intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng học phần xử lý nước thải

Chia sẻ: Phan Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST
Báo xấu
61
lượt xem 10
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

zĐể có được tài liệu như thế này tác giả cố gắng đúc kết những kiến thức đã học cùng tham khảo một số tài liệu thực tập...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng học phần xử lý nước thải

  1. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH MÔÛ ÑAÀU Ñeå coù ñöôïc taøi lieäu nhö theá naøy taùc giaû coá gaéng ñuùc keát nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc cuøng tham khaûo moät soá taøi lieäu thöïc taäp moät caùch heát söùc coâ ñoïng. Ñeå coù taøi lieäu lieäu naøy xuaát phaùt töø nhöõng traên trôû cuûa taùc giaû laø laøm sao khi toát nghieäp ra tröôøng sinh vieân ngaønh Kyõ thuaät Moâi tröôøng coù theå töï mình thöïc hieän nhöõng nghieân cöùu vaø cuï theå hoùa nhöõng gì hoïc lyù thuyeát baèng thöïc nghieäm. Taøi lieäu höôùng daãn kyõ thí nghieäm thuaät xöû lyù chaát thaûi duøng cho sinh vieân Khoa Hoïc Moâi Tröôøng ngaønh Kyõ Thuaät Moâi Tröôøng. Caùc baøi thí nghieäm giôùi thieäu quaù trình cô baûn nhaát ñeå xöû lyù caùc loaïi oâ nhieãm tieâu bieåu goàm: Phöông phaùp cô hoïc: Phöông phaùp laéng, loïc ü Phöông phaùp hoaù lyù: Trao ñoåi ion, keo tuï, haáp phuï. ü Phöông phaùp hoaù hoïc: Quaù trình oxi hoaù khöû , cheá bieán chaát thaûi raén ñeå saûn ü xuaát saûn phaåm coù ích. Phöông phaùp sinh hoïc: xöû lyù baèng buøn hoaït tính ü 1. Noäi dung Sinh vieân laàn löôït thöïc hieän 7 baøi thí nghieäm xöû lyù oâ nhieãm, xöû lyù vaø taän duïng chaát thaûi. Baøi 1 : Thí nghieäm khöû saét trong nöôùc caáp. Baøi 2 : Thí nghieäm trao ñoåi ion. Baøi 3 : Thí nghieäm laéng boâng caën. Baøi 4 : Thí nghieäm Jartest. Baøi 5 : Xöû lyù nöôùc thaûi oâ nhieãm phaåm nhuoäm baèng phöông phaùp haáp phuï treân than hoaït tính . Baøi 6 : Xöû lyù vaø taùi söû duïng xæ keõm. Baøi 7 : Thöïc haønh xaùc ñònh hieäu xuaát xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp buøn hoaït tính 2. Muïc ñích thí nghieäm. Giuùp sinh vieân laøm quen vôùi caùc kyõ naêng caàn thieát cuaû moät kyõ sö töông lai. Ø Coâng ngheä xöû lyù, thieát bò xöû lyù oâ nhieãm vaø xöû lyù chaát thaûi. Ø Vaän haønh caùc thieát bò xöû lyù oâ nhieãm moâi tröôøng . Ø Ñieàu haønh moät nhoùm sinh vieân cuøng thöïc hieän moät coâng vieäc. Ø Luyeän taäp khaû naêng vieát baùo caùo kyõ thuaät. 3. Yeâu caàu tröôùc khi thí nghieäm. Tröôùc khi thí nghieäm moãi sinh vieân phaûi ñoïc tröôùc baøi höôùng daãn thí nghieäm, tham khaûo caùc taøi lieäu lieân quan ñeå tìm hieåu caùc kieán thöùc caàn thieát cho baøi thí nghieäm. Xem thieát bò ñeå hieåu caùch tieán haønh thí nghieäm, laäp keá hoaïch laøm vieäc vaø phaân coâng trong nhoùm. Ø Yeâu caàu khi laøm thí nghieäm.: Sau moãi baøi thí nghieäm moãi sinh vieân phaûi laøm moät baûn baùo caùo thí nghieäm ñeå baùo caùo keát quaû thu ñöôïc. Baùo caùo thí nghieäm goàm caùc phaàn sau: ü Trang bìa ghi ñaày ñuû caùc thoâng tin veà nhoùm thí nghieäm vaø baøi thí nghieäm goàm: v Nhoùm thí nghieäm: soá nhoùm, hoï vaø teân, maõ soá sinh vieân. v Ngaøy thí nghieäm, nôi thí nghieäm. v Baøi thí nghieäm. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 1 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  2. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH ü Noäi dung v Trích yeáu : trình baøy yeâu caàu, noäi dung toùm taét vaø keát quaû cuaû baøi thí nghieäm. v Lyù thuyeát: trình baøy lyù thuyeát lieân quan ñeán baøi thí nghieäm. v Keát quaû : trình baøy keát quaû ño ñöôïc khi thí nghieäm vaø keát quaû tính toaùn. v Bieän luaän : neâu leân caùc yù lieán cuaû mình veà caùc vaán ñeà maø baøi thí nghieäm yeâu caàu bình luaän. v Phuï luïc : trình baøy caùc pheùp xöû duïng khi tính toaùn, caùc keát quaû thí nghieäm. v Taøi lieäu tham khaûo. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 2 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  3. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Baøi 1. KHÖÛ SAÉT KEÁT HÔÏP LOÏC TRONG NÖÔÙC CAÁP 1.1. MUÏC ÑÍCH - Nghieân cöùu khaû naêng khöû saét trong nöôùc caáp khi laøm thoaùng. - Nghieân cöùu khaû naêng khöû saét trong nöôùc caát khi söû duïng caùc chaát oxi hoùa maïnh. - Nghieân cöùu khaû naêng loïc saét sau quaù trình khöû saét 1.2. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT. Trong nöôùc töï nhieân, keå caû nöôùc maët laãn nöôùc ngaàm ñeàu coù chöùa saét. Haøm löôïng saét vaø daïng toàn taïi cuûa chuùng tuøy thuoäc vaøo töøng loaïi nguoàn nöôùc, ñieàu kieän moâi tröôøng vaø nguoàn goác taïo thaønh chuùng. Trong nöôùc maët, saét toàn taïi ôû daïng hôïp chaát saét Fe3+ thoâng thuôøng laø Fe(OH)3 khoâng tan, ôû daïng keo hay huyeàn phuø, hoaëc ôû daïng caùc hôïp chaát höõu cô phöùc taïp khoù tan. Haøm löôïng saét coù trong nöôùc maët khoâng lôùn vaø seõ ñöôïc khöû trong quaù trình laøm trong nöôùc . Trong nöôùc ngaàm saét toàn taïi daïng ion, saét coù hoùa trò 2 ( Fe2+) laø thaønh phaàn cuûa caùc muoái hoaø tan nhö : bicacbonat Fe(HCO3)2 , sunfat FeSO4. Haøm löôïng saét trong nöôùc ngaàm thöôøng cao vaø phaân boá khoâng ñoàng ñeàu trong caùc traàm tích döôùi saâu . Nöôùc coù haøm löôïng saét cao, thì coù muøi tanh vaø coù nhieàu caën baån maøu vaøng, gaây aûnh höôûng xaáu ñeán chaát löôïng nöôùc aên uoáng vaø cho sinh hoaït vaø saûn xuaát. Vì vaäy khi trong nöôùc coù haøm löôïng saét lôùn hôn giôùi haïn cho pheùp thì phaûi tieán haønh khöû saét. Hieän nay coù nhieàu phöông phaùp khöû saét cuûa nöôùc ngaàm, coù theå chia thaønh caùc nhoùm chính sau: ü Khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng . ü Khöû saét baèng phöông phaùp duøng hoaù chaát. ü Khöû saét baèng phöông phaùp khaùc. 1.2.1. Khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng . Thöïc chaát cuûa phöông phaùp khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng laø laøm giaøu oxi cho nöôùc taïo ñieàu kieän ñeå oxi hoaù Fe2+ thaønh Fe3+ thöïc hieän quaù trình thuyû phaân taïo thaønh hôïp chaát ít tan Fe(OH)3, roài duøng beå loïc giöõ laïi. Laøm thoaùng coù theå laø : laøm thoaùng töï nhieân hay laøm thoaùng nhaân taïo. Sau khi laøm thoaùng quaù trình oxi hoaù Fe2+ vaø thuûy phaân Fe3+ coù theå xaûy ra trong moâi tröôøng töï do. Trong nöôùc ngaàm, saét (II) bicacbonat laø muoái khoâng beàn vöõng, thöôøng phaân ly theo daïng sau : Fe(HCO3)2 = 2 HCO3- + Fe2+ Neáu trong nöôùc coù oxi hoaø tan, quaù trình oxi hoùa dieãn ra nhö sau : 4 Fe2+ + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8H+ Ñoàng thôøi xaûy ra phaûn öùng phuï: H+ + HCO3- = H2O + CO2 Toác ñoä phaûn öùng oxi hoaù ñöôïc bieåu thò theo phöông trình sau: ][ ] [ Fe2+ [O2 ] d Fe2+ v= = .K [] 2 H+ dt Trong ñoù : +v : Toác ñoä oxi hoùa Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 3 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  4. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH [ ] d Fe 2+ : Söï bieán thieân noàng ñoä [Fe2+] theo thôøi gian t. + dt + [Fe2+]; [ H+]; [O2] : Noàng ñoä cuûa caùc ion Fe2+ , H+ , O2 tan trong nuôùc . +K : Haèng soá toác ñoä phaûn öùng, phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø chaát xuùc taùc . Theo phöông trình cuûa Just toác ñoä oxi hoaù cuûa Fe2+ tæ leä thuaän vôùi [Fe2+] vaø [O2], tæ leä nghòch vôùi [ H+]. Nhö vaäy quaù trình chuyeån hoùa Fe2+ thaønh Fe3+ phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö: pH, O 2, haøm löôïng saét trong nöôùc ngaàm, CO 2 , ñoä kieàm, nhieät ñoä, thôøi gian phaûn öùng. Ngoaøi ra toác ñoä oxi hoùa Fe2+ coøn phuï thuoäc vaøo theá oxi hoùa khöû tieâu chuaån. Khi taát caû caùc ion Fe2+ hoaø tan trong nöôùc ñaõ chuyeån hoùa thaønh boâng caën Fe(OH) 3. Vieäc loaïi boû caùc boâng caën ra khoûi nöôùc ñuôïc thöïc hieän ôû beå loïc chuû yeáu theo cô cheá giöõ caën cô hoïc . 1.2.2. Khöû saét baèng phöông phaùp duøng hoùa chaát. 1.2.1.1.Khöû saét baèng caùc chaát oxi hoaù maïnh. Caùc chaát oxi hoùa maïnh thöôøng duøng ñeå khöû saét laø: Cl2 , KMnO4 , O3…..Khi cho caùc chaát oxi maïnh vaøo nöôùc phaûn öùng dieãn ra nhö sau : 2Fe2+ + Cl2 + 6 H2O = 2Fe(OH)3 + 2 Cl- + 6H+ 3Fe3+ + KMnO4 + 7 H2O = 3 Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5 H + Trong phaûn öùng, ñeå oxi hoùa 1mg Fe2+ caàn 0,64 mg Cl2 hoaëc 0,94 mg KMnO4 vaø ñoàng thôøi doä kieàm cuûa nöôùc phaûi giaûm ñi 0,018 mgñ/l. So saùnh vôùi phöông phaùp khöû saét baèng laøm thoaùng ta thaáy, duøng chaát oxi hoaù maïnh phaûn öùng xaûy ra maïnh hôn , pH moâi tröôøng thaáp hôn ( pH< 6 ). Neáu trong nöôùc coù toàn taïi caùc hôïp chaát nhö : H2S, NH3 thí chuùng seõ gaây aûnh höôûng ñeán quaù trình khöû saét . 1.2.1.2. Khöû saét baèng voâi. Phöông phaùp khöû saét baèng voâi thöôøng khoâng ñöùng ñoäc laäp, maø keát hôp vôùi caùc quaù trình laøm oån ñònh nöôùc hoaëc laøm meàm nöôùc . Khi cho voâi vaøo nöôùc quaù trình khöû saét xaûy ra theo 2 tröôøng hôïp : Tröôøng hôïp nöôùc coù oxi hoaø tan : voâi ñöôïc coi nhö laø chaát xuùc taùc, phaûn öùng khöû saét xaûy ra nhö sau: 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4 Ca(OH)2 Fe(OH)3 + 4 Ca(HCO3)2 Saét (III) hydroxit ñöôïc taïo thaønh deã daøng laéng laïi trong beå laéng vaø giöõ laïi hoaøn toaøn trong beå loïc . Trong tröôøng hôïp nöôùc khoâng coù oxi hoaø tan : khi cho voâi vaøo nöôùc phaûn öùng dieãn ra nhö sau : Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 FeCO3 + CaCO3 + H2O Saét ñöôïc khöû döôùi daïng FeCO3 chöù khoâng phaûi hydroxit saét 1.2.3. Caùc phöông phaùp khöû saét khaùc. Khöû saét baèng trao ñoåi Cation. Ø Khöû saét baèng ñieän phaân. Ø Khöû saét baèng phöông phaùp vi sinh. Ø Khöû saét ngay trong loøng ñaát. Ø Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 4 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  5. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH 1.3. CAÙC BÖÔÙC TIEÁN HAØNH. 1.3.1. Khöû saét baèng phöong phaùp laøm thoaùng. 1.3.1.1. Moâ hình 1.3.1.2. Trình töï thí nghieäm Böôùc 1: Chuaån bò ü Röûa saïch moâ hình baèng nöôùc maùy ü Caân 2,7714g saét II ñeå pha thaønh 40 lít nöôùc nhieãm saét noàng ñoä 10mg/l (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O Böôùc 2: Laäp ñöôøng chuaån ñeå xaùc ñònh saét STT oáng 1 2 3 4 5 6 2 D saét chuaån (ml) 0 5 10 15 20 25 Nöôùc caát (ml) 25 20 15 10 0 Dd ñeäm axetat 5 ml moãi oáng Dd Phenanthroline 2 ml moãi oáng, laéc ñeàu, ñôïi 10 phuùt Ño ñoä haáp thu A cuûa dung dòch ôû böôùc soùng 510 nm Böôùc 3: Laáy maãu ñaõ pha ( M1) ñi xaùc ñònh saét toång vaø saét II Ø Saét toång a. Maãu thaät - Laáy 50ml maãu M1 cho vaøo bình kín + 1ml NH2OH. HCl - Theâm 5ml dd ñeäm + 2ml Phenanthroline Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 5 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  6. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH - Ñaäy nut, laéc, ñôïi 10phuùt - Ño ñoä haáp thu A taïi böôùc soùng 510 nm b. Maãu traéng: Laøm töông töï nhöng thay 50 ml maãu baèng 50 ml nöôùc caát Ø Saét II a. Maãu thaät: - Laáy 50ml maãu M1 cho vaøo bình kín - Theâm 5ml dd ñeäm + 2ml Phenanthroline - Ñaäy nut, laéc ñeàu, ñôïi 10phuùt - Ño ñoä haáp thu A taïi böôùc soùng 510 nm c. Maãu traéng: Laøm töông töï nhöng thay 50 ml maãu baèng 50 ml nöôùc caát Böôùc 4: Chaïy moâ hình Ø Giaøn möa - Baät bôm 1, bôm nöôùc leân giaøn möa - Chænh löu löôïng baèng van 3 sao cho Q = 2lit/phuùt (2 LPM) - Bôm heat 40 lít nöôùc leân giaøn möa. Sau ñoù laáy maãu (M2) ôû khoang chöùa ñi xaùc ñònh: ü Saét II ü Saét toång Ø Coät loïc - Ñoùng : Van 2, 3, 4, hai van laáy maãu 8, 9 - Môû: Van 1, hai van ño aùp 6,7 - Baät bôm, bôm nöôùc töø khoang chöùa qua coät loïc. - Chænh löu löôïng baèng van 5 sao cho Q = 3 lit/phuùt ( 3LPM) - Sau 4 ñeán 5 phuùt laáy maãu nöôùc taïi van 9, caùch quaõng 3 phuùt 1 laàn, ñöôïc 3 maãu laø: M31, M32, M33 - Xaùc ñình : Saét (II) vaø saét toång 1.3.1.3. Keát quaû: - Hieäu quaû khöû saét chung - Hieäu quaû khöû saét ôû caùc thôøi gian khaùc nhau 1.3.2. Khöû Saét Trong Nöôùc Caáp Baèng Phöông Phaùp Chlorine. 1.3.2.1. Thí nghieäm 3: Xaùc ñònh khaû naêng khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng. ü Nöôùc caáp coù haøm löôïng saét lôùn hôn 30ppm, ôû giaù trò pH= 7. ü Nöôùc caáp ñöôïc bôm leân giaøn möa vaø suïc khí laøm thoaùng. ü Thôøi gian phaûn öùng 15 phuùt ñeå quaù trình chuyeån hoaù Fe2+ thaønh Fe3+ xaûy ra . ü Tieáp tuïc bôm nöôùc qua coät loïc . Xaùc ñònh haøm löôïng saét trong nöôùc caáp ñaõ xöû lyù. 1.3.2.2. Thí nghieäm 4 :Xaùc ñònh löôïng hoaù chaát toái öu vaø khaûo saùt söï thay ñoåi pH. ü Nöôùc caáp coù haøm löôïng saét lôùn hôn 30ppm, ôû giaù trò pH= 7. ü Cho dung dòch Chlorine 5% vaøo ôû caùc lieàu löôïng khaùc nhau. Xaùc ñònh dung dòch Chlorine caàn thieát ñeå chuyeån hoùa Fe2 thaønh Fe3 . ü Thôøi gian phaûn öùng 15 phuùt ñeå quaù trình chuyeån hoaù Fe2+ thaønh Fe3+ xaûy ra . ü Tieáp tuïc bôm nöôùc qua coät loïc . Xaùc ñònh haøm löôïng saét trong nöôùc caáp ñaõ xöû lyù. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 6 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  7. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH 1.4. KEÁT QUAÛ. ü Thí nghieäm1: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò giaù trò pH, truïc tung bieåu thò giaù trò haøm löôïng saét trong maãu nöôùc caáp ñaõxöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân. Xaùc ñònh ñieåm cöïc tieåu. Töø ñoù suy ra giaù trò pH toái öu. ü Thí nghieäm 2: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò thôøi gian phaûn öùng, truïc tung bieåu thò giaù trò haøm löôïng saét trong maãu nöôùc caáp ñaõxöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân. Xaùc ñònh ñöôøng tieäm caän. Töø ñoù suy ra thôøi gian phaûn öùng toái öu . ü Thí nghieäm 3: ghi nhaän keát quaû vaø baøn luaän. ü Thí nghieäm 4: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò lieàu löôïng phaûn öùng, truïc tung bieåu thò giaù trò haøm löôïng saét trong maãu nöôùc caáp ñaõxöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân. Xaùc ñònh ñöôøng tieäm caän. Töø ñoù suy ra löôïng hoùa chaát phaûn öùng toái öu . Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 7 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  8. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Baøi 2. TRAO ÑOÅI ION 2.1 MUÏC ÑÍCH . Ø Nghieân cöùu söï bieán ñoåi pH trong quaù trình trao ñoåi ion . Ø Nghieân cöùu quaù trình trao ñoåi ion theo chieàu daøy lôùp nhöïa trao ñoåi ion. Ø Xaùc ñònh dung löôïng trao ñoåi laøm vieäc cuûa nhöïa trao ñoåi ion . 2.2 CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT. Ñeå khöû caùc taïp chaát ôû traïng thaùi ion trong nöôùc, phöông phaùp ñöôïc duøng nhieàu nhaát laø trao ñoåi ion. Phöông phaùp naøy coù theå khöû töông ñoái trieät ñeå caùc taïp chaát ôû traïng thaùi ion trong nöôùc. Chaát löôïng nöôùc thu ñöôïc coøn toát hôn nöôùc caát. Vì vaäy , ñaây laø moät giai ñoaïn xöû lyù nöôùc raát caàn thieát ñeå caáp nöôùc cho muïc ñích sinh hoaït, aên uoáng, cho saûn xuaát vaø cho caùc loø hôi ôû caùc nhaø maùy ñieän,… Ngöôøi ta söû duïng nhöïa trao ñoåi ion trong söû lyù nöôùc caáp chuû yeáu nhaèm 2 muïc ñích khöû cöùng vaø khöû khoaùng . Khöû cöùng nhaèm loaïi boû caùc ion Ca2+ , Mg2+ . Khöû khoaùng nhaèm loaïi boû haàu heát taát caû caùc ion coù trong nöôùc. Khöû cöùng cho nöôùc caàn xöû lyù chaûy qua coät nhöïa cation ôû daïng RNa 2 RNa + CaSO4 R2Ca + Na2 SO4 ↔ 2 RNa + MgSO4 ↔ R2Mg + Na2 SO4 Khi lôùp nhöïa cation maát hieäu löïc ngöôøi ta taùi sinh baèng dung dòch muoái aên NaCl R2Ca + 2 NaCl 2 RNa + CaCl2 ↔ R2Mg + 2 NaCl 2 RNa + MgCl2 ↔ Khöû khoaùng : cho nöôùc caàn xöû lyù chaûy qua coät nhöïa cation vaø nhöïa anion rieâng leõ hay qua moät coät keát hôïp caû nhöïa cation vaø anion . RSO3H + NaCl ↔ RSO3 Na + HCl 2 RSO3H + 2 Na2 SO4 ↔ RSO3 Na + H2 SO4 RSO3H + NaHCO3 ↔ RSO3 Na + CO2 + H2O 2 RSO3H + Na2CO3 ↔ 2 RSO3 Na + CO2 + H2O ROH + HCl ↔ RCl + H2O 2ROH + H2SO4 ↔ R2SO4 + H2O Khi lôùp nhöïa cation maát hieäu löïc ngöôùi ta taùi sinh baèng dung dòch acid HCl vaø dung dòch suùt NaOH nhö sau: RSO3 Na + HCl RSO3H + NaCl ↔ RCl + NaOH ↔ ROH + NaCl 2.2.1. Caân baèng trao ñoåi Ion. Phaûn öùng trao doåi ion laø phaûn öùng thuaän nghòch, gioáng phaûn öùng hoaù hoïc thoâng thöôøng, cho neân ngöôøi ta thöôøng duøng ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng ñeå nghieân cöùu caân baèng trao ñoåi ion. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 8 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  9. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Döôùi ñaây laø ví duï chaát cation tính axit maïnh HR tieánhaønh trao ñoåi NaR trong nöôùc phaûn öùng nhö sau: HR + Na+ ↔ NaR + H+ Theo ñònh luaät khoái löôïng taùc duïng, khi cho phaûn öùng trao ñoåi ñaït ñeán caân baèng [NaR ] [H + ] = Na [HR] [Na + ] K H Trong ñoù : ü KH Na :Haèng soá caân baèng. :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä Na+ trong chaát trao ñoåi ôû pha raén ü [NaR] (chính xaùc goïi laø caùc noàng ñoä trong coâng thöùc treân ñeàu laø hoaït ñoä) ion/l. :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä H+ trong chaát trao ñoåi pha raén, ion/l. ü [RH] ü [H+] :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä H+ trong dung dòch, ion/l. ü [Na+] :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä Na+ trong dung dòch, ion/l. Möùc ñoä lôùn nhoû cuûa haèng soá caân baèng K H Na theå hieän ra möùc ñoä khoù deã cuûa H+ treân chaát trao ñoåi ion trao ñoåi thaønh Na+, nhö KH Na > 1 bieåu thò chaát trao ñoåi ion haáp phuï Na+ deã hôn H+. Trò soá KH Na caøng lôùn naêng löïc haáp thuï Na+ caøng maïnh. Haèng soá naøy coù theå bieåu thò möùc ñoä lôùn nhoû tính löïa choïn trao ñoåi ion, neân goïi laø heä soá löïa choïn hay heä soá phaân phoái. Cuõng nhö vaäy, khi ion hoaù trò 2 vaø ion hoaù trò 1 tieán haønh trao ñoåi, nhö phaûn öùng sau: NaR + Ca+ ↔ CaR2 + 2Na+ [CaR2 ] [Na + ]2 K Na = [NaR ]2 [Ca 2+ ] Ca Trong ñoù : KNaCa : Haèng soá caân baèng. ü [CaR2] : Khi phaûn öùng caân baèng, Ca2+ trong chaát trao ñoåi pha raén, ion/l. ü [Ca2+] : Khi phaûn öùng caân baèng,noàng ñoä Ca2+ trong dung dòch, ion/l. ü Caùc kyù hieäu khaùc nhö treân . ü Haèng soá caân baèng cuûa chaát trao ñoåi vôùi caùc loaïi ion, coù theå qua thöïc nghieäm tìm thaáy, trong baûng laø haèng soá caân baèng cuûa nhöïa Cationit tính axit maïnh daïng HR ñoái vôùi maáy loaïi cation trong nöôùc ( ñaây laø loaïi nhöïa amberlit IR –120). Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Mg+ Ca++ Loaïi cation Haèng soá caân baèng 0.8 1.0 2.0 3.0 3.0 26 42 Töø trong baûng teân ta thaáy söï khaùc bieät veà naêng löïc haáp phuï cuûa caùc loaïi ion, töùc laø quan heä tính löïa choïn lôùn hay nhoû . Quan heä caân baèng trao ñoåi ion trong coâng ngheä xöû lyù nöôùc ñoùng vai troø quan troïng nhö ñaõ trình baøy ôû treân. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 9 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  10. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Ñeå hoaù meàm nöôùc ngöôøi ta ñem nöôùc cöùng coù chöùa Ca 2+, hay Mg2+ lieân tuïc daãn vaøo chaát trao ñoåi ion NaR haáp phuï Ca2+ trong nöôùc ñoàng thôøi phaân ly ra Na laøm cho phaûn öùng trao ñoåi ion (5-14) chuyeån dòch veà phía phaûi, nhö vaäy ñaõ khöû ñi Ca 2+trong nöôùc. Vì haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng ion lôùn hôn 1 cho neân phaûn öùng naøy tieán haønh töông ñoái deã daøng. Khi haøm löôïng Ca2+ trong nöôùc ra baét ñaàu taêng leân, bieåu thò lôùp nhöïa ñaõ maát hieäu löïc. Ñeå laøm cho nhöïa phuïc hoài laïi naêng löïc rao ñoåi vôùi Ca2+ phaûi ñem nhöïa daïng CaR taùi sinh thaønh daïng NaR thoâng thöôøng dung dòch NaCl tieán haønh taùi sinh. Khi ñoù do KNaCa lôùn hôn 1, taùi sinh nhöïa khoâng thuaän lôïi, nhöng caàn laøm cho noàng ñoä NaCl trong dung dòch taùi sinh töông ñoái lôùn, noàng ñoä Ca 2+ raát nhoû phaûn öùng (5-14) chuyeån dòch veà phía traùi, laøm cho nhöïa ñöôïc taùi sinh. Trong quaù trình xöû lyù nöôùc, ngöôøi ta öùng duïng chuyeån dòch caân baèng trao ñoåi ion ñöôïc laëp ñi laëp laïi nhö vaäy ñeå khöû ñi caùc ion coù haïi trong nöôùc. 2.2. 2. Dung löôïng trao ñoåi. Dung löôïng trao ñoåi laø bieåu thò möùc ñoä nhieàu ít cuûa löôïng ion coù theå trao ñoåi trong moät loaïi chaát trao ñoåi ion, ñoù laø moät chæ tieâu kyõ thuaät quan troïng cuûa chaát trao ñoåi ion. Coù hai phöông phaùp bieåu thò dung löôïng trao ñoåi :moät laø phöông phaùp bieåu thò khoái löôïng, töùc laø naêng löïc huùt baùm cuûa moät ñôn vò khoái löôïng chaát caàn trao ñoåi ion, thoâng thöôøng bieåu thò baèng soá mgñl/g. Hai laø phöông phaùp bieåu thò theå tích ( theå tích ñoùng cuûa chaát trao ñoåi ion ôû traïng thaùi aåm ), töùc laø naêng löôïng huùt baùm cuûa moät ñôn vò theå tích chaát trao ñoåi ion, thoâng thöôøng duøng ñlg/m3 bieåu thò. Do hình thaùi cuûa chaát trao ñoåi ion khaùc nhau, khoái löôïng vaø theå tích cuõng khaùc nhau, khi bieåu thò dung löôïng trao ñoåi ion, ñeå thoáng nhaát, noùi chung duøng cationit daïng HR vaø anionit daïng RCl laøm chuaån, khi caàn thieát, phaûi ghi roõ traïng thaùi naøo. Dung löôïng trao ñoåi thöôøng duøng coù maáy loaïi sau : ü Toång dung löôïng trao ñoåi (E) : Sau khi ñem toaøn boä goác hoaït tính trong chaát trao ñoåi, taùi sinh thaønh ion, coù theå trao ñoåi, xaùc ñònh toaøn boä dung löôïng trao ñoåi cuûa noù goïi laø toång dung löôïng trao ñoåi. Chæ tieâu naøy bieåu tò löôïng goác hoaït tính coù trong chaát trao ñoåi. Ñoái vôùi cuøng moät loaïi chaát trao ñoåi ion, noù laø moät haèng soá. Dung löôïng trao ñoåi naøy chuû yeáu ñeå nghieân cöùu chaát trao ñoåi ion . ü Dung löôïng trao ñoåi caân baèng (B): Sau khi taùi sinh hoaøn toaøn chaát trao ñoåi, tìm dung löôïng trao ñoåi cuûa noù, taùc duïng vôùi dung dòch nöôùc coù thaønh phaàn nhaát ñònh ñeán traïng thaùi caân baèng goïi laø dung löôïng trao ñoåi caân baèng. Chæ tieâu naøy bieåu thò dung löôïng trao ñoåi lôùn nhaát cuûa chaát trao ñoåi ion trong moät loaïi dung dòch naøo ñoù ñaõ ñònh, neân khoâng phaûi laø haèng soá, coù quan heä ñeán thaønh phaàn hôïp thaønh dung dòch caân baèng cuûa noù. Dung löôïng trao ñoåi caân baèng coù quan heä vôùi toång dung löôïng trao ñoåi. Toång dung löôïng trao ñoåi laø cöïc haïn lôùn nhaát cuûa dung löôïng trao ñoåi caân baèng. Giaû thieát raèng moät loaïi chaát trao ñoåi HR taùc duïng vôùi dung dòch NaR, khi ñaït ñeán caân baèng löôïng Na+ chöùa trong chaát trao ñoåi laø BNa mgñl/g , thì dung löôïng trao ñoåi caân baèng laø BNa, neáu khi naøy daïng HR coøn dö laïi trong chaát trao ñoåi BH mgñl/g , thì toång BNa vaø BH baèng toång dung löôïng trao ñoåi cuûa chaát trao ñoåi ion naøy, coù nghóa laø E = BNa + BH . Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 10 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  11. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Khi haøm löôïng Na+ trong dung dòch raát nhieàu laøm cho daïng HR coøn dö laïi trong chaát trao ñoåi khi caân baèng BH≈0 , thì E ≈BNa. Dung löôïng trao ñoåi laøm vieäc: dung löôïng trao ñoåi xaùc ñònh ñöôïc döôùi ñieàu kieän vaän haønh thöïc teá xöû lyù nöôùc vôùi quy moâ trong phoøng thí nghieäm. Tieán haønh thí nghieäm, ñem chaát trao ñoåi ion cho vaøo trong oáng trao ñoåi traïng thaùi ñoäng, cho nöôùc caàn xöû lyù thoâng qua ñeán khi loïc ra ion caàn trao ñoåi coù trong dung dòch loïc ra thì döøng laïi. Khi ñoù dung löôïng trao ñoåi bieåu hieän ra cuûa chaát trao ñoåi, goïi laø dung löôïng trao doåi laøm vieäc. Coù raát nhieàu nhaân toá aûnh höôûng ñeán dung löïông trao ñoåi laøm vieäc nhö : noàng ñoä ion trong nöôùc vaøo, chæ tieâu khoáng cheá ñieåm trao ñoåi cuoái cuøng, ñoä cao cuûa lôùp nhöïa, toác ñoä cuûa doøng nöôùc ……..dung löôïng trao ñoåi laøm vieäc thöôøng duøng theå tích bieåu thò, töùc laø ñlg/m 3 hoaëc mgñl/l. Möùc ñoä taùi sinh cuûa chaát trao ñoåi ion, ñoái vôùi dung löôïng trao ñoåi cuûa noù aûnh höôûng raát lôùn. Neáu taùi sinh ñaày ñuû (taùi sinh no) coù theå thu ñöôïc dung löôïng trao ñoåi laøm vieäc lôùn nhaát. Trong vaän haønh thöïc teá, muoán laøm cho chaát taùi sinh caàn thieát nhieàu, nhöng khoâng kinh teá vì taùi sinh caøng hoaøn toaøn löôïng duøng chaát taùi sinh taêng leân caøng nhieàu. Vì vaäy, löôïng chaát taùi sinh duøng thöïc teá, caàn ñaït ñeán ñeå taùi sinh chaát trao ñoåi thu ñöôïc töông ñoái toát, chaát taùi sinh laïi khoâng tieâu hao quaù löôïng, töùc laø löïa choïn laáy löôïng chaát taùi sinh toái öu. Dung löôïng trao ñoåi naøy phaûi caên cöù vaøo tình traïng thieát bò, chaát nöôùc cuûa nöôùc nguoàn, yeâu caàu chaát löôïng nöôùc ñoái vôùi nöôùc ra thoâng qua thí nghieäm ñeå xaùc ñònh. 2.3. CAÙC BÖÔÙC TIEÁN HAØNH. Nöôùc caáp ñöôïc bôm qua heä trao ñoåi ion. Ghi nhaän giaù trò pH cuûa nöôùc ra khoûi coät cation vaø coät anion trong suoát quaù trình trao ñoåi ion . Xaùc ñònh noàng ñoä caùc ion Ca2+, Mg2+, SO4, Cl- trong caùc maãu nöôùc laáy ôû caùc ñoä cao khaùc nhau cuûa caû hai coät sau khi quaù trình trao ñoåi ion chaïy ñöôïc 1 giôø 2 giôø 3 giôø. Keát thuùc sau 3 giôø chaïy, xaùc ñònh noàng ñoä caùc ion Ca 2+, Mg2+, SO4, Cl- trong maãu nöôùc ra khoûi coät ation. 2.4. KEÁT QUAÛ. Giaûi thích söï cheânh leäch giaù trò pH giöõa caùc coät vaø söï thay ñoåi pH trong quaù trình trao ñoåi ion. Nhaän xeùt aùi löïc trao ñoåi cuûa caùc ion. Xaùc ñònh dung löôïng trao ñoåi laøm vieäc cuûa heä thoáng trao doåi ion sau 3 giôø chaïy. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 11 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  12. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Baøi 3 THÍ NGHIEÄM LAÉNG BOÂNG CAËN 3.1 MUÏC ÑÍCH. Ø Xaùc ñònh toác ñoä chaûy traøn ôû caùc hieäu quaû laéng toång coäng khaùc nhau. Ø Xaùc ñònh thôøi gian laéng ôû caùc hieäu quaû laéng toång coäng khaùc nhau. 3.2 CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT. Laéng laø quaù trình taùch khoûi nöôùc caën lô löûng hoaëc boâng caën hình thaønh trong giai ñoaïn keo tuï taïo boâng. Trong coâng ngheä xöû lyù nöôùc caáp quaù trình laéng ñöôïc öùng duïng : Ø Laéng caën phuø sa khi nöôùc maët coù haøm löôïng phuø sa lôùn vaø caën laéng nöôùc thoâ tröôùc khi loïc coù ñoä ñuïc thaáp. Ø Laéng boâng caën pheøn /polyme trong coâng ngheä khöû ñuïc vaø maøu nöôùc maët. Ø Laéng boâng caën voâi-manheâ trong coâng ngheä khöû cöùng baèng hoaù chaát. Ø Laéng boâng caën saét vaø mangan trong coâng ngheä khöû saét vaø mangan. Trong coâng xöû lyù nöôùc thaûi quaù trình laéng ñöôïc öùng duïng : Ø Laéng caùt, saïn, maûnh kim loaïi, htuyû tinh, xöông, haït seùt,…..ôû beå laéng caùt. Ø Loaïi boû chaát lô löûng ôû beå laéng ñôït 1. Ø Laéng buøn hoaït tính hoaëc maøng vi sinh vaät ôû beå laéng ñôït 2. Hai ñaïi löôïng quan troïng trong vieäc thieát keá beå laéng chính laø toác ñoä laéng vaø toác ñoä chaûy traøn. Ñeå thieát keá moät beå laéng lyù töôûng, ñaàu tieân ngöôøi ta xaùc ñònh toác ñoä laéng cuûa haït caàn ñöôïc loaïi vaø khi ñoù ñaët toác ñoä chaûy traøn nhoû hôn toác ñoä laéng. Tính chaát laéng cuûa caùc haït coù theå chia thaøng 3 daïnh nhö sau : Laéng daïng I: laéng caùc haït rôøi raïc. Quaù trình laéng ñöôïc ñaët tröng bôûi caùc haït laéng moät caùch rôøi raïc vaø ôû toác ñoä laéng khoâng ñoåi. Caùc haït laéng moät caùch rieâng leõ khoâng coù khaû naêng keo tuï, khoâng dính baùm vaøo nhau suoát quaù trình laéng. Ñeå coù theå xaùc ñònh toác ñoä laéng ôû daïng naøy coù theå öùng duïng ñònh luaät coå ñieån cuûa Newton vaø Stoke treân haït caën. Toác ñoä laéng ôû daïng naøy hoaøn toaøn coù theå tính toaùn ñöôïc. Laéng daïng II: laéng boâng caën. Quaù trình laéng ñöôïc ñaët tröng bôûi caùc haït ( boâng caën) keát dính vôùi nhau trong suoát quaù trình laéng. Do quaù trình boâng caën xaûy ra treân caùc boâng caën taêng daàn kích thöôùc vaø toác ñoä laéng taêng. Khoâng coù moät coâng thöùc toaùn hoïc thích hôïp naøo ñeå bieåu thò giaù trò naøy. Vì vaäy ñeå coù caùc thoâng soá thieát keá veà beå laéng daïng naøy, ngöôøi ta thí nghieäm xaùc ñònh toác ñoä chaûy traøn vaø thôøi gian laéng ôû hieäu quaû khöû boâng caën cho tröôùc töø coät laéng thí nghieäm, töø ñoù nhaân vôùi heä soá quy moâ ta coù toác ñoä chaûy traøn vaø thôøi gian laéng thieát keá. Laéng daïng III: laéng caûn trôû. Quaù trình laéng ñöôïc ñaët tröng bôûi caùc haït caën coù noàng ñoä cao (> 1000mg/l). Caùc haït caën coù khuynh höôùng duy trì vò trí khoâng ñoåi vôùi caùc vò trí khaùc, khi ñoù caû khoái haït nhö laø moät theå thoáng nhaát laéng xuoáng vôùi vaän toác khoâng ñoåi. Laéng daïng naøy thöôùng thaáy ôû beå neùn buøn. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 12 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  13. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH 3.3. MOÂ HÌNH THÍ NGHIEÄM VI I 10 9 II 8 7 6 III 5 4 3 2 1 V V VI 3.4 CAÙC BÖÔÙC TIEÁN HAØNH. ü Chuaån bò thuøng chöùa nöôùc thaûi vaø khuaáy troän ñeàu nöôùc thaûi. ü Chuaån bò coät laéng hình hoäp ü Bôm nöôùc thoâ vaøo coät laéng : V ü Ñeå laéng 1 phuùt. Laáy maãu nöôùc kieåm tra ñoä ñuïc (SS) ôû caùc ñoä saâu khaùc nhau öùng vôùi thôøi ñieåm khaùc nhau (5, 10, 15, 20, 40, 60, 90 phuùt, cho ñeán khi SS = 0) ôû caùc ñoä saâu khaùc nhau: 1.8, 1.4, 1.0, 0.6, 0.4 m ü Sau khi ño ñoä ñuïc ta tính toaùn hieäu quaû laéng theo coâng thöùc sau: R% =( 1 - C 1 / C0 ) x 100%. Ø R% : hieäu quaû ôû moät chieàu saâu töông öùng vôùi moät thôøi gian laéng%. Ø C1 : haøm löôïng SS ôû thôøi gian t ôû ñoä saâu h, mg/L. Ø C0 : haøm löôïng SS ban ñaàu, mg/L. Laäp baûng keát quaû ño SS Cao ñoä Co 5 10 15 20 40 60 90 (m) (mg/l) (phuùt) 0.2 0.6 1.0 Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 13 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  14. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH 1.4 1.8 Laäp baûng hieäu quaû sau khi laéng tính ra % (R) Cao ñoä 5 10 15 20 40 60 90 (m) (phuùt) 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8 3.5 KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM Döïng ñoà thò vôùi truïc hoaønh bieåu thò thôøi gian laáy maãu, truïc tung bieåu thò chieàu saâu. Veõ bieåu ñoà hieäu quaû laéng. Noäi suy caùc ñöôøng cong hieäu quaû laéng baèng caùch noái caùc ñieåm coù cuøng hieäu quaû laéng nhö moâ hình gôïi yù sau: BIEÅU ÑOÀ HIEÄU QUAÛ LAÉNG – NOÄI SUY ÑÖÔØNG CONG Ñoä saâu (m) 0.0 m Hd 0.2 m Hd Hc 0.4 m 0.6 m 100 Hb 0.8 m 1.0 m 1.2 m H a + Hb H1 = 1.4m 25 35% 2 1.6 m 40% Ra = 55% Rb = 65% 80 95 1.8 m 2.0 m Ha t1 = t3 = t5 = t6 = t7 = t4 = 50 18 37.5 t2 = 62.5 82.5 100 30 5. 10 15 20 40 60 90 10 Phu ùt Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 14 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  15. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Töø giao ñieåm giöõa ñöôøng cong hieäu quaû laéng vaø truïc hoaønh, xaùc ñònh toác ñoä chaûy traønV 0 = H / ti . Trong ñoù H laø chieàu saâu coät (2m), ti laø thôøi gian laáy maãu ñöôïc xaùc ñònh töø giao ñieåm ñöôøng cong hieäu quaû laéng vaø truïc hoaønh. Veõ ñöôøng thaéng ñöùng töø ti . chieàu cao H1,H2 …. Töông öùng vôùi caùc trung ñieåm ñoaïn thaúng giöõa ñöôøng thaúng ti vaø caùc ñöôøng cong hieäu quaû. Hieäu quaû laéng toång coäng ôû thôøi gian t i ñöôïc tính nhö sau: RTi = Ra + H1 / H ( Rb - Ra ) + H2 ( Rc - Rb ) + ……………….. Töø caùc soá lieäu tính toaùn treân xaây döïng bieåu ñoà hieäu quaû laéng theo thôøi gian löu nöôùc vaø hieäu quaû laéng theo toác ñoä chaûy traøn. Töø hai bieåu ñoà treân vôùi hieäu quaû laéng yeâu caàu coù theå xaùc ñònh thôøi gian löu nöôùc vaø toác ñoä chaûy traøn thieát keá. Ñoà thò bieå u dieã n moái quan heä giöõ a hieä u quaû laé ng vaø toá c ñoä chaûy traøn Ñoà thò bieåu dieãn moái quan heä giöõa hieäu quaû laéng vaø thôøi gian laéng 100 100 80 80 Hieäu quaû laén g (%) Hieäu quaû laén g (%) 60 60 40 40 20 20 0 0 0 20 40 60 80 100 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 Thôøi gian laéng (phuùt) Vaän toác laéng (vaän toác chaûy traøn) (m/p) Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 15 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  16. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Baøi 4. THÍ NGHIEÄM JARTEST 4.1 MUÏC ÑÍCH. Ø Xaùc ñònh giaù trò pH toái öu cuûa quaù trình keo tuï taïo boâng. Ø Xaùc ñònh lieàu löôïng pheøn toái öu cuûa quaù trình keo tuï taïo boâng. 4.2 CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT. Xöû lyù baéng phöông phaùp keo tuï laø cho vaøo nöôùc moät loaïi hoaù chaát laø chaát keo tuï coù theå ñuû laøm cho caùc haït raát nhoû bieán thaønh nhöõng haït lôùn laéng xuoáng. Thoâng thöôøng quaù trình taïo boâng xaûy ra theo 2 giai ñoaïn sau: Ø Baûn thaân chaát keo tuï phaùt sinh thuûy phaân, quaù trình hình thaønh dung dòch keo vaø ngöng tuï. Ø Trung hoaø haáp phuï loïc caùc taïp chaát trong nöôùc. Keát quaû cuûa quaù trình treân laø hình thaønh caùc haït lôùn laéng xuoáng. Ñeå thöïc hieän quaù trình keo tuï, ngöôøi ta cho vaøo nöôùc caùc chaát keo tuï thích hôïp nhö pheøn nhoâm Al2 (SO4), pheøn saét FeSO4 hoaëc loaïi FeCl3. Caùc pheøn naøy ñöôïc ñöa vaøo nöôùc döôùi daïng hoaø tan. Khi cho pheøn nhoâm vaøo nöôùc, chuùng phaân ly thaønh caùc ion Al3+ sau ñoù caùc ion naøy bò thuyû phaân thaønh Al( OH)3 . Al3+ + 3 H2O = Al( OH)3 + H+ Trong phaûng öùng thuyû phaân treân ñaây, ngoaøi Al( OH)3 laø nhaân toá quyeát ñònh ñeán hieäu quaû keo tuï taïo thaønh, coøn giaûi phoùng ra caùc ion H+ . Caùc ion H+ naøy seõ ñöôïc khöû baèng ñoä kieàm töï nhieân cuûa nöôùc ( ñöôïc ñaùnh giaù baèng HCO3-) . Tröôøng hôïp ñoä kieàm töï nhieân cuûa nöôùc thaáp, khoâng ñuû ñeå trung hoøa ion H+ thì caàn phaûi kieàm hoaù nöôùc. Chaát duøng ñeå kieàm hoaù thoâng duïng nhaát laø voâi (CaO) . Moät soá tröôøng hôïp khaùc coù theå duøng soâña( Na2CO3), hay suùt (NaOH). Sau ñaây laø caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình keo tuï taïo boâng: Trò soá pH cuûa nöôùc. Nöôùc thieân nhieân sau khi ñaõ cho Al2 (SO4)vaøo, trò soá pHcuûa noù bò giaûm thaáp, vì Al2 (SO4) laø moät loaïi goàm moät loaïi muoái axit maïnh bazô yeáu. Söï thuyû phaân cuûa noù coù theå taêng tính axit cuûa nöôùc. Ñoái vôùi hieäu quaû keo tuï coù aûnh höôûng, chuû yeáu laø trò soá pH cuûa nöôùc sau khi cho pheøn vaøo. Cho neân trò soá pH döôùi ñaây ñeàu laø trò soá pH cuûa nöôùc sau khi cho pheøn vaøo. Trò soá pH aûnh höôûng raát lôùn vaø nhieàu maët ñeán quaù trình keo tuï. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 16 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  17. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH ( 1 ) Aûnh höôûng cuûa pH ñoái vôùi ñoä hoaø tan nhoâm hydroxit . Noù laø moät hydroxit ñieån hình. Trò soá pH cuûa nöôùc quaù cao hoaëc quaù thaáp ñeàu ñuû laøm cho noù hoaø tan, khieán haøm löôïng nhoâm dö trong nöôùc taêng theâm . Khi trò soá pH giaûm thaáp ñeán 5,5 trôû xuoáng, Al(OH) 3 coù taùc duïng roõ raøng nhö moät chaát kieàm, laøm cho haøm löôïng Al3+ trong nöôùc taêng nhieàu nhö phaûng öùng ( 3 – 5). Al( OH) 3 + 3 H+ → Al3+ + 3 H2O ( 3 – 5). Khi trò soá pH taêng cao ñeán 7,5 trôû leân Al( OH) 3 coù taùc duïng nhö moät axit laøm cho goác AlO2 trong nöôùc xuaát hieän phaûn öùng ( 3 – 6 ) sau: Al( OH) 3 + OH- → AlO2 + 2 H2O Khi trò soá pH ñaït ñeán 9 trôû leân, ñoä hoaø tan cuûa Al( OH) 3 nhanh choùng taêng lôùn sau cuøng thaønh dung dòch muoái nhoâm. Khi trong nöôùc coù SO4 , trong phaïm vi pH = 5,5 ≈ 7 trong vaät keát tuûa coù muoái sunfat kieàm raát ít hoaø tan. Trong phaïm vi naøy, khi trò soá pH bieán ñoåi cao muoái sunfat kieàm ôû hình thaùi Al( OH)4SO4 khi pH bieán ñoåi thaáp ôû daïng Al( OH)SO4. Toùm laïi trong phaïm vi pH töø 5,5 ñeán 7 löôïng nhoâm dö trong nöôùc ñeàu raát nhoû . ( 2 ) Aûh höôûng cuûa pH ñeán ñieän tích cuûa haït keo nhoâm hyroxit. Ñieän tích cuûa haït keo trong dung dòch nöôùc coù quan heä ñeán thaønh phaàn cuûa ion trong nöôùc, ñaët bieät laø noàng ñoä ion H+. Cho neân trò soá pH ñoái vôùi tính mang ñieän cuûa haït keo coù aûnh höôûng raát lôùn. Khi 5< pH
  18. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH coù lôïi ñeå trung hoaø ñieän tích aâm cuaû dung dòch keo töï nhieân, giaûm thaáp ñieän theá ξ cuaû noù. Khi löôïng pheøn cho vaøo töông ñoái nhieàu, chuû yeáu laø laøm cho dung dòch nhoâm hydroxit cuaû baûn thaân chaát keo tuï hình thaønh keo tuï caøng toát. Ñeå khöû ñi vaät huyeàn phuø vaø dung dòch keo töï nhieân coù trong nöôùc, laøø döïa vaøo taùc duïng haáp phuï dung dòch keo nhoâm hydroxit, cho neân pH gaàn baèng 8 laø thích hôïp nhaát, vì nhoâm hydroxit deã keát tuûa xuoáng. Neáu ñoä kieàm cuaû nöôùc nguoàn quaù thaáp seõ khoâng ñuû ñeå khöû tính axit do chaát keo tuï thuyû phaân sinh ra. Keát quaû laøm cho trò soá pH cuaû nöôùc sau khi cho pheøn vaøo quùa thaáp. Ta coù theå duøng bieän phaùp cho kieàm vaøo ñeå ñieàu chænh trò soá pH cuaû nöôùc ra. Noùi chung kieàm cho vaøo nöôùc coù theå duøng suùt ( NaOH), kali hydroxit ( KOH), natri cacbonat, hay canxi hydroxit ( Ca(OH)2). Löôïng duøng chaát keo tuï: quaù trình keo tuï khoâng phaûi laø moät loaïi phaûn öùng hoaù hoïc ñôn thuaàn, neân löôïng pheøn cho vaøo khoâng theå caên cöù vaøo tính toaùn ñeå xaùc ñònh. Tuyø ñieàu kieän cuï theå khaùc nhau, phaûi laøm thöïc nghieäm chuyeân moân ñeå tìm ra löôïng pheøn cho vaøo toái öu. Löôïng pheøn toái öu cho vaøo trong nöôùc noùi chung laø 0,1 ∼ 0,5 mgñ/l, neáu duøng Al 2( SO4) . 18 H2O thì töông ñöông 10 ∼ 50mg/l . Noùi chung vaät huyeàn phuø trong nöôùc caøng nhieàu , löôïng chaát keo tuï caàn thieát caøng lôùn. Cuõng coù theå chaát höõu cô trong nöôùc töông ñoái ít maø löôïng keo tuï töông ñoái nhieàu. Nhieät ñoä nöôùc : khi duøng muoái nhoâm laøm chaát keo tuï, nhieät ñoä nöôùc aûnh huôûng lôùn ñeán hieäu quaû keo tuï. Khi nhieät ñoä nöôùc raát thaáp ( thaáp hôn 50C), boâng pheøn sinh ra to vaø xoáp, chöùa phaàn nöôùc nhieàu, laéng xuoáng raát chaäm neân hieäu quaû keùm. Khi duøng nhoâm sunfat tieán haønh keo tuï nöôùc thieân nhieân, nhieät ñoä nöôùc thaáp nhaát laø: 25 – 300C. Khi duøng muoái saét laøm chaát keo tuï, aûnh höôûng cuaû nhieät ñoä nöôùc ñoái vôùi hieäu quaû keo tuï khoâng lôùn. Toác ñoä hoån hôïp cuaû nöôùc vaø chaát keo tuï : Quan heä toác ñoä hoån hôïp cuaû nöôùc vaø chaát keo tuï ñeán tính phaân boå ñoàng ñeàu cuaû chaát keo tuï vaø cô hoäi va chaïm giöõa caùc haït keo cuõng laø moät nhaân toá troïng yeáu aûnh höôûng ñeán quùa trình keo tuï. Toác ñoä khuaáy toát nhaát laø töø nhanh chuyeån sang chaäm. Khi môùi cho chaát keo tuï vaøo nöôùc phaûi khuaáy nhanh, vì söï thuyû phaân cuaû chaát keo tuï trong nöôùc vaø hình thaønh chaát keo tuï raát nhanh. Cho neân phaûi khuaáy nhanh môùi coù khaû naêng sinh thaønh löôïng lôùn keo hydroxit haït nhoû laøm cho noù nhanh choùng khueách taùn ñeán nhöõng nôi trong nöôùc kòp thôøi cuøng vôùi caùc taïp chaát trong nöôùc taùc duïng. Sau khi hoãn hôïp hình thaønh boâng vaø lôùn leân, khoâng neân khuaáy quùa nhanh khoâng nhöõng boâng pheøn coù theå ñaùnh vôõ ñaùm boâng pheøn ñaõ hình thaønh. Taïp chaát trong nöôùc : neáu cho caùc ion traùi daáu vaøo dung dòch nöôùc coù theå khieán dung dòch keo tuï. Cho neân ion ngöôïc daáu laø moät loaïi taïp chaát aûnh höôûng ñeán quaù trình keo tuï. Khi duøng Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 18 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  19. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Al2(SO4)3 laøm chaát keo tuï, dung dòch keo Al(OH)3 sinh thaønh thöôøng mang ñieän tích döông neân aûnh höôûng cuûa taïp chaát trong nöôùc ñeán quaù trình keo tuï dung dòch keo chuû yeáu laø anion. Ngöôøi ta tieán haønh thí nghieäm caùc loaïi dung dòch coù chöùa noàng ñoä 10mgñ/l cuûa 3 loaïi ion HCO3-, SO42- , Cl- , vaø cho thaáy HCO3- hoaëc SO42- + Cl- vôùi löôïng quaù nhieàu ñeàu laøm cho hieäu quûa keo tuï xaáu ñi. Nhöng vì aûnh höôûng ñoù raát phöùc taïp, hieän nay ngöôøi ta chöa naém chaéc quy luaät cuûa noù. Khi trong nöôùc coù chöùa moät löôïng lôùn chaát höõu cô cao phaân töû (nhö axit humic) noù coù theå haáp phuï treân beà maët dung dòch keo, daãn tôùi taùc duïng baûo veä dung dòch keo laøm cho haït keo thu ñöôïc khoù keo tuï, neân hieäu quaû keo tuï trôû neân xaáu ñi. Tröôøng hôïp naøy coù theå duøng bieän phaùp cho clo hoaëc khí ozon vaøo ñeå phaù huyû caùc chaát höõu cô ñoù. Moâi chaát tieáp xuùc: khi tieán haønh keo tuï hoaëc xöû lyù baèng phöông phaùp keát tuûa khaùc, neáu trong nöôùc duy trì moät lôùp caën buøn nhaát ñònh, khieán quaù trình keát tuûa caøng hoaøn toaøn, laøm cho toác ñoä keát tuûa nhanh theâm. Lôùp caën buøn ñoù coù taùc duïng laøm moâi chaát tieáp xuùc, treân beà maët cuaû noù coù taùc duïng haáp phuï, thuùc ñaåy vaø taùc duïng cuaû caùc haït caën buøn ñoù nhö nhöõng haït nhaân keát tinh. Cho neân hieän nay thieát bò duøng ñeå keo tuï hoaëc xöû lyù baèng keát tuûa khaùc, phaàn lôùn thieát keá coù lôùp caën buøn. Raát nhieàu nhaân toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû keo tuï. Ñeå tìm ra ñieàu kieän toái öu ñeå xöû lyù baèng keo tuï, khi thieát keá thieát bò hoaëc ñieàu chænh vaän haønh, coù theå tröôùc tieân tieán haønh thí nghieäm maãu ôû phoøng thí nghieäm baèng thieát bò Jartest . 4.3. MOÂ HÌNH THÍ NGHIEÄM I III II IV V I : Hoäp soá ñieàu khieån II : Caùnh khuaáy III : Tua bin caùnh khuaáy IV : Coác 1000ml thuyû tinh V : Beä ñôõ 4.4. CAÙC BÖÔÙC TIEÁN HAØNH Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 19 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
  20. Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Laáy 500ml maãu nöôùc thaûi cho vaøo coác 1000ml vaø cho löôïng pheøn vaøo vôùi löôïng taêng nhoû. Sau moãi laàn taêng löôïng pheøn, khuaáy troän nhanh moät phuùt sau ñoù khuaáy troän chaäm trong 3 phuùt. Theâm löôïng pheøn cho ñeán khi boâng caën hình thaønh. Ghi nhaän haøm löôïng pheøn naøy. 4.4.1. Thí nghieäm 1: Xaùc ñònh giaù trò pH toái öu. Laáy 1 lít maãu nöôùc thaûi cho vaøo moät coác 1000ml, sau ñoù ñaët coác vaøo thieát bò Jartest. Cho cuøng moät lieàu löôïng pheøn nhaát ñònh ôû böôùc treân vaøo 6 coác 1000ml chöùa nöôùc thaûi ôû treân. Sau ñoù theâm axit hoaëc kieàm ñeå pH dao ñoäng trong khoaûng 4- 9 . Môû caùnh khuaáy quay ôû toác ñoä 100 voøng / phuùt. Sau ñoù quay chaäm trong 15 phuùt ôû toác ñoä 15 – 20 voøng/phuùt. Taét maùy khuaáy, ñeå laéng tónh 30 phuùt. Sau ñoù laáy maãu nöôùc laéng (lôùp nöôùc ôû phiaù treân ) phaân tích caùc chæ tieâu pH ñoä ñuïc, ñoä maøu. Giaù trò pH toái öu laø giaù trò öùng vôùi maãu coù ñoä ñuïc (SS), ñoä maøu thaáp. Ø Xaùc ñònh löôïng NaOH (caû theå tích laãn khoái löôïng) ñeå xaùc ñònh caùc khoaûng pH caàn thieát (ghi nhaän pH thöïc teá). Ø Tieán haønh thí ngieäm Ø Quan saùt thí ngieäm Ø Ño keát quaû SS, ñoä maøu, xaùc ñònh % xöû lyù 4.4.2. Thí nghieäm 2 : xaùc ñònh lieàu löôïng pheøn toái öu. Laáy 1 lít maãu nöôùc thaûi cho vaøo moãi coác 1000ml sau ñoù ñaët caùc coác vaøo thieát bò Jartest. Trong thí nghieäm naøy thay ñoåi lieàu löôïng pheøn khaùc nhau ôû 6 coác 1000ml chöùa nöôùc thaûi ôû treân. Sau ñoù theâm axit hay kieàm vaøo ñeå ñaït pH toái öu töông öùng vôùi lieàu löôïng pheøn khaùc nhau. Môû caùnh khuaáy quay ôû toác ñoä 100voøng/ phuùt trong 1 phuùt, sau ñoù quay chaäm trong 15 phuùt ôû toác ñoä 15- 20 voøng/phuùt. Taét maùy khuaáy, ñeå laéng tónh trong voøng 30 phuùt. Sau ñoù laáy maãu nöôùc laéng (lôùp nöôùc phía treân) phaân tích caùc chæ tieâu pH ñoä ñuïc, ñoä maøu. Lieàu löôïng pheøn toái öu laø lieàu löôïng öùng vôùi maãu coù ñoä ñuïc, ñoä maøu thaáp nhaát. Ø Xaùc ñònh löôïng NaOH ñeå ñöa veà pH toái öu. Ø Tieán haønh khuaáy troän Ø Quan saùt thí nghieäm. Ø Tieán haønh ño SS vaø Pt-Co vaø xaùc ñònh % xöû lyù 4.5. KEÁT QUAÛ THÍ NGHIEÄM Thí nghieäm 1: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò giaù trò pH, truïc tung bieåu thò giaù trò ñoä ñuïc, ñoä maøu maãu nöôùc thaûi ñaõ xöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân. Xaùc ñònh ñieåm cöïc tieåu. Töø ñoù suy ra giaù trò pH toái öu. Thí nghieäm 2: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò lieàu löôïng pheøn, truïc tung bieåu thò giaù trò ñoä ñuïc, ñoä maøu trong maãu nöôùc thaûi ñaõ xöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân . Xaùc ñònh ñieåm cöïc tieåu töø ñoù suy ra thôøi gian lieàu löôïng pheøn toái öu. Th.S. Laâm Vónh Sôn Trang 20 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2