Nghiên cứu xây dựng mô hình tuyển nổi loại bỏ ion chì trong nước thải

64<br /> <br /> Lê Thị Xuân Thùy, Nguyễn Ngọc Huy<br /> <br /> NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TUYỂN NỔI LOẠI BỎ ION CHÌ<br /> TRONG NƯỚC THẢI<br /> A STUDY OF BUILDING THE MODEL OF REMOVING LEAD IONS<br /> FROM WASTEWATER<br /> Lê Thị Xuân Thùy1, Nguyễn Ngọc Huy2<br /> 1<br /> Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; letxthuy@gmail.com<br /> 2<br /> Công ty TNHH MTV Nước và Môi trường Bình Minh<br /> Tóm tắt - Bài báo trình bày về kết quả loại bỏ ion chì trong nước thải<br /> (mẫu giả) bằng phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính dạng<br /> bột (ACP) và phương pháp tuyển nổi sử dụng hoá chất Sodium Lauryl<br /> Sulfate (SLS). Dựa trên mô hình theo mẻ tại phòng thí nghiệm trong<br /> các nghiên cứu trước đây [1, 2], tác giả đã tiến hành thiết kế lắp đặt<br /> mô hình tuyển nổi liên tục bao gồm 3 mô-đun chính là mô-đun hấp phụ<br /> kết hợp lắng (1), mô-đun lọc (2) và mô-đun tuyển nổi để thu hồi than<br /> hoạt tính đã hấp phụ chì (ACP-Pb) (3). Kết quả cho thấy hiệu suất loại<br /> bỏ ion chì trong nước đạt trên 99% trong thời gian 30 phút. Đặc biệt,<br /> khi sử dụng SLS, lượng bọt tạo ra rất nhiều, đây là điểm thuận lợi cho<br /> mô hình tuyển nổi và cũng là điểm mới của bài báo.<br /> <br /> Abstract - This paper presents the result of removing lead ions<br /> from wastewater by absorption method using activated carbon<br /> powder (ACP) and flotation method using Sodium Lauryl Sulfate<br /> (SLS). Based on the laboratory model in previous studies [1, 2], we<br /> design and install a continuous flotation model in combination with<br /> three modulars: sedimentation after absorption (1), filtration (2) and<br /> flotation for separating ACP which adsorbs Pb ions (ACP-Pb) (3).<br /> The results show that the efficiency of pilot scale is over 99%.<br /> Especially when using SLS, a lot of foam forms, which is<br /> advantageous for flotation model and also the new focus of this<br /> article.<br /> <br /> Từ khóa - kim loại nặng; chì; than hoạt tính dạng bột; hấp phụ;<br /> tuyển nổi<br /> <br /> Key words - heavy metals; lead (Pb); activated carbon particles;<br /> absorption; flotation<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước (ao hồ, kênh<br /> rạch đô thị, nước thải công nghiệp…) là vấn đề nan giải đã và<br /> đang được các nhà khoa học quan tâm. Nguyên nhân chủ yếu<br /> gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình xả nước thải sinh hoạt,<br /> nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không được xử lý<br /> hoặc xử lý không đạt yêu cầu vào nguồn tiếp nhận [3].<br /> Dựa trên những thành công thu được từ các nghiên cứu<br /> theo mẻ với quy mô phòng thí nghiệm [4], tác giả đã đề<br /> xuất mô hình liên tục để loại bỏ ion chì ra khỏi nước. Tuy<br /> nhiên với đặc tính nhẹ và kích thước nhỏ nên việc tách ACP<br /> khỏi nước sau hấp phụ là một vấn đề khó khăn. Với bối<br /> cảnh đó, tác giả chọn mô hình xử lý kết hợp sử dụng 4<br /> phương pháp thông dụng hiện nay bao gồm hấp phụ, lắng,<br /> lọc và tuyển nổi cho hiệu suất loại bỏ ACP-Pb lên đến 99%.<br /> Kết quả này sẽ làm cơ sở cho việc tiếp tục nghiên cứu, cải<br /> tiến thiết kế và hoàn thiện quy trình vận hành mô hình pilot.<br /> <br /> ƒ Đĩa thổi khí – Aquarium Air Stone Disk, đường<br /> kính 110mm (hình 1d).<br /> 2.2.2. Hoá chất<br /> ƒ Dung dịch chì chuẩn 1000 mg/L.<br /> ƒ Than hoạt tính dạng bột (ACP).<br /> ƒ Sodium Lauryl Sulfate (SLS).<br /> <br /> a)<br /> <br /> b)<br /> <br /> c)<br /> <br /> d)<br /> <br /> 2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Phương pháp nghiên cứu<br /> Nghiên cứu đã sử dụng một số phương pháp cụ thể như:<br /> phương pháp lấy mẫu, phân tích và phương pháp tính toán,<br /> xử lý số liệu.<br /> 2.2. Thiết bị, dụng cụ và hoá chất<br /> 2.2.1. Thiết bị, dụng cụ<br /> ƒ Máy bơm chìm - Water Pump VipSun VS-680, công<br /> suất 25W, lưu lượng 1500 L/h (hình 1a).<br /> ƒ Máy bơm khí - Air Pump RESUN ACO-001, công suất<br /> 18W, lưu lượng 38L/min (hình 1b).<br /> ƒ Máy khuấy chìm – Wave Marker SOBO WP-800M<br /> công suất 25W, lưu lượng 20.000L/h và SOBO WP400M công suất 15W, lưu lượng 10.000L/h (hình 1c).<br /> <br /> Hình 1. Một số thiết bị chính<br /> <br /> 2.3. Đối tượng nghiên cứu: Nước nhiễm kim loại chì<br /> 2.4. Nguyên lý hoạt động, thiết kế các mô-đun<br /> Trong mô hình xử lý nước theo mẻ tại phòng thí nghiệm<br /> [3, 4], công đoạn loại bỏ hạt than kích thước lớn sử dụng<br /> phương pháp lắng trong vòng 3 giờ và thu hồi phần nước<br /> mặt phía trên cho quá trình tuyển nổi.<br /> Nhằm cải tiến mô hình tuyển nổi theo mẻ thành tuyển<br /> nổi liên tục pilot, tác giả đã thiết kế 2 mô-đun hỗ trợ cho cột<br /> tuyển nổi gồm mô-đun hấp phụ kết hợp lắng và mô-đun lọc.<br /> Như vậy, mô hình tuyển nổi liên tục trong nghiên cứu này<br /> bao gồm 3 mô-đun chính thể hiện qua sơ đồ khối sau đây:<br /> <br /> ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(112).2017-Quyển 1<br /> <br /> 65<br /> <br /> Hé P THU<br /> Bä T<br /> <br /> Lí P VËT<br /> LIÖU Lä C<br /> <br /> è NG TRé N<br /> CHÊT T¹ O<br /> Bä T<br /> <br /> Mù C N¦ í C<br /> <br /> è NG CH¶ Y<br /> TRµ N<br /> <br /> è NG X¶<br /> Bä T<br /> M¸ Y KHUÊY<br /> VAN<br /> <br /> VAN<br /> <br /> VAN<br /> THï NG KHUÊY<br /> PHô<br /> <br /> VAN<br /> M¸ Y KHUÊY<br /> <br /> § ÜA THæI<br /> KHÝ<br /> <br /> B¥ M<br /> N¦ í C<br /> <br /> B¥ M KHÝ<br /> <br /> THï NG HÊP PHô Vµ L¾NG<br /> <br /> THï NG KHUÊY PHô<br /> <br /> Cé T Lä C<br /> <br /> Cé T TUYÓN NæI<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ khối mô hình tuyển nổi liên tục<br /> <br /> 2.4.1. Mô-đun hấp phụ kết hợp lắng<br /> ™ Nguyên lý hoạt động<br /> Than hoạt tính dạng bột được châm thủ công vào nước<br /> và được khuấy trộn đều bằng máy khuấy chìm đặt tại đáy<br /> thùng. Sau một khoảng thời gian vừa đủ để các ion Pb2+<br /> hấp phụ tối đa lên ACP, máy khuấy được tắt để quá trình<br /> lắng bắt đầu. Hiệu quả loại bỏ hạt than phụ thuộc vào thời<br /> gian lắng, và thông thường phải mất hơn 3 giờ để độ đục<br /> nước sau lắng giảm xuống hơn 2 lần [3].<br /> ™ Thiết kế<br /> Mô-đun hấp phụ kết hợp lắng sử<br /> dụng thùng nhựa có thể tích 35L với<br /> kích thước: D × H (đường kính × chiều<br /> cao) = 40cm × 35cm (hình 3).<br /> Thùng hấp phụ và lắng có van xả<br /> nước được đặt cách đáy thùng 6cm - là<br /> chiều cao đảm bảo lượng cặn than hoạt<br /> tính kích thước lớn có thể lắng mà<br /> Hình 3. Hình ảnh<br /> không bị chảy trôi khi mở van.<br /> Máy khuấy chìm sử dụng loại WP- thùng hấp phụ và<br /> lắng<br /> 800M.<br /> 2.4.2. Mô-đun lọc<br /> ™ Nguyên lý hoạt động<br /> Nước sau lắng sẽ được dẫn qua cột lọc để loại bỏ lượng<br /> than kích thước lớn còn lại. Trong mô hình này, tác giả sử<br /> dụng thùng khuấy phụ đóng vai trò tuần hoàn nước để đánh<br /> giá hiệu quả của cột lọc. Bơm tuần hoàn dẫn nước đi qua<br /> cột lọc và trở về thùng khuấy phụ, trong khi máy khuấy<br /> chìm làm nhiệm vụ hạn chế lắng đọng hạt than.<br /> ™ Thiết kế<br /> Mô-đun lọc bao gồm 2 thiết bị chính: Thùng khuấy phụ<br /> sử dụng thùng nhựa có thể tích 30Lvới kích thước L × B ×<br /> H (dài × rộng × cao) = 50cm × 35cm × 26cm (hình 4a) và<br /> cột lọc có kích thước D × H (đường kính × chiều cao) =<br /> 114mm × 500mm (hình 4b).<br /> Ngoài ra, để nước sau khi bơm phân bố đều trong cột<br /> lọc, thiết kế sử dụng vòi sen với kích thước xấp xỉ đường<br /> kính trong của cột lọc. Vật liệu lọc chính gồm bông lọc hồ<br /> cá và đá lọc (san hô vụn, sứ lọc). Chiều cao lớp vật liệu xấp<br /> xỉ tương ứng là 20cm và 26cm.<br /> <br /> Cột lọc có van xả<br /> đến mô-đun tiếp theo.<br /> Các thiết bị sử dụng<br /> bao gồm máy khuấy<br /> chìm SOBO WP-400M<br /> và máy bơm chìm<br /> Hình 4. Hình ảnh thùng khuấy phụ<br /> Vipsun VS-680.<br /> (a) và cột lọc (b)<br /> 2.4.3. Mô-đun tuyển nổi<br /> ™ Nguyên lý hoạt động<br /> Sau khi kết thúc quá trình lọc, phần lớn lượng than đã<br /> được tách khỏi nước, chỉ còn lại một lượng rất nhỏ không<br /> thể lọc bằng vật liệu lọc thông thường. Theo kết quả nghiên<br /> cứu trước đây của tác giả thì gần 10% lượng ACP ban đầu<br /> còn sót lại trong dung dịch với kích thước nhỏ hơn 50 ߤ݉.<br /> Nước được dẫn từ cột lọc đi vào cột tuyển nổi. Tại đây,<br /> bọt khí sinh ra từ đáy cột tuyển nổi cùng với sự hỗ trợ của<br /> chất tạo bọt SLS trở nên mịn hơn và bền hơn, đẩy phần lớn<br /> hạt than kích thước nhỏ khó lắng lọc lên khỏi mặt nước.<br /> Mô-đun tuyển nổi làm việc đồng thời với mô-đun lọc.<br /> Nghĩa là chiều dòng chảy của nước: Thùng khuấy phụ →<br /> Cột lọc → Cột tuyển nổi → Thùng khuấy phụ.<br /> <br /> Hình 5. Thiết kế mô hình pilot xử lý nước nhiễm chì<br /> <br /> ™ Thiết kế<br /> Cột tuyển nổi có kích thước D × H (đường kính × chiều<br /> cao) = 114mm × 500mm (hình 4).<br /> <br /> 66<br /> <br /> Lê Thị Xuân Thùy, Nguyễn Ngọc Huy<br /> <br /> Đáy cột tuyển nổi được gắn một đĩa thổi khí với chất<br /> liệu xi măng giúp tăng độ bền, bọt khí sinh ra mịn hơn so<br /> với loại đĩa thổi khí thông thường. Máy bơm khí RESUN<br /> ACO-001 làm nhiệm vụ cấp khí cho đĩa.<br /> Đầu cột tuyển nổi được lắp một ống chuyển tiết diện để<br /> giảm đường kính ống từ 114mm đến 60mm, và một hộp<br /> thu bọt và tách nước. Ống chuyển tiết diện tạo ra một nút<br /> thắt, ép bọt khô đi lên nhiều hơn và giảm lượng nước có<br /> trong bọt khi bị đẩy lên khỏi mặt nước. Hộp thu bọt được<br /> lựa chọn phụ thuộc vào lượng bọt sinh ra nhiều hay ít.<br /> Ngoài ra, có một ống dẫn nước vào cột tuyển nổi và một<br /> ống dẫn nước trở về thùng khuấy phụ. Ống dẫn nước ra<br /> được đặt ở đáy cột tuyển nổi. Còn ống dẫn vào được đặt<br /> cách đỉnh cột khoảng 20cm.<br /> <br /> Hình 6. Lắp đặt các mô-đun trong mô hình pilot<br /> <br /> Phương pháp tuyển nổi có sử dụng hóa chất tạo bọt nên<br /> được xem là phương pháp hóa lý. Trong nghiên cứu này,<br /> chúng tôi chọn phương pháp châm hóa chất thủ công và<br /> trong tương lai sẽ phát triển theo hướng châm hóa chất tự<br /> động. Nước khi đi qua cột tuyển nổi, sẽ đồng thời đi vào<br /> ống trộn chất tạo bọt. Tại đây, nước sẽ mang theo chất tạo<br /> bọt SLS và hỗn hợp này sẽ được dẫn đến cột tuyển nổi.<br /> Ống trộn chất tạo bọt với kích thước D × H (đường kính<br /> × chiều cao) = 90mm × 22mm, ở đáy được đục lỗ để dẫn<br /> nước vào. Thêm vào đó, để tăng tính linh động trong việc<br /> tháo lắp các mô-đun, giữa cột lọc, cột tuyển nổi và ống trộn<br /> chất tạo bọt có lắp khớp nối.<br /> <br /> Việc kết hợp chạy đồng thời hai mô-đun lọc và tuyển<br /> nổi dẫn đến việc thiết kế 2 mô-đun này có sự phụ thuộc<br /> lẫn nhau. Cột lọc, cột tuyển nổi và ống trộn chất tạo bọt<br /> thông với nhau, mực nước sẽ ngang bằng trong 3 ống này.<br /> Đây chính là lý do phải thiết kế một ống chảy tràn nhằm<br /> theo dõi mực nước trong cột lọc, cũng chính là mực nước<br /> trong ống trộn chất tạo bọt và cột tuyển nổi. Qua quan sát<br /> cho thấy, bông lọc có hiệu quả tách chất bẩn cao hơn khi<br /> ở trạng thái không ngâm trong nước. Vì vậy san hô vụn<br /> và sứ lọc được rải dưới đáy cột, bông lọc được đặt vào<br /> phía trên cột để tránh tiếp xúc với nước chứa trong cột lọc.<br /> 2.4.4. Chuẩn bị mẫu nước nhiễm chì<br /> Mẫu nước nhiễm chì có nồng độ 1mg/L và 5mg/L được<br /> pha loãng bằng nước cất từ dung dịch chì chuẩn<br /> 1.000mg/L.pH của dung dịch sau pha loãng khoảng 7,1.<br /> Cách pha loãng như sau:<br /> ƒ Để pha 1L dung dịch chì 1mg/L: lấy 1mL dung dịch chì<br /> chuẩn pha loãng bằng nước cất đến 1L dung dịch.<br /> ƒ Để pha 1L dung dịch chì 5mg/L: lấy 5mL dung dịch chì<br /> chuẩn pha loãng bằng nước cất đến 1L dung dịch.<br /> 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận<br /> 3.1. Đánh giá khả năng hấp phụ ion chì của ACP<br /> Để xác định hiệu suất của quá trình tuyển nổi ứng với<br /> sự thay đổi các dữ liệu đầu vào, cần tiến hành một số thí<br /> nghiệm trước khi triển khai trên mô hình pilot nhằm giảm<br /> chi phí do rủi ro, và tạo cơ sở dữ liệu nền cho các nghiên<br /> cứu về sau. Kết quả thí nghiệm dưới đây là cơ sở để tiến<br /> hành thí nghiệm với mô hình pilot. Trong đó mẫu nước<br /> nhiễm chì được pha từ dung dịch chì chuẩn 1.000mg/L.<br /> Quá trình thí nghiệm tiến hành với sự thay đổi 3 thông<br /> số:<br /> ƒ Thời gian hấp phụ (30, 60, 90 phút);<br /> ƒ Nồng độ ion Pb2+ trong mẫu ban đầu (1mg/L,<br /> 5mg/L);<br /> ƒ Nồng độ ACP châm vào ban đầu (0,1g/L; 1g/L,<br /> 10g/L). Riêng với trường hợp 5mg/L Pb2+ thì tiến<br /> hành bổ sung thêm thí nghiệm với 20g/L ACP.<br /> <br /> Bảng 1. Kết quả phân tích mẫu nước nhiễm chì sau khi hấp phụ bằng ACP<br /> Thí nghiệm<br /> <br /> Thí nghiệm 1<br /> <br /> Thí nghiệm 2<br /> <br /> Thí nghiệm 3<br /> <br /> Mẫu<br /> <br /> Thời gian<br /> hấp phụ<br /> (phút)<br /> <br /> TN1_30<br /> <br /> 30<br /> <br /> TN1_60<br /> <br /> 60<br /> <br /> TN1_90<br /> <br /> Nồng độ<br /> ACP (g/L)<br /> <br /> Nồng độ ion Pb2+ (mg/L)<br /> Trước hấp phụ<br /> <br /> Sau hấp phụ<br /> <br /> Hiệu suất xử lý (%)<br /> <br /> 0,705<br /> <br /> 29,5<br /> <br /> 0,683<br /> <br /> 31,7<br /> <br /> 90<br /> <br /> 0,681<br /> <br /> 31,9<br /> <br /> TN2_30<br /> <br /> 30<br /> <br /> 0,017<br /> <br /> 98,3<br /> <br /> TN2_60<br /> <br /> 60<br /> <br /> 0,03<br /> <br /> 97<br /> <br /> TN2_90<br /> <br /> 90<br /> <br /> 0,04<br /> <br /> 96<br /> <br /> TN3_30<br /> <br /> 30<br /> <br /> 0,031<br /> <br /> 96,9<br /> <br /> TN3_60<br /> <br /> 60<br /> <br /> 0,023<br /> <br /> 97,7<br /> <br /> TN3_90<br /> <br /> 90<br /> <br /> 0,031<br /> <br /> 96,9<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 1<br /> <br /> 10<br /> <br /> 1<br /> <br /> ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(112).2017-Quyển 1<br /> <br /> Thí nghiệm 4<br /> <br /> Thí nghiệm 5<br /> <br /> Thí nghiệm 6<br /> <br /> Thí nghiệm 7<br /> <br /> TN4_30<br /> <br /> 30<br /> <br /> TN4_60<br /> <br /> 60<br /> <br /> TN4_90<br /> <br /> 4,44<br /> <br /> 11,2<br /> <br /> 4,33<br /> <br /> 13,4<br /> <br /> 90<br /> <br /> 4,28<br /> <br /> 14,4<br /> <br /> TN5_30<br /> <br /> 30<br /> <br /> 4,26<br /> <br /> 14,8<br /> <br /> TN5_60<br /> <br /> 60<br /> <br /> 4,048<br /> <br /> 19,04<br /> <br /> TN5_90<br /> <br /> 90<br /> <br /> 3,942<br /> <br /> 21,16<br /> <br /> TN6_30<br /> <br /> 30<br /> <br /> 1,415<br /> <br /> 71,7<br /> <br /> TN6_60<br /> <br /> 60<br /> <br /> 1,365<br /> <br /> 72,7<br /> <br /> TN6_90<br /> <br /> 90<br /> <br /> 1,369<br /> <br /> 72,62<br /> <br /> TN7_30<br /> <br /> 30<br /> <br /> 0,438<br /> <br /> 91,24<br /> <br /> TN7_60<br /> <br /> 60<br /> <br /> 0,432<br /> <br /> 91,36<br /> <br /> TN7_90<br /> <br /> 90<br /> <br /> 0,393<br /> <br /> 92,14<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 1<br /> 5<br /> 10<br /> <br /> 20<br /> <br /> 3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất xử<br /> lý<br /> Qua các thí nghiệm có thể thấy thời gian hấp phụ của<br /> ACP với ion Pb2+khá nhanh. Trong khoảng 30 phút có<br /> khuấy trộn, hiệu suất hấp phụ đạt được gần như không đổi<br /> sau 60 phút hay 90 phút.<br /> Như vậy có thể chọn 30 phút là khoảng thời gian phù<br /> hợp để chì hấp phụ lên ACP.<br /> 1 g/L ACP<br /> <br /> 10 g/L<br /> ACP<br /> <br /> 0,1 g/L<br /> ACP<br /> <br /> T N 1 _T<br /> 3 0N 1 _ T<br /> 6 0N 1 _ 9 0<br /> <br /> 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ Pb2+trong mẫu ban đầu đến<br /> hiệu suất xử lý<br /> Theo kết quả phân tích có thể thấy khi nồng độ ion Pb2+<br /> ban đầu 1mg/L thì cần 1g/L ACP để hiệu suất xử lý đạt<br /> 98%. Nhưng khi nồng độ ion Pb2+ tăng lên 5mg/L thì hiệu<br /> suất xử lý giảm xuống, chỉ còn xấp xỉ 15% khi sử dụng<br /> 1g/L ACP.<br /> <br /> Hiệu suất hấp phụ (%)<br /> <br /> Hiệu suất hấp phụ (%)<br /> <br /> 100<br /> 90<br /> 80<br /> 70<br /> 60<br /> 50<br /> 40<br /> 30<br /> 20<br /> 10<br /> 0<br /> <br /> 67<br /> <br /> T N 2 _T<br /> 3 0N 2 _ T<br /> 6 0N 2 _ 9 0<br /> <br /> T N 3 _T<br /> 3 0N 3 _ T<br /> 6 0N 3 _ 9 0<br /> <br /> 100<br /> 90<br /> 80<br /> 70<br /> 60<br /> 50<br /> 40<br /> 30<br /> 20 0,1 g/L<br /> ACP<br /> 10<br /> 0<br /> <br /> Mẫu thí nghiệm<br /> <br /> 20 g/L<br /> ACP<br /> 10 g/L<br /> ACP<br /> <br /> 1 g/L<br /> ACP<br /> <br /> Mẫu thí nghiệm<br /> <br /> Hình 7. Biểu đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ chì của ACP với dung dịch chứa 1mg/L Pb2+ (a) và 5mg/l Pb2+ (b)<br /> <br /> 3.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ ACP châm vào ban đầu đến<br /> hiệu suất xử lý<br /> Từ nhận xét trên, có thể thấy rằng nồng độ ACP châm<br /> vào là yếu tố chính quyết định đến hiệu suất xử lý. Với mẫu<br /> nước nhiễm chì có nồng độ ban đầu là 5mg/L thì cần đến<br /> 20g/L ACP để nồng độ ion chì sau xử lý đạt cột B Quy<br /> chuẩn 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về<br /> nước thải công nghiệp. Như vậy, muốn đánh giá chính xác<br /> lượng ACP cần cho quá trình xử lý thì cần làm thêm nhiều<br /> thí nghiệm tăng dần nồng độ ion Pb2+ ban đầu. Từ đó xây<br /> dựng hệ cơ sở dữ liệu, tạo ra một đường chuẩn hấp phụ của<br /> ion Pb2+ lên ACP.<br /> Tuy nhiên, việc thêm vào một lượng lớn ACP để tăng<br /> <br /> hiệu suất xử lý cũng đặt ra một thách thức, đó là lượng nước<br /> sau xử lý có độ đục khá cao, gây khó khăn cho công đoạn<br /> tách và thu hồi hạt than kích thước nhỏ. Thí nghiệm sau<br /> được tiến hành để đánh giá sự thay đổi độ đục theo nồng<br /> độ ACP.<br /> Bảng2. Sự thay đổi độ đục theo nồng độ ACP<br /> Mẫu<br /> <br /> Nồng độ ACP<br /> (g/L)<br /> <br /> T_0,1<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 18,5<br /> <br /> T_1<br /> <br /> 1<br /> <br /> 99,3<br /> <br /> T_10<br /> <br /> 10<br /> <br /> 1.280<br /> <br /> T_20<br /> <br /> 20<br /> <br /> 2.026<br /> <br /> Độ đục (NTU)<br /> <br /> 68<br /> <br /> Lê Thị Xuân Thùy, Nguyễn Ngọc Huy<br /> <br /> Như vậy, nếu pH của dung dịch được điều chỉnh phù<br /> hợp [3] và thời gian hấp phụ đạt khoảng 30 phút thì hiệu<br /> suất xử lý chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ ion Pb2+ ban đầu<br /> và lượng ACP được châm vào.<br /> 3.2. Vận hành và đánh giá hiệu quả của mô hình pilot xử<br /> lý nước nhiễm chì<br /> Từ các thí nghiệm trên cho thấy hiệu suất của mô hình<br /> xử lý nước nhiễm chì bằng phương pháp hấp phụ với ACP<br /> phụ thuộc vào độ pH của dung dịch, thời gian hấp phụ,<br /> nồng độ Pb2+ và nồng độ ACP ban đầu.<br /> Thí nghiệm dưới đây nhằm đánh giá hiệu quả của mô<br /> hình pilot. Đầu vào của mô hình là nguồn nước nhiễm chì,<br /> giả định được chuẩn bị bằng cách pha loãng 30mL dung<br /> dịch chì chuẩn 1.000mg/L đến khoảng 30L nước. Sau đó<br /> lấy mẫu M1.<br /> Thêm khoảng 30g ACP vào thùng chứa 30L nước<br /> nhiễm chì (tương ứng khoảng 1g/L ACP). Tiến hành khuấy<br /> trộn trong 30 phút và lấy mẫu M2. Sau đó để lắng trong 60<br /> phút và lấy mẫu M3.<br /> Tiếp theo xả khoảng 80% lượng nước mặt sau lắng vào<br /> thùng trộn. Chạy mô-đun lọc trong 15 phút và lấy mẫu M4.<br /> Mở van dẫn qua mô-đun tuyển nổi, chạy cùng lúc 2 môđun lọc + tuyển nổi. Sau 15 phút, tắt bơm, lấy mẫu M5 và<br /> kết thúc quá trình xử lý.<br /> <br /> Độ đục (NTU)<br /> <br /> 80<br /> <br /> 7,1<br /> <br /> 0,21<br /> <br /> 0,24<br /> <br /> 0,22<br /> <br /> 0,22<br /> <br /> < 0,001<br /> <br /> M1<br /> <br /> 7,1<br /> <br /> 0,34<br /> <br /> 0,37<br /> <br /> 0,28<br /> <br /> 0,33<br /> <br /> 1,27<br /> <br /> M2<br /> <br /> 7,1<br /> <br /> 101,2<br /> <br /> 102,5<br /> <br /> 100,7<br /> <br /> 101,47<br /> <br /> 0,393<br /> <br /> ,1.2<br /> <br /> M3<br /> <br /> 7,1<br /> <br /> 21<br /> <br /> 21,7<br /> <br /> 21,4<br /> <br /> 21,37<br /> <br /> 0,372<br /> <br /> ,1.0<br /> <br /> M4<br /> <br /> 7,1<br /> <br /> 4,78<br /> <br /> 4,64<br /> <br /> 5,15<br /> <br /> 4,86<br /> <br /> 0,058<br /> <br /> M5<br /> <br /> 7,1<br /> <br /> 2,22<br /> <br /> 2,03<br /> <br /> 2,36<br /> <br /> 2,2<br /> <br /> 0,007<br /> <br /> ,0.4<br /> <br /> 20<br /> <br /> ,0.2<br /> <br /> 0<br /> <br /> ,0.0<br /> M0<br /> <br /> M1<br /> <br /> M2<br /> M3<br /> M4<br /> Mẫu thí nghiệm<br /> <br /> M0<br /> <br /> Chì<br /> (mg/L)<br /> <br /> Trung<br /> bình<br /> <br /> ,0.6<br /> <br /> 40<br /> <br /> pH<br /> <br /> Lần 3<br /> <br /> ,0.8<br /> <br /> 60<br /> <br /> Độ đục (NTU)<br /> Mẫu<br /> <br /> Lần 2<br /> <br /> Nồng độ Pb2+ (mg/L)<br /> ,1.4<br /> <br /> 100<br /> <br /> Bảng 3. Kết quả đo pH, độ đục và ion Pb2+ của các mẫu<br /> <br /> Lần 1<br /> <br /> Nồng độ Pb2+ (mg/L)<br /> <br /> 120<br /> <br /> Độ đục (NTU)<br /> <br /> Nhận xét: Với nồng độ ion Pb2+ ban đầu 1,27mg/L,<br /> nồng độ sau xử lý giảm mạnh xuống còn 0,007 mg/L, tức<br /> đạt hiệu suất xấp xỉ 99%. Độ đục cũng giảm khá mạnh từ<br /> 101,47NTU xuống còn 2,2NTU, đạt hiệu suất 97,8%.<br /> Như vậy, mô hình pilot được thực hiện với 1 mẻ nước<br /> nhiễm chì có nồng độ 1,27mg/L trong thời gian xử lý 2<br /> tiếng. Để quá trình diễn ra liên tục thì trong lúc chạy môđun lọc, tại thùng khuấy bổ sung mẻ nước nhiễm chì và tiến<br /> hành khuấy. Nghĩa là trong khi lọc và tuyển nổi mẻ thứ<br /> nhất thì bắt đầu khuấy trộn và lắng mẻ thứ 2.<br /> Qua đó có thể thấy, thời gian khuấy trộn và hấp phụ sẽ<br /> cố định. Còn thời gian lắng, thời gian lọc, và lọc + tuyển<br /> nổi có thể dễ dàng điều chỉnh cho linh động. Căn cứ theo<br /> kết quả đo độ đục của các mẫu trong bảng 3, trong tương<br /> lai, tác giả sẽ đề xuất một số giải pháp giúp tăng hiệu quả<br /> xử lý như cải tiến mô-đun lọc, tuyển nổi để rút ngắn thời<br /> gian lắng, đồng thời nghiên cứu đánh giá và tối ưu lượng<br /> ACP được sử dụng cho mô hình liên tục.<br /> <br /> M5<br /> <br /> Hình 7. Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý của mô hình qua các<br /> giai đoạn<br /> <br /> 4. Kết luận<br /> Nghiên cứu đề xuất đã chứng tỏ được rằng, bằng cách<br /> sử dụng than hoạt tính dạng bột được thêm vào ở nồng độ<br /> phù hợp, thì hiệu suất hấp phụ ion chì trong nước có thể<br /> xấp xỉ 99% trong thời gian 30 phút.<br /> Mô hình tuyển nổi liên tục bao gồm 3 mô-đun hấp<br /> phụ kết hợp lắng, mô-đun lọc và mô-đun tuyển nổi có<br /> hiệu quả cao trong việc loại bỏ lượng than sau hấp phụ<br /> khỏi nước.<br /> Trong tương lai nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến<br /> các mô-đun, hoàn thiện mô hình và tối ưu thời gian xử lý<br /> để áp dụng vào việc xử lý nước thải công nghiệp ở quy mô<br /> lớn hơn.<br /> <br /> Trong đó:<br /> Mẫu M0: Mẫu nước sạch<br /> Mẫu M1: Mẫu nước nhiễm chì<br /> Mẫu M2: Sau hấp phụ + khuấy<br /> Mẫu M3: Sau lắng<br /> Mẫu M4: Sau lọc<br /> Mẫu M5: Sau lọc + tuyển nổi<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1] Le Thi Xuan Thuy, Mikito Yasuzawa and Tomoki Yabutani, “Study<br /> of Multielemental Adsorption on Activated Carbon”, International<br /> Journal of Modern Physics: Conference Series, 2011.<br /> [2] Lê Thị Xuân Thùy, Lê Phước Cường, “Nghiên cứu cải tiến kỹ thuật<br /> tuyển nổi sử dụng axit gamma-polyglutamic để tách loại than hoạt<br /> tính và ion chì trong nước”, Tạp chí KHCN, Đại học Đà Nẵng, 12<br /> (73), 2013, p. 59-65.<br /> [3] Lê Thị Xuân Thùy, Lê Phước Cường, Nguyễn Ngọc Huy, “Khảo sát<br /> hiện trạng và đề xuất mô hình xử lý nước nhiễm kim loại nặng tại<br /> khu vực hồ Nam Sân Bay, thành phố Đà Nẵng”, Tạp chí KHCN, Đại<br /> học Đà Nẵng, 3 (100), 2016, p. 136-142.<br /> [4] Le Thi Xuan Thuy, Le Phuoc Cuong, Lam Duy Thong, “Recovery<br /> of Activated Carbon Powder from Aqueous Solution in the Flotation<br /> Method By Using Pine Oil”, International Journal of Advanced<br /> Research in Chemical Science (IJARCS), Vol.2 (9), 2015, p. 32-40.<br /> <br /> (BBT nhận bài: 24/12/2016, hoàn tất thủ tục phản biện: 28/02/2017)<br /> <br />