Đồ án Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải nhuộm bằng khoáng diatomit và phèn nhôm

2 loại: phèn sắt (II) và phèn sắt (III). Phèn sắt (II) khi cho vào nước bị phân li thành Fe2+ và bị thủy phân thành Fe(OH)2 theo phương trình: Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+ (1.6) Fe(OH)2 vừa tạo ra vẫn có khả năng tan trong nước, khi trong nước có oxy hoà tan: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4 Fe(OH)3 (1.7) Quá trình oxy hóa trên chỉ diễn ra tốt khi nước có pH = 8 ÷ 9 và nước phải có độ kiềm cao. Phèn sắt (III) khi cho vào nước bị phân li thành Fe3+ và bị thủy phân thành Fe(OH)3: Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ (1.8) Vì phèn sắt (III) không bị oxy hóa nên không cần nâng cao độ pH như sắt (II). Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 ÷ 6,5. Để tăng cường quá trình tạo thành bông keo hydroxit Al và Fe với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ đông tụ. Các chất này có tác dụng làm hạ thấp liều lượng chất đông tụ, giảm thời gian quá trình đông tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ thường được sử dụng là: tinh bột, dextrin (C6H10O5)m, các ete, xenlulo, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O), polyacrylamit Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm phải khuấy trộn đều hóa chất với nước thải. Quá trình làm sạch nước thải bằng đông tụ và keo tụ gồm các giai đoạn: định lượng, khuấy trộn hóa chất với nước thải, tạo thành bông keo va lắng bông keo. Theo như sơ đồ sau: Nước sạch 1 2 4 Nước Chất đông tụ Nước thải 3 Chất lắng Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị làm sạch nước thải bằng dông tụ Bể chứa chuẩn bị dung dịch Thiết bị định lượng Bể khuấy trộn Bể tạo bông Bể lắng trong Tuyển nổi [1] Phương pháp tuyển nổi dùng để tách các tạp chất (các hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng bằng phương pháp làm nổi tạp chất lên trên bề mặt dung dịch. Quá trình tuyển nổi được thực hiện 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 đẩy Ácsimét của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn để thắng trọng lực nó sẽ kéo hạt nổi lên trên bề mặt, chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt và được gạt loại đi. Hấp phụ Khái niệm Định nghĩa: Hấp phụ là quá trình hút các chất lên bề mặt vật liệu nhờ các ái lực trên bề mặt. Các vật liệu được gọi là chất hấp phụ, chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ. Hấp phụ được dùng rộng rãi để tách các chất tan (điện ly và không điện ly) khỏi dung dịch. Hấp phụ xảy ra do trường lực hút tồn tại ở trên và gần bề mặt. Mạnh nhất là các lực hóa trị, gây nên hấp phụ hóa học, tạo ra các hợp chất khá bền trên bề mặt, khó nhả hoặc phá phân tử thành các nguyên tử hoặc gốc gọi là hấp phụ hóa học. Lực hấp phụ do lực hút phân tử Van der Walls tác dụng trong khoảng không gian gần sát bề mặt gọi là hấp phụ vật lý. Mỗi phân tử chất bị hấp phụ đều giảm độ tự do. Nên hấp phụ luôn kèm theo sự tỏa nhiệt. Nếu hấp phụ vật lý thì nhiệt hấp phụ cỡ bằng nhiệt ngưng tụ, còn hấp phụ hóa học thì nhiệt hấp phụ lớn hơn, có thể bằng nhiệt phản ứng. Quá trình chuyển chất trong hấp phụ có thể coi như gồm ba giai đoạn: Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ (vùng khuyếch tán ngoài). Thực hiện quá trinh hấp phụ Di chuyển chất bên trong hạt chất hấp phụ (vùng khuyếch tán trong) [4] b. Chất hấp phụ Cấu trúc xốp của chất hấp phụ Các chất hấp phụ cần phải có bề mặt riêng lớn, các lỗ mao quản đủ lớn để các phân tử hấp phụ đến được bề mặt, nhưng cũng cần đủ nhỏ để loại các phân tử không mong muốn hấp phụ. Tùy thuộc vào kích thước lỗ mao quản của chất hấp phụ mà người ta phân loại chúng ra thành các loại như sau: Vi mao quản (Micropore): kích thước từ 5 – 10 Ao. Loại này như là không gian giữa các phân tử, chưa hình thành dạng hình học của mao quản. Mao quản trung bình (Medopore): kích thước từ 15 đến 1000Ao, cực đại đến 2000Ao. Loại này chiếm nhiều nhất, tạo ra phần chính bề mặt hấp phụ. Trong các mao quản loại này diễn ra cả hấp phụ và ngưng tụ mao quản. Mao quản lớn (Macropore): kích thước lớn hơn 1000-:-2000Ao Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu hấp phụ như than hoạt tính, silicagel, các polime hoạt tính, các zeolit, đất sét hoạt tính và các oxit kim loại mà điển hinh là oxit nhôm. Cùng với cấu trúc xốp mà mỗi loại sẽ cho ta những vùng ứng dụng hiệu quả riêng, sau đây ta xét một số loại chất hấp phụ chính: Than hoạt tính Than này được chế từ các nguyên liệu giàu cacbon như than bùn, than đá, các thực vật (sọ dừa, gỗ, mùn cưa, bã mía, tre), xương động vật. Quá trình sản xuất than hoạt tính gồm hai giai đoạn chính là: giai đoạn than hóa và giai đoạn hoạt hóa. Giai đoạn than hóa được thực hiện nhờ quá trình nhiệt phân, nhằm giải phóng cacbon khỏi các liên kết với các nguyên tử khác và các liên kết bền giữa chúng, loại các nguyên tố khác đồng thời nâng cao hàm lượng cacbon. Quá trình nhiệt phân các vật liệu thực vật kết thúc ở 400 – 450oC trong điều kiện không có chất oxy hóa (yếm khí). Đối với một số loại than, nguyên liệu thô còn được tẩm hóa chất trước khi than hóa. Trong giai đoạn thứ hai, than được oxy hóa chọn lọc ở 800 – 1100oC trong môi trường chứa hơi nước hoặc khí CO2. Trong quá trình đó, xảy ra phản ứng, ví dụ dùng CO2: C + CO2 2CO (1.8) Khi dùng hơi nước: C + H2O CO + H2 (1.9) Các phản ứng trên (đốt cháy một phần than đá) đã tạo nên độ xốp với bề mặt chứa các nhóm chức hoạt động và có diện tích bề mặt rất lớn, từ 600 đến 1700m2/g. Cấu trúc xốp và hoạt độ hoạt động phụ thuộc vào loại nguyên liệu và chế độ hoạt hóa. Do đó than có nhiều loại với phạm vi sử dụng rất khác nhau. Hình 1.6 Cấu trúc Zeolit Than hoạt tính thường được dùng ở hai dạng: dạng bột thường dùng khi năng suất nhỏ, đem trộn vào dung dịch cần hấp phụ sau đó lọc; dạng viên (có thể ép bột lại) thuận lợi cho việc hoàn nguyên than và dùng lại nên hay sử dụng cho các hệ thống có năng suất lớn. Than hoạt tính có khối lượng riêng thực 1,75 – 2,1 g/cm3; khối lượng riêng xốp khoảng 0,1 – 1 g/cm3, còn khối lượng riêng đống khoảng 0,2 – 0,6 g/cm3. Nó được dùng rất sớm và rộng rãi nhờ hoạt tính lớn và tính chọn lọc cao. Zeolit Là các aluminosilicat tinh thể có kích thước mao quản (pore) rất đồng đều, cho phép chúng phân chia (rây) các phân tử theo hình dáng và kích thước xác định, thành phần hóa học của chúng như sau: (M+)x . (AlO2)y . zH2O Trong đó, M là các cation bù trừ điện tích khung, z là số phân tử nước kết tinh trong zeolit. Người ta đã biết khoảng 40 cấu trúc zeolit tự nhiên khác nhau. Hiện nay có khoảng 200 loại zeolit tổng hợp, nhưng mới chỉ có một số lượng rất nhỏ trong số đó được sử dụng cho kỹ thuật hấp phụ, mà chủ yếu trong công nghệ hóa dầu. Có hai cách phân loại zeolit là theo kích thước mao quản hoặc theo tỷ lệ Si/Al. Một số loại zeolit tiêu biểu là zeolit loại A, loại X, Y hay zeolit mordelit Các zeolit là những chất xúc tác cực kỳ quan trọng trong lọc dầu. Zeolit có bề mặt riêng lớn, do đó có khả năng hấp phụ cao. Tính chất hấp phụ của zeolit có thể khống chế được tùy thuộc vào tính chất bề mặt ưa nước hay kỵ nước của vật liệu. Khoáng Bentonit (BE): Là khoáng sét thuộc loại aluminosilicat, có thành phần hóa học có thể viết chung là Si8(AlxMy)O20 trong đó M là Ca, Mg, Na. Có hai loại chính là bentonit kiềm thổ (Ca, Mg) và bentonit kiềm (Na, K). BE đã được biết đến từ rất lâu và được sử dụng như các loại vật liệu xây dựng. Nhìn chung, bentonit có khả năng hấp phụ như những chât hấp phụ tự nhiên, chúng hấp phụ hiệu quả các chất ô nhiễm nguồn gốc hữu cơ; thường được dùng trong việc phân loại, tẩy dầu mỡ, hay làm chất mang Khoáng Diatomit (DA): DA là loại đá trắng, xám hơi vàng rất nhẹ, có cấu trúc gồm các hạt được gắn kết yếu với nhau. Số lớp áo giáp nguyên vẹn của tảo cát (diatome) trong đá rất biến động. Các áo giáp tảo cát là các tiểu thể ôpan vô cùng bé (0,03 ÷ 0,15 mm) làm cho đá nhẹ và xốp. Các kết quả phân tích hóa học, nhiệt động học và phổ hồng ngoại và phổ rơnghen đã chỉ ra rằng: DA là loại SiO2 vô định hình đã hiđrat 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 DA là Vx = 0,7 ÷ 2,4 cm3/g với bán kính tổng cộng các lỗ xốp của DA là rh = 0,3 ÷ 1,6 μm. Các tảo giáp hai nguyên tử khi trầm tích, kết đọng lại trong cấu trúc của DA đã chuyển hóa thành những “màng ngăn riêng” của những lỗ xốp lớn; kết quả đã tạo thêm cấu trúc xốp rỗng cho DA. Khối lượng riêng thực dT của khoáng DA thay đổi từ 0,1 ÷ 2,2 g/cm3, khối lượng riêng xốp dx của DA là 0,425 ÷ 1,25 g/cm3, chủ yếu phụ thuộc vào lượng tạp chất sét. Các tạp chất khoáng vật trong DA có thạch anh, glauconit, montmorillonit, tro núi lửa và các vật chất sét[12, 15, 21] Thành phần hóa học của DA như sau [12]: [SiO2] = 55,0 ÷ 95,0 % [Fe2O3 + FeO] = 0,2 ÷ 10,0 % [Al2O3] = 1,0 ÷ 10,5% [CaO + MgO] = 0,2 ÷ 4,0% Nghiên cứu quá trình chuyển hóa khoáng tự nhiên DA thành chất hấp phụ là nghiên cứu công nghệ biến đổi cơ học, lý học và hóa học các khoáng DA đó, để tạo thành các chất có khả năng hấp phụ cao hơn so với khoáng nguyên khai, làm cho độ xốp, bề mặt riêng và hoạt tính hấp phụ của mẫu khoáng DA đã chuyển hóa tăng lên. Nghiên cứu sử dụng khoáng DA làm chất hấp phụ, vật liệu lọc trong lĩnh vực lọc nước, xử lý nước là một hướng nghiên cứu có ứng dụng thiết thực, bởi DA là loại khoáng xốp khá phổ dụng, sẵn có, dễ kiếm và rẻ tiền, không tan trong nước nên không gây ra hiện tượng ô nhiễm thứ cấp. Những ứng dụng DA trong thực tế, như chất trợ lọc làm dung dịch trong dung dịch bia, rượu, hay dung dịch khoan[21,22,23,24] 1 2 Hình 1.7. Sơ đồ hệt thống hấp phụ lọc 1. hấp phụ có khuấy; 2. Lọc Để làm tăng hoạt tính của khoáng DA thì bột khoáng DA mua về tiếp tục được xử lý cấp hai như sau: tiến hành ngâm bột khoáng trong dung dịch axit HCl (1:2) một thời gian, sau đó đem đi rửa sạch bằng nước đến khi nước rửa có pH đạt trung tính, sấy khô rồi đem nung ở nhiệt độ nhất định. Sau khi xử lý axit các tạp chất oxit kim loại bị tách ra, cộng thêm được nung ở nhiệt độ thích hợp nên DA 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 của khoáng bị biến đổi, làm xuất hiện các trung tâm hấp phụ mạnh, nhờ vậy mà ta có thể dùng nó để xử lý hấp phụ các tạp chất trong xử lý nước thải. c. Hệ thống thiết bị Về các thiết bị hấp phụ thì có rất nhiều loại, nhưng trong xử lý nước thải chủ yếu dùng loại có máy khuấy như sơ đồ (hình 1.7) Quá trình làm sạch nước thải bằng hấp phụ được tiến hành ở điều kiện khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước, hoặc lọc nước thải qua lớp lỏng giả trong các hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn và liên tục. Khi tiến hành quá trình này có sự khuấy trộn chất hấp phụ với nước. Quá trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hoặc nhiều bậc tùy thuộc vào điều kiện và yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Ứng dụng của quá trình hấp phụ có thể được sử dụng để tách các chất hữu cơ như phênol, alkylbenzen, sunphonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính. Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion được sử dụng để làm sạch nước hoặc nước thải chứa Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn cũng như các hợp chất của asen, photpho xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi được các chất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao vì vậy nó là một phương pháp được sử dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước thải. Bản chất của quá trình trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng giá trị điện tích nhưng trái dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Phản ứng tổng quát của quá trình trao đổi ion: mA + RmB mRA + B (1.10) A, B: cation R: gốc anion Các cationit là những chất có khả năng trao đổi các ion dương với dung dịch. Những chất này mang tính axit, khi tiếp xúc với nước thì ion H+ của cationit sẽ trao đổi với các ion kim loại trong nước. Cột cation dùng để xử lý các kim loại nặng. Ví dụ: R-SO3H + NaCl R-SO3Na + HCl (1.11) Các anionit là những chất có khả năng trao dổi các ion âm với dung dịch. Những chất này mang tính bazơ, khi tiếp xúc với nước thì ion OH- của anionit sẽ trao đổi với các anion của dung dịch. Cột anion để xử lý các gốc như Cl-, S2- ví dụ: R-OH + NaCl RCl + NaOH (1.12) 2 3 1 Hình 1.8. Sơ đồ bể điện phân 1. Thân bể; 2. Anôt; 3. Catot; 4. Màng Các ionit sau khi sử dụng có thể được tái sinh lại, các cationnit được tái sinh bằng dung dịch axit có nồng độ từ 2 ÷ 8%. Các anionit được tái sinh bằng dunh dịch kiềm. Các phương pháp điện hóa Người ta sử dụng các quá trình oxy hóa cực anot và khử cực catot 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. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép lấy ra từ chất thải các sản phẩm có giá trị bằng các sơ đồ công nghệ đơn giản tự động. Không cần sử dụng các tác nhân hóa học. Việc làm sạch nước thải bằng phương pháp điện hóa có thể được tiến hành gián đoạn hoặc liên tục. - Anot thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện phân, như: graphit, macnetit (Fe3O4), dioxyt chì, dioxyt mangan và dioxyt ruteni (Ru) phủ lên nền titan. - Catot được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken; tsf than chì (graphit), thép không gỉ và các kim loại khác được phủ lớp molipden, vonfranm hay hợp chất của chúng. - Quá trình được tiến hành trong bể điện phân với màng hoặc không màng. Ngoài các quá trình chính là oxy hóa điện hóa và khử, đồng thời trong bể điện phân còn xảy ra các quá trình khác như tuyển nổi bằng điện, hiện tượng điện di và đông tụ bằng điện.[1] CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC Phương pháp hóa học là phương pháp dùng các tác nhân hóa học và bể phản ứng để xử lý chất thải, phương pháp pháp có hai loại cơ bản là phương pháp trung hòa và phương pháp oxy hóa khử. Phương pháp trung hòa Là phương pháp dùng kiềm hoặc axít để đưa độ pH của nước thải về giá trị 6,5 ÷ 8 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Các cách để thực hiện là: Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm Bổ xung tác nhân hóa học Lọc nước chứa axit qua vật liẹu trung hòa Hấp phụ khí axit bằng kiềm hoặc hấp phụ amoniac bằng nước. Ứng dụng của phương pháp này trong công nghiệp cán thép, nhuộm, thuốc trừ sâu Phương pháp oxy hóa khử Phương pháp này được sử dụng nhằm đưa các chất độc hại chuyển thành các chất đơn giản, dễ loại bỏ ra khỏi nước thải Quá trình nay tiêu tốn một lượng lớn các chất thải nên ít được sử dụng, chỉ dùng trong trường hợp phải loại bỏ một số các tạp chất mà không thể loại bỏ bằng các phương pháp khác. Các hóa chất thường được người ta sử dụng là: Cl2 (lỏng hoặc khí), nước javen, permanganat kali Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống thiết bị tuyển nổi điện một ngăn 1. Thân thiêt bị; 2. Điện cực Bùn cặn Nước thải 2 Nước sạch Váng cặn 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Phương pháp này dùng vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan và một sô chất vô cơ như H2S, các sunfit amoniac, nitơ, để biến các hợp chất hữu cơ có khả năng thối rữa thành các chất ổn định với sản phẩm sau cùng là CO2 và H2O và các chất vô cơ khác. Nguyên lý chung của các phương pháp xử lý nước thải: Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh do khuếch tán đối lưu và phân tử. Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất lỏng trong và ngoài tế bào. Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới ở trong tế bào với sự hấp thụ năng lượng. Phương pháp sinh học rất thích hợp cho việc loại bỏ chất ô nhiễm tự nhiên do thiên nhiên và lưu lượng xử lý lớn do có thể xây dựng được các hồ sinh học tự nhiên, có sục khí Xử lý nước bằng sinh học dựa vào các dạng lên men khác nhau. 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 các vi sinh tiết ra. Nếu môi trường thích hợp thì sau khi cấy vi khuẩn sẽ phát triển cho đến khi các chất dinh dưỡng cạn kiệt. Phần II. THỰC NGHIỆM Chương I. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NƯỚC Để đánh giá chất lượng nước thải có rất nhiều chỉ tiêu. Dưới đây là một số phương pháp sử dụng trong bản đồ án này: Xác định nhu cầu oxy hóa học (COD)[TCVN 4565-88] Cơ sở của phương pháp Dùng kali bicromát là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ đặc biệt là các chất hữu cơ phức tạp (có liên kết, đôi liên kết ba, vòng thơm), sau đó chuẩn độ lượng kali bicromat đủ bằng dung dịch muối Mo (mất amoni sunfat). Dụng cụ và hóa chất Dụng cụ: Burét, pipét Bình nón, bình cầu, ống sinh hàn hồi lưu. Hóa chất: Dung dịch kali bicromát 0,25 N chuẩn bị như sau: sấy khô kali bicromat K2Cr2O7 ở 105oC trong 2 giờ liền. Cân chính xác 12,259 g K2Cr2O7 p.a hoà tan trong nước cất 2 lần rồi cho vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước cất đến vạch mức. Dung dịch sắt amoni sunfat 0,25 N (muối Mo): hoà tan 98 sắt amoni sunfat Fe(NH4)2(SO4)3.6H2O p.a đã được làm khô trong bình hút ẩm một ngày trong 20ml axit sunfuric H2SO4 đặc (d = 1,84) cho vào bình định mức dung tích 1000 ml thêm nước cất đến vạch mức. Điều chỉnh lại dung dịch này dựa theo dung dịch kali bicromat với chỉ thị màu feroin hay dyphenylamin như sau: Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch kali bicromat 0,25 N vào bình nón, dung tích 250 ml. Thêm 20 ml axit sunfuric đặc. Lắc đều rồi thêm 3 đến 5 giọt chỉ thị diphenylamin (hoặc ferroin). Từ buret nhỏ dung dịch sắt amonisunfat 0,25 N xuống đến khi chuyển màu từ xanh tím sang màu xanh lơ. Chỉ thị feroin: Hoà tan 1,458 g 1,10 –octophenan-throlin monohydrat với 0,695 sắt sunfat FeSO4.7H2O trong nước vất và cho nước cất đến vừa đủ 100ml. Chỉ thị diphenylamin 1% trong axit sunfuric đặc; Bạc sunfat; Thủy ngân sunfat. Cách tiến hành Cho một lượng mẫu vào bình cầu 500 ml sao cho hàm lượng chất hữu cơ từ 100, 500 mg trong một lít mẫu. Nếu quá cao (khoảng 1000 mg/l trở lên) lấy khoảng 10 ml nước thử rồi pha loãng bằng nước cất đến 100 ml. Thêm 0,4 g thuỷ ngân sunfat HgSO4. Thêm 20ml dung dịch kali bicromat 0,25 N. Thêm vào đó một lượng axit sunfuric đặc (gấp 3 lần số ml kali bicromat) cho từ từ từng lượng nhỏ axit sunfuric đặc vừa lắc bình vừa làm lạnh dưới vòi nước. Rồi cho vào chừng 2g bạc sunfat AgSO4, cho mấy viên bi thuỷ tinh hoặc đá bọt vào bình. Lắp bình cầu vào ống sinh hàn hồi lưu đun sôi nhẹ và giữ bình ở nhiệt độ sôi trong hai giờ sau đó để nguội bình, dùng 25ml nước cất để rửa thành ống sinh hàn. Chuyển dung dịch từ bình cầu sang bình nón. Tráng bình cầu bằng nước cất, chuyển tất cả nước tráng rửa vào bình nón, pha loãng hỗn hợp đến 200ml rồi dùng dung dịch chuẩn sắt amoni sunfat với 3 ÷ 4 giọt chỉ thị màu feroin hoặc diphenylamin để chuẩn độ lượng kali bicromat đủ cho đến khi màu của dung dịch từ xanh tím sang màu xanh lơ. Làm song song một mẫu trắng với nước cất hai lần như đã làm với nước thải. Tính toán kết quả Nhu cầu hóa học và oxy (x), tính bằng mg/l theo: , mg/l Trong đó: a – dung lượng sắt amonisunfat tiêu tốn lúc chuẩn mẫu trắng, ml b – Lượng dung dịch sắc amonisunfat dùng cho nước thải, ml N – Nồng độ đương lượng của dung dịch sắt amoni sunfat (muối Mo), N V – Thể tích mẫu nước kiểm nghiệm, ml. S – Đương lượng gam của oxy (lấy S = 8). Xác định độ màu của nước (Màu Coban) Cơ sở của phương pháp Màu của nước được biểu thị bằng độ Coban, và được xác định bằng phương pháp so màu. Theo định luật Lamber-Beer: Khi chiếu chùm ánh sáng đơn sắc qua dung dịch chất mầu có bề dày 1 cm, nồng độ C(mol/l) thì giá trị của mật độ quang A được xác định bởi công thức: Trong đó: ε – là hệ số hấp thụ phân tử (hệ số tắt phân tử). I0, I1 – lần lượt là cường độ ánh sáng tới và ánh sáng ló ra khỏi cuvet. l – là bề dày của cuvet. C – là nồng độ chất màu. Như vậy, mật độ quang tỷ lệ với nồng độ các chất màu trong nước, tức là tỷ lệ với độ màu của nước. Dụng cụ và hóa chất Dụng cụ: Pipet Bình định mức loại: 1000ml, 100ml Cân, máy đo quang 722, cuvet 1cm Hóa chất: Bicromat Kali K2Cr2O7 Sunfat Coban CoSO4 Axit sunfuric đặc (d = 1.84) Cách tiến hành Chuẩn bị dung dịch: Dung dịch bicromat Coban CoCr2O7 được pha như sau: Dung dịch 1 (D1): Cân chính xác 0,0875g K2Cr2O7, 2g CoSO4.7H2O và dùng pipet lấy 1ml H2SO4 (d = 1,84) vào bình định mức 1000 ml rồi thêm nước cất đến vạch. Dung dịch 2 (D2): làm tương tự như pha dung dịch 1(D1) nhưng với khối lượng của K2Cr2O7 là 0,175g và của CoSO4.7H2O là 4g Dung dịch trống (T): lấy 1 ml H2SO4 (d = 1,84) cho vào bình định mức 1000 ml rồi thêm nước cất đến vạch. Pha dung dịch chuẩn độ Coban theo bảng sau, tương ứng với mỗi mẫu sẽ là một số chỉ độ Coban: Bảng 2.1: Tỷ lệ pha mẫu và đường chuẩn Mẫu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 T 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 Độ màu 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 Mẫu 10 11 12 13 14 15 16 17 18 D1 50 55 60 65 70 75 80 85 D2 50 T 50 45 40 35 30 25 20 15 50 Độ màu 250 275 300 325 350 375 400 425 500 Mẫu 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 D2 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 T 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Độ mầu 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 Đo mật độ quang và kết quả: - Tiến hành khảo sát bước sóng hấp thụ cực đại của CoCr2O7 trên máy đo quang 722 ta có bảng số liệu sau: Bảng 2.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào bước sóng λ λ (nm) 420 422 424 426 428 430 432 A 0,252 0,251 0,250 0,252 0,253 0,253 0,255 λ (nm) 434 436 438 440 442 446 450 A 0,256 0,257 0,257 0,258 0,258 0,258 0,252 λ (nm) 460 470 480 A 0,233 0,203 0,260 Từ đó ta có thể lấy bước sóng hấp thụ cực đại λmax = 440 Bảng 2.3: Đường chuẩn Độ Co 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 A 0 0,010 0,019 0,040 0,050 0,055 0,068 0,082 0,095 0,119 Độ Co 250 275 300 325 350 375 400 425 500 550 A 0,126 0,138 0,154 0,164 0,173 0,192 0,202 0,219 0,254 0,281 Độ Co 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 A 0,306 0,348 0,368 0,390 0,424 0,447 0,479 0,500 0,523 Từ bảng số liệu ta vẽ được đồ thị như sau: Tính toán kết quả Từ bảng số liệu thu được ta dựng được đồ thị như Hình 2.1, đồng thời cũng có thể tìm được phương trình hồi quy thực nghiệm dạng tuyến tính như sau: y = 1917.7x ( 2.1 ) trong đó: y – là Độ Coban x – là giá trị mật độ quang đo được Độ màu của mẫu được xác định bằng cách đo mật độ quang của mẫu nước thải với dung dịch trống là dung dịch trống trong xây dựng đường chuẩn, sau đó với giá trị của Ax đo được ta có thể dùng đồ thị hoặc phương trình hồi quy suy ra được Độ màu Coban (oCo). Xác định pH Việc xác định pH của dung dịch trong quá trình khảo sát pH được thực hiện bằng cách dùng máy đo pH (pH mét) HANNA. Khi không cần xác định chính xác pH của dung dịch thì ta dùng giấy quỳ để xác định. Xác định độ dẫn điện Độ dẫn điện được đo bằng máy Conductivity metre OK – 102/1. Xác định hàm lượng kim loại nặng Niken và Mangan Xác định Niken Có rất nhiều phương pháp dùng để xác định hàm lượng Nikel nhưng, trong đồ án này em chỉ xin nêu phương pháp sử dụng cách đo mật độ quang để xác định và không xét đến ảnh hưởng của các yếu tố khác với mục đích nghiên cứu cơ bản. Nguyên tắc Dựa trên cơ sở phản ứng đặc trưng của Nikel với dimetyl glioxim tạo thành hợp chất phức màu đỏ nâu trong môi trường kiềm – natri hydroxit khi có mặt của chất oxy hóa amonipesunfat. Cũng như phương pháp xác định độ màu Coban ta tiến hành xây dựng đường chuẩn, sau đó đo mật độ quang của dung dịch mẫu sau khi cho tạo phức ta suy ra hàm lượng Nikel có trong mẫu. Hóa chất Dung dịch axit nitric tỉ lệ 1:3. Dung dịch natri hydroxit 5% Dung dịch kali natri tatrat 20% Dung dịch amoni pesunfat 3% Dung dịch dimetyl glioxim 1% pha trong xút 5% Muối NiSO4.6H2O Cách tiến hành Hòa tan 4,4576 g NiSO4.6H2O vào 1 lit nước cất có pH = 1÷2 ta được dung dịch chứa hàm lượng nikel là 0,1 mg/ml. Lấy 5 ml dung dịch trên pha thành 100ml, lắc đều ta có dung dịch chứa hàm lượng niken là 0,001 mg/ml. Lấy chính xác những thể tích dung dịch chứa hàm lượng niken T = 0,005 mg/ml, vào các bình định mức 25ml theo thứ tự 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,5; 3,0; 4; 5; 6; 7; 8; 9 và 10,0 ml. Thêm vào mỗi bình lần lượt các thuốc thử sau: 2,5 ml kali natri tatrat, 2,5 ml dung dịch natri hydroxit, 2,5 ml amoni pesunfat, 2,5 ml dung dịch dimetyl glioxim, sau mỗi lần cho thuốc thử phải lắc kỹ bình, để yên 2÷3 phút định mức bằng nước cất đến vạch, lắc đều rồi đen đo mật độ quang tại bước sóng 475 nm. Từ đó ta có mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ Ni trong dung dịch chuẩn như sau: Bảng 2.4 Điểm thực nghiệm xây dựng đường chuẩn Ni VNi(ml) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 CNi(mg/l) 0 0,008 0,016 0,024 0,032 0,04 0,06 0,08 0,1 0 A 0 0,017 0,037 0,055 0,073 0,092 0,138 0,186 0,224 0 VNi(ml) 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 CNi(mg/l) 0,12 0,14 0,16 0,18