Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp hấp phụ khoáng diatomit biến tính và phương pháp keo tụ sử dụng phèn fe (iii), muối đồng sunfat

Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước bao gồm: Giảm độ pH của nước, tăng hàm lượng các ion Ca, Mg, Si… và các ion kim loại nặng, tăng hàm lượng các muối, các hợp chất hữu cơ, giảm nồ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH

XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ KHOÁNG DIATOMIT BIẾN TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ

SỬ DỤNG PHÈN Fe (III), MUỐI ĐỒNG SUNFAT

NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

HÀ NỘI 2007

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH

XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ KHOÁNG DIATOMIT BIẾN TÍNH VÀ PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ

SỬ DỤNG PHÈN Fe (III), MUỐI ĐỒNG SUNFAT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN THỊ THANH THỦY

HÀ NỘI 2007

Với lòng biết ơn chân thành, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Trần Thị Thanh Thuỷ đã tận tình, chu đáo, tỷ mỉ, hướng dẫn tôi hoàn thành cuốn luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Hoá lý, Khoa Công nghệ hoá học và Phòng sau đại học trường Đại học Bách khoa Hà nội đã

giúp đỡ tôi hoàn thành khoá học

Tôi xin trân trọng cảm ơn Đảng uỷ, Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Hoá phân tích trường Cao Đẳng hoá chất đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã giúp

đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

MỤC LỤC

Mở đầu 1

PHẦN I: TỔNG QUAN I.TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM CỦA NƯỚC……… 2

1 Nước thải sinh hoạt………3

2 Nước thải công nghiệp……… 4

3 Nước thải đô thị……….4

4 Các thông số đánh giá chất lượng nước……….5

4.1 Độ đục……….5

4.2 Độ cứng của nước……… 6

4.3 Độ màu của nước……… 7

4.4 Độ phóng xạ của nước………7

4.5 Độ pH……….8

4.6 Mùi vị của nước……… 8

4.7 Hàm lượng chất rắn trong nước……….9

4.8 Tạp chất hữu cơ……….10

4.9 Hàm lượng oxy hòa tan……….10

4.10 Nhu cầu oxy hóa học……… 10

4.11 Nhu cầu oxy sinh hóa……… 11

4 12 Các chỉ tiêu vi sinh……… 12

5 Nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm……… 13

II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI……… 15

1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học……….15

2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học……… 16

3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học……… 17

4 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý……… 19

4.1 Phương pháp đông tụ và keo tụ………19

4.2 Phương pháp điện hóa……… 21

4.3 Phương pháp tuyển nổi……….22

4.4 Phương pháp hấp phụ……… 23

PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I.CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NƯỚC …………29

1 Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học COD……… 29

2 Phương pháp đo độ màu của nước……… 31

3 Phương pháp đo độ đục………36

4 Phương pháp xác định pH………38

5 Phương pháp xác định độ dẫn điện……… 39

6 Phương pháp đo phổ hồng ngoại 39

7 Phương pháp phân tích nhiệt 39

II CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI…….39

1 Phương pháp hấp phụ sử dụng khoáng Diatomit biến tính trong xử lý nước thải dệt nhuộm…… ………39

1.1.Phương pháp biến tính khoáng……….39

1.2 Sử dụng khoáng Da đã hoạt hóa vào xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm……… ………40

2 Phương pháp keo tụ - đông tụ sử dụng phèn Fe (III) hoặc muối đồng sunfat ……… ……41

2.1 Phương pháp keo tụ bằng phèn Fe (III) 41

2.2 Phương pháp keo tụ bằng muối đồng Sunfat [CuSO 4 ]…… 44

3 Phương pháp keo tụ bằng phèn Fe (III) hoặc muối đồng Sunfat kết hợp oxy hóa và quang hóa ………….44

PHẦN III: CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN I KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA KHOÁNG Da (HCl) TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM……… 45

1 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ……… 45

2 Ảnh hưởng của thời gian nung khoáng Da(HCl)………47

3 Ảnh hưởng của kích thước hạt khoáng……… 49

4 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung khoáng………51

II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ SỬ DỤNG CHẤT KEO TỤ LÀ PHÈN Fe (III)………… ……… 54

1 Ảnh hưởng của thời gian khuấy………54

2 Ảnh hưởng của hàm lượng phèn sắt……… 56

3 Ảnh hưởng của pH môi trường……….59

4 Ảnh hưởng của lượng chất trợ keo tụ PA……….62

III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ SỬ DỤNG CHẤT KEO TỤ MUỐI ĐỒNG SUNFAT……… 65

1 Ảnh hưởng của hàm lượng muối đồng Sunfat……….65

2 Ảnh hưởng của lượng chất trợ keo tụ PA……….67

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH môi trường và chất kiềm hóa môi trường………69

3.1 Ảnh hưởng của pH môi trường………69

3.2 Ảnh hưởng của chất làm kiềm hóa………72

IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ KẾT HỢP OXY HÓA VÀ QUANG HÓA……… ….76

1 Phương pháp keo tụ sử dụng phèn Fe (III)……….76

1.1 Xử lý bằng phèn Fe(III)……….76

1.2 Xử lý bằng phèn Fe(III) kết hợp oxy hóa H2O2……….78

1.3 Xử lý bằng phèn Fe(III) kết hợp oxy hóa H2O2 và UV……… 79

1.4 So sánh hiệu quả xử lý của 3 hệ……….81

2 Phương pháp keo tụ sử dụng Đồng Sunfat……….85

2.1 Xử lý bằng muối đồng sunfat………85 2.2 Xử lý bằng muối đồng sunfat kết hợp oxy hóa H2O2…86

2.3 Xử lý bằng muối đồng sunfat

kết hợp oxy hóa H2O2 và UV……….87

2.4 So sánh hiệu quả xử lý của 3 hệ………89

KẾT LUẬN……… 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 96

MỞ ĐẦU

-*** -

Nước là tài sản chung của nhân loại, là nguồn gốc của sự sống, là môi trường trong đó diễn ra các quá trình sống Nước đóng vai trò quyết định trong việc đảm bảo cuộc sống con người

Ngày nay, với sự phát triển vũ bão của các ngành công nghiệp, đô thị và

sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt và ô nhiễm Do

đó xử lý ô nhiễm nước là vấn đề chung và cấp bách của toàn thế giới

Để có một cái nhìn tổng quát về tầm quan trọng của nước sạch , nguyên nhân gây ô nhiễm nước và các phương pháp cơ bản xử lý nước thải Trong bản luận văn này, tôi đã nghiên cứu phương pháp sử dụng khoáng Diatomit biến tính làm chất hấp phụ và phương pháp keo tụ bằng phèn sắt III, muối đồng Sunfat để xử lý nước thải dệt nhuộm

Nội dung luận văn bao gồm:

• Phần I : Tổng quan

• Phần II : Các phương pháp nghiên cứu

• Phần III : Kết quả thực nghiệm

PH ẦN I TỔNG QUAN

I TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM CỦA NƯỚC [1]

Nước là một tài nguyên lớn nhưng không vô tận Sự phát triển của nền văn minh nhân loại làm cho sự ô nhiễm nước tăng lên không ngừng khiến cho nguồn tài nguyên này ngày càng cạn kiệt

Nước thải từ các nguồn sinh hoạt, dịch vụ, chế biến thực phẩm và công nghiệp có chứa một loạt các chất ô nhiễm đa dạng, bao gồm các chất ô nhiễm dạng hữu cơ, vô cơ, vi sinh….Khi các chất này đi vào nguồn nước sẽ gây ô nhiễm nước Nước bị ô nhiễm ở sông hồ chảy ra biển gây ô nhiễm cửa sông

và biển, ảnh hưởng trực tiếp đến các sinh vật biển ngoài ra còn có nhiều chất thải trực tiếp vào đại dương gây ô nhiễm biển trên phạm vi rộng

Người ta nhận biết nước ô nhiễm bằng trạng thái hóa học, hóa lý, sinh học của nước Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước bao gồm: Giảm độ pH của nước, tăng hàm lượng các ion Ca, Mg, Si… và các ion kim loại nặng, tăng hàm lượng các muối, các hợp chất hữu cơ, giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước tự nhiên, giảm độ trong của nước, nước có mùi khó chịu…Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng bao gồm:

• Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, các khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học…

• Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất): là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động

• Nước thải tự nhiên (nước thấm qua): là nước mưa được thấm vào hệ thống cống

• Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ nước trong hệ thống thoát nước của một thành phố Đó là hỗn hợp của các loại nước kể trên Trong các loại nước thải kể trên ta sẽ nghiên cứu kỹ nước thải công nghiệp

và nước thải sinh hoạt

1.Nước thải sinh hoạt

Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và thói quen sinh hoạt của người dân ở từng khu vực Ví dụ: nước thải thành phố trong mùa khô ở Pháp khoảng 200 lít/ người/ngày; Còn ở Pari, mức nước thải lớn hơn 300 lít/người/ngày Tùy thuộc vào mức sống và thói quen của người dân, có thể ước tính lượng nước thải sinh hoạt bằng 80% lượng nước được cấp

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong

đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lượng lớn các vi sinh vật Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải thường ở dạng các virut và các vi khuẩn gây bệnh như: tả, lỵ, thương hàn….Đồng thời trong nước thải cũng có chứa các vi khuẩn không có hại, có tác dụng phân hủy các chất thải

Bảng 1.1 Thành phần nước thải sinh hoạt [2]

Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau: COD

= 500 mg/l; BOD5= 250 mg/l; Nitơ NH3 và Nitơ hữu cơ = 40 mg.l; pH = 6,8;

TS = 750 mg/l

2 Nước thải công nghiệp

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, lượng nước thải sản xuất là nguyên nhân chính của sự ô nhiễm kim loại nặng, các hợp chất hữu

cơ, ô nhiễm hóa chất…

Trong công nghiệp, nước được sử dụng như một nguyên liệu thô, hoặc phương tiện sản xuất và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt như làm nguội hoặc đun nóng

Lưu lượng nước thải của các xí nghiệp công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất Việc xử lý nước thải công nghiệp phải dựa vào đặc điểm và thành phần của nước thải sản xuất của từng nhà máy, xí nghiệp cụ thể Ví dụ: nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm thường có hàm lượng Nitơ và photpho cao; nước thải của các nhà máy hóa chất lại có chứa một số chất độc….Do đó căn cứ vào thành phần và khối lượng nước thải

mà ta lựa chọn các biện pháp công nghệ thích hợp để xử lý sao cho có hiệu quả và chi phí thấp nhất

3 Nước thải đô thị

Tính một cách gần đúng, nước thải đô thị thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm và 36% là nước thải sản xuất Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các điều kiện đặc trưng của thành phố Khoảng 65% ÷ 85% lượng nước cấp cho một người trở thành nước thải Lưu lượng và hàm lượng các chất thải trong nước thải đô thị thường dao động trong một phạm vi rất lớn

4 Các thông số đánh giá chất lượng nước [4]

Mỗi quốc gia đều đưa ra những tiêu chuẩn chất lượng môi trường thông qua giới hạn và nồng độ cho phép của các chỉ tiêu về chất lượng nước để có

thể kiểm soát và đánh giá chất lượng nguồn nước và nước thải

Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt được xây dựng để đánh giá mưc độ ô nhiễm nguồn nước mặt(ao, hồ, sông, biển) Đối với tiêu chuẩn này, một số các chỉ tiêu được quan tâm như: các chỉ số về độ đục, độ cứng, độ màu của nước, độ pH, hàm lượng chất rắn trong nước, hàm lượng oxy hòa tan(DO), độ phóng xạ, nhu cầu oxy hóa học(COD), nhu cầu oxy sinh học(BOD), chỉ tiêu

vi sinh vật…

4.1 Độ đục

Độ đục nước gây ra bởi sự có mặt của các chất không tan Các chất không tan có nguồn gốc hữu cơ, vô cơ và thực vật, vi sinh, có khích thước thông thường từ 0,1 ÷ 10µm Có thể đo độ đục bằng nhiều phương pháp khác nhau, như:

• Phương pháp quan sát : bằng dụng cụ thích hợp xác định độ sâu của lớp nước mà tại đó có thể quan sát được Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nước nhìn thấy được càng lớn Phương pháp này chỉ có tính chất định tính

• Phương pháp đo quang: dựa trên hiện tượng tán xạ ánh sáng khi gặp các hạt huyền phù trên đường đi, độ đục càng lớn thì cường độ ánh sáng tán xạ càng cao.Trên cơ sở so sánh với nồng độ chất chuẩn là polyme fomazin có thể xác định được độ đục, đơn vị đo là NTU hay FTU

Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu tới lớp nước lớn hơn 1m, hay

độ đục nhỏ hơn 10NTU, nước đục không nhìn sâu hơn được 10cm, hay độ đục lớn hơn 20NTU

Đơn vị đo độ đục được biểu thị qua thang Silic: một đơn vị độ đục bằng 1mg SiO2/1lít nước

Bảng1.2 Độ đục theo thang Silic và theo chiều cao lớp nước nhìn thấy

độ cứng tạm thời

• Độ cứng phi cacbonat: là độ cứng của nước được gây nên do các muối sunfat (SO42-) hoặc clorua (Cl-) của canxi và magie Độ cứng này còn lại sau khi đun sôi nước nên còn được gọi là độ cứng vĩnh

Nước cứng không có lợi trong sản xuất và sinh hoạt Nước có độ cứng cao dùng trong sản xuất dễ gây ra việc đóng cặn dẫn đến phá thủng các nồi hơi, các đường ống dẫn …Trong sinh hoạt, nước cứng dễ dàng phản ứng với axit béo tạo ra các hợp chất khó hòa tan gây nên hiện tượng sỏi mật, sỏi thận, làm giảm hoạt tính tẩy rửa của xà phòng Dựa vào tổng lượng muối Ca2+ và Mg2+

có trong nước, người ta chia ra làm ba loại nước cứng như sau:

- Nước mềm có chứa ít hơn 50 mg muối Ca2+ và Mg2+ /lít

- Nước thường có chứa đến 150 mg muối Ca2+ và Mg2+ /lít

- Nước cứng có chứa trên 300 mg muối Ca2+ và Mg2+ /lít

4.3 Độ màu của nước

Nước nguyên chất không màu Màu sắc của nước là do chất bẩn trong nước gây nên Màu sắc của nước có ảnh hưởng nhiều tới thẩm mỹ khi sử dụng, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm khi sử dụng nước có màu trong sản xuất

Ví dụ: các hợp chất sắt không hòa tan làm cho nước có màu nâu đỏ; các chất humic làm cho nước có màu vàng; các loại thủy sinh làm cho nước có màu xanh lá cây; nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp lại có màu đen hoặc xám do có các chất hữu cơ bị phân hủy hoặc thối rữa…

4.4 Độ phóng xạ của nước

Nước nhiễm phóng xạ là do sự phân hủy phóng xạ trong nước, phóng xạ trong nước thường có nguồn gốc từ các nguồn nước thải phóng xạ gây ra Chất phóng xạ hủy hoại cơ thể sống bởi nó khơi mào cho cho các phản ứng hóa học độc hại với các mô tế bào

Ví dụ: các liên kết trong cấu trúc cao phân tử sẽ bị bẻ gãy; trong các

máu bị hủy hoại và số lượng hồng cầu trong máu sẽ bị giảm sút… Như vậy chất phóng xạ có nhiều ảnh hưởng nguy hại cho sự sống nên độ phóng xạ trong nước thường được xem như là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước

4.5 Độ pH

Độ pH dùng để đánh giá tính kiềm hay axit của một mẫu nước Đại lượng

pH có giá trị định nghĩa như sau:

pH = -lg[H+]

Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH Khi

pH = 7 ta có nước trung tính, khi pH > 7 nước có tính kiềm, còn khi pH < 7 nước có tính axit

Độ pH có thể được xác định bằng giấy chỉ thị màu hoặc bằng dụng cụ đo

pH điện cực Hiđro hoặc điện cực thủy tinh

4.6 Mùi vị của nước

Các chất khí và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi và vị Nước thiên nhiên có mùi đất, mùi tanh, mùi thối hoặc mùi đặc trưng của các hóa chất hòa tan trong nó như mùi clo, mùi amoniac, mùi trứng thối … nước

có thể có vị mặn, chát, ngọt… tùy theo thành phần và hàm lượng muối hòa tan trong nước

Các chất gây mùi, vị trong nước có thể chia làm ba nhóm:

• Các chât gây mùi vị có nguồn gốc vô cơ như NaCl, MgSO4 gây vị mặn; muối đồng gây vị tanh; mùi clo do khí Cl2; mùi trứng thối của

H2S…

• Các chất gây mùi vị có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp, chất thải dầu mạ, phenol, dầu mỡ…

• Các chất gây mùi từ quá trình sinh hóa, các hoạt động của vi khuẩn, rong tảo…

4.7 Hàm lượng chất rắn trong nước

Hàm lượng chất rắn trong nước gồm có chất rắn vô cơ (các muối hòa tan , chất rắn không tan như huyền phù, đất cát…), Các chất rắn hữu cơ (gồm các

vi sinh vật, vi khuẩn động vật nguyên sinh, các chất hữu cơ vô sinh như phân rác, chất thải công nghiệp…) Trong xử lý nước, khi nói đến hàm lượng chất rắn người ta thường đưa ra các khái niệm sau:

• Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS (Total Suspended Solid): là trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn lại khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 103oC cho tới khi trọng lượng không đổi (mg/l)

• Lượng chất rắn lơ lửng SS (Suspended Solid): là trọng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu lọc rồi sấy khô ở 103oC ÷ 105oC cho tới khi trọng lượng không đổi (mg/l)

• Lượng chất rắn hòa tan DS (Dissolved Solid): là hiệu giữa tổng hàm lượng chất rắn và hàm lượng chất rắn lơ lửng DS = TSS – SS

• Lượng chất rắn bay hơi VS (Volatile Solit): là trọng lượng mất đi khi nung lượng chất rắn lơ lửng ở 550oC đến trọng lượng không đổi (mg/l)

4.8.Tạp chất hữu cơ

Trong nước tồn tại rất nhiều tạp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: polysacharit, protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, axit humic, lipit, phụ gia thực phẩm, chất hoạt động bề mặt, phenol và họ của nó, chất hữu cơ tạo phức, hyđrocacbon và dẫn xuất của chúng… Chúng có thể được phân loại theo các tiêu chí: Tan, dạng keo hay không tan; bay hơi hoặc không bay hơi;

dễ hay khó phân hủy Trong phần lớn trường hợp thực tiễn, việc đánh giá, xác định từng hợp chất hữu cơ riêng rẽ là điều rất khó khăn, tốn kém nên người ta thường lựa chọn giải pháp là xác định tổng lượng các chất hữu cơ

4.9 Hàm lượng oxy hòa tan DO

DO (Dissolve Oxygen) là lượng oxy (mg) có trong 1ml nước tại một điều kiện nhất định về nhiệt độ, áp suất… Đây là một trong các chỉ tiêu quan trọng nhất của nước vì oxy klhông thể thiếu được đối với tất cả các sinh vật sống dưới nước

Để xác định nồng độ oxy hòa tan trong nước, người ta thường dùng phương pháp Iốt (hay còn gọi là phương pháp Winkler) Phương pháp phân tích này dựa vào quá trình oxy hóa Mn2+ thành Mn4+ trong môi trường kiềm

và Mn4+ lại có khả năng oxy hóa I- thành I2 tự do trong môi trường axit, vậy lượng I2 được giả phóng tương đương với lượng oxy hòa tan có trong nước Lượng Iốt này được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch natrithiosunfat (Na2S2O3)

4.10 Nhu cầu oxy hóa học COD

COD (chemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học tất cả các hợp chất hữu cơ trong nước tạo thành CO2 và H2O Lượng oxy

này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường axit

Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp bicromat,

và phương pháp kalipermanganat

Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không thể bị oxy hóa bằng

vi sinh vật, do đó nó có giá trị cao hơn BOD Phép phân tích COD cho kết quả nhanh (hết khoảng 3 giờ) nên đã khắc phục được nhược điểm của phép đo BOD

4.11 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị và chất thải trong nước thải công nghiệp

BOD (Biological Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiêt để vi khuẩn phân hủy các hợp chất hữu cơ điều kiện hiếu khí Điều kiện hiếu khí là quá trình cung cấp đầy đủ các khí cần thiết cho vi khuẩn

Hợp chất hữu cơ + O2 ⇒ CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm cố định Trong thực tế người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ, vì như vậy sẽ tốn rất nhiều thời gian Do đó người ta tiến hành định lượng oxy cần thiết để phân hủy các chất hữu cơ trong

5 ngày đầu ở nhiệt độ ủ 20oC, kí hiệu là BOD5; chỉ tiêu này đã được chuẩn hóa và sử dụng ở hầu khắp các nước trên thế giới Hiện nay người ta đã sản xuất máy đo BOD để dùng cho việc phân tích nhanh Do quá trình oxy hóa sinh học xảy ra chậm và kéo dài, trong khoảng thời gian 20 ngày, khoảng 95% ÷ 99% các chất hữu cơ cacbon bị oxy hóa và 5 ngày đầu tiên xác định BOD có khoảng 60% ÷ 70% các chất hữu cơ này bị oxy hóa Nhiệt độ 20oC

là nhiệt độ trung bình trong năm ở các nước có khí hậu ôn hòa và nó dễ được

tái diễn lại trong tủ ủ, nếu tiến hành ủ mẫu ở nhiệt độ khác nhau thì sẽ cho kết quả BOD5khác nhau, vì tốc độ phản ứng sinh học phụ thuộc vào nhiệt độ Do vậy, một số nước ở khu vực nhiệt đới đã dùng thông số BOD5 (nghĩa là mẫu phân tích được ủ ở 30oC trong 3 ngày)

4.12 Các chỉ tiêu vi sinh

Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các loại thủy sinh khác Tùy theo tính chất, các loại vi sinh trong nước được chia làm hai nhóm: nhóm vi sinh có hại và nhóm vi sinh vô hại Nhóm vi sinh

có hại bao gồm các vi trùng gây bệnh, các loại rong rêu, tảo…nhóm này cần phải loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng

* Vi trùng gây bệnh: đó là các vi trùng trong nước có khả năng gây bệnh lỵ, thương hàn, dịch tả, bại liệt… Xác định sự có mặt của các vi trùng trong nước bằng phương pháp xác định chỉ số vi trùng đặc trưng Đặc biệt cần quan tâm tới vi khuẩn E.Coli và chỉ số E.Coli, trị số E.Coli Ecoli là một vi khuẩn hiếu khí có rất nhiều trong phân người và súc vật Vì vậy, nếu thấy có vi khuẩn E.Coli trong mẫu nước xét nghiệm, chứng tỏ mẫu nước đó đã bị nhiễm phân người hoặc súc vật Người ta phân biệt trị số E.Coli và chỉ số E.Coli

- Trị số E.Coli là số đơn vị thể tích nước có chứa 1 vi khuẩn E.Coli

- Chỉ số E.Coli là số lượng vi khuẩn E.Coli có chứa trong 1 lít nước

* Các loại rong tảo: các loại rong tảo phát triển trong nước làm cho nước

bị nhiễm bẩn các chất hữu cơ và làm cho nước có màu xanh Ngoài ra nó còn nhanh làm tắc bể lọc, ống dẫn, hệ thống cấp thoát nước, gây tình trạng thừa hay thiếu oxy trong nước, tạo ra chất gây mùi, vị trong nước, tăng nồng độ các chất hữu cơ trong nước, tạo ra các chất độc hại trong nước

5 Nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm [1]

Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành công nghiệp quan trọng và có

từ lâu đời vì nó gắn liền với nhu cầu cơ bản của con người là may mặc Đây là ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ phức tạp, áp dụng nhiều loạihình công nghệ khác nhau Đồng thời trong quá trình sản xuất sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu hóa chất khác nhau

Thông thường công nghệ dệt nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: kéo sợi; dệt vải và xử lý (nấu tẩy); nhuộm và hoàn thiện vải Trong đó chia thành các công đoạn sau:

- Làm sạch nguyên liệu

- Chải

- Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi

- Hồ sợi dọc (bằng hồ tinh bột hay các hồ nhân tạo như PVA, polyacrylat…)

- Dệt vải

- Giũ hồ (bằng phương pháp enzim), sau đó vải được giặt bằng nước,

xà phòng, xút, chất ngấm rồi đưa sang nấu tẩy

- Nấu vải (nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất và nhiệt độ cao), sau đó vải được giặt nhiều lần

- Làm bóng vải (bằng dung dịch kiềm ở nhiệt độ thấp)

- Tẩy trắng (có thể dùng natri clorit NaClO2, natri hypoclorit NaClO hoặc H2O2 và các chất phụ trợ)

- Nhuộm vải và hoàn thiện (sử dụng chủ yếu là thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hóa chất trợ nhuộm)

Do quá trình công nghệ nguyên liệu và hóa chất được sử dụng như trên nên ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm đến nguồn tiếp nhận như sau:

• Độ kiềm cao do đó làm tăng độ pH của nước, nếu pH > 9 sẽ gây độc hại đối với các loài thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước

• Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh

II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Khi xã hội loài người phát triển thì nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng, các nhà máy, trung tâm công nghiệp được mở rộng, các đô thị cũng ngày một phát triển…và song song với sự phát triển đó nước thải của các đô thị và nhà máy cũng tăng lên Chúng gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với môi trường nước, môi trường khí quyển, địa quyển Đứng trước thực trạng đó, việc xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường tự nhiên hay tái sử dụng là một vấn đề cấp thiết Mục đích của việc xử lý nước thải là khử tạp chất, sao cho nước sau khi xử lý các chỉ tiêu phải đạt tiêu chuẩn ở mức chấp nhận được

Việc phân loại các phương pháp xử lý nước thải có thể dựa vào đặc tính

• Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học yếm khí hay hiếu khí

• Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý như tuyển nổi, đông tụ và keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion…

1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học là quá trình không làm biến tính nuớc thải về phương diện hóa học và sinh học Xử lý cơ học có mục đích nâng cao chất lượng và hiệu quả cho các bước xử lý tiếp theo Như đã trình bày ở trên thì trong nước thải nói chung thường chứa các tạp chất rắn, lỏng…

ở dạng lơ lửng, tạo với nước thành hệ huyền phù Để tách các hạt lơ lửng này

ra khỏi nước thải, người ta sử dụng các quá trình thủy cơ (gián đoạn hoặc liên tục)

Tùy vào yêu cầu mà người ta sử dụng các phương pháp cơ học để xử lý nước thải một cách thích hợp, sau đây là một số phương pháp tiêu biểu:

• Song chắn: Có tác dụng giữ lại các tạp chất như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, các mẩu đá gỗ và các vật thải khác

• Lưới chắn: dùng để loại bỏ các vật cứng, vật nổi có kích thước lớn trước khi đến máy bơm

• Lưới lọc: là các lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm dùng để loại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc giữ lại các sản phẩm có giá trị

• Bể lắng cát, bể lắng cặn giúp loại bỏ cặn nặng gây cản trở cho quá trình

xử lý sinh học trong bể aerotank hay bể lọc sinh học

• Bể tuyển nổi, vớt bọt giúp loại bỏ dầu mỡ hoặc các chất hoạt động bề mặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu

2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học [1]

Phương pháp hóa học là phương pháp dùng các tác nhân hóa học và bể phản ứng để xử lý nước thải, ta có các phương pháp cơ bản để xử lý nước thải là: phương pháp trung hòa, oxy hóa khử và kết tủa hóa học

• Phương pháp trung hòa: mục đích của phương pháp này là đưa độ pH của nước thải về giá trị 6,5 ÷ 8 trước khi thải vào tự nhiên hoặc trước khi chuyển sang phương pháp xử lý tiếp theo Có thể có các cách khác như:

- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

- Bổ xung tác nhân hóa học

- Hấp phụ khí axit bằng nước thải kiềm hoặc hấp phụ amoniac bằng nước thải axit

Phương pháp trung hòa được áp dụng với các dòng nước thải có mang tính axit hoặc kiềm như nước thải của ngành công nghiệp cán thép, thuốc nhuộm…

• Phương pháp oxy hóa khử: Trong quá trình oxy hóa các tạp chất độc hại trong nước thải có thể chuyển thành các chất đơn giản, dễ loại bỏ ra khỏi nước thải; song quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các chất hóa học Do đó người ta rất hạn chế sử dụng phương pháp này, trừ khi trong nước có các tạp chất không thể bị loại bỏ bằng các phương pháp khác

Các loại hóa chất thường được sử dụng trong phương pháp này là Cl2

(lỏng hoặc khí), nước javen, kali pemanganat…

• Phương pháp kết tủa hóa học: phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa; hoặc dựa trên độ hòa tan của kim loại trong dung dịch phụ thuộc vào pH, ở một giá trị pH nhất định của dung dịch, nồng độ kim loại vượt quá nồng độ bão hòa thì sẽ có kết tủa, nhất là trong môi trường kiềm hoặc kiềm yếu

Phương pháp kết tủa thường được sử dụng để xử lý nước thải của ngành công nghiệp luyện kim và gia công kim loại

3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học [5]

Cơ sơ của phương pháp là dùng vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất hữu cơ có khả năng thối rữa thành các chất ổn định với sản phẩm sau cùng là CO2, H2O và các chất vô cơ khác Thực chất của phương pháp này là quá trình lên men – là sự phân hủy một số

chất hữu cơ, chúng thường kèm theo sự thoát khí dưới tác dụng của các enzim

do vi sinh tiết ra

Các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học thường được chia thành hai loại cơ bản: Phương pháp hiếu khí và phương pháp yếm khí

• Phương pháp hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20o ÷ 40oC

• Phương pháp yếm khí: Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật yếm khí

Nguyên lý chung của các phương pháp sinh học để xử lý nước thải là:

- Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào của của vi sinh vật do khuyếch tán đối lưu và phân tử

- Di chuyển chất từ bề mặt ngoài của tế bào qua màng bán thấm bằng khuyếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất trong và ngoài tế bào

- Quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới trong tế bào với sự hấp thụ năng lượng

Phương pháp sinh học để xử lý nước thải rất thích hợp cho việc loại bỏ chất ô nhiễm tự nhiên trong thiên nhiên và với lưu lượng xử lý lớn có thể xây dựng các kiểu hồ sinh học tự nhiên như hồ oxy hóa cấp ba, hồ thông khí nhân tạo (hồ được thông khí), hồ oxy hóa hiếu khí hay yếm khí (hồ oxy hóa tùy tiện)…

4 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý [1]

Đây là những phương pháp được dùng khá phổ biến, có thể làm giảm

80 ÷ 90% số lượng tạp chất, đảm bảo sự thích ứng với những thay đổi đột ngột của nước thải như độ nhiễm bẩn…Các phương pháp này có nhược điểm

là giá thành cao do phải sử dụng nhiều hóa chất và tạo ra lượng cặn lớn Các phương pháp hóa lý để xử lý nước thải gồm: động tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, tách bằng màng hay phương pháp điện hóa…

4.1 Phương pháp đông tụ và keo tụ

Bằng các biện pháp xử lý cơ học như đã trình bày ở trên có thể tách các hạt rắn dạng huyền phù có kích thước lớn hơn 10-4mm, nhưng nó không thể loại được các tạp chất ô nhiễm dạng keo và dạng hòa tan vì chúng có kích thước quá nhỏ Nếu dùng phương pháp lắng đơn giản để xử lý nước thải dạng này thì hiệu quả không cao Như vậy để tăng hiệu quả của phương pháp lắng thì phải tăng kích thước của các hạt, người ta đã lợi dụng sự tác dụng tương

hỗ giữa các hạt phân tán để liên kết chúng thành tập hợp

Đông tụ là sự phá vỡ tính bền vững của các hạt keo bằng cách đưa thêm vào hệ một chất phản ứng như các chất điện ly, muối nhôm hay các chất polyme (trung hòa điện tích của các hạt rắn) Còn keo tụ là sự tích tụ các hạt nhỏ đã bị phá vỡ độ bền tạo thành các tập hợp nhỏ, sau đó thành các cụm to hơn và lắng xuống

Khi thế cân bằng điện động bị phá vỡ, các phần mang điện sẽ kết hợp hoặc kết dính với nhau bằng lực liên kết phân tử và tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc ion tự do; các tổ hợp này được gọi là các hạt bông keo Theo thành phần cấu tạo người ta chia thành keo kỵ nước và keo ưa nước:

• Keo kỵ nước là các hạt keo không ngậm nước, ví dụ keo của các kim loại vàng, bạc…

• Keo ưa nước là keo hấp thụ các phân tử nước, ví dụ như vi khuẩn, virut…

Trong kỹ thuật xử lý nước bằng đông tụ và keo tụ thì keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo Keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất xúc tác, ban đầu các phân tử mới hình thành liên kết lại với nhau tạo thành khối đồng nhất; các khối này có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion nào đó tạo thành lớp vỏ bọc ion Lớp vỏ bọc ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo Như vậy cấu tạo của hạt keo gồm có nhân keo và điện tích hạt keo:

• Nhân keo: gồm một số nguyên tử hay phân tử trung hòa kết hợp lại thành trạng thái rắn, số phân tử càng lớn thì kích thước hạt keo càng lớn

• Điện tích hạt keo: bề mặt nhân keo có thể hấp phụ chọn lọc ion của dung dịch tạo ra lớp ion tạo thế (còn có một số lượng nhỏ ion trái dấu cũng hấp phụ lên bề mặt nhân keo) Xung quanh lớp ion này là lớp ion bên ngoài

mà hầu hết là các ion trái dấu được hút bám một cách lỏng lẻo tạo thành lớp khuyếch tán Đây là cấu tạo mixen keo

Trong tự nhiên, tùy theo nguồn gốc xuất xứ hay bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương Ví dụ như các hạt rắn có nguồn gốc silic, các hợp chất hữu cơ đều mang điện tích âm, ngược lại các hyđroxyt của nhôm và sắt mang điện tích dương Do vậy, khi lựa chọn chất đông tụ phải căn cứ vào hệ keo đang xét và cần chú ý tới tính không độc hại

và hiệu quả mà nó mang lại Để xử lý nước thải người ta thường sử dụng các loại chất keo tụ có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu, một số ion trái dấu bị hút chặt đến mức chuyển động cùng hạt rắn nên tạo thành một mặt trượt, xung quanh lớp ion trái dấu bên trong là lớp ion bên ngoài gồm hầu hết các ion trái dấu bị hút bám một cách lỏng lẻo và dễ dàng bị trượt ra Lớp ion âm làm giảm điện tích âm của hạt rắn, giúp các hạt dính kết với nhau.

Các chất keo tụ vô cơ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Một số muối nhôm tiêu biểu được dùng làm chất đông tụ như:

Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5.Cl…Các chất hữu cơ tổng hợp tiêu biểu như: Melanimfocmandehit, hydrin metylamin (EPLDAM), poly clorua-dialyldimetylamoni (POLYAMAC)

Quá trình làm sạch nước bằng đông tụ và tạo bông bao gồm các giai đoạn định lượng, khuấy trộn hóa chất với nước thải, tạo thành bông keo và lắng bông keo

Phương pháp keo tụ được dùng để xử lý độ màu, độ đục của nước và nước thải có chứa các kim loại nặng

4.2 Phương pháp điện hóa

Người ta sử dụng các quá trình oxy hóa anod và khử catod để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải Phương pháp điện hóa đạt hiệu suất cao nhưng chi phí cao do tiêu tốn điện năng lớn

Trong quá trình điện phân, tại cực dương (anod) các ion cho điện tử nghĩa là có phản ứng oxy hóa xảy ra; còn trên cực âm (catod) xảy ra quá trình nhận điện tử có nghĩa là có phản ứng khử Các quá trình này thích hợp để làm

sạch nước khỏi các tạp chất như xyanua, sunfoxyanua, các amin, alcol, hợp chất nitơ, thuốc nhộm… trong các quá trình này các tạp chất bị phân hủy hoàn toàn tạo thành CO2, NH3, H2O cùng các sản phẩm không độc khác thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo

• Anod: thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện phân như: grafit, manhetit (Fe3O4), dioxyt mangan và dioxyt rutendi… phủ trên nền titan

• Catot: được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken, than chì, thép không gỉ…

Đông tụ điện: Tiến hành điện phân với việc sử dụng anod hòa tan bằng nhôm hoặc thép Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan của kim loại dẫn đến các cation của sắt hoặc nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydroxyl tạo thành các hydroxyt của các kim loại đó ở dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra mãnh liệt Phương pháp này thích hợp để loại bỏ các tạp chất

có độ bền cao…

Ưu điểm của phương pháp là thiết bị gọn và điều khiển đơn giản, không

sử dụng các tác nhân hóa học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến hành quá trình, không có chất độc, bùn cặn có tính chất cơ học tốt và có thể nghiên cứu để sử dụng được

4.3 Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (các hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng bằng cách làm nổi tạp chất lên bề mặt dung dịch Ưu điểm của phương pháp này là có thể loại bỏ được hoàn toàn các tạp chất nhỏ và nhẹ, lắng chậm trong một khoảng thời gian ngắn

Quá trình tuyển nổi được tiến hành bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường

là không khí) vào trong pha lỏng Các bọt khí đó sẽ kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt nổi lên bề mặt, chúng tập hợp nhau tạo thành các lớp bọt và được gạt đi Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự kết dính màng mỏng của bọt khí và các tạp chất, các chất bẩn có tính kỵ nước thì dễ dàng nổi theo các bọt khí

Đối với các hạt ưa nuớc thì phải dùng chất tuyển nổi, là tập hợp của nhiều chất hoạt động bề mặt Các chất này hấp phụ lên bề mặt chất rắn và chuyển bề mặt của nó thành bề mặt kỵ nước

Bên cạnh phương pháp tuyển nổi thông thường người ta còn sử dụng phương pháp tuyển nổi bằng điện Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các bọt khí được tạo thành trong quá trình điện phân để loại bỏ các hạt

lơ lửng Tại anod là các bóng khí oxy còn trên catod là các bóng khí hidro Khi sử dụng điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời quá trình đông tụ điện và tuyển nổi dẫn đến sự tăng hiệu suất xử lý nước thải

4.4 Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là quá trình tích tụ các phân tử khí hoặc lỏng lên bề mặt của chất rắn (chất hấp phụ) Quá trình hấp phụ là tự xảy ra do chất hấp phụ là những chất có bề mặt riêng lớn; vì thế có xu hướng hấp phụ các chất khác lên bề mặt

để làm giảm năng lượng tự do bề mặt

Các chất được sử dụng để làm chất hấp phụ thường là những chất có bề mặt riêng lớn, cấu trúc xốp và có độ phân tán cao Một số chất hấp phụ thường dùng như than hoạt tính, silicagel, zeolit, keo nhôm, đất sét…

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch nước thải hoàn toàn khỏi các hợp chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học

cũng như xử lý cục bộ Ví dụ quá trình hấp phụ được sử dụng để tách các chất hữu cơ như phenol, alkyl benzen-sunfonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước

Sau đây là một số chất được sử dụng làm chât hấp phụ như: khoáng Bentonit, khoáng Diatomit, than hoạt tính…

4.4.1 Khoáng Bentonit

Đá là vật liệu chủ yếu tạo nên trái đất và được tạo thành từ những khoáng vật riêng biệt Trong 2500 loại khoáng vật đã được biết trên trái đất thì có 150 loại tạo thành đá và có 40 loại là những thành phần chính tồn tại trong đá Khoáng vật là một tập hợp những chất vô cơ được hình thành một cách tự nhiên nên thường được gọi là khoáng tự nhiên Mỗi loại khoáng tự nhiên có cấu tạo hóa học xác định và tính chất riêng biệt Những thành phần hóa học chính cấu tạo nên các khoáng tự nhiên là Silic, ngoài ra còn có các nguyên tố

Al, Fe, Mg, K, Ca… Các loại khoáng tự nhiên khác nhau thì có thành phần các nguyên tố trên khác nhau Với tính xốp cao, các khoáng tự nhiên được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật hấp phụ

Aluminosilicat là tên khoa học chung của các loại khoáng sét; Trong những khoáng sét tự nhiên mà con người đã sử dụng thì khoáng Bentonit có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp như lọc hóa dầu, lọc dầu, lọc nước, xử lý nước thải… Thành phần hóa học chính của Bentonit là Montmorillonit có công thức tổng quát là (OH)2Al2Si4O10 hay

Al2O3.4SiO2.H2O Ngoài ra, các nghiên cứu còn cho thấy trong Bentonit còn

có một số khoáng sét khác như Kaolinit, Clorit, mica và các khoáng phi sét như Caxi, Pirit, Manhetit, Biolit…Chính vì vậy mà Bentonit được gọi theo tên thành phần cấu tạo chính Montmorillonit (Mont)

Về cấu tạo, Bentonit thuộc loại khoáng sét tinh thể có cấu trúc lớp 2:1 dạng diocta Nghĩa là cứ hai mạng lưới tứ diện Si – O liên kết với một mạng lưới bát diện O – Al – OH hình thành một lớp cấu trúc khoáng Bentonit (độ dày mỗi lớp khoảng 10Ao

)

Các hình tứ diện trong mạng lưới liên kết với nhau qua 3 trong 4 oxy tạo thành mạng lưới phẳng vô hạn, điện tích âm của nguyên tử oxy còn lại chưa được trung hòa, do đó mạng lưới phẳng Si – O tích điện âm ở phía đỉnh tự do của các tứ diện Nguyên tử nhôm nằm trong hình phối trí 8 mặt tạo bởi các nhóm – OH và các nguyên tử oxy chưa trung hòa điện tích Các hình 4 mặt hướng đỉnh tích điện âm của mình về phía các nguyên tử nhôm, để các đỉnh này cùng với nhóm – OH trung hòa điện tích của Al3+ Vì vậy các lớp này sẽ không tích điện (Khi các nguyên tử trong mạng lưới không có sự thay thế đồng hình)

Khoáng Bentonit được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau do nó mang các tính chất đặc biệt như tính chất trao đổi ion, tính trương

nở và đặc tính hấp phụ

4.4.2 Khoáng Diatomit

Là loại khoáng tự nhiên có thành phần chủ yếu là SiO2 và có thêm Al2O3

cùng một số các oxit khác với hàm lượng nhỏ hơn nước Đây là loại khoáng

có cấu trúc xốp, thường ở trạng thái phân tán cao (hoặc có thể chuyển về dạng bột mịn) Do có độ xốp lớn nên Diatomit có thể được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Vật liệu cách điện, cách âm, bê tông nhẹ , dung dịch khoan…Khi Diatomit chứa trên 90%SiO2, trên 2%Fe2O3, 3% chất hữu

cơ và có độ ẩm 2% thì nó được dùng làm chất trợ lọc, trợ lắng, làm trong nước, làm giảm độ cứng của nước sinh hoạt

Diatomit còn được gọi là chất thảo mộc, màu trắng, xám sáng hay hơi vàng, rất nhẹ, gồm các hạt được gắn kết yếu với nhau Diatomit có nguồn gốc

từ những hóa thạch của những động vật nguyên sinh hữu cơ dạng đơn bào (protozoa đơn bào – những loại rong biển, tảo giáp) hai nguyên tử Lượng chứa các mảnh xác hóa thạch trong 1cm3Diatomit của các mỏ khác nhau dao động từ 2 – 50 triệu mảnh; số mảnh hóa thạch có trong Diatomit rất biến động Các mảnh giáp xác tảo (diatome) hóa thạch là các tiểu thể opan vô cùng nhỏ (0,03 ÷ 0,15 mm), làm cho khoáng Diatomit rất nhẹ và xốp Các kết quả phân tích hóa học, nhiệt động học, phổ hồng ngoại và phổ rơnghen đã chỉ ra rằng: diatomit là loại SiO2 vô định hình đã hydrat hóa (hợp nước) có lẫn một

ít tạp chất kim loại Những khoáng chất này được đặc trưng bằng sự có mặt của một số lượng rất lớn các lỗ xốp cỡ nhỏ, thể tích tổng cộng các lỗ xốp của Diatomit Vx = 0,7 ÷ 2,4 cm3/g với bán kính tổng cộng các lỗ xốp của Diatomit

là rh = 0,3 ÷ 1,6 µm Các tảo giáp hai nguyên tử khi trầm tích kết đọng lại

trong cấu trúc của Diatomit đã chuyển hóa thành những “màng ngăn riêng”

của những lỗ xốp lớn, kết quả đã tạo thêm cấu trúc xốp rỗng cho Diatomit Khối lượng riêng thực dT của khoáng Diatomit thay đổi từ 0,1 ÷ 2,2 g/cm3, khối lượng riêng xốp dx của Diatomit là 0,425 ÷ 1,25g/cm3, điều này chủ yếu phụ thuộc vào lượng tạp chất khoáng vật có trong Diatomit gồm: thạch anh, glauconit, montmorionit, tro núi lửa và các vật chất sét…

Thành phần hóa học của khoáng Diatomit như sau:[SiO2] = 55,0 ÷ 95%, [Al2O3] = 1,0 ÷ 10,5%; [Fe2O3 + FeO] = 0,2 ÷ 10,0% ; [CaO + MgO] = 0,2 ÷ 4%, nhiệt độ nóng chảy của Diatomit là T0

nc = 1150 ÷ 16000C

Nghiên cứu quá trình chuyển hóa khoáng tự nhiên Diatomit thành chất

có khả năng hấp phụ tốt là nghiên cứu biến đổi cơ học, lý học và hóa học của các khoáng đó, để tạo thành các chất có khả năng hấp phụ cao hơn so với

khoáng nguyên khai Nghĩa là làm cho độ xốp, bề mặt riêng và hoạt tính hấp phụ của khoáng đã tăng lên nhiều lần

Việc sử dụng khoáng Diatomit làm chất hấp phụ, vật liệu lọc trong lĩnh vực lọc nước, xử lý nước thải là một hướng nghiên cứu có ứng dụng thiết thực bởi Diatomit là loại khoáng xốp phổ biến, sẵn có, dễ kiếm và rẻ tiền, không tan trong nước nên không gây ra hiện tượng ô nhiễm nước thư cấp

Sự thay đổi khả năng hấp phụ của khoáng tự nhiên từ loại nguyên khai đến loại đã chuyển hóa, biến tính thành chất hấp phụ được thể hiện qua các thông số cấu trúc của khoáng Khi xử bị xử lý bằng axit, các tạp chất oxyt kim loại trong khoáng bị tách ra, cộng thêm được nung ở nhiệt độ thích hợp nên Diatomit bị phá vỡ cấu trúc cũ tạo ra bộ khung mới với sự thay đổi tới một độ rỗng xốp ổn định, cấu trúc bề mặt khoáng bị biến đổi, làm xuất hiện các trung tâm hấp phụ mạnh, nhờ đó mà ta có thể dùng nó để hấp phụ các tạp chất trong

xử lý nước thải

Việc sử dụng khoáng Diatomit trong công nghệ sử lý nước và nước thải đem lại lợi ích kinh tế rõ rệt, chất lượng nước sau khi được xử lý các thông số đạt yêu cầu

4.4.3 Than hoạt tính

Than hoạt tính được chế tạo theo phương pháp loại trừ với nguyên liệu đầu chứa thành phần cacbon như: than, xenlulozơ, gỗ, sọ dừa, bã mía, tre,mùn cưa… Có thể xuất phát từ các nguồn nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau, khí chế tạo người ta có thể qui về hai phương pháp chính trong giai đoạn hoạt hóa là: hoạt hóa hóa học và hoạt hóa vật lý

Theo phương pháp hoạt hóa hóa học, than hoạt tính được sản xuất bằng cách trộn nguyên liệu với các hóa chất và đốt yếm khí từ 500 ÷ 9000C Các

chất vô cơ khi đốt sẽ bị phân hủy thành các khí có tính oxy hóa, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy qua phản ứng dehydrat hóa

Phương pháp hoạt hóa vật lý thường được tiến hành theo hai giai đoạn: Than hóa và hoạt hóa

• Giai đoạn than hóa: là gia đoạn đốt yếm khí ở 400 ÷ 500oC nhằm loại

bỏ các thành phần bay hơi trong nguyên liệu, đồng thời một số chất hữu cơ có thể trùng hợp polyme tạo ra khung cacbon chưa hoàn chỉnh

• Giai đoạn hoạt hóa: là để phát triển độ xốp của nguyên liệu thông qua phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao (800 ÷ 1100oC) Trong quá trình oxy hóa, một số nguyên tử cacbon bị đốt thành khí (CO, CO2), khí này bay hơi để lại lỗ trống, đó chính là cơ chế tạo nên độ xốp Tác nhân oxy hóa có thể dùng là: hơi nước, không khí, khí cacbonic… Khả năng hấp phụ tốt các chất trong dung dịch của than hoạt tính được

sử dụng rất nhiều trong công nghệ thực phẩm, làm sạch nước thải và làm sạch nước uống (ví dụ: dùng than hoạt tính để khử độc của nước thải khỏi các hợp chất hữu cơ vòng thơm)

Ngoài ra than hoạt tính còn được sử dụng rộng rãi để làm sạch trong quá trình sản xuất thuốc thử nguyên chất và trong quá trình sản xuất dược phẩm Người ta cũng sử dụng than hoạt tính để phân chia hoặc làm sạch hỗn hợp khí trong điều kiện phòng thí nghiệm Than hoạt tính cũng được sử dụng rộng rãi trong sắc ký khí để hấp phụ và phân chia khí…

PHẦN II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

I CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Như phần trên đã trình bày một cách cơ bản khái quát về nước thải Qua đây ta thấy có nhiều tiêu chuẩn để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước như độ đục, độ cứng, độ màu, pH, hàm lượng chất rắn trong nước, hàm lượng oxy hòa tan DO, độ phóng xạ, nhu cầu oxy hóa học COD, nhu cầu oxy sinh học

BOD, chỉ tiêu vi sinh vật…

Sau đây chúng ta tìm hiểu một số phương pháp xác định các chỉ tiêu: COD, pH, Mn, Ni…

1 Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học COD

1.1 Cơ sở phương pháp

Cho chất hữu cơ (có trong mẫu nước xét nghiệm) tác dụng với một lượng

dư KMnO4 ở nhiệt độ sôi trong 10 phút, sau đó chuẩn lại lượng dư của KMnO4 bằng H2C2O4 Từ đó suy ra số KMnO4 mất đi tương đương với lượng chất hữu cơ có trong mẫu nước

Phản ứng xảy ra theo phương trình:

2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 10CO2 + 8H2O

1.2 Dụng cụ - hóa chất

- Buret 25ml - Dung dịch Kalipermanganat(KMnO4 ) 0,02N

- Bình nón 250 ml - Dung dịch axit oxalic (H2C2O4) 0,02N

- Pipet 2, 5, 10 ml - Dung dịch axit sunfuaric (H2SO4) đặc

- Giấy lọc và phễu thủy tinh - Đá tạo bọt

1 3.Cách tiến hành xác định :

- Lấy mẫu nước

- Lọc mẫu nước để loại bỏ các tạp chất không tan

- Cho vào bình nón 250 ml những chất sau:

+ 5,00 ml mẫu nước thải

1.4 Tính toán kết quả :

- Trong quá trình định lượng ta đã có cân bằng:

Tổng lượng KMnO4 = Lượng axit H2C2O4 + Lượng chất hữu cơ Suy ra:

Lượng chất hữu cơ = Tổng lượng KMnO4 – Lượng axit H2C2O4

- Dựa vào nồng độ dung dịch các chất đã dùng, ta tính được:

Lượng chất hữu cơ = {[ 10(ml) + k(ml) ] – 10 (ml)}

= k (ml) KMnO 0,02N

Vì 1ml KMnO40,02N cung cấp 0,16 mg O2nên 1 lít nước tiêu thụ

COD =

mau

O KMnO V

m k D

0 × × k−m

×1000 mg O2/l COD= 1,6 ×(k - m) mg O2/l

Trong đó, m: là lượng KMnO4 0,02N tiêu thụ bởi 100,00 ml nước nguyên chất (nước cất 2 lần) làm mẫu trắng so sánh

Đối với mẫu nước thải nhuộm khi nghiên cứu và định lượng bằng phương pháp pemanganat, nhất định phải kiểm tra môi trường và chỉnh độ pH tới axit, tránh cho điểm chuyển màu khi chuẩn độ không rõ, kết quả bị sai do màu đen của Mn4+ gây ra Đối với nguồn nước có chứa nhiều rong rêu ta phải lọc bỏ nước trước khi phân tích để không bị xác rong rêu làm ảnh hưởng điểm đổi màu khi chuẩn độ

Việc xác định chỉ số COD có ưu điểm là tốn ít thời gian, thường được dùng để đánh giá nguồn nước ô nhiễm nhẹ Tuy nhiên nhược điểm của nó là không phản ánh đầy đủ lượng chất hữu cơ trong nước vì chỉ khoảng 75% ÷ 80

% lượng chất hữu cơ bị KMnO4 phân hủy

2 Phương pháp đo độ màu của nước ( theo thang Coban)

2.1 Cở sở phương pháp

Màu của nước được biểu thị bằng độ Coban và được xác định bằng phương pháp so màu Màu của nước tỷ lệ với nồng độ chất tạo ra màu trong trong nước theo định luật Lambe – Beer: khi chiếu chùm ánh sáng đơn sắc qua dung dịch chất màu có bề dày l (cm) và nồng độ C (mol/l), khi đó ta có giá trị mật độ quang A được xác định bởi công thức:

A = log

I

I O

= ε.l.C Trong đú: ε: là hệ số hấp thụ phõn tử (hệ số tắt phõn tử)

I o: Cường độ ỏnh sỏng tia tới

I: Cường độ ỏnh sỏng tia lú

C: Nồng độ chất màu

l: Chiều dày cuvet

Như vậy mật độ quang tỷ lệ với nồng độ chất màu trong nước

Cân chính xác 0,087g K2Cr2O7, 2g CoSO4.7H2O và dùng pipet lấy 1ml

H2SO4 ( d = 1,84 ) vào bình định mức 1000ml rồi thêm nước cất đến vạch

• Dung dịch D2