Luận án Tiến sĩ Khoa học: Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải có dầu ở dạng nhũ tương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm tìm hiểu các đặc tính củ nhũ tương dầu/nước trong nước thải. Sử dụng mô hình thống kê và mô hình vật lý để mô tả quá trình tác nhũ tương dầu trong nước thải bằng phương pháp cơ hoá lý. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học: Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải có dầu ở dạng nhũ tương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------------------------------- HOÀNG TUẤN BẰNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ DẦU DẠNG NHŨ TƯƠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. Ph¹m V¨n Thiªm GS.TSKH. NguyÔn Minh TuyÓn Hà Nội - 2008
Lêi c¶m ¬n Víi lßng biÕt ¬n s©u s¾c t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n GS.TS Ph¹m V¨n Thiªm vµ GS.TSKH NguyÔn Minh TuyÓn ®· tËn t×nh híng dÉn, gióp ®ì t«i trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ nghiªn cøu khoa häc. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c ThÇy, C« trong trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi, nhÊt lµ c¸c ThÇy, C« trong Bé m«n Qu¸ tr×nh-ThiÕt bÞ C«ng nghÖ Hãa häc ®· gióp ®ì vµ t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i hoµn thµnh luËn ¸n nµy. Do tr×nh ®é cã h¹n ®Ò tµi ch¾c ch¾n sÏ cßn nhiÒu thiÕu sãt, t«i mong mái ®îc sù gãp ý cña c¸c ThÇy, C«, c¸c nhµ khoa häc vµ c¸c ®éc gi¶. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n. Hµ néi, ngµy 01 th¸ng 08 n¨m 2008 Hoµng TuÊn B»ng
Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i. C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ cha tõng ®îc ai c«ng bè trong bÊt k× c«ng tr×nh nµo kh¸c. Hµ néi, ngµy 01 th¸ng 08 n¨m 2008 Hoµng TuÊn B»ng
Môc lôc Trang Trang phô b×a Lêi cam ®oan Môc lôc Danh môc ch÷ viÕt t¾t, ký hiÖu Danh môc c¸c b¶ng Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ Lêi më ®Çu ........................................................................................................ 1 Ch¬ng 1- Tæng quan 1. Giíi thiÖu mét sè ph¬ng ph¸p xö lý níc th¶i nhiÔm dÇu............4 1.1. Ph¬ng ph¸p c¬ häc....................................................................................4 1.2. Ph¬ng ph¸p sinh häc.................................................................................6 1.3. Ph¬ng ph¸p hãa lý....................................................................................6 2. Nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i vµ c¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn ®é æn ®Þnh ph¸ vì cña nhò t¬ng DÇu/níc. .....................................10 2.1. Nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i ........................................................ 10 2.2. C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn sù æn ®Þnh cña nhò t¬ng ................................. 8 2.3. C¸c t¸c nh©n t¹o nhò vµ ph©n lo¹i ............................................................ 21 2.4. HiÖn tîng t¸ch nhò ..............................................................................................27 Ch¬ng 2- Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu ..................................................................32 2.1. KÝch thíc, thµnh phÇn vµ ph©n bè kÝch thíc giät .......................... 32 2.1.1 C¸c ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh kÝch thíc giät ....................................... 33 2.1.2. Ph©n bè kÝch thíc giät .................................................................. 36 2.2. X¸c ®Þnh thÕ ®iÖn ®éng Zeta cña giät dÇu ........................................... 40 2.2.1. HiÖn tîng ®iÖn di ............................................................................. 40 2.2.2. Dông cô ®Ó quan s¸t b»ng m¾t hiÖn tîng di chuyÓn ...................... 40 2.2.3. Lùa chän dung dÞch ®Öm .................................................................. 41 2.2.4. thùc hµnh tÝnh thÕ zeta....................................................................... 42 2.3. C¸ch x¸c ®Þnh hµm lîng dÇu trong níc th¶i ................................... 43 2.4. Ph¬ng ph¸p kÕ ho¹ch hãa thùc nghiÖm ............................................. 44 2.4.1.KÕ ho¹ch hai møc tèi u bËc mét ..................................................... 44 2.4.2. KÕ ho¹ch trùc giao bËc hai ............................................................... 48 Ch¬ng 3- KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn .............................................52 3.1. X¸c ®Þnh sù ¶nh hëng cña chÊt ph¸ nhò vµ pH ®Õn Zªta .................... 52 3.1.1. ¶nh hëng cña pH ®Õn thÕ ®iÖn tÝch Zeta cña giät dÇu .................... 53 3.1.2. ¶nh hëng cña chÊt H§BM ion d¬ng vµo thÕ ®iÖn tÝch Zeta .......... 54 3.1.3. ¶nh hëng cña NaCl vµo thÕ ®iÖn tÝch Zeta cña giät dÇu.................. 55
3.2. Ph©n bè cña tËp hîp giät nhò t¬ng dÇu/níc ....................................... 55 3.2.1. MÉu cã dÇu th¶i tuèc bin ................................................................... 59 3.2.2. MÉu cã dÇu th¶i ®éng c¬ .................................................................... 62 3.2.3. MÉu níc th¶i XÝ nghiÖp Toa xe ........................................................ 63 3.2.4. So s¸nh kÕt qu¶ xö lý t¸ch dÇu b»ng mét sè ph¬ng ph¸p ................ 65 3.3. M« t¶ to¸n häc qu¸ tr×nh xö lý níc th¶i cã dÇu d¹ng nhò t¬ng ........ 68 3.3.2. Xö lý t¸ch nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i nhµ m¸y toa xe Hµ Néi b»ng nhãm chÊt C510 vµ PAC ..................................................................... 73 3.3.1. Xö lý t¸ch nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i nhµ m¸y toa xe Hµ Néi víi nhãm chÊt C300 vµ phÌn nh«m .............................................................. 80 3.4. M« h×nh vËt lý m« t¶ qu¸ tr×nh xö lý níc th¶i chøa dÇu ..................... 85 3.4.1. C¸c yÕu tè ¶nh hëng lªn qu¸ tr×nh xö lý .......................................... 85 3.4.2. ThiÕt lËp m« h×nh vËt lý cho qu¸ tr×nh xö lý níc th¶i cã chøa dÇu ..................................................................................... 86 KÕt luËn ......................................................................................................... 94 Tµi liÖu tham kh¶o ....................................................................................... 96 C¸c c«ng tr×nh ®· c«ng bè liªn quan ®Õn luËn ¸n.........................................100 C¸c b¶ng thùc nghiÖm thèng kª .....................................................................101
Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t, c¸c ký hiÖu - Nhò t¬ng dÇu/ níc: Nhò t¬ng dÇu trong níc - Nhò t¬ng níc/dÇu : Nhò t¬ng níc trong dÇu. - ξ: thÕ ®iÖn tÝch zeta cña giät dÇu, mV - ψ0: ThÕ cña líp ®iÖn tÝch kÐp (chung), mV - l1: Kho¶ng c¸ch thÕ ®iÖn tÝch kÐp Helmholtz trong - l2: Kho¶ng c¸ch thÕ ®iÖn tÝch kÐp Helmholtz ngoµi - Fr: Lùc ®Èy gi÷ hai giät nhò t¬ng - y: Hãa trÞ c¸c ion - FA: Lùc hÊp dÉn Vanderwaals gi÷a hai giät dÇu - x: B¸n kÝnh giät dÇu - N: Sè giät dÇu - D: §êng kÝnh giät dÇu - δ : Søc c¨ng bÒ mÆt cña chÊt láng - ri: Lîng hÊp phô cña hîp chÊt i trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch. - a: ho¹t tÝnh nhiÖt ®éng - f±: HÖ sè ho¹t ®é ion trung b×nh - C: Nång ®é chÊt tan - ChÊt H§BM: ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt - A: ChØ sè cña axit - Dt: §é tõ thÈm ®iÖn m«i cña chÊt láng - V: Tèc ®é di chuyÓn cña giät ®iÖn tÝch - PAC: Poly Aluminium Chloride.
Danh môc c¸c b¶ng Trang B¶ng 1.1. Sù hoµ tan trong níc cña s¶n phÈm dÇu má ................................................ 10 B¶ng 2.1. Ma trËn kÕ ho¹ch ho¸ 3 yÕu tè phô thuéc ..................................................... 45 B¶ng 2.2. Ma trËn kÕ ho¹ch ho¸ thªm cét biÕn h»ng .................................................... 45 B¶ng 2.3. Ma trËn quy ho¹ch 3 biÕn m· hãa ................................................................. 47 B¶ng 2.4. Ma trËn trùc giao .......................................................................................... 48 B¶ng 2.5. Gi¸ trÞ cña c¸nh tay ®ßn α ........................................................................... 49 B¶ng 2.6 Ma trËn trùc giao bËc 2 víi k= 2 .................................................................... 49 B¶ng 3.1. KÝch thíc vµ sè giät cña mÉu dÇu tuèc bin ................................................. 57 B¶ng 3.2. Gi¸ trÞ hµm ph©n bè cña dÇu th¶i tuèc bin .................................................... 59 B¶ng 3.3. Th«ng sè chuÈn cña dÇu th¶i tuèc bin .......................................................... 60 B¶ng 3.4. Gi¸ trÞ ph©n bè lý thuyÕt cña dÇu th¶i tuèc bin ............................................. 61 B¶ng 3.5. Gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña chuÈn sè Wincoson ...................................................... 62 B¶ng 3.6. Gi¸ trÞ hµm ph©n bè thùc nghiÖm dÇu th¶i ®éng c¬ ...................................... 62 B¶ng 3.7. Hµm ph©n bè lý thuyÕt dÇu th¶i ®éng c¬ ...................................................... 63 B¶ng 3.8 Hµm ph©n bè thùc nghiÖm níc th¶i XN Toa xe HN .................................... 64 B¶ng 3.9. Hµm ph©n bè lý thuyÕt dÇu th¶i níc th¶I XN toa xe HN ........................... 64 B¶ng 3.10 HiÖu suÊt xö lý b»ng C510H ........................................................................ 66 B¶ng 3.11. HiÖu suÊt xö lý b»ng phÌn ........................................................................... 66 B¶ng 3.12. C¸c ph¬ng ph¸p xö lý dÇu tuèc bin ........................................................... 66 B¶ng 3.13. HiÖu suÊt sö dông ph¬ng ph¸p läc c¸t ...................................................... 67 B¶ng 3.14. HiÖu suÊt xö lý c¸c ph¬ng ph¸p ............................................................... 67 B¶ng 3.15. KÕt qu¶ thùc nghiÖm xö lý b»ng C510 vµ PAC ......................................... 71 B¶ng 3.16. Ma trËn quy ho¹ch trùc giao bËc 1, nhãm chÊt C510H &.PAC .................. 101 B¶ng 3.17. Ma trËn quy ho¹ch trùc giao bËc 2, nhãm chÊt C510H &.PAC .................. 102 B¶ng 3.18....................................................................................................................... 78 B¶ng 3.19. Ma trËn quy ho¹ch trùc giao bËc 2, 2 biÕn, chÊt C510H ............................ 79 B¶ng 3.20. ..................................................................................................................... 81 B¶ng 3.21 Ma trËn c¸c gi¸ trÞ thùcnghiÖm, nhãm chÊt C300 &.phÌn kÐp. ................... 104 B¶ng 3.22 Ma trËn quy ho¹ch trùc giao bËc 1, nhãm chÊt C300 &.phÌn kÐp. ............. 105 B¶ng 3.23....................................................................................................................... 106 B¶ng 3.24. Ma trËn quy ho¹ch trùc giao bËc 2, nhãm chÊt C300 &.phÌn kÐp ............. 107 B¶ng 3.25. ..................................................................................................................... 83 B¶ng 3.26 Ma trËn quy ho¹ch trùc giao bËc 2, 2 biÕn, chÊt C300. .............................. 84 B¶ng 3.27 Ma trËn thø nguyªn x¸c ®Þnh c¸c chuÈn sè phøc hîp .................................. 88 B¶ng 3.28. Ma trËn nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh c¸c chuÈn sè phøc hîp .................................. 90 B¶ng 3.29. ..................................................................................................................... 92 B¶ng 3.30. Gi¸ trÞ c¸c chuÈn sè ..................................................................................... 92
Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ Trang H×nh 1.1 vµ 1.2. Nhò t¬ng dÇu/níc vµ nhò t¬ng níc/dÇu ............................12 H×nh 1.3. Nhò t¬ng phøc t¹p .............................................................................12 H×nh 1.4. S¬ ®å biÓu diÔn chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt................................................17 H×nh 1.5. æn ®Þnh nhò t¬ng b»ng t¸c nh©n t¹o nhò ..........................................18 H×nh 1.6. C¸c trêng hîp ph¸ vì nhò t¬ng .......................................................29 H×nh 1.7. C¬ chÕ ph¸ nhò cña chÊt H§BM cao ph©n tö .....................................31 H×nh 2.1. Dông cô quan s¸t ®é ®iÖn chuyÓn .......................................................40 H×nh 2.2. S¬ ®å hÖ thèng chng ngang ...............................................................43 H×nh 3.1. ¶nh hëng pH tíi thÕ ®iÖn tÝch Zeta ...................................................53 H×nh 3..2. Sù phô thuéc thÕ Zeta vµo nång ®é ....................................................54 H×nh 3.3. ¶nh hëng cña NaCl ®Õn thÕ Zeta .......................................................55 H×nh 3.4. Nhò t¬ng dÇu th¶i tuèc bin 0,1% .......................................................56 H×nh 3.5. Nhò t¬ng dÇu th¶i tuèc bin 0,01% .....................................................56 H×nh 3.6. Nhò t¬ng dÇu th¶i tuèc bin 0,001% ...................................................56 H×nh 3.7. Nhò t¬ng dÇu th¶i ®éng c¬ 0,1% .......................................................56 H×nh 3.8. Nhò t¬ng dÇu th¶i xÝ nghiÖp toa xe Hµ Néi .......................................57
1 më ®Çu HiÖn nay, ë níc ta c¸c khu c«ng nghiÖp ngµy cµng nhiÒu, tèc ®é ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp nãi chung vµ cña ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ nãi riªng rÊt nhanh, kÌm theo lµ vÊn ®Ò « nhiÔm m«i trêng còng ®· tíi møc b¸o ®éng. Lµm sao võa ®¶m b¶o cho sù ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi, võa ng¨n ngõa « nhiÔm m«i trêng vÉn lu«n lµ c©u hái ®Æt ra cho c¸c ngµnh c¸c cÊp cã liªn quan cÇn gi¶i quyÕt. Trong ho¹t ®éng dÇu khÝ, c¸c sù cè sÏ bÊt ngê x¶y ra do phôt khÝ, phun trµo dÇu khÝ trong khi khoan, rß rØ dÇu trong b¬m t¶i tiÕp dÇu hoÆc vì nøt ®êng èng, sù cè va ch¹m tµu dÇu hoÆc c¸c sù cè nh ch¸y næ, va ch¹m vµ h háng cÊu tróc . Trong nh÷ng tai n¹n ch×m tµu, bªn c¹nh thiÖt h¹i vÒ vËt chÊt th× toµn bé hµng hãa, dÇu, nhít cã trªn tµu ®Òu trµn ra biÓn g©y « nhiÔm. Trong qu¸ tr×nh th¨m dß, khai th¸c dÇu khÝ còng ®· g©y ra c¸c sù cè trµn dÇu trªn biÓn. C¸c sù cè nµy ®· g©y ra « nhiÔm nÆng nÒ, ph¸ huû nghiªm träng c¸c nguån níc. Bªn c¹nh vÊn ®Ò « nhiÔm m«i trêng biÓn do c¸c sù cè g©y ra th× vÊn ®Ò « nhiÔm níc mÆt còng rÊt nghiªm träng. C¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp cã sö dông dÇu khi sù cè x¶y ra, gÆp ma, níc ma kÐo theo dÇu ®æ ra s«ng hå. MÆt kh¸c, nguån níc th¶i cña c¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp ®ã cã lÉn dÇu g©y « nhiÔm vïng níc mÆt. C¸c chÊt nhiÔm bÈn, cïng víi dÇu nµy ch¶y vµo s«ng vµ c¸c thñy vùc. V× vËy viÖc xö lý níc th¶i nhiÔm dÇu ë ViÖt Nam ®· trë thµnh vÊn ®Ò thêi sù. DÇu trong níc th¶i tån t¹i ë hai d¹ng, d¹ng thø nhÊt ë tr¹ng th¸i tÝch tô thµnh tõng ®¸m næi trªn mÆt níc, d¹ng thø hai ë tr¹ng th¸i nhò t¬ng dÇu/níc. Nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i kh¸ bÒn v÷ng vµ ®é æn ®Þnh cao. ViÖc t¸ch c¸c giät dÇu ra khái níc b»ng ph¬ng ph¸p c¬ häc th«ng thêng gÆp nhiÒu khã kh¨n vµ kÐm hiÖu qu¶. V× thÕ, viÖc nghiªn cøu c«ng nghÖ xö lý níc th¶i cã dÇu ë d¹ng nhò t¬ng ®Ó b¶o vÖ m«i trêng lµ vÊn ®Ò thiÕt thùc vµ cÊp b¸ch hiÖn nay vµ ®ã còng lµ néi dung cña luËn ¸n nµy.
2 Môc ®Ých cña ®Ò tµi: 1. T×m hiÓu c¸c ®Æc tÝnh cña nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i . 2. Sö dông m« h×nh thèng kª vµ m« h×nh vËt lý ®Ó m« t¶ qu¸ tr×nh t¸ch nhò t¬ng dÇu trong níc th¶i b»ng ph¬ng ph¸p c¬-hãa lý. 3. §Ò xuÊt c«ng nghÖ thÝch hîp xö lý níc th¶i cã dÇu ë d¹ng nhò t¬ng. §èi tîng nghiªn cøu cña ®Ò tµi: HÖ nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i. HÖ nhò t¬ng nµy cã kÝch thíc giät nhá cì µm vµ tån t¹i kh¸ bÒn v÷ng t¹i m«i trêng tù nhiªn trong níc th¶i. Néi dung chñ yÕu cña ®Ò tµi 1. X¸c ®Þnh møc ®é ph©n t¸n vµ ®iÒu kiÖn tån t¹i cña nhò t¬ng dÇu/níc 2. Nghiªn cøu ¶nh hëng cña pH, ion ®iÖn ly, nång ®é chÊt ph¸ nhò ®Õn thÕ ®iÖn ®éng Zeta. 3.X©y dùng m« h×nh thèng kª m« t¶ qu¸ tr×nh t¸ch nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i b»ng c¸c t¸c nh©n ph¸ nhò. 4. X©y dùng m« h×nh vËt lý qu¸ tr×nh t¸ch nhò t¬ng b»nh c¸c chÊt ph¸ nhò. 5. X©y dùng c«ng nghÖ xö lý hai bËc thÝch hîp cho viÖc xö lý níc th¶i nhò t¬ng dÇu/níc. Nh÷ng ®ãng gãp míi cña ®Ò tµi 1. M« t¶ chi tiÕt vÒ cÊu tróc tËp hîp giät cña nhò t¬ng cña mét sè mÉu dÇu th¶i ®iÓn h×nh. Trªn c¬ së c¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn thÕ ®iÖn ®éng zeta cña giät dÇu ®a ra phíng híng lùa chän c¸c ho¸ chÊt dïng lµm chÊt ph¸ nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i.
3 2. ThiÕt lËp m« h×nh thèng kª vµ m« h×nh vËt lý m« t¶ qu¸ tr×nh t¸ch nhò xö lý níc th¶i vµ chÕ ®é c«ng nghÖ tèi u theo c¸c yÕu tè: nång ®é cña hçn hîp ho¸ chÊt,tû lÖ c¸c hãa chÊt, tèc ®é khuÊy trén vµ thêi gian khuÊy trén. 3. §a ra m« h×nh tuyÓn næi hai bËc cho qu¸ tr×nh ph¸ nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i. ý nghÜa vµ gi¸ trÞ thùc tiÔn cña ®Ò tµi 1. Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm xö lý theo hai cÊp trong ®Ò tµi cã thÓ ¸p dông cho mét quy tr×nh chung xö lý dÇu trong níc th¶i. 2. Ho¸ chÊt sö dông trong ®Ò tµi bao gåm c¶ hai tÝnh chÊt: chÊt cã tÝnh kÕt tô c¸c giät dÇu cã kÝch thíc rÊt nhá vµ chÊt cã tÝnh gom tô c¸c thµnh phÇn lín h¬n. Do vËy c¸c chÊt nµy cã thÓ tham gia vµo mét d©y chuyÒn xö lý níc th¶i chung trong thùc tÕ. 3. B»ng ph¬ng ph¸p tèi u lùa chän ®îc hµm lîng vµ thµnh phÇn c¸c t¸c nh©n ph¸ nhò, x¸c ®Þnh c¸c chÕ ®é khuÊy, thêi gian khuÊy tèi u nh»m tiÕt kiÖm n¨ng lîng cho qu¸ tr×nh xö lý. M« h×nh vËt lý thu ®îc trong ®Ò tµi gióp cho viÖc chuyÓn quy m« c«ng nghÖ.
4 Ch¬ng 1 - Tæng quan 1.Giíi thiÖu mét sè ph¬ng ph¸p xö lý níc th¶i nhiÔm dÇu 1.1. Ph¬ng ph¸p c¬ häc Ph¬ng ph¸p c¬ häc lo¹i bá dÇu ph©n t¸n trong níc th¶i lµ dïng c¸c thiÕt bÞ vµ hÖ thèng thiÕt bÞ thu håi c¸c c¸c s¶n phÈm dÇu næi trªn mÆt níc hoÆc dÇu l¾ng xuèng díi do kÕt h¬p víi s¶n phÈm kh¸c. 1.1.1. T¸ch dÇu b»ng bÓ thu håi dÇu næi ViÖc thu håi c¸c líp dÇu tËp trung trªn bÒ mÆt níc ph¼ng lÆng ®îc thùc hiÖn b»ng m¸y thu håi, nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ nã kh«ng cã t¸c dông läc níc díi mÆt tho¸ng. BÓ thu håi dÇu næi cã mét sè lo¹i chÝnh sau: - M¸ng nghiªng vµ lç trßn ®Þnh híng: Chóng ®îc l¾p cè ®Þnh (hoÆc næi trong trêng hîp møc níc thay ®æi) vµ cÇn cã mét thiÕt bÞ phô ¸p gÇn ®Õn líp dÇu , khi thu håi dÇu th¶i kÐo theo mét lîng níc lín. - ThiÕt bÞ thu håi ®éng: thiÕt bÞ næi trªn mÆt níc, cã thÓ tù chuyÓn ®éng hay do m¸y kÐo. ThiÕt bÞ cho phÐp b¶o vÖ mét vïng níc lín (hå chøa níc ma, hå sinh häc). Chóng thu l¹i ®îc mét lu lîng lín níc sau xö lý ®Ó tiÕp tôc läc hoÆc l¾ng. - M¸y thu håi dÇu cè ®Þnh: líp dÇu ®îc chuyÓn tõ kho¶ng c¸ch xa ®Õn vïng thu gãp b»ng dßng níc t¹o ra bëi mét m¸y b¬m hót dÇu di ®éng. Nguyªn lÝ cña m¸y b¬m lµ hót c¸c phÇn næi trªn mÆt níc, qua ®ã thu ®îc dÇu næi trªn mÆt níc. CÊu t¹o b¬m: bao gåm 2 bé phËn chÝnh lµ m¸y b¬m vµ kÕt cÊu næi. KÕt cÊu næi cã thÓ ®îc t¹o thµnh nhê mét lo¹i phao th«ng thêng hoÆc phao h¬i. Nhê cã kÕt cÊu nµy mµ cã thÓ ®iÒu chØnh ®é hót s©u, n«ng trªn mÆt níc (tuú theo ®é dµy cña líp dÇu trµn).
5 1.1.2. T¸ch dÇu b»ng ph¬ng ph¸p l¾ng Th«ng thêng níc th¶i cã chøa dÇu mì víi hµm lîng 100 mg/l trë lªn tríc khi qua xö lý ph¶i cho qua bÓ t¸ch s¬ bé b»ng ph¬ng ph¸p l¾ng. C¸c thiÕt bÞ l¾ng lµm gi¶m sù ch¶y dån vµ kh«ng ®Òu cña dÇu trong dßng níc th¶i. Cã mét sè lo¹i thiÕt bÞ l¾ng chÝnh nh sau: - ThiÕt bÞ t¸ch theo chiÒu däc: thiÕt bÞ nµy dïng ®Ó t¸ch c¸c giät dÇu cã ®êng kÝnh lín h¬n 150 µm. Chóng cã chiÒu réng tõ 1,8 ®Õn 6m vµ chiÒu s©u tõ 0,6 ®Õn 2,4m. ThiÕt bÞ nµy khã bao che kÝn phÝa ngoµi ®Ó gi¶m bít mïi ®éc h¹i vµ lÊy bïn tõ ®¸y kh«ng dÔ dµng. - ThiÕt bÞ t¸ch thµnh tÇng: sö dông thiÕt bÞ l¾ng tÇng víi c¸c tÊm máng b»ng chÊt dÎo dµy 4 cm cho phÐp gi¶m thêi gian dõng xö lý tõ vµi giê xuèng Ýt h¬n 60 phót, thËm chÝ 30 phót. ThiÕt bÞ nµy thêng sö dông cho níc th¶i cã Ýt huyÒn phï (n¹o vÐt tèn kÐm). CÊu tróc cña chóng lµ nh÷ng m«®un, xö lý c¸c lu lîng lín níc th¶i yªu cÇu cÇn mét lîng lín c¸c m«®un (mçi m«®un cã lu lîng tõ 15 ®Õn 30m3/h) - ThiÕt bÞ t¸ch trßn: chóng b¶o ®¶m t¸ch ®îc ë hai ng¨n liªn tiÕp. Ng¨n ®Çu che kÝn ®Ó ng¨n khÝ th¶i cña s¶n phÈm nhÑ bay h¬i. Ng¨n thø hai n¹o vÐt trªn bÒ mÆt ®¸y cña thiÕt bÞ Dïng ph¬ng ph¸p c¬ häc ®Ó t¸ch dÇu chñ yÕu dùa trªn sù kh¸c biÖt vÒ tØ träng cña dÇu so víi níc. TØ träng cña dÇu thay ®æi tõ 0,7 ®Õn 0,95 nhng còng cã thÓ lín h¬n1 víi mét sè hy®r«cacbua nÆng. Tuú tõng trêng hîp dÇu næi trªn mÆt níc th¶i hoÆc dÇu l¾ng xuèng díi mµ ta dïng c¸c thiÕt bÞ thu håi hoÆc c¸c thiÕt bÞ l¾ng ®Ó t¸ch dÇu. Ph¬ng ph¸p c¬ häc thêng ®Ó t¸ch s¬ bé dÇu trong níc th¶i. §èi tîng t¸ch trong trêng hîp nµy lµ dÇu tù do hoÆc dÇu ë tr¹ng th¸i nhò t¬ng c¬ häc kh«ng æn ®Þnh. §èi víi nhò t¬ng dÇu æn ®Þnh do cã mÆt thµnh phÇn chÊt nhò hãa trong níc th¶i th× kÝch thíc cña c¸c
6 giät dÇu dÇu rÊt nhá vµ n»m l¬ löng trong níc th× ph¬ng ph¸p nµy kh«ng hiÖu qu¶. 1.2. Ph¬ng ph¸p sinh häc Mét trong c¸c ph¬ng ph¸p lo¹i bá dÇu th¶i lµ dïng c¸c vi sinh vËt mµ thøc ¨n cña chóng lµ s¶n phÈm hy®rocacbon. §Æc biÖt lµ trong trêng hîp cã sù « nhiÔm dÇu trong ®Êt. Sau mét thêi gian tiÕp xóc víi c¸c hy®rocacbon chóng ph¸t triÓn rÊt nhanh. Trong thêi gian ®ã c¸c vi sinh vËt nµy sÏ ¨n vÕt dÇu vµ biÕn chóng thµnh c¸c d¹ng chÊt h÷u c¬ v« h¹i cho m«i trêng sinh th¸i vµ mét phÇn thµnh khÝ cacbonic bay lªn. ¦u ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ nã lµm s¹ch ®îc « nhiÔm dÇu vµ c¸c s¶n phÈm dÇu trong ®Êt vµ trong níc trong mét sè trêng hîp c¸c biÖn ph¸p c¬ häc, lý häc kh«ng thÓ gi¶i quyÕt ®îc. NghÜa lµ nã lµm s¹ch ®Êt vµ níc ë møc ®é cao h¬n. Tuy nhiªn ph¬ng ph¸p nµy còng cã nh÷ng h¹n chÕ nhÊt ®Þnh. §èi víi mçi lo¹i dÇu kh¸c nhau th× ngêi ta sÏ cã c¸c lo¹i vi khuÈn t¬ng øng, cho nªn gi¸ thµnh lµm s¹ch sÏ lín h¬n. ViÖc nu«i dìng thuÇn hãa, b¶o qu¶n c¸c vi sinh vËt tèn kÐm h¬n vµ viÖc x¸c ®Þnh c¸c vi sinh vËt nµy cã h¹i cho søc khoÎ con ngêi hay kh«ng còng cÇn ph¶i ®îc nghiªn cøu kü lìng. Sau ®©y lµ mét sè vÝ dô vÒ c¸c vi sinh vËt lµm s¹ch dÇu: - H·ng PRO.TEX – ENVIROMENTAL (USA) theo ®¬n ®Æt hµng cña EGNITABLE LISE INSURACE ®· s¶n xuÊt lo¹i vi khuÈn lµm s¹ch dÇu trong ®Êt. Sau 2,5 th¸ng ¸p dông, møc ®é dÇu trong ®Êt gi¶m ®i 50 lÇn. - HiÖp héi Alpha Enviromental (USA) th«ng b¸o r»ng hä ®· lµm s¹ch 16 ha bÒ mÆt níc vÞnh Mexico do tµu chë dÇu Maraborg g©y ra chØ b»ng 60 kg chÕ phÈm sinh häc. Gi¸ thµnh lµm s¹ch 1 ha b»ng vi sinh vËt lµ 10.000 USD. 1.3. Ph¬ng ph¸p hãa lý 1.3.1. Dïng c¸c chÊt hÊp phô
7 Ph¬ng ph¸p nµy ®îc dïng ®Ó thu gom, lµm s¹ch dÇu ë c¸c quy m« kh¸c nhau ¦u ®iÓm cña chÊt hÊp phô dÇu lµ nã chØ hót dÇu mµ kh«ng hót níc. HiÖn nay trªn thÕ giíi sö dông nhiÒu lo¹i chÊt hÊp phô kh¸c nhau: + ChÊt hÊp phô lµm tõ vá trÊu, m¹t ca, phoi bµo.... + ChÊt hÊp phô lµm tõ s¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt giÊy, lµm v¶i, len..... + ChÊt hÊp phô lµm tõ vËt liÖu mao dÉn. + ChÊt hÊp phô lµm tõ polypropylen. ChÊt hÊp phô dÇu cã thÓ ®îc sö dông ®Ó xö lý sù cè dÇu trµn lµm s¹ch dÇu mì ë c¸c c¬ së s¶n xuÊt, nhµ m¸y c¬ khÝ, ph©n xëng «t«....Mét sè chÊt hÊp phô chØ ®îc sö dông mét lÇn, còng cã lo¹i chÊt hÊp phô ®îc sö dông nhiÒu lÇn, sau ®ã cã thÓ ®îc dïng lµm nhiªn liÖu. Nhîc ®iÓm cña chÊt hÊp phô lµ gi¸ thµnh cao, khi b¶n th©n chóng kh«ng cßn sö dông ®îc n÷a th× ph©n huû rÊt khã v× g©y ra khÝ ®éc, nÕu cÇn röa s¹ch dÇu hay hoµn nguyªn th× l¹i tèn hãa chÊt tÈy röa. H¬n n÷a, víi dÇu cã ®é nhít thÊp th× nã rÊt khã b¸m vµo chÊt hÊp phô. Víi dÇu ë d¹ng nhò t¬ng mÞn cã kÝch thíc rÊt nhá th× ph¬ng ph¸p nµy còng kÐm hiÖu qu¶. 1.3.2. Ph¬ng ph¸p tuyÓn næi §Ó xö lý níc th¶i c«ng nghiÖp ngêi ta còng dïng c¸c ph¬ng ph¸p nh khi xö lý níc th¶i sinh ho¹t. Mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p kh¸ phæ biÕn hiÖn nay trong c«ng nghÖ xö lý níc th¶i lµ ph¬ng ph¸p tuyÓn næi. §©y lµ mét ph¬ng ph¸p hãa lý, nã ®îc ¸p dông rÊt hiÖu qu¶ víi níc th¶i cã qu¸ tr×nh keo tô vµ t¹o b«ng c¸c t¹p chÊt bÈn. TuyÓn næi lµ ph¬ng ph¸p ph©n chia mét tËp hîp kh«ng ®ång nhÊt, ph©n t¸n nhiÒu pha nh : níc- h¹t r¾n, hoÆc níc – dÇu. Nãi c¸ch kh¸c ph¬ng ph¸p tuyÓn næi ®îc thùc hiÖn dùa trªn c¬
8 së vÒ sù kh¸c nhau vÒ c¸c tÝnh chÊt hãa lý cña bÒ mÆt c¸c h¹t vËt chÊt. Nguyªn lý chung cña ph¬ng ph¸p tuyÓn næi ®Ó t¸ch dÇu lµ dùa vµo kh¶ n¨ng b¸m dÝnh cña c¸c giät dÇu lªn c¸c bãng khÝ hoÆc giät dÇu ®îc ®a vµo pha láng díi d¹ng nhò t¬ng, cïng vËn ®éng víi chóng vµ næi lªn trªn bÒ mÆt chÊt láng. Trong ph¬ng ph¸p nµy hçn hîp ®îc lµm b·o hßa bãng khÝ. Nh÷ng giät dÇu næi sÏ ®îc b¸m vµo bãng khÝ vµ næi lªn trªn bÒ mÆt. H×nh thµnh líp bät mang dÇu ë phÝa trªn , cßn c¸c h¹t kh«ng næi lªn ®îc sÏ n»m l¹i trong dung dÞch. Tuú theo c¸ch lµm b·o hßa bãng khÝ mµ ta cã c¸c d¹ng tuyÓn næi bät kh¸c nhau. - TuyÓn næi bät ch©n kh«ng: hîp chÊt ®îc ®Æt trong ch©n kh«nglµm cho ¸p suÊt trong ®ã gi¶m nÕu bãng khÝ tho¸t ra. Nh÷ng bãng khÝ nµy b¸m vµo nh÷ng h¹t næi ®îc vµ kÐo chóng næi lªn. - TuyÓn næi th«ng thêng: níc th¶i ®îc lµm b·o hßa bãng khÝ do thiÕt bÞ tuyÓn næi tù hót vµo hoÆc do khÝ nÐn ®îc ®a vµo thiÕt bÞ. - TuyÓn næi bät do ph¶n øng hãa häc. - TuyÓn næi b»ng ®iÖn cùc: dùa trªn c¬ së sù ®iÖn ly cña níc t¹o thµnh nh÷ng dßng khÝ rÊt nhá. §Ó thu ®îc bät khÝ cã kÝch thíc mong muèn cÇn ph¶i chän ®óng vËt liÖu vµ ®êng kÝnh d©y cat«t còng nh mËt ®é dßng ®iÖn. Ph¬ng ph¸p tuyÓn næi b»ng bät khÝ thÝch hîp ®Ó t¸ch dÇu trong nh÷ng trêng hîp: dÇu ë tr¹ng th¸i tù do, dÇu ë tr¹ng th¸i nhò t¬ng cã kÝch thíc giät lín. Trong trêng hîp hÖ nhò t¬ng cã ®é mÞn cao, bÒn v÷ng vµ ph©n t¸n ®ång ®Òu trong dung dÞch th× nÕu chØ dïng ph¬ng ph¸p tuyÓn næi b»ng bät khÝ sÏ cho hiÖu qu¶ t¸ch kh«ng cao nªn cÇn kÕt hîp thªm c¸c biÖn ph¸p kh¸c. 1.3.3. §«ng tô vµ keo tô NÕu mét h¹t cã kÝch thíc t¬ng ®èi lín, nã cã thÓ ®îc t¸ch ra nhê vµo quy tr×nh l¾ng läc tù nhiªn. Qu¸ tr×nh l¾ng tù nhiªn chØ cã thÓ t¸ch ®îc nh÷ng h¹t r¾n huyÒn phï nhng kh«ng thÓ t¸ch ®îc c¸c chÊt g©y nhiÔm bÈn ë d¹ng
9 keo vµ hßa tan v× chóng lµ nh÷ng h¹t (hay giät) cã kÝch thíc qu¸ nhá. §Ó t¸ch c¸c h¹t ®ã mét c¸ch hiÖu qu¶ b»ng ph¬ng ph¸p l¾ng, cÇn t¨ng kÝch thíc cña chóng nhê sù t¸c ®éng t¬ng hç gi÷a c¸c h¹t ph©n t¸n liªn kÕt thµnh tËp hîp c¸c h¹t (hay giät) lµm t¨ng vËn tèc l¾ng cña chóng. ViÖc khö c¸c h¹t keo b»ng l¾ng träng lùc ®ßi hái tríc hÕt cÇn trung hßa ®iÖn tÝch cña chóng, tiÕp theo lµ liªn kÕt chóng víi nhau. Qu¸ tr×nh trung hßa ®iÖn tÝch thêng ®îc gäi lµ qu¸ tr×nh ®«ng tô cßn qu¸ tr×nh t¹o thµnh c¸c b«ng lín h¬n tõ c¸c h¹t thêng gäi lµ qu¸ tr×nh keo tô. Trong níc th¶i cã chøa dÇu ë d¹ng nhò t¬ng vµ cã sù tham gia cña chÊt keo tô, c¸c h¹t nhò t¬ng dÇu sÏ kÕt hîp víi nhau cïng víi t¸c nh©n ph¸ nhò b»ng lùc liªn kÕt ph©n tö vµ lùc tÜnh ®iÖn t¹o thµnh mét tËp hîp. TËp hîp trªn ®îc t¸ch ra khái níc th¶i b»ng ph¬ng ph¸p l¾ng hoÆc tuyÓn næi. ChÊt keo tô ®îc dïng cã thÓ lµ phÌn nh«m, c¸c chÊt ®a ®iÖn ly hoÆc c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt cao ph©n tö... ¦u ®iÓm cña ph¬ng ph¸p ®«ng tô-keo tô lµ cã thÓ gom vµ t¸ch ®îc c¸c giät nhò t¬ng dÇu cã kÝch thíc rÊt nhá vµ æn ®Þnh ra khái níc th¶i. Qua ph©n tÝch c¸c ph¬ng ph¸p phæ biÕn dïng ®Ó t¸ch dÇu th¶i chóng t«i nhËn thÊy cã thÓ t¸ch dÇu ra khái níc th¶i b»ng nhiÒu ph¬ng ph¸p kh¸c nhau. Tuy nhiªn ®Ó t¸ch dÇu th¶i tån t¹i ë d¹ng nhò t¬ng bÒn vµ mÞn th× ph¬ng ph¸p hãa lý cã nhiÒu u ®iÓm vÒ kinh tÕ vµ kü thuËt. LuËn ¸n nµy ®a ra ph¬ng ¸n xö lý t¸ch nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i b»ng sù kÕt hîp cña hai ph¬ng ¸n lµ : ph¬ng ¸n dïng c¸c chÊt keo tô vµ ph¬ng ¸n khuÊy tuyÓn næi. Trªn c¬ së cña ph¬ng ¸n t¸ch dÇu, luËn ¸n thiÕt lËp m« t¶ to¸n häc cña qu¸ tr×nh t¸ch nhò t¬ng dÇu/níc, tèi u hãa qu¸ tr×nh nh»m tiÕt kiÖm chi phÝ cho quy tr×nh c«ng nghÖ vµ thiÕt lËp m« h×nh vËt lý cña qu¸ tr×nh xö lý t¸ch dÇu ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc chuyÓn quy m« c«ng nghÖ.
10 2. Nhò t¬ng dÇu/ níc trong níc th¶i vµ c¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn ®é æn ®Þnh vµ kh¶ n¨ng ph¸ vì cña nhò t¬ng dÇu/ níc 2.1. nhò t¬ng dÇu/níc trong níc th¶i 2.1.1. Sù hßa tan cña c¸c s¶n phÈm dÇu má trong níc DÇu má lµ chÊt láng t¹o thµnh tõ c¸c hydrocacbon cã träng lîng ph©n tö kh¸c nhau vµ mét sè hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c. C¸c hydrocacbon thêng Ýt bay h¬I vµ hßa tan trong níc ë mét lîng nhÊt ®Þnh. Sù hßa tan trong níc cña mét vµi s¶n phÈm dÇu má ®îc chØ ra trong b¶ng 1.1.[25, tr.3] B¶ng 1.1. Giíi h¹n hßa tan trong níc cña s¶n phÈm dÇu má trong níc Lo¹i s¶n phÈm dÇu má Nång ®é b·o hßa trong Hydrocacbon níc (mg/l) X¨ng 50 - 500 C6 – C10 DÇu Redoren 500 C11 – C12 ChÊt ®èt diezen 10-50 C13 –C17 DÇu mazut, dÇu thñy lùc
11 giät dÇu t¹o thµnh tõ nguån gèc c¬ häc trong vïng ph©n t¸n cã kÝch thíc díi 60µm . - Nhò t¬ng dÇu/níc ®îc t¹o thµnh b»ng ph¬ng ph¸p hãa häc: Do sù tham gia cña chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt trªn bÒ mÆt giíi h¹n ph©n chia pha . Nhò t¬ng dÇu/níc ®îc t¹o thµnh do cã sù tham gia cña c¸c chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt thêng cã ®é æn ®Þnh cao h¬n, trong ®ã ®é ph©n t¸n cña c¸c giät nhò ®îc gi÷ æn ®Þnh trong kho¶ng thêi gian dµi. Sù h×nh thµnh nhò t¬ng dÇu/níc trong qu¸ tr×nh cung cÊp níc hoÆc h¬i níc trong c¸c khu má dÇu: ®Ó t¨ng n¨ng suÊt trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ph¶i t¨ng tèc ®é dßng ch¶y cïng víi sù tham gia cña c¸c chÊt polime, chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt h×nh thµnh nªn nhò t¬ng dÇu/níc æn ®Þnh kh¸ m¹nh. Nhò t¬ng nµy thêng ph¶i ®îc xö lý t¸ch riªng pha dÇu vµ pha níc. 2.1.2. M« t¶ nhò t¬ng dÇu/níc - Nhò t¬ng dÇu/níc lµ hÖ ph©n t¸n cña hai chÊt láng dÇu vµ níc kh«ng tan lÉn hoÆc tan rÊt Ýt vµo nhau, dÇu hoÆc níc ph©n t¸n vµo chÊt láng kia díi d¹ng giät nhá, kÝch thíc giät chÊt láng biÕn ®æi trong ph¹m vi réng. D¹ng nhò t¬ng tuú thuéc vµo lo¹i chÊt nhò hãa ®îc sö dông, nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn c¸c pha. NÕu pha láng dÔ hßa tan chÊt nhò hãa th× pha láng ®ã sÏ cã xu híng trë thµnh pha liªn tôc. Trong níc th¶i cã dÇu, kÝch thíc c¸c giät nhò kh«ng ®ång nhÊt. KÝch thíc c¸c giät phô thuéc vµo nguyªn nh©n t¹o thµnh nhò: t¹o thµnh b»ng c¬ häc, chÊt nhò ho¸, nång ®é pha ph©n t¸n vµ nång ®é chÊt nhò hãa. Còng nh c¸c hÖ ph©n t¸n kh¸c, nhò t¬ng lµ hÖ kh«ng bÒn nhiÖt ®éng. Nhò t¬ng sÏ ë tr¹ng th¸i bÒn v÷ng h¬n khi trong hÖ cã chÊt b¶o vÖ (chÊt nhò hãa). Qu¸ tr×nh h×nh thµnh nhò t¬ng lµ qu¸ tr×nh thuËn nghÞch. Gi÷a pha dÇu vµ pha níc cã thÓ h×nh thµnh hai d¹ng nhò t¬ng chÝnh lµ: - Nhò t¬ng dÇu/níc: lµ lo¹i nhò t¬ng mµ pha ph©n t¸n lµ dÇu cßn pha liªn tôc lµ níc (h×nh 1.2)