Khóa luận Giải pháp xử lý nước bề mặt của nguồn nước Sông Thương, tại Công ty TNHH một thành viên Cấp Thoát Nước Bắc Giang

pháp đông keo tụ. Tạp chất trong nước thiên nhiên thường đa dạng về chủng loại và kích thước, chúng có thể là các hạt cát, sét, mùn, sinh vật phù du, sản phẩm hữu cơ phân huỷ. Kích thước hạt dao động từ vài phần triệu milimét đến vài milimét. Bằng các biện pháp xử lý cơ học như lắng lọc, tuyển nổi, chỉ có thể loại bỏ được các hạt có kích thước nhỏ hơn 10- 4 mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải tốn rất nhiều thời gian và cũng rất khó có thể có hiệu quả cao, do vậy cần phải áp dụng phương pháp xử lý, hoá học, đó là phương pháp đông keo tụ . Đông keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hoá chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của các chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng lọc hay tuyển nổi . Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dịch hoà tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử. Bằng cách sử dụng quá trình đông keo tụ người ta còn có thể tách được hoặc làm giảm đi các thành phần có trong nước như các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các anion PO4- 3 và có thể cải thiện được độ đục và màu sắc của nước. Bảng (1) thống kê các khả năng có thể đạt được khi xử lý bằng phương pháp đông keo tụ. Các thành phần trong nước Khả năng tách tối đa nhờ quá trình đông keo tụ Các chất vô cơ - Độ đục +++ - Chất rắn lơ lửng +++ - Photphat PO4 - 3 +++ - Nitrat NO3- 0 - Amon NH4+ 0 - Clorua Cl - 0 tuỳ theo hoá chất sử dụng - Sunfat SO42 - 0 tuỳ theo hoá chất sử dụng - Florua F - ++ - Sắt +++ - Mangan + - Nhôm +++ - Đồng +++ - Kẽm ++ - Côban 0 - Niken 0 - Vanađi +++ - Asen +++ - Cađimi ++ +++ - Crôm ++ - Chì +++ - Selen +++ - Thuỷ ngân ++ - Bari + - Xianua CN 0 Các chất hữu cơ - Màu (theo mg Pt/l) +++ - Mùi 0, + - COD (theo O2) +++ - BOD (theo C ) +++ - Phenol (C6H5OH) 0 - Cacbon mạch vòng +++ - Hoá chất bảo vệ thực vật (parathion, BHC, dieldirin ) +++ Các vi sinh vật - Virut +++ - Vi trùng +++ - Tảo +++ ghi chú: 0 : không giảm, ( +) từ 0 đến 20% : (++) từ 20 đến 60% ;(+++) trên 60% 1.2.2. 2 . Lý thuyết về phương pháp đông keo tụ. Tuỳ thuộc vào nguồn gốc, thông thường các hạt cặn trong nước đều có thể mang điện tích âm hoặc dương. Ví dụ các hạt cặn gốc silíc, các tạp chất hữu cơ đều mang điện tích âm, các hyđrôxit sắt, hyđrôxit nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết dính với nhau nhờ lực liên kết phân tử và lực điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do. Các tổ hợp tạo thành được gọi là hạt keo. Tuỳ thuộc vào thành phần cấu tạo các hạt keo sẽ có các tính chất khác nhau. Người ta có thể chia các hạt keo thành hai loại : keo kỵ nước và keo ưa nước. Trong kỹ thuật xử lý nước bằng quá trình đông keo tụ, keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo. Ngoài ra người ta còn phân loại theo các dạng như sau: - Keo phân tử là những phân tử lớn (polyme) tạo thành hạt keo . - Keo phân tán gồm nhiều phần tử phân tán ( cát , đất sét ) tạo thành hạt keo. - Keo liên kết gồm nhiều phân tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo - Keo kỵ nước không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu nước. Ví dụ các kim loại như vàng, bạc, silic. Keo ngậm nước có khả năng hấp phụ các phân tử nước. Ví dụ vi trùng ,vi rút, các polyme hoà tan, lòng trắng trứng. Keo kỵ nước hình thành sau quá trình thuỷ phân các chất xúc tác như phèn nhôm, phèn sắt. Ban đầu các phân tử mới hình thành liên kết lại với nhau tạo thành liên kết lại với nhau thành các khối đồng nhất. Ví dụ khi dùng phèn sắt, sau khi thuỷ phân sẽ tạo ra các khối liên kết gồm nhiều phân tử Fe(OH)3. Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các khối này có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion nào đó, hoặc có trong thành phần các ion của khối hoặc gần giống một trong các ion trong khối về tính chất và kích thước, tạo thành lớp vỏ bọc ion. Lớp vỏ ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo. Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt trên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích. Hình 2 : Mô hình cấu trúc lớp điện tích kép của hạt keo. Như vậy, quanh khối liên kết phần tử ban đầu có hai lớp ion mang điện tích tráidấu bao bọc, gọi là lớp điện tích kép của hạt keo. Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không có đủ điện tích trung hoà với lớp điện tích bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện tích nhất định. Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút quanh mình một số ion trái dấu ở trạng thái khuyếch tán . Hình 3 : Mô hình miêu tả điện thế trên bề mặt hạt keo Nếu hạt keo ở trong trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi điện tích của lớp ion khuyếch tán. Do chuyển động Brown, lớp ion khuyếch tán không di chuyển đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên kết không bền vững. Do đó, hạt keo trong nước luôn là hạt keo mang điện tích. Từ mô hình điện thế bề mặt hạt keo hình 3 ta thấy thế nhiệt động j trên bề mặt nhân keo bằng tổng điện tích các ion của lớp vỏ nhân. Thế điện động z trên bề mặt hạt keo. Thế điện động z có giá trị nhỏ hơn thế nhiệt động j một trị số bằng tổng điện tích của các ion trái dấu nằm trong lớp điện tích kép. Theo lý thuyết về lớp điện tích kép, nếu các hạt muốn keo tụ thì thế điện động z cần phải giảm xuống dưới giá trị tới hạn z. Trong trường hợp keo đất sét, giá trị tới hạn này được quan sát thấy ở khoảng từ 0 ¸ 10 mV. Do vậy quá trình keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp các hạt riêng rẽ nhờ việc giảm thế điện động z. Qúa trình tạo bông keo xảy ra nhờ khuấy trộn và hình thành do kết hợp các hạt bông keo nhỏ . Trong pha phân tán, điện tích bề mặt của các hạt keo có ảnh hưởng rất lớn đến các ion bao quanh. Các ion trái dấu bị thu hút về bề mặt và các ion cùng loại điện tích bị đẩy ra khỏi bề mặt. Kết hợp hỗn hợp các xu hướng chuyển động nhiệt và hút hoặc đẩy ion lẫn nhau sẽ tạo ra một lớp trong của bề mặt điện tích của hạt keo và một lớp ngoài có số đương lượng các ion trái dấu phân bố trong pha khuyếch tán tạo ra lớp kép bề mặt điện tích kép hình 2 Theo Stern, tác giả phân chia lớp điện tích kép thành hai lớp : lớp điện tích kép Stern với các ion trái dấu hút nhau rất mạnh trên bề mặt hạt keo và lớp khuếch tán, có bề dày phụ thuộc vào cường độ ion của dung dịch. Điện thế trên bề mặt giữa lớp ngoài của lớp Stern và lớp trong của lớp khuếch tán được gọi là thế điện động z. Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện được xem như là các lực phân tán hoặc lực London - Van der Walls tồn tại giữa các hạt keo. Độ lớn của các lực này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt và chúng độc lập với cường độ ion của nước. Khả năng ổn định của hạt keo là kết quả tổng hợp giữa lực hút và lực đẩy. Nếu tổng hợp là lực hút xảy ra quá trình keo tụ . Hình 4: Mô tả năng lượng tương tác của hệ keo Từ hình 4 trình bày năng lượng tương tác của hệ keo khi cường độ ion trong dung dịch cao và thấp được mô tả trên hình 4. Ở khoảng cách gần bề mặt, lực hấp dẫn London - Van der Walls thường mạnh. Ở khoảng cách xa bề mặt hơn, lực đẩy tĩnh điện có thể vượt quá lực hút tĩnh điện. Lực đẩy ở một khoảng cách nhất định sẽ mạnh hơn hoặc yếu hơn tuỳ thuộc vào điện tích bề mặt và vào khả năng các ion trái dấu có thể bù vào bề mặt đó (cường độ ion trong pha lỏng). Độ ổn định của hệ keo phụ thuộc vào lực tổng hợp. Khi xảy ra quá trình hấp thụ thuần tuý (hấp phụ nhờ lực tĩnh điện và lực Van der Walls), hấp thụ ion trái dấu thường chiếm ưu thế hơn hấp phụ ion cùng dấu. Khi thuỷ phân ion kim loại như Al 3 + hoặc Fe 3 + bổ xung vào nước, quá trình thuỷ phân xảy ra tức thời và hình thành các phức hyđrôxyl. Nồng độ các phức hyđrôxyl phụ thuộc vào nồng độ các ion kim loại và giá trị pH. Các phức hyđrôxyl có mang điện tích và thời gian tồn tại của chúng rất ngắn. Các ion dương bị hấp phụ trên bề mặt các hạt keo và điện tích bề mặt bị trung hoà do giảm thế điện động z. Số các ion trái dấu đòi hỏi để trung hoà điện tích bề mặt khá nhỏ so với số các ion yêu cầu để nén lớp điện tích kép. Nồng độ các ion trái dấu cần bổ sung tỷ lệ thuận với nồng độ các hạt keo trong nước và bổ sung dư lượng các ion trái dấu sẽ tạo ra sự tái ổn định của hệ keo do chuyển đổi nghịch chiều điện tích bề mặt. Khi các muối kim loại như Al2(SO4).18H2O và FeCl3.6H2O được bổ sung vào nước với nồng độ đủ, nhôm hoặc sắt hyđrôxit được hình thành và tạo ra kết tủa. Các hạt keo có mặt trong nước tác động như các hạt nhân để được kết tủa. Cơ chế này được gọi là: keo tụ nhanh . Khi năng lượng động học của các hạt keo không đủ để tạo ra sự chuyển động, huyền phù sẽ trở lên bền vững, bằng biện pháp khuấy trộn hoặc bổ sung các pôlyme có khả năng keo tụ, người ta có thể phá vỡ trạng thái cân bằng của hệ, làm cho các hạt keo xích lại gần nhau hơn, tăng lực hút, giảm lực đẩy và do vậy làm cho quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao hơn Khi sử dụng biện pháp giảm thế điện động z, người ta nhận thấy rằng điện thế z của hạt keo kỵ nước dao động trong giới hạn từ 0,05 ¸ 0,1V. Để lực hút phân tử thắng được lực đẩy tĩnh điện thì điện thế z phải nhỏ hơn 0,03 V, và quá trình keo tụ càng đạt hiệu quả khi điện thế z tiến đến 0. Trạng thái hệ keo khi điện thế z bằng 0 được gọi là trạng thái đẳng điện và trị số pH của hệ ở trạng thái đẳng điện được gọi là điểm đẳng điện. 1.2.2.3. Các phương pháp đông keo tụ. Trong công nghệ xử lý nước bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng: - Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản . - Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt . - Phương pháp keo tụ dùng các polyme. Phương pháp này còn sử dụng cả khi cần tăng cường quá trình keo tụ cho các phương pháp khác. Một trong các phương pháp keo tụ là làm giảm thế năng z của hạt bằng cách tăng nồng độ của chất điện phân trong nước. Khi nồng độ của ion đối tăng lên thì càng nhiều ion chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép, kết quả là làm giảm điện thế z của lớp điện tích kép (hình 2) và chiều dày của lớp khuếch tán giảm. Khi khả năng làm giảm điện thế z của các hạt keo bằng các ion đối tăng hoá trị của các ion này. Bảng (2- 1) ghi khả năng keo tụ tương đối của các ion và cation có hoá trị khác nhau, từ bảng (2-1) ta thấy rằng khả năng gây ra keo tụ của ion hoá trị một, hoá trị hai, hoá trị ba gần đúng theo tỷ số 1:30:100 Bảng(2-1) . Khả năng keo tụ tương đối của các chất điện phân Chất điện phân Khả năng keo tụ tương đối của chất điện phân với keo tích điện Keo dương Keo âm NaCl Na2SO4 Na3PO4 BaCl2 MgSO4 AlCl3 Al2(SO4)3 FeCl3 Fe2(SO4)3 1 30 1000 1 30 1 30 1 30 1 1 1 30 30 1000 1000 1000 1000 Khi keo tụ hệ keo bằng cách cho vào nước chất điện phân, điện thế z của các hạt keo giảm dần tới 0. Nhưng nếu tăng nồng độ của chất điện phân trong dung dịch quá mức cần thiết có thể gây ra quá trình tích điện lại đối với hạt keo, khi đó điện tích hạt keo đổi dấu và thế năng z của hạt keo tăng lên. Từ đó ta thấy nếu cho phèn vào nước nhiều hơn lượng cần thiết sẽ làm cản trở quá trình keo tụ . Có thể keo tụ hệ keo bằng cách đưa vào dung dịch một hệ keo mới, tích điện ngược dấu với hệ keo muốn keo tụ, lúc đó trong dung dịch xảy sự trung hoà lẫn nhau của các hạt keo tích điện trái dấu. Khi thực hiện quá trình keo tụ theo phương pháp này phải đảm bảo chính xác sự cân bằng tổng điện tích của hệ keo mới đưa vào dung dịch và tổng điện tích của hệ keo muốn keo tụ . Do trong quá trình keo tụ gồm hỗn hợp các hệ keo khác nhau, ví dụ hỗn hợp keo thiên nhiên làm bẩn nước và keo tạo ra do thuỷ phân phèn. Điều kiện keo tụ của hệ keo tụ tạo ra do thuỷ phân phèn không trùng với điều kiện keo tụ của các keo thiên nhiên, do đó lúc đầu chỉ một số cặn bông được tạo ra là do keo tụ của hệ keo do phèn thuỷ phân. Các bông cặn này có bề mặt hoạt tính phát triển nên chúng hấp phụ các keo tự nhiên làm bẩn nước, các chất hữu cơ hoà tan gây ra mùi vị của nước, và trong quá trình trong quá trình lắng, chúng thu hút các cặn kích thước bé lơ lửng trong nước. Trong thực tế phương pháp này được áp dụng rộng rãi để keo tụ cặn bẩn trong nước. Phèn thường dùng để lắng trong nước là phèn nhôm và phèn sắt trong đó chủ yếu là sunfat nhôm Al2(SO4)3 và FeCl3 . Ưu điểm của phèn là chúng có khả năng tạo ra hệ keo kị nước và khi keo tụ thì tạo ra bông cặn có bề mặt hoạt tính phát triển cao, có khả năng hấp thụ, thu hút, dính kết các tạp chất và keo làm bẩn nước. Khi cho phèn sunfat nhôm vào nước nó phân ly theo phương trình : Al2(SO4)3 ® 2Al3 + + 3SO42 - và cation Al3+ tham gia vào quá trình trao đổi với các cation nằm trong lớp điện tích kép của hạt keo âm, làm giảm điện thế z của hạt keo, và nén lớp khuếch tán của hệ keo dẫn đến keo tụ hạt sét. Qúa trình trao đổi ion của hạt sét diễn ra nhanh và kết thúc khi dung tích trao đổi của hạt keo sét bị sử dụng kiệt. Khi đó trạng thái cân bằng của các cation trong lớp điện tích kép của hạt keo sét và keo cation nằm trong dung dịch lại được thiết lập lại. Nhưng quá trình keo tụ hệ tự nhiên làm bẩn nước chủ yếu lại là sự thuỷ phân phèn để tạo ra keo mới. Qúa trình keo tụ hệ keo mới này bằng các anion có trong nước để tạo ra bông cặn có bề mặt hoạt tính phát triển cao có khả năng hấp thụ các cặn bẩn trong nước . 1.2.2.4. Cơ chế của quá trình xử lý nước băng phương pháp keo tụ sử dụng phèn. a -Sự thuỷ phân của phèn. Khi cho phèn nhôm vào nước, sau khi phân ly thành ion sẽ xảy ra quá trình thuỷ phân theo các giai đoạn : Al3 + + H2O Û Al(OH)2 + + H + Al(OH) 2 + + H2O Û Al(OH)2+ + H+ Al(OH) 2 + + H2O Û Al(OH)3 + H+ Al3 + + 3H2O Û Al(OH)3 + 3H+ Mức thuỷ phân tăng lên khi pha loãng dung dịch, khi nhiệt độ tăng và pH của dung dịch tăng. Tuỳ thuộc vào điều kiện thuỷ phân cùng với hyđroxit nhôm Al(OH)3 quá trình thuỷ phân có thể tạo ra cả muối kiềm của nhôm là những hợp chất khó tan như : Al3 + + SO42- + H2O Û Al(OH)SO4 + H+ 2Al3 + + SO42 - +4H2O Û Al2(OH)4SO4 + 4H+ Ion H+ tách ra trong các phản ứng ngăn cản quá trình thuỷ phân của phèn, đồng thời giảm pH của nước, đẩy hệ keo hyđoxit nhôm và muối của chúng lệch khỏi điểm đẳng điện và làm giảm hiệu quả keo tụ. Vì vậy, cần phải khử ion H+. Qúa trình này thường được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước theo phản ứng H+ +HCO3 Û CO2 +H2O Nếu độ kiềm có trong nước thiên nhiên không đủ để khử ion H+ thì phải kiềm hoá nước bằng cách pha với vôi hay sôđa (Na2CO3) Qúa trình khử H+ bằng vôi hoặc sôđa xảy ra theo các phản ứng : 2H+ +CO32- Û CO2 +H2O H++ OH- Û H2O Từ các phản ứng trung hoà axít ta nhận thấy rằng. Nếu trung hoà ion H+ tạo ra do thuỷ phân phèn bằng độ kiềm tự nhiên HCO3- thì lượng CO2 tạo ra lớn nhất. Khi trung hoà bằng sôđa, lượng CO2 tách ra chỉ bằng một nửa do đó pH của nước sẽ cao hơn . b.Sự keo tụ do phèn tạo ra. Khi xử lý nước bằng sulfat nhôm, nếu trị số pH < 7,5 thì ngoài keo của hyđrôxit nhôm Al(OH)3 trong thành phần bông cặn được tạo ra còn có keo của muối nhôm Al(OH)SO4 và Al2(OH)4SO4. Tỷ số của các hợp chất này trong cặn lắng phụ thuộc vào pH của nước được thể hiện trên hình 5 xây dựng theo tài liệu nghiên cứu của Martưnôva Hình5 : Các hợp chất của nhôm trong cặn lắng phụ thuộc vào pH Trong môi trường trung hoà và axit yếu các hạt keo hyđrôxit và muối kiềm của nhôm hấp thụ ion H+ và ion Al3+ nên có điện tích dương. Quá trình keo tụ hệ keo này tăng nhanh khi tăng nồng độ trong nước của ion âm đa hoá trị như SO42-.Việc tăng nồng độ của ion âm hoá trị I như Cl- có tác dụng kích thích rất ít đến quá trình keo tụ. Khi pH > 7,5 ¸ 8 hạt keo hyđrôxit nhôm tích điện âm do hấp thụ ion aluminat AlO2- và trong trường hợp này ion gây keo tụ là ion dương đa hoá trị. Từ đó cho thấy rằng pH và thành phần muối của nước ảnh hưởng rất lớn đến quá trình keo tụ. Khi pH> 8,0 ¸ 8,5 trong nước tạo ra aluminat hoà tan. Khi pH < 4,5 phản ứng thuỷ phân sunfat nhôm không xảy ra, và phèn nhôm tồn tại ở trạng thái hoà tan trong nước. Trong môi trường axit, ion Al3 + phản ứng trực tiếp với các chất hữu cơ, cụ thể với anion của axit mùn hữu cơ, tạo ra các hợp chất không tan, lắng đọng thành cặn. Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng khi nhiệt độ của nước tăng lên thì lượng phèn cần thiết để keo tụ giảm xuống, thời gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm xuống theo. Điều này dễ nhận thấy vì ở nhiệt độ cao chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên, tăng số va chạm giữa các hạt, độ nhớt của nước giảm, chiều dày của lớp nước bọc quanh hạt keo giảm xuống. Do đó hiệu quả dính kết do va chạm giữa các hạt keo tăng lên. Hàm lượng và tính chất của cặn cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ vì số va chạm giữa các hạt phụ thuộc vào nồng độ, còn hiệu quả va chạm phụ thuộc vào tính chất phân tán, hoạt tính bề mặt của cặn và phèn. Khi hàm lượng cặn trong nước tăng lên, liều lượng phèn cần thiết để keo tụ cũng tăng lên. Trong thực tế thường xác định liều lượng phèn cần thiết trên máy Jartest bằng thực nghiệm, từ đó ta xác định được liều lượng phèn tối ưu. Ngoài ra việc xác định liều lượng phèn để đưa vào xử lý nước ta có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau : a = 4Ö M Trong đó : a là liều lượng tính theo Al2(SO4)3 (mg/l) : M là độ màu của nước tính theo thang màu platin-coban. PHẦN 2:THỰC NGHIỆM 2.1.Dụng cụ và hoá chất. a -Dụng cụ. - Cân phân tích hãng Hach . - Bome kế loại 0 ¸ 700 hãng Germany. - Buret 25ml, 50ml Germany - Đũa thuỷ tinh. - Ống đong loại 500ml. - Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt loại 250ml. - Bình tam giác 250ml. - Máy khuấy từ hãng Hach - Bình bêsê 2,0 lít - Pipet thẳng loại 2ml,5 ml, 10ml. - Máy đo độ đục DR/700 hãng Hach - Máy đo pH để bàn. b- Hoá chất - Dung dịch NaOH nồng độ 0,1N công nghiệp. - Axít Sunfuric (H2S04) nồng độ 96 công nghiệp. 2.2 Dây chuyền xử lý nước của công ty TNHH một thành viên cấp thoát nước Bắc Giang Qúa trình xử lý nước phải qua nhiều công đoạn được thực hiện trong các công trình đơn vị khác nhau. Tập hợp các công trình đơn vị theo trình tự từ đầu đến cuối gọi là dây chuyền công nghệ xử lý nước. Nhà máy xử lý nước của Công ty TNHH một thành viên Cấp thoát nước Bắc Giang được sự đồng tài trợ của hai chính phủ là Việt Nam và Australia với tổng số vốn ban đầu là 98 tỷ Việt Nam đồng. Được khởi công xây dựng từ năm 1996 đến nay, với công suất thiết kế là 20.000 m3/ ngày đêm. Hiện nay do nhu cầu sử dụng của nhân dân thị xã ngày càng tăng đòi hỏi nhu cầu chất lượng nước và lưu lượng phải luôn đảm bảo cho người sử dụng. Công việc giám sát đảm bảo chất lượng nước đòi hỏi hết sức quan trọng của Phòng phân tích nói riêng và ngành cấp nước nói chung Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước ăn uống, sinh hoạt của Công ty TNHH một thành viên Cấp thoát nước Bắc Giang đang sử dụng Sơ đồ nhà máy sử lý nớc của Công ty với công suất 20.000 m3/ngày đêm Sục khí Clo sơ bộ diệt sò ,dong tảo Trạm bơm nớc thô Khu sử lý Bể phản ứng Bể lắng ngang Bể lọc Bể chứa nớc Bể chứa số 1 Bể chứa số 2 Sục khí Clo tăng cờng Bơm dung dịch phèn Sục khí Clo khử trùng Mạng lới tiêu thụ nớc 2.3 khảo sát quá trình điều chế dung dịch phèn nhôm 2.3.1. nguyên liệu. - Xỉ nhôm (đã nghiền nhỏ) là phế liệu thải của nhà máy nhôm Sông Hồng Việt Trì, tỉnh Phú Thọ, chứa khoảng 38% hàm lượng nhôm ôxít (Al203) và một số thành phần kim loại khác có lẫn trong xỉ . - Axít Sunfuric (H2S04) nồng độ 96% công nghiệp - Nguồn nước cấp bổ xung cho mỗi mẻ phản ứng. 2.2.2.1. Qui trình điều chế phèn nhôm. a- Qui trình điều chế phèn nhôm từ xỉ nhôm phản ứng trực tiếp với axit sunfuric đặc trong phòng thí nghiệm. - Chuẩn bị mẫu xỉ nhôm cân chính xác 10gam xỉ (đã được sấy khô) cho vào cốc thuỷ tinh chịu nhiệt loại 250ml chứa 50ml nước, cho 15ml Axít Sunfuric (H2S04) đặc vào phản ứng với xỉ nhôm trong thời gian 10 ¸ 12h . - Đến khi kết thúc phản ứng sản phẩm này có dung dịch và một lượng bã, khí thoát ra bao gồm các khí như : H2S, H2, SO2, SO3, và hơi nước bay lên. -Tiến hành lọc phần dung dịch phễu Busne lọc lấy dung dịch. - Ở đây dung dịch được pha thêm nước với tỷ lệ dung dịch phèn đạt nồng độ 2% từ đây dung dịch phèn được bơm định lượng và được điều chỉnh hàm lượng dung dịch phèn theo độ đục nước thô cần xử lý. b. Qui trình điều chế phèn nhôm phản ứng với xút và axit sunfuric đặc trên thí nghiệm. Chuẩn bị 10g mẫu xỉ nhôm đã được sấy khô cho vào cốc thuỷ tinh loại 250ml có 55ml NaOH nồng độ 0,1N cho phản ứng xảy ra 8 ¸ 10 h. Độ pH =13 ¸14. Sau khi kết thúc phản ứng lọc gạn trên phễu Busne, - Phần dung dịch sau khi lọc được đem trung hoà với axit sunfuric về pH = 7 tạo kết tủa hyđroxit nhôm, tiếp tục cho dư axit sunfuric đến pH = 1¸ 2 lúc này kết tủa tan ra tạo thành dung dịch nhôm có độ tinh khiết cao vì khi kiềm hóa thì chỉ hoà tan lượng oxit nhôm. - Dung dịch phèn sau khi tạo ra được ta đem đi xác định nồng độ bằng Bomme kế. -- Ở đây dung dịch được pha thêm nước với tỷ lệ dung dịch phèn đạt nồng độ 2% từ đây dung dịch phèn được bơm định lượng và được điều chỉnh hàm lượng dung dịch phèn theo độ đục nước thô cần xử lý. 2.4.Khảo sát hàm lượng chất keo phèn nhôm tối ưu cho quá trình trên máy Jartest. a -Mục đích : -Xác định lượng chất phản ứng tối thiểu cho phép xử lý nước sông thương trong điều kiện tốt nhất. b -Nguyên tắc - Cho vào trong nước cần phân tích một lượng dung dịch phèn tăng dần đều, hàm lượng phần nhôm tối ưu được xác định nhờ vào việc đo độ đục hay đo hàm lượng chất hữu cơ có trong nước. c -Cách tiến hành : Kết quả được tiến hành trên máy Jartest. Với độ đục nước thô 34,2 NTU. pH = 7,4 -Thí nghiệm được tiến hành với 6 bình chứa nước thô với thể tích là 1lít. Đưa dung dịch phèn nhôm nồng độ 2% cho vào mỗi bình tăng dần từ :10, 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5mg/l (từ bình 1 đến bình 6 ).Trong quá trình cho dung dịch phèn nhôm vào bình được khuâý trộn đều bằng máy khuấy từ với tốc độ là 200 vòng/phút. Sau khi kết thúc quá trình cho tác nhân keo tụ phèn nhôm hỗn hợp tiếp tục được khuâý trộn đến ổn định tốc độ khuấy là 200 vòng/phút trong 3phút. Sau đó tốc độ khuấy giảm xuống 40 vòng/phút và tiến hành khuấy trộn hỗn hợp trong 20 phút thì kết thúc thí nghiệm. Tách phần dung dịch nước sau khi lắng ở từng bình từ 1 đến 6 với thể tích 200ml và tiến hành đo các giá trị độ đục, pH và độ ôxi hoá. Tiến hành song song lấy phần nước sau khi lắng cho lọc qua giấy lọc băng vàng sau đó tiến hành đo các giá trị độ đục, pH, các chất ôxi hoá. Bảng (2) xác định hàm lượng dung dịch phèn trên máy Jartest. Bình bêsê 1 2 3 4 5 6 Thể tích dung dịch phèn (ml) 1 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 Nồng đô dung dịch phèn (g/m3) 10 12,5 15 17,5 20 22,5 Độ đục đo sau lắng (NTU) 12 10 8,5 8,1 8,0 8,0 Độ đục đo sau lọc (NTU) 1,4 1,0 0,6 0,5 0,5 0,45 pH 7,2 7,1 7,05 7,0 6,9 6,8 Độ ôxi hoá 1,4 1,3 1,3 1,25 1,2 1,2 d–Nhận xét. Với một lượng là 10g dung dịch phèn ta thấy đạt được độ giảm tối đa các chất hữu cơ. Trái lại độ đục còn rất lớn, với 10g dung dịch phèn nó sẽ giảm đi nhiều so với luợng dung dịch phèn là 12,5g đến 15g. Trên mức 15g dung dịch phèn thì độ đục không giảm nữa vậy lượng dung dịch phèn nhôm tối ưu cần dùng là 15g/m3 Bảng 3 Quan sát hiện tượng kết tủa Bình 1 2 3 4 5 6 Quan sát Bông phèn có kích thước nhỏ Bông phèn có kích thước nhỏ Bông phèn có kích thước trung bình Bông phèn có kích thước trung bình Bông phèn có kích thước trung bình Bông phèn có kích thước to STT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Kết quả phân tích TTCC* Mẫu 1 Mẫu 2 1 pH 6,91 6,89 6,5-8,5 2 Độ đục NTU 0,46 0,22 2 3 Độ ôxy hoá(theo KMnO4) mg/l 1,88 1,91 2 4 Nitrit(NO2-) mg/l 0,00 0,00 3 5 Nitrat(NO3-) mg/l 2,94 0,68 50,0 6 Sunfat(SO4) mg/l 8,05 10,03 250,00 7 Clorua(Cl-) mg/l 11,36 14,20 250,00 8 Amôniăc mg/l 0,19 0,16 1,5 9 Sắt tổng số mg/l 0,02 0,01 0,5 10 Canxi (Ca2+) mg/l 40,00 36,00 - 11 Magie(Mg2+) mg/l 7,20 8,64 - 12 Mangan(Mn2+) mg/l 0,02 0,02 0,5 13 Nhôm(Al3+) mg/l 0,02 0,01 0,2 14 Đồng(Cu2+) mg/l 0,0030 0,001 2,0 15 Chì(Pb2+) mg/l 0,00 0,0001 0,01 16 Kẽm(Zn2+) mg/l 0,0190 0,021 3,0 17 Cadimi(Cd2+) mg/l 0,0001 0,0001 0,0003 18 Thuỷ ngân(Hg) mg/l 0,0002 0,0006 0,001 19 Asen(As) mg/l 0,0018 0,0019 0,01 Kết quả phân tích nước hoá học sau khi đưa dung dịch phèn nhôm vào xử lý nước. Lấy mẫu phân tích : Mẫu số 1 vòi nước trạm bơm tăng áp. Mẫu số 2 vòi nước máy nhà ăn công ty. Bảng 4 phân tích các chỉ tiêu sau khi sử dụng phèn nhôm ở Công ty - nhận xét :Từ bảng phân tích trên cho ta thấy khi đưa lượng dung dịch phèn nhôm làm bông keo tụ nguồn nước Sông Thương mà Công ty đang khai thác. Lượng dung dịch đưa vào phù hợp và độ bông keo tụ xảy ra nhanh kết bông to, độ đục sau khi lọc đạt < 2 NTU. Chất lượng nước sau khi xử lý đo đạt tiêu chuẩn vệ sinh ăn uống theo quyết định 1329/BYT. - Kết quả mẫu xỉ nhôm được đo trên máy Rơnghen sau khi cho xỉ nhôm phản ứng với : +Axít suifuric H2SO4 96%. + Dung dịch NaOH nồng độ 0,1 N. - Kết quả cho thấy khi phản ứng với các hoá chất thì lượng nhôm oxít không được hoà tan hoàn toà