Luận văn Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thảI in và nước thảI hồ văn bằng phương pháp keo tụ

nh trong giai ®o¹n ®Çu cña sù thñy ph©n kh«ng v÷ng bÒn vµ dÔ bÞ khö n­íc[19]. §­îc ph©n bè chñ yÕu ë phÝa Nam víi tr÷ l­îng rÊt lín chñ yÕu ë vïng §¾c N«ng, §¾c N¾c, Nam Trung Bé vµ khu vùc T©y Nguyªn .ë phÝa B¾c ph©n bè d¶i r¸c ë c¸c tØnh Cao B»ng, B¾c C¹n, Tuyªn Quang, Hµ Giang. Thµnh phÇn chñ yÕu lµ Al2O3, Fe2O3, ngoµi ra cßn cã mét sè nguyªn tè kh¸c cã hµm l­îng rÊt nhá nh­ SiO2 CaO, MgO, SO3, P, K2O, Na2O 47 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n • KÕt qu¶ ph©n tÝch hãa vµ ph©n tÝch kho¸ng vËt ®­îc ph©n tÝch nh­ sau: (KÕt qu¶ ®­îc ph©n tÝch t¹i phßng hãa Kh«ng Kim Lo¹i - Trung t©m ph©n tÝch thÝ nghiÖm ®Þa chÊt - Km9+300 ®­êng NguyÔn Tr·i - Thanh Xu©n - Hµ Néi). Thµnh phÇn hãa häc Thµnh phÇn SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO TiO2 CaO MgO K2O Na2O MKN Hµm l­îng 2.12 48.55 18.63 0.29 3.25 0.05 0.08 0.02 0.03 26.29 Hµm l­îng Al, Fe, lµ chñ yÕu cho nªn khi ng©m vµo n­íc ë d¹ng huyÒn phñ hµm l­îng SiO2 rÊt thÊp. Khi kh¶o s¸t quÆng ®Ó ®­a vµo øng dông lµm chÊt keo tô kh«ng cÇn ph¶i ho¹t hãa vµ nung ë nhiÖt ®é cao. Thµnh phÇn kho¸ng vËt (Ph­¬ng ph¸p R¬nghen nhiÔu x¹- QT KV , 01 RG/08, m¸y STA – PT 1600) STT Ký hiÖu mÉu Thµnh phÇn kho¸ng vËt Hµm l­îng (%) 1 DT 114 Gipxit –Al(OH)3 G¬tit – Fe(OH)3 Kaolinit – Al2(SiO5)(OH)4 Monmorillonit Clorit 54 14 10 5 5 C¸c gi¸ trÞ pic r¬nghen vµ c«ng thøc ®Æc tr­ng cho c¸c kho¸ng vËt trªn gi¶n ®å r¬nghen thÓ hiÖn ë b¶ng sau: 48 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n III.2. Sö dông quÆng bauxit vµo xö lý n­íc th¶i In QuÆng bauxit ®­îc nghiÒn nhá cì h¹t <0,07mm. §­îc sÊy ë nhiÖt ®é 100-1100C gi÷ trong b×nh hót Èm. III.2.1. C¬ së ph­¬ng ph¸p ë ®iÒu kiÖn pH = 2 sö dông dung dÞch HCl (1:1), khi cho quÆng bauxit vµo khi ®ã Al(OH)3 vµ Fe(OH)3 sÏ t¹o ra FeCl3, AlCl3 theo ph­¬ng tr×nh sau: Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + 3H2O Sau ®ã: • Al+3 bÞ thñy ph©n trong n­íc t¹o thµnh Al(OH)3 kÕt tña. Al+3 + 2 H2O Al (OH)+2 + H3O+ Al (OH)+2 + 2 H2O Al(OH) 2+ + H3O+ Al (OH) 2 + + 2 H2O Al (OH)3 + H3O+ ------------------------------------------------------------------------------------ Al +3 + 6 H2O Al(OH)3 ↓ + 3 H3O+ Ngoµi ra c¸c phøc chÊt Al(OH2) +, Al(OH)+2, Al(OH)3 cã t¸c dông nh­ c¸c nh©n keo. {(Al(OH)3)m.n.Al3+.(3n - x)Cl-}xCl- • Fe3+ bÞ thñyph©n trong n­íc t¹o thµnh Fe(OH)3 kÕt tña. Fe+3 + 2 H2O Fe(OH)2+ + H3O+ Fe(OH) 2+ + 2 H2O Fe(OH2)+ + H3O+ Fe(OH2)+ + 2 H2O Fe(OH)3 + H3O+ --------------------------------------------------------------------------------------- Fe+3 + 6H2O Fe(OH)3↓+ 3 H3O+ T¹i vïng pH > 10 d¹ng tån t¹i chñ yÕu lµ Fe(OH)4-, ë vïng pH<6 th× d¹ng tån t¹i chñ yÕu lµ Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+ mang ®iÖn tÝch d­¬ng. S¾t III cã nång ®é cùc tiÓu ë pH = 8. Do vËy kho¶ng tèi ­u cho qu¸ tr×nh keo tô ®èi víi S¾t réng h¬n ®èi víi Nh«m. Trong tr­êng hîp dïng QuÆng Bauxit cã ®ång thêi c¶ Nh«m vµ S¾t khi ®iÒu chØnh m«i tr­êng thÝch hîp th× Al(OH)3 kÕt tña vµ t¹o thµnh keo tr­íc, sau ®ã t¹o thµnh keo Fe(OH)3: 49 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n {(Fe(OH)3)m.n.Fe3+.(3n - x)Cl-}xCl- Trong c¸c qu¸ tr×nh thñy ph©n pH cña n­íc gi¶m, do ®ã nÕu ®é kiÒm cña n­íc thÊp ta ph¶i thªm chÊt kiÒm hãa vµo n­íc, nh­ Ca(OH)2, NaOH Khi pH thÝch hîp c¸c keo d­¬ng ng­îc dÊu víi c¸c chÊt r¾n l¬ löng, c¸c chÊt bÈn cã trong n­íc th¶i dÉn ®Õn trung hßa ®iÖn tÝch, thÕ ζ gi¶m (ζ=0) gi¶m lùc ®Èy tÜnh ®iÖn, t¨ng lùc hót, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c h¹t keo dÝnh kÕt vµo nhau. Khi ®ã t¹o thµnh c¸c b«ng keo vµ l¾ng xuèng ®¸y. Mixen keo t¹o thµnh: {mAl(OH)3. n.OH-(n-x)Na+}xNa+. Vµ: {mFe(OH)3. n.OH-(n-x)Na+}xNa+. Qu¸ tr×nh còng bÞ ¶nh h­ëng bëi ®iÒu kiÖn m«i tr­êng pH, l­îng chÊt keo tô, l­îng chÊt trî keo tô PA. Do ®ã cÇn ph¶i tiÕn hµnh kh¶o s¸t mét sè yÕu tè ¶nh h­ëng c¬ b¶n vµ t×m ra ®iÓm tèi ­u. 4.2.1. Dông cô - hãa chÊt: - M¸y khuÊy tõ - Axit HCl 1:1 - B×nh tam gi¸c 250 ml - NaOH 4M - Pipet 2, 5, 10 - PhÔu, giÊy läc, c©n. - ChÊt trî keo tô polyacrylamit m¹ch th¼ng còng ®­îc pha thµnh 1mg/ml; 2mg/ml; 5mg/ml. 4.2.2 C¸ch tiÕn hµnh LÊy 50ml n­íc th¶i nhµ m¸y In ®­îc pha lo·ng 5 lÇn. Thªm HCl 1:1 ®Ó ®iÒu chØnh pH, thªm chÊt keo tô lµ quÆng Bauxit ®· ®­îc sÊy kh« ë 100-1100C vµo b×nh tam gi¸c 250ml, khuÊy kho¶ng 1 phót. Sau ®ã thªm 1ml NaOH 4M, khuÊy thªm 2 phót n÷a. Thªm chÊt trî keo tô polyacrylamit khuÊy nhÑ 10 phót. §Ó l¾ng trong läc, ®o kiÓm tra c¸c chØ tiªu nh­: §é mµu, COD, ®é ®ôc, PH, c¸c nguyªn tè hãa häc cho phÐp theo tiªu chuÈn vÒ xö lý n­íc th¶i tr­íc khi th¶i ra m«i tr­êng... IV. Keo tô sö dông hÖ phÌn S¾t – S÷a v«i 50 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n IV.1. C¬ së ph­¬ng ph¸p ë kho¶ng pH = 2, khi cho dung dÞch Ca(OH)2 vµo x¶y ra c¸c ph¶n øng sau: Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O C¸c mÇm CaCO3 võa t¹o thµnh sÏ hÊp phô c¸c ion cã trong dung dÞch h×nh thµnh c¸c h¹t keo. C¸c b«ng keo nµy khi l¾ng xuèng sÏ hÊp phô, cuèn theo c¸c h¹t keo, chÊt bÈn h÷u c¬, chÊt mang mµu tån t¹i ë tr¹ng th¸i hßa tan hoÆc l¬ löng trong dung dÞch. C¸c mixen keo t¹o thµnh: [mCaCO3.2nCa2+(2n-2x)CO32- ]2x+.2xCO32- TiÕp tôc cho chÊt keo tô Fe2(SO4)3 vµo m«i tr­êng pH =13, trong dung dÞch sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng sau: Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2 = 3CaSO4↓ + Fe(OH)3↓ Khi CaSO4, Fe(OH)3 l¾ng xuèng nã sÏ kÐo theo c¸c chÊt r¾n l¬ löng, c¸c chÊt mµu vµ chÊt h÷u c¬ t¹o thµnh b«ng keo vµ l¾ng xuèng ®¸y. C¸c Mixen keo ®­îc t¹o thµnh: [mFe(OH)3.2nFe3+(3n-3x)SO42-]3x+.3xSO42- [mCaSO4.nCa2+(n-x)SO42-]2x+.2xSO42- VI.2. Dông cô - Hãa chÊt - Cèc thñy tinh dung tÝch 100ml, 500ml, b×nh tam gi¸c250ml, pipet - M¸y khuÊy tõ, m¸y ®o pH, m¸y ®o qang 722. - B×nh ®Þnh møc, phÔu thñy tinh, ®ång hå bÊm gi©y, c©n ®iÖn tö. - ChÊt keo tô Fe2(SO4)3.xH2O pha thµnh d¹ng dung dÞch 250mg/l; 500mg/l; 1000mg/l. - Dung dÞch Ca(OH)2 b·o hßa . - Dung dÞch HCl 1:1 ®Ó ®iÒu chØnh pH. - ChÊt trî keo tô polyacrylamit m¹ch th¼ng còng ®­îc pha thµnh 1mg/ml; 2mg/ml; 5mg/ml. 51 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n IV.3. C¸ch tiÕn hµnh N­íc th¶i dïng ®Ó xö lý lµ n­íc th¶i In (pha lo·ng 5 lÇn). LÊy kho¶ng 200ml sau ®ã dïng dung dÞch HCl 1:1 ®Ó ®iÒu chØnh pH, råi cho chÊt keo tô lµ s÷a v«i vµo ®ång thêi khuÊy m¹nh, sau ®ã tiÕp tôc cho phÌn s¾t d­íi d¹ng dung dÞch vµo, sau ®ã khuÊy m¹nh b»ng m¸y khuÊy tõ 3 phót. Cho chÊt trî keo tô sau ®ã khuÊy nhÑ 10 phót, ®Ó l¾ng b«ng keo, sau ®ã läc t¸ch b«ng keo ®em phÇn n­íc trong x¸c ®Þnh c¸c chØ sè: pH, ®é mµu, ®é ®ôc, COD. V. Keo tô kÕt hîp quÆng Bauxit – S÷a v«i V.1. C¬ së ph­¬ng ph¸p Keo tô sö dông hÖ quÆng Bauxit – S÷a v«i t­¬ng tù nh­ quÆng Bauxit.. Qu¸ tr×nh x¶y ra nh­ sau: Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + 3H2O Sau ®ã Al3+ thñy ph©n t¹o thµnh; Al3+ + H2O ↔ Al(OH)3↓ + H+ Fe3+ + H2O ↔ Fe(OH)3↓ + H+ Qu¸ tr×nh nµy t¹o thµnh c¸c nh©n keo Al(OH)3↓ , Fe(OH)3↓ . Khi thªm s÷a v«i Ca(OH)2 b·o hßa ngoµi t¸c dông lµm kiÒm hãa, Ca2+ còng ®ãng vai trß lµm chÊt keo tô trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i. Khi ®ã CaCO3, Fe(OH)3 l¾ng xuèng nã sÏ kÐo theo c¸c chÊt r¾n l¬ löng, c¸c chÊt mµu vµ chÊt h÷u c¬ t¹o thµnh b«ng keo vµ l¾ng xuèng. C¸c Mixen keo ®­îc t¹o thµnh: [mAl(OH)3.nOH-(n-x)Na+]xNa+ vµ [mFe(OH)3.n.OH-(n-x)Na+]xNa+ VI.2. Dông cô - Hãa chÊt - Cèc thñy tinh dung tÝch 100ml, 500ml, b×nh tam gi¸c250ml, pipet - M¸y khuÊy tõ, m¸y ®o pH, m¸y ®o qang 722 - B×nh ®Þnh møc, phÔu thñy tinh, ®ång hå bÊm gi©y, c©n ®iÖn tö - ChÊt keo tô quÆng Bauxit 52 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n - Dung dÞch Ca(OH)2 b·o hßa - Dung dÞch HCl 1:1 ®Ó ®iÒu chØnh pH - ChÊt trî keo tô polyacrylamit m¹ch th¼ng còng ®­îc pha thµnh 1mg/ml; 2mg/ml; 5mg/ml. IV.3 C¸ch tiÕn hµnh N­íc th¶i dïng ®Ó xö lý lµ n­íc th¶i In (pha lo·ng 5 lÇn). LÊy kho¶ng 200ml sau ®ã dïng dung dÞch HCl 1:1 ®Ó ®iÒu chØnh pH = 2, råi cho chÊt keo tô lµ quÆng Bauxit vµo ®ång thêi khuÊy m¹nh b»ng m¸y khuÊy tõ 3phót, sau ®ã tiÕp tôc cho s÷a v«i b·o hßa d­íi d¹ng dung dÞch vµo sau ®ã khuÊy nhÑ. Cho chÊt trî keo tô sau ®ã khuÊy nhÑ10 phót, ®Ó l¾ng b«ng keo, sau ®ã läc t¸ch b«ng keo ®em phÇn n­íc trong x¸c ®Þnh c¸c chØ sè: pH, ®é mµu, ®é ®ôc, COD. 53 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n PHÇN III. KÕT QU¶ THùC NGHIÖM Vµ TH¶O LUËN -------    ------- KÕT QU¶ NGHI£N CøU Xö Lý N¦íC TH¶I IN I. KÕt qu¶ nghiªn cøu xö lý n­íc th¶i b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô sö dông chÊt keo tô lµ phÌn s¾t (Fe2(SO4)3.xH2O) • PhÌn s¾t lµ chÊt keo tô ®· ®­îc sö dông réng r·i trong xö lý n­íc « nhiÔm, d­íi ®©y lµ kÕt qu¶ qu¸ tr×nh kh¶o s¸t xö lý n­íc th¶i In b»ng phÌn s¾t. • C¸c th«ng sè cña n­íc th¶i In tr­íc khi xö lý (n­íc th¶i ®· pha lo·ng 5 lÇn): • §é mµu Coban = 916 ( Pt-Co); • §é ®ôc = 231.77( mgSiO2/l); • COD = 264 (mgO2/l); • pH = 7.12 I.1. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng phÌn s¾t ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In • §iÒu kiÖn tiÕn hµnh thùc nghiÖm: - ThÓ tÝch n­íc th¶i dïng ®Ó xö lý lµ 200ml n­íc (pha lo·ng 5 lÇn); - L­îng chÊt trî keo tô sö dông lµ 17.5 mg/l; - M«i tr­êng pH = 11(sö dông dung dÞch NaOH 4M); - Thêi gian khuÊy m¹nh 3 phót, khuÊy nhÑ 10 phót, ®Ó l¾ng 20 phót; - Kh¶o s¸t lÇn l­ît víi hµm l­îng chÊt keo tô: 70, 85, 100, 115, 130, 145mg/l; N­íc sau khi xö lý ®Ó l¾ng 20 phót ®em t¸ch phÇn kÕt tña ë d­íi, sau ®ã ®em x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu: ®é mµu, ®é ®ôc, COD. KÕt qu¶ c¸c th«ng sè kh¶o s¸t nh­ sau : 54 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n B¶ng 3.1: KÕt qu¶ xö lý n­íc th¶i In theo hµm l­îng phÌn s¾t L­îng phÌn S¾t (mg/l) §é mµu Pt-Co §é gi¶m ®é mµu (%) §é ®ôc SiO2 (mg/l) §é gi¶m ®é ®ôc ( %) COD mgO2/ l §é gi¶m COD (%) NhËn xÐt b«ng keo 70 125.3 86.3 24.1 89.6 131.47 50.20 B«ng nhá, l¾ng chËm, n­íc ®ôc 85 103.8 88.7 18.6 92.0 103.75 60.70 B«ng to, mµu n©u, l¾ng nhanh 100 90.0 90.2 12.8 94.5 78.06 70.43 B«ng to, n­íc trong, l¾ng nhanh 115 69.2 92.4 8.4 96.4 75.20 71.52 B«ng to, keo tô vµ l¾ng nhanh 130 186.8 79.6 22.9 90.1 99.26 62.4 B«ng to, keo tô vµ l¾ng nhanh 145 256.0 72.1 28.7 87.6 101.64 61.5 B«ng nhá, l¾ng chËm Tõ sè liÖu trªn ta cã ®å thÞ biÓu diÔn sù ¶nh h­ëng cña hµm l­îng phÌn s¾t xö lý n­íc th¶i In b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô nh­ sau: 55 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n H×nh 3.1. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng phÌn s¾t ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In Tõ b¶ng sè liÖu vµ ®å thÞ biÓu diÔn ë trªn ta thÊy hµm l­îng phÌn tèi ­u cho qu¸ tr×nh keo tô xö lý n­íc th¶i In lµ 100 - 120 mg/l. Tõ kÕt qu¶ ¶nh h­ëng cña hµm l­îng phÌn s¾t ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc nhiÔm bÈn b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô ta cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau: ë ®iÒu kiÖn pH cao, c¸c ion kim lo¹i vµ c¸c nhãm hidroxit kim lo¹i tÝch ®iÖn ©m, ®­îc h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh thñy ph©n ®· Ðp líp ®iÖn tÝch cña c¸c h¹t keo ©m (cÆn bÈn, chÊt mµu tån t¹i d­íi d¹ng keo h÷u c¬), ®ång thêi c¸c ion nµy ®­îc hÊp phô lªn bÒ mÆt h¹t keo lµm h¹t keo trung hßa ®iÖn tÝch, lµm gi¶m thÕ ®iÖn ®éng ζ , lµm gi¶m lùc ®Èy tÜnh ®iÖn, t¨ng lùc hót, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c h¹t keo kÕt dÝnh l¹i víi nhau. NÕu sö dông l­îng phÌn s¾t Ýt sÏ kh«ng ®ñ ®Ó t¹o b«ng keo (ch­a ®¹t tr¹ng th¸i qu¸ b·o hßa) hoÆc l­îng b«ng keo Fe(OH)3 sinh ra Ýt sÏ kh«ng ®ñ ®Ó kÐo c¸c chÊt bÈn cã trong n­íc, b«ng t¹o ra nhá, qu¸ tr×nh l¾ng chËm, hiÖu qu¶ xö lý thÊp. NÕu l­îng phÌn s¾t t¨ng v­ît qua giíi h¹n, l­îng b«ng keo Fe(OH)3 t¹o ra nhiÒu vµ nhanh, b«ng keo rÊt 56 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n nhá, víi cÊu tróc ®Æc chÆt kh«ng thÝch hîp cho qu¸ tr×nh t¹o b«ng keo, dÉn ®Õn kÝch th­íc b«ng keo gi¶m. MÆt kh¸c c¸c h¹t keo ©m tiÕp tôc hÊp phô c¸c ion tr¸i dÊu lµm ®æi dÊu h¹t keo, lµm thÕ ®iÖn ®éng ζ t¨ng lªn, lùc ®Èy tÜnh ®iÖn t¨ng lªn, kÕt qu¶ lµm gi¶m kh¶ n¨ng kÕt dÝnh vµo nhau cña c¸c h¹t keo. NÕu l­îng chÊt keo tô nhiÒu qu¸ g©y mµu cho n­íc th¶i do ¶nh h­ëng cña l­îng phÌn s¾t d­ g©y mµu vµng n©u cho n­íc sau xö lý. I.2. ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng pH ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In, sö dông chÊt keo tô phÌn s¾t. • §iÒu kiÖn tiÕn hµnh thùc nghiÖm: - ThÓ tÝch n­íc th¶i dïng ®Ó xö lý lµ 200ml n­íc (pha lo·ng 5 lÇn); - L­îng chÊt trî keo tô sö dông lµ 17.5 mg/l; - Thêi gian khuÊy m¹nh 3 phót, khuÊy nhÑ 10 phót, ®Ó l¾ng 20 phót; - Hµm l­îng chÊt keo tô lµ 115 mg/l; - Thay ®æi pH m«i tr­êng : 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; N­íc sau khi xö lý ®Ó l¾ng 20 phót ®em t¸ch phÇn kÕt tña ë d­íi, sau ®ã ®em x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu: ®é mµu, ®é ®ôc, COD. KÕt qu¶ kh¶o s¸t trong b¶ng sau: B¶ng 3.2: KÕt qu¶ ¶nh h­ëng cña pH ®Õn qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i In, sö dông chÊt keo tô phÌn s¾t. pH §é mµu (Pt-Co) §é gi¶m ®é mµu (%) §é ®ôc (mg SiO2/l) §é gi¶m ®é ®ôc (%) COD (mgO2/l) §é gi¶m COD (%) NhËn xÐt b«ng keo 7 346 62.2 37.8 83.7 132.79 49.7 Keo tô chËm, b«ng nhá, l¾ng chËm 8 304.5 66.8 35.5 84.5 103.22 60.9 B«ng nhá, t¶n m¸t, l¾ng chËm 9 145.3 84.1 24.1 89.6 100.05 62.1 B«ng keo võa, cßn h¹t l¬ löng, l¾ng chËm 10 103.8 88.7 17.2 92.3 80.41 69.55 B«ng to, mµu n©u, n­íc trong, l¾ng nhanh 57 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n 11 69.2 92.4 6.9 97.0 75.12 71.50 B«ng to, mµu n©u, keo tô vµ l¾ng nhanh 12 103.8 88.7 10.3 95.6 88.12 66.62 B«ng to, mµu n©u, keo tô vµ l¾ng nhanh 13 159.2 82.6 13.8 94.0 96.09 63.6 Keo tô chËm, b«ng nhá, l¾ng chËm Tõ sè liÖu trªn ta cã ®å thÞ biÓu diÔn sù ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng pH ®Õn qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i In : H×nh 3.2. ¶nh h­ëng cña pH ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In, sö dông chÊt keo tô phÌn s¾t Tõ b¶ng sè liÖu vµ ®å thÞ biÓu diÔn ë trªn ta thÊy m«i tr­êng pH thÝch hîp cho qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn s¾t xö lý n­íc th¶i In lµ pH= 10 - 12. 58 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n Tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng pH trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc nhiÔm bÈn b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô sö dông phÌn S¾t III ta cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau: Khi cho Fe2(SO4)3.xH2O vµo phÌn s¾t sÏ bÞ thñy ph©n theo ph¶n øng: Fe+3 + 2 H2O Fe(OH)2 + H+ Fe(OH) 2+ + 2 H2O Fe(OH) 2+ + H+ Fe(OH) 2+ + 2 H2O Fe(OH)3↓ + H+ ë pH thÊp <6 c¸c h¹t keo tån t¹i chñ yÕu ë d¹ng monome Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe(OH)3↓ . C¸c monome nµy cã thÓ t¹o c¸c Polyme m¹ch dµi qua ph¶n øng trïng ng­ng. Trong qu¸ tr×nh thñy ph©n, c¸c tinh thÓ míi h×nh thµnh hÊp phô c¸c ph©n tö t¹p chÊt lªn bÒ mÆt t¹o ra cÇu nèi gi÷a c¸c h¹t h×nh thµnh m¹ng l­íi kh«ng gian gäi lµ b«ng keo. C¸c b«ng keo khi l¾ng sÏ kÐo theo c¸c tap chÊt l¬ löng trong n­íc. Khi t¨ng pH th× l­îng ion OH- nhiÒu t¸c dông víi c¸c ion Fe3+ t¹o thÕ lµm t¨ng nh©n keo vµ lµm gi¶m ψ, lµm gi¶m thÕ ®iÖn ®éng ζ cña h¹t keo Fe(OH)3, lµm gi¶m lùc ®Èy tÜnh ®iÖn, t¨ng lùc hót, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c h¹t keo kÕt dÝnh vµo nhau. MÆt kh¸c tõ pH cao c¸c ph¶n øng thñy ph©n t¹o thµnh c¸c Oxy- Hydroxit kim lo¹i dõng l¹i ë tr¹ng th¸i t¹o thµnh Hidroxit kim lo¹i v« ®Þnh h×nh, kÕt tña t¹o b«ng vµ l¾ng xuèng. Trong qu¸ tr×nh l¾ng chóng hÊp phô vµ l«i cuèn c¸c h¹t keo, c¸c chÊt bÈn, chÊt mµu cïng l¾ng xuèng. ë kho¶ng pH cao, khi cho phÌn s¾t d­íi d¹ng dung dÞch sÏ x¶y ra ph¶n øng sau: Fe3+ + 3OH¯ → Fe(OH)3↓ C¸c mÇm Fe(OH)3 ®­îc h×nh thµnh sÏ hÊp phô c¸c ion ®Ó t¹o thµnh c¸c h¹t keo [mFe(OH)3.2nFe3+(3n-3x)SO42-]3x+.3xSO42-. Khi pH cao qu¸ cã thÓ lµm ®æi dÊu c¸c h¹t keo hydroxit kim lo¹i lµm gi¶m kh¶ n¨ng keo tô t¹o b«ng. MÆt kh¸c ë pH qu¸ lín cã thÓ t¹o thµnh c¸c phøc kim lo¹i Me(OH)n tÝch ®iÖn ©m lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô chÊt bÈn, chÊt mµu. 59 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n I.3. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng chÊt trî keo tô ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In • §iÒu kiÖn tiÕn hµnh thùc nghiÖm: - ThÓ tÝch n­íc th¶i dïng ®Ó xö lý lµ 200ml n­íc (pha lo·ng 5 lÇn); - Thêi gian khuÊy m¹nh 3 phót, khuÊy nhÑ 10 phót, ®Ó l¾ng 20 phót; - Hµm l­îng chÊt keo tô lµ 115 mg/l; - M«i tr­êng pH = 11; - L­îng chÊt trî keo tô thay ®æi: 2.5; 5; 7.5; 10; 15; 17.5; 20; 25mg/l; N­íc sau khi xö lý ®Ó l¾ng 20 phót ®em t¸ch bá phÇn kÕt tña ë d­íi, sau ®ã ®em x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu: ®é mµu, ®é ®ôc, COD. KÕt qu¶ kh¶o s¸t trong b¶ng sau: B¶ng 3.3: KÕt qu¶ ¶nh h­ëng cña hµm l­îng chÊt trî keo tô ®Õn qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i In, sö dông chÊt keo tô phÌn s¾t . PA (mg/l) §é mµu (Pt-Co) §é gi¶m ®é mµu (%) §é ®ôc mgSiO2/l §é gi¶m ®é ®ôc (%) COD mgO2/l §é gi¶m COD (%) NhËn xÐt b«ng keo 2.5 166.1 81.9 19.5 91.6 105.6 60.0 B«ng to, mµu n©u, l¾ng nhanh 5 98.2 89.3 14.9 93.6 102.43 61.2 B«ng to, mµu n©u, l¾ng nhanh 10 58.6 93.6 11.5 95.0 100.05 62.1 B«ng to, mµu n©u, l¾ng nhanh 15 48.5 94.7 9.8 95.8 79.92 69.73 B«ng to, keo tô vµ l¾ng nhanh 17.5 55.4 94 10.3 95.6 79.0 70.08 B«ng to, n­íc trong, l¾ng nhanh 20 83.1 90.9 12.4 94.6 100.84 61.8 B«ng to, mµu n©u, l¾ng nhanh 60 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n Tõ sè liÖu trªn ta cã ®å thÞ biÓu diÔn sù ¶nh h­ëng cña hµm l­îng chÊt trî keo tô PA xö lý n­íc th¶i In nh­ sau: H×nh 3.3. ¶nh h­ëng cña chÊt trî keo tô PA ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In, sö dông chÊt keo tô lµ phÌn s¾t Tõ kÕt qu¶ trªn ta thÊy hµm l­îng chÊt trî keo tô thÝch hîp cho qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i In lµ 10 - 17.5mg/l. Tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña hµm l­îng chÊt trî keo tô PA trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶I In ta cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau: ChÊt trî keo tô PA khi cho vµo, hÖ keo tô thùc hiÖn c¬ chÕ hÊp phô vµ t¹o cÇu nèi. Nªn muèn cã hiÖu qu¶ cao th× mçi ph©n tö PA ph¶i ®­îc hÊp phô lªn hai hay nhiÒu h¹t huyÒn phï, ®Ó thùc hiÖn vai trß lµ cÇu nèi. NÕu sö dông PA qu¸ nhiÒu th× mét ph©n tö PA chØ hÊp phô trªn mét h¹t keo hoÆc qu¸ nhiÒu ph©n tö polyme hÊp phô lªn mét h¹t keo, lóc ®ã sÏ kh«ng cßn chç nµo cho h¹t keo kh¸c hÊp phô vµo. Do ®ã sö dông qu¸ nhiÒu PA sÏ lµm ®é nhít cña n­íc 61 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n t¨ng vµ lµm gi¶m hiÖu qu¶ vÒ kinh tÕ. PA(polyacrylamit) lµ polymer m¹ch dµi, khi ph©n ly trong n­íc nã sÏ keo tô c¸c h¹t cÆn bÈn trong n­íc d­íi d¹ng liªn kÕt chuçi, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc h×nh thµnh vµ l¾ng tña b«ng keo. II. Ph­¬ng ph¸p keo tô sö dông chÊt keo tô lµ S÷a v«i (dung dÞch Ca(OH)2 qu¸ b·o hßa). • C¸c th«ng sè cña n­íc th¶i In tr­íc khi xö lý (n­íc th¶i ®· pha lo·ng 5 lÇn): • §é mµu Coban = 892 ( Pt-Co); • §é ®ôc = 241 ( mgSiO2/l); • COD = 258 (mgO2/l); • pH = 7.20 II.1. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng s÷a v«i ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô. • §iÒu kiÖn tiÕn hµnh thùc nghiÖm: - ThÓ tÝch n­íc th¶i dïng ®Ó xö lý lµ 200ml n­íc (pha lo·ng 5 lÇn); - L­îng chÊt trî keo tô sö dông lµ 20 mg/l; - M«i tr­êng pH = 2 (sö dông dung dÞch HCl 1:1); - Thêi gian khuÊy m¹nh 3 phót, khuÊy nhÑ 10 phót, ®Ó l¾ng 20 phót; - Kh¶o s¸t lÇn l­ît víi hµm l­îng chÊt keo tô: 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400 mg/l. N­íc sau khi xö lý ®Ó l¾ng 20 phót råi ®em t¸ch bá phÇn kÕt tña ë d­íi, sau ®ã ®em x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu: ®é mµu, ®é ®ôc, COD. • KÕt qu¶ kh¶o s¸t trong b¶ng sau: 62 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n B¶ng 3.4 : KÕt qu¶ ¶nh h­ëng cña hµm l­îng s÷a v«i ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In. L­îng s÷a v«i (mg/l) §é mµu (Pt- Co) §é gi¶m ®é mµu (%) §é ®ôc (mgSiO2/l) §é gi¶m ®é ®ôc (%) COD (mgO2/l) §é gi¶m COD (%) NhËn xÐt b«ng keo 100 435.35 51.19 99.29 58.8 226.52 12.2 B«ng keo nhá, n­íc ®ôc, l¾ng chËm 150 321.83 63.92 73.74 69.4 172.85 33.0 B«ng keo to, mµu n©u, l¾ng nhanh 200 221.26 75.2 46.03 80.9 92.88 64.0 B«ng to, keo tô vµ l¾ng nhanh 250 30.32 96.6 13.96 94.4 75.14 70.88 B«ng to, keo tô vµ l¾ng cùc nhanh 300 126.64 85.8 25.54 89.4 97.78 62.1 Keo tô nhanh, b«ng to, l¾ng nhanh 350 217.65 75.6 54.70 77.3 152.48 40.9 B«ng keo to, n­íc trong, l¾ng nhanh 400 309.52 65.3 107.97 55.2 182.92 29.1 B«ng keo to, n­íc trong, l¾ng nhanh Tõ sè liÖu trªn ta cã ®å thÞ biÓu diÔn sù ¶nh h­ëng cña hµm l­îng s÷a v«i xö lý n­íc th¶i In b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô nh­ sau: 63 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n H×nh 3.4. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng s÷a v«i ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In Tõ b¶ng sè liÖu vµ ®å thÞ biÓu diÔn ë trªn ta thÊy hµm l­îng s÷a v«i tèi ­u cho qu¸ tr×nh keo tô xö lý n­íc th¶i In lµ 200 - 250 mg/l. Tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña hµm l­îng s÷a v«i trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i In b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô ta cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau: Ở điều kiện pH = 2 (sử dụng dung dịch HCl 1:1), khi cho dung dịch Ca(OH)2 vào sẽ tạo ra CaCO3 kết tủa. Qu¸ tr×nh l¾ng cña CaCO3 sÏ kÐo theo c¸c chÊt r¾n l¬ löng, c¸c t¹p chÊt, c¸c chÊt mµu tån t¹i d­íi d¹ng keo cã trong n­íc th¶i t¹o thµnh c¸c b«ng keo, c¸c b«ng nhá kÕt tô víi nhau t¹o thµnh c¸c b«ng keo to h¬n, dÔ l¾ng h¬n. Qu¸ tr×nh kÕt tña vµ l¾ng cña CaCO3 sÏ kÐo theo c¸c chÊt r¾n l¬ löng, c¸c t¹p chÊt, c¸c chÊt mµu cã trong n­íc th¶i. NÕu sö dông l­îng dung dÞch Ca(OH)2 Ýt kh«ng ®ñ t¹o keo (ch­a ®¹t tr¹ng th¸i qu¸ b·o hßa) hoÆc l­îng 64 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n b«ng keo CaCO3 t¹o ra Ýt, kh«ng kÐo hÕt ®­îc c¸c chÊt bÈn, b«ng t¹o ra nhá, qu¸ tr×nh l¾ng chËm hiÖu qu¶ xö lý thÊp. T¨ng dÇn l­îng chÊt keo tô hiÖu qu¶ t¨ng dÇn do t¹o ®­îc cµng nhiÒu nh©n keo thùc hiÖn qu¸ tr×nh hÊp phô trung hßa ®iÖn tÝch, lµm gi¶m lùc ®Èy tÜnh ®iÖn gi÷a c¸c h¹t keo dÉn ®Õn l«i cuèn c¸c h¹t keo ©m chÊt bÈn cïng l¾ng nh­ng nÕu l­îng dung dÞch Ca(OH)2 t¨ng qu¸ nhiÒu l­îng b«ng keo CaCO3 t¹o ra å ¹t b«ng keo rÊt nhá, c¸c b«ng keo nµy dÔ kÕt tô nhanh víi nhau t¹o thµnh côc b«ng keo ch¾c lµm gi¶m ®é xèp, dÉn ®Õn lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô c¸c t¹p chÊt, hiÖu qu¶ xö lý gi¶m, nÕu l­îng chÊt keo tô qu¸ nhiÒu sÏ lµm cho m«i tr­êng n­íc sau khi xö lý cã ®é pH rÊt cao, g©y ra ®é cøng cao cho n­íc. II.2. ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng pH ®Õn hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In, sö dông chÊt keo tô phÌn s¾t. • §iÒu kiÖn tiÕn hµnh thùc nghiÖm: - ThÓ tÝch n­íc th¶i dïng ®Ó xö lý lµ 200ml n­íc (pha lo·ng 5 lÇn); - L­îng chÊt trî keo tô sö dông lµ 20 mg/l; - Thêi gian khuÊy m¹nh 3 phót, khuÊy nhÑ 10 phót, ®Ó l¾ng 20 phót; - Hµm l­îng chÊt keo tô lµ 250 mg/l; - Thay ®æi pH m«i tr­êng : 1; 1.5; 2.5; 3; 4; 5; (sö dông dung dÞch HCl 1:1) N­íc sau khi xö lý ®Ó l¾ng 20 phót råi ®em t¸ch bá phÇn kÕt tña bªn d­íi, sau ®ã ®em x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu: ®é mµu, ®é ®ôc, COD. KÕt qu¶ kh¶o s¸t trong b¶ng sau: B¶ng 3.5: KÕt qu¶ ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng pH tíi qu¸ tr×nh keo tô xö lý n­íc th¶i In, sö dông chÊt keo tô s÷a v«i. pH §é mµu (Pt-Co) §é gi¶m ®é mµu (%) §é ®ôc (mgSiO2/l) §é gi¶m ®é ®ôc (%) COD (mgO2/l) §é gi¶m COD (%) NhËn xÐt b«ng keo 1 272.95 69.4 91.82 61.9 202.58 21.5 B«ng nhá, keo tô vµ l¾ng nhanh 1.5 160.56 82.0 48.44 79.9 97.78 62.1 B«ng to, keo tô vµ l¾ng rÊt nhanh 65 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n 2 61.55 93.1 33.98 85.9 76.23 70.45 B«ng to, keo tô vµ l¾ng rÊt nhanh 2.5 85.63 90.4 37.35 84.5 100.10 61.2 B«ng to, mµu n©u, l¾ng nhanh 3 198.02 77.8 58.08 75.9 157.63 38.9 B«ng nhá, mµu n©u, l¾ng chËm 4 306.84 65.6 94.71 60.7 184.98 28.3 B«ng nhá, nhiÒu h¹t l¬ löng, l¾ng chËm 5 536.98 39.8 113.03 53.1 211.30 18.1 B«ng t¶n m¸t, keo tô chËm, n­íc ®ôc Tõ sè liÖu trªn ta cã ®å thÞ biÓu diÔn sù ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng pH ®Õn qu¸ tr×nh xö lý n­íc th¶i In : H×nh 3.5. ¶nh h­ëng cña pH hiÖu qu¶ xö lý n­íc th¶i In 66 Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Khoa C«ng nghÖ Hãa Häc Bïi ThÞ Thanh V©n Cao häc hãa c¬ b¶n Tõ b¶ng sè liÖu vµ ®å thÞ biÓu diÔn ë trªn ta thÊy m«i tr­êng pH thÝch hîp cho qu¸ tr×nh keo tô b»ng s÷a v«i xö lý n­íc th¶i In lµ pH= 2. Tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng pH trong qu¸ tr×nh xö lý n­íc nhiÔm bÈn b»ng ph­¬ng ph¸p keo tô ta cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau: NÕu pH cao th× khi cho chÊt keo tô lµ s÷a v«i vµo sÏ kh«ng x¶y ra hiÖn t­îng keo tô, do ®ã kh«ng thÓ t¹o ra h¹t keo CaCO3 kÕt tña, l¾ng xuèng vµ l«