường độ thể hiện như tốc độ trung bìnhgradient ( G), và thời gian (t) trộn vào keo tụ Trộn nhanh chóng tại một cánh quạt tốc
độ quay (n) 300 rpm và trộn thời gian ( t) 60 giây cho thấy hình bông keo tụ tốt, kếtquả trong việc đạt được tốc độ gradient là 821 s-1, và đây được xem là một sự kết hợptối ưu Điều này cũng đã được chỉ ra bởi tốc độ giải quyết tương đối cao bùn hìnhthành và màu sắc còn thấp trong nổi Tuy nhiên, khuấy chậm hơn 5 phút, được thôngqua sau khi ban đầu trộn tối ưu nhanh chóng , cho thấy tác dụng không đáng kể về tạobông
Trang 9loại nhựa và các dung môi thích hợp Mực dung môi được thực hiện bằng cách hòatan nhựa, tức nitrocellulose , nhựa maleic , nhựa vinyl acetate , gilsonite , tự nhiênhoặc nhựa trong dung môi , tức xylol , Toluen , khoáng chất và chất pha loãng caosôi Nói chung, các loại mực sử dụng được khá cứng cho phép để tạm giữ tại chỗ trêngiấyThông thường , mực in là một hợp chất nhiều thành phần phức tạp bao gồmchủyếu của thuốc nhuộm và chất nhuộm, nhựa, chất kết dính , dung môi và các chất phụgia tùy chọn Rõ ràng, nước thải phát sinh từ quá trình in ấn là rất màu,và bị ô nhiễmvới các khoáng chất hữu cơ bởi vì các hợp chất vện gọi Do đó, nước thải tạo ra từ cáccài đặt in ấn như vậy không thể được thải trực tiếp vào suối hoặc trên đất mà không cóbất kỳ sự xử lí nào,nó không chỉảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường ,
mà còn về mặt thẩm mỹ do với khả năng hiển thị màu sắc ngay cả ở nồng độ thấp Cáctài liệu đã không cung cấp nhiều tài liệu tham khảo về các đặc tính của nước thải tạo ra
từ quá trình in chìm , và sự khắc phục của nó Tuy nhiên, các cách xử lí phổ biến chomàu sắc và loại bỏ các chất hữu cơ ( BOD và COD )từ nước thải khác nhau chủ yếubao gồm các phương pháp hóa lý , hấp phụ và quá trình oxy hóa hóa học tiên tiến( Ahmed và Ram 1992; Beltran-Heredia et al, 2000 Blanc và Navia , 1990 ; Chiron et
al, 2000 Lalov et al, 2000 Lin và Lin, 1993; Mohammed El - Geundi năm 1991;Talinli năm 1994; Tân et al ,2000; Zwiener và Frimmel , 2000) Tuy nhiên, hấp phụ vàquá trình oxy hóa không nâng cao quá trình kĩ thuật kinh tế khả thi như lựa chọn trướckhi điều trị , và có nhiều thích hợp cho việc áp dụng điều trị đại học Xử lý hóa được
sử dụng như là một bước cơ bản trong xử lý nước thải Tuy nhiên, sử dụng phổ biếnrộng rãi của nó như là một hệ thống xử lý hoàn toàn bị hạn chế so với xử lý sinh học ,chủ yếu là do xử lý và xử lý một lượng lớn bùn tạo ra như một kết quả của bổ sung cácchất keo tụ hóa học.Vì vậy, nghiên cứu này nhằm mục đích cơ bản , tiền xử lý nướcthải mực intạo ra từ in ấn tiền tệ lưu thông qua quá trình keo tụ - kết bông Ảnh hưởngcủa nồng độ khác nhau của các chất keo tụ khác nhau về kết bôngđiều tra thông quacác nghiên cứu thử nghiệm jar-test mở rộng để xác định hiệu quả nhất, và nồng độ tối
ưu của nó về màu sắc , SS và các chất hữu cơ ( BOD và COD ) loại bỏ được giảiquyết Ngoài ra, hiệu quả của chất keo tụ( polyelectrolyte cation ) về việc giải quyếtcác keo tụ cũng được báo cáo Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tiếp tục thựchiện bằng cách sử dụng một mô hình keo tụ với tuabin cánh quạt liên quan đén pha
Trang 10trộn nhanh chóng, tiếp theo khuấy chậm và giải quyết để điều tra ảnh hưởng của phatrộn vào keo tụ và giải quyết tốc độ của các hạt keo tụ cũng được đề cập trong bài báo
Hình 9: Công nghệ xử lí nước thải mực in III.2.THÍ NGHIỆM CỦA JARTEST
Mục đích của quá trình keo tụ là xác định pH tối ưu của quá trình keo tụ, tạo bông để hỗ trợ cho quá trình khử màu, chất rắn lơ lửng
Keo tụ là quá trình làm cho các
hạt cặn phân tán trong nước, tạo thành
bông dễ lắng Trong quá trình keo tụ chất
lơ lửng, mùi, màu sắc sẽ giảm xuống
Ngoài ra các chất như silicat, hydrocacbon, chất béo, màu mỡ và lượng lớn vi trùng bị loại bỏ
Xử lí bằng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hóa chất là chất keo tụ
có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ tạo thành các hạt lớn hơn và lắng xuống Thông thường, quá trình keo tụ xảy ra 2 giai đoạn:
Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưngtụ
Trung hòa hấp phụ lọc các tạp chất trong nước
Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước chất keo tụ thích hợp như phèn
nhôm ) 3 ,phèn sắt FeS, hoặc Fe Các phèn này được đưa vào nước dưới dạng hòa tan.
Khi cho phèn chua vào nước chúng phân li thành các ion sau đó các ion này bị phân hủy thành Al(
Trong quá trình thủy phân trên thì Al(.là nhân tố quyết định đến tính hiệu quả keo tụ tạo thành, còn giải phóng ra
Hiệu suất quá trình keo tụ phụ thuộc vào giá trị pH Để keo tụ bằng phèn nhôm, pH tối
ưu từ 4.5-8.0 hoặc nếu dùng phèn sắt phải duy trì từ 9.0-11
Trang 11Để tạo bông cặn lớn dễ lắng người ta cho vào chất dễ keo tụ.
Hình10: Mô hình thí nghiệm Jartest
Trang 12Thiết bị gồm 4 cách khuấy có sẵn trong phòng thí nghiệm quay cùng tốc độ Nhờ hộp số tốc độ quay có thể điều chỉnh được khoảnh cách 10-200 vòng/phút Cách khuấy dưới dạng turbine gồm 2 bản nằm cùng mặt phẳng đứng Cách khuấy đặt trong
4 beaker với thể tích 1 lít
III.3.VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
III.3.1 Mực in nước thải
Nước thải mực in được thu thập từ một máy in tiền tệ Ấn Độ nằmở miền Trung
Ấn Độ Các thành phần hóa học đặc trưng của loại mực được sử dụng trongquá trình
in ấn được thể hiện trong bảng I Nước thải từquá trình in ấn chủ yếu bao gồm các giải pháp sử dụng lau để làm sạch cùng vớimực in dư thừa bao gồm rửa từ bộ phận in ấn Mực có mặt trong keohình thức trong nước thải , và số lượng nước thải từ phần in của báo chí là khoảng 75 m3 mỗi ngày
Bảng I: Thành phần hóa học đặc trưng được sử dụng trong in nổi và chìm
Thành phần hóa học của mực in được sử dụng trong in nổi và chìm
Dầu thực vật với Iốt giá trị khoảng 170
Hydrocacbon paraffin (khoảng chưng cất: 260-290 C)
Canxi cacbonat tự nhiên
Phthalocyanine, titanium dioxide, mono và diazo
Mangan và coban octates, octates zirconi
Trang 13Xử lý nước thải sử dụng cho các nghiên cứu xử lí được thu thập một lần trênmột giờ vàphức hợp cho 12 giờ Nước thải là có tính kiềm ( pH 12,5-13,6 ) vàmàuxanh rất đậm (3000-4000 đơn vị Pt- Co) Nồng độ BOD vàCOD là trong khoảng8800-9400 và 21 000-25 650 mg L- 1, tương ứng Chất rắn lơ lửng và tổng nồng độchất rắn hòa tan cũng cao, dao độnggiữa 3300-4700 và 18 000-22 500 mg L- 1, tươngứng ( NEERI kỹ thuậtBáo cáo năm 2000 )
III.3.2 Nghiên cứu keo tụ
Trên cơ sở điều tra sơ bộ, các chất keo tụ , tức màusunfat ( FeSO4 · 7H2O ) ,sắt clorua ( FeCl3 · 6H2O ) , nhôm sunfat( Al2 (SO4) 3 · 14H2O ) và polyaluminiumclorua {[ Al (OH) aClb ] x với a + b = 3,a> 1,05 và x≈15 } đã được lựa chọn , bao gồmcác cation polyelectrolyte thương mại ( Magnafloc 1797) là trợ keo tụ để thực hiện cácnghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu chỉ ra rằng hình thức polyme nhôm có thể cóhiệu quả hơnmuối phổ biến ở một mình trong xử lý hóa lý nước thải ( Gregory,1989).Ngoài ra, polyme hữu cơ hay polyelectrolytes cũng được sử dụng trong xử lý nướcthảivì polyme thay đổi trọng lượng và mật độ phân tử có sẵn Các bông keo sản xuấtmạnh hơn được hình thành bởi các muối đơn giản,và có thể tách thường được thựchiện bằng cách gạn đơn giản Ngoài ra, bất lợicủa việc sử dụng muối là lượng bùnđược hình thành thường tăng lên cùng với một khối lượng muối , và cũng có thể bổsung tổng chất rắn hòa tan (TDS) để xử lý nước thải Vì vậy , PAC và cationpolyelectrolyte cũng đã được chọn để thử nghiệm cùng với muối chung của nhôm vàsắt Sắt sunfat, sắt clorua và sulfat nhôm sử dụng trong hiện tại,nghiên cứu được thựchiện E Merck (I) Ltd, Mumbai, Ấn Độ , polyaluminium clorualà DCM ShriramConsolidated Ltd , New Delhi , Ấn Độ , trong khi polyelectrolyte( Magnafloc 1797) từPidilite Industries Ltd , Mumbai, Ấn Độ
Nồng độ tối ưu của chất keo tụ là khác nhau đối với việcloại bỏ các chất ô nhiễm đượcxác định bằng cách tiến hành những cuộc kiểm tra, và phân tíchcác mẫu chưa xử lý vàtiến hành với các thông số khác nhau, tức là màu sắc, SS,BOD và COD Các thínghiệm kiểm tra liên quan đến việc thiết lập một loạt các mẫunước thải trên đặc biệtnhiều khuấy mái chèo , và liều lượng các mẫu vớimột loạt các chất keo tụ khác nhau ởnồng độ khác nhau Điều này được thực hiện bởitrộn nhanh chóng một lít mẫu nướcthải trong một thời gian ngắn ( ởTốc độ quay của cánh quạt (n) 100 rpm và trộn thờigian (t) là 60 giây ) tiếp theo khuấy chậm ( với tốc độ quay của cánh quạt 30 rpm vàtrộn thời gian 15 phút) Sau khi hoạt động khuấy chậm , hệ thống treo với bông keođược phép giải quyết trong 30 phút , và được phân tích cho nhiều lý hóa các thông số Khoảng pH trên hiệu quả keo tụ có thể đạt được khác nhau tùy vào chất keo tụ , tức Màu sulphate giữa 3.0 và 13.0 ( Eckenfelder ,1989) , các muối sắt lớn hơn 4,5( Tebbutt , 1998) , nhôm sunfat giữa
Trang 145.5 và 8.0 ( WPCF và ASCE , 1977 ), trong khi polyaluminium clorua có hiệu quảtrong khoảng pH rộng trên trung tính ( Masschelein , 1992) Tuy nhiên, điểm khác biệttối ưu của giá trị pH cũng đã được báo cáo trong báo cáo cho trường hợp cụ thể (Black, 1960; Màu đen và Christman , 1963; Màu đen và Willems , 1961; Packham , 1962;Stumn và Morgan , 1962) Nghiên cứu được thực hiện cho đến nay đã chỉ ra rằng thủyphân muối nhôm và sắt trong nước kết quả đã giảm độ kiềm để tiêu thụ các ionhydroxyl Vì vậy, nước thải mực in còn nguyên độ kiềm (pH : 12,5-13,6 ) đã được điềuchỉnh tới pH giữa 7.4 và 7.6 sử dụng sulfuric axit để đạt được độ pH của nước thảitrước khi xử lý sau khi keo tụ và giải quyết trong khoảng 7,0-7,2 Điều này sẽ chophép xử lý sinh học thêm để đưa xuống các nồng độ các chất hữu cơ (BOD và COD )trong tiêu chuẩn theo luật định.
Điều này sẽ không cần điều chỉnh pH hơn nữa sau khi tiền xử lý (keo tụ-tạobông), do đó làm giảm chi phí xử lý, và bổ sung thêm các TDSđể nước thải đã qua xử
lý Kết quả phân tích nước thải thô và mẫu xử lý được thực hiện theo với phương phápchuẩn ( APHA , 1995) Các dữ liệu cho các nghiên cứu thực hiện đại diện cho các giátrị trung bình (range) từng chạy thử nghiệm
III.3.3 Ảnh hưởng của thông số trộn
Xác định các đại lý keo tụ hiệu quả nhất và nồng độ tối ưu của nó thông qua cácthí nghiêm kiểm tra Nghiên cứu kết bông cũng được thực hiện để đánh giá hiệu quảcủa trộn vào keo tụ trong một mô hình phòng thí nghiệm chế tạo , sử dụng nồng độ tối
ưu hiệu quả nhất Mô hình thử nghiệm bao gồm một hình tròn.Hiệu quả của việc phatrộn ban đầu nhanh ( tốc độ quay và thời gian trộn ) vào quá trình keo tụ, tiếp theo làtrộn chậm với bánh công tác liên tục tốc độ quay và thời gian trộn (n = 30 rpm và t =
15 phút) đã được nghiên cứu thông qua việc xác định giải quyết vận tốc của bông bùnhình thành và màu sắc còn lại trong xử lý nước thải Các thí nghiệm được thực hiệnbằng cách thay đổi nhanh chóng quay với cánh quạt tốc độ quay100, 150, 200, 250,
300 và 350 rpm, và pha trộn của thời 30, 45, 60 và 75 giây
Một khi thời gian tối ưu cường độ trộn nhanh và trộn đã đạt được, tiếp tụcnghiên cứu đã được tiến hành để tìm ảnh hưởng của pha trộn chậm quá trình keo tụ.Các thí nghiệm được thực hiện bằng cách thay đổi liên tục tốc độ quay của cánh quạtvới tốc độ quay của 30 rpm, và thay đổi thời gian khuấy chậm 5-30 phút với mỗi lầnthay đổi là tăng 5 phút