BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI Bài : GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH HẤP PHỤ I Mục đích thí nghiệm:     Giúp sinh viên làm quen với phương pháp hấp phụ xử lý nước thải Đánh giá khả hấp phụ phẩm màu than hoạt tính Xây dựng đường cân hấp phụ phẩm nhuộm than hoạt tính Xác định hiệu xử lý trình hấp phụ bậc nhiều bậc II Cơ sở lý thuyết: 2.1 Lý thuyết: Phương pháp hấp phụ áp dụng rộng rãi để làm nước thải khỏi chất hữu hoà tan sau xử lý phương pháp sinh học nồng độ chúng không cao chúng khơng bị phân huỷ sinh học, có tính chất độc hại Ưu điểm phương pháp hiệu cao (80-95%), có khả xử lý nước thải chứa vài chất ô nhiễm khả thu hồi chất Những chất hấp phụ là: than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả trao đổi ion, cacbon sunphua, than nâu, than cốc…Để hấp phụ chất bẩn hữu cơ, phải dùng vật liệu xốp (than hoạt tính, chất tổng hợp) Khi nước thải chứa hỗn hợp chất bẩn hòa tan dạng phân tử dạng chất tạo mixen lớn nên xử lý bơng cặn tươi hydroxit nhôm sắt Than hoạt tính chất hấp phụ thơng dụng Than dùng để xử lý nước thải cơng nghiệp phải có tính chất đặc biệt so với loại than dùng để hấp phụ khí hay dung mơi Than hoạt tính phải xốp, có độ rỗng lớn để bề mặt hút phân tử chất bẩn hữu tổng hợp, phải có khả chống mài mòn dễ thấm ướt nước Tuỳ thuộc vào phương thức sử dụng, than hoạt tính phải có thành phần cấp phối hạt định Than để xử lý nước thải nên có hoạt tính xúc tác nhỏ phản ứng oxy hoá, ngưng tụ khơng làm sản phẩm thu hồi Q trình hấp phụ tiến hành bậc hay nhiều bậc Hấp phụ bậc ứng dụng giá rẻ chất thải sản xuất Quá trình hấp phụ nhiều bậc thu hiệu cao 2.2 Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Tái sinh chất hấp phụ giai đoạn quan trọng trình hấp phụ Các chất bị hấp phụ tách khỏi than hoạt tính q trình nhả nhờ nước bão hồ hay q nhiệt Để tái sinh than hoạt tính, sử dụng phương pháp trích ly chất hữu có nhiệt độ sơi thấp dễ chưng nước metanol, bezen, toluen, dicloenol Khi chất hấp phụ khơng phải sản phẩm q, người ta khơng cần thu hồi, đồng thời với hồn ngun than, người ta phải khử ln chất Do vậy, tái sinh than cách biến đổi hoá học thành chất khác dễ tách từ chất hấp phụ phá vỡ cấu trúc chúng tác nhân hoá học phương pháp nhiệt 2.3 Cân cho trình hấp phụ: 2.3.1Quá trình hấp phụ mơ tả theo biểu thức thực nghiệm Freundlich: Ccb= K.qn Trong đó: q: độ hấp phụ cân bằng, q = V(Cd – Ccb)/ M V: thể tích dung dịch, lit, Cd: nồng dung dịch ban đầu, g/l, Ccb: nồng độ cân bằng,g/l; M: lượng chất hấp phụ sử dụng,g Ta dễ dàng xác định số phương trình cách chuyển dạng tuyến tính sau: lgCcb = lgK + nlgq Kỹ thuật hấp phụ: Dung dịch chất hấp phụ khuấy trộn thời gian thích hợp Sau đó, hỗn hợp lọc để tách chất hấp phụ rắn dung dịch khỏi dung dịch Loại chất hấp phụ sử dụng phụ thuộc vào dung dịch cần xử lý, thường có kích thước mịn Thời gian để chất phụ dung dịch đạt cân chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, kích thước hạt rắn, độ nhớt chất lỏng cường độ khuấy trộn Dựa đồ thị đường cân đẳng nhiệt hấp phụ, xác định tỷ số hấp phụ cho vào dung dịch ứng với biến đổi nồng độ cho trước 2.3.2 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Tiền đề xây dựng lý thuyết: - Bề mặt chất hấp phụ đồng lượng - Trên bề mặt chất rắn chia vùng nhỏ, tâm hoạt động vùng tiếp nhận phân tử chất bị hấp phụ Trong trạng thái bị hấp phụ phân tử bề mặt chất rắn không tương tác với - Quá trình hấp phụ động, tức trình hấp phụ giải hấp phụ có tốc độ trạng thái cân đạt Tốc độ hấp phụ tỉ lệ với vùng chưa bị chiếm chỗ ( tâm hấp phụ ), tốc độ giải hấp phụ tỉ lệ thuận với tâm bị chất hấp phụ chiếm chỗ Tốc độ hấp phụ giải hấp phụ rd tính: = ( n-ni ).ka C rb = ni.kd n: số tâm tổng, ni số tâm bị chiếm chỗ ka , kb số tốc độ hấp phụ giải hấp phụ Khi đạt trạng thái cân = rd , đặt K = ta có ni = n Vì tâm chứa phân tử bị hấp phụ nên n, ni coi nồng độ chất bị hấp phụ tối đa ni nồng độ chất bị hấp phụ trạng thái cân với C chất hấp phụ q = qm Biểu thức gọi phương trình Langmuir Với phương pháp đồ thị biểu thức viết thành: = + Hoặc : = + Phương trình có dạng phương trình đường thẳng y = a.x + b, từ số liệu thực nghiệm yi, xi mà ta có a hệ số góc phương trình đường thẳng, b đoạn cắt trục tung , từ ta rút K qm 2.4 Quá trình hấp phụ bậc: Quá trình hấp phụ bậc thực thiết bị khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián đoạn Các đại lượng đặt trưng cho trình hấp phụ xác định theo cơng thức sau: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI V (Cđ − Ccb ) q= M GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Trong đó: q: đại lượng hấp phụ, g chất nhiễm/g chất hấp phụ; V:thể tích chất nhiễm thiết bị hấp phụ, m3; Cd: nồng độ chất ô nhiễm nước ban đầu, g/l; Cc: nồng độ chất ô nhiễm sau hấp phụ, g chất ô nhiễm/l nước; M: lượng chất hấp phụ ,g; Hệ số phân phối chất ô nhiễm pha: k = q/Cc 2.5 Quá trình hấp phụ nhiều bậc: Quá trình hấp phụ nhiều bậc thực hệ thống thiết bị khuấy trộn mắc nối tiếp vận hành liên tục V  Co K  Cc  n m = than − 1vào , g bậc tính theo cơng thức: Lượng cho  Trong đó: Co: nồng độ chất ô nhiễm ban đầu;g/l; CC :nồng độ chất ô nhiễm sau hấp phụ, g/l; k: hệ sồ phân bố pha; m: lượng chất hấp phụ,g; n: số bậc hấp phụ hệ thống; i  V  Ci =  V: thể tích C o ,nước g / lit ô nhiễm thiết bị, m3  V + km  Nồng độ chất ô nhiễm bậc lý thuyết tính theo cơng thức sau: Trong đó: Co: nồng độ chất nhiễm nước ban đầu, g/l; Ci : nồng độ chất ô nhiễm sau trình hấp phụ bậc thứ i, g/l: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH k: hệ số phân bố chất ô nhiễm pha; m: lượng chất hấp phụ, g; V: thể tích nước thiết bị hấp phụ,m3 2.6 Định luật hấp thu Lambert- Beer: Chiếu xạ đơn sắc λ có cường độ I0 qua dung dịch chứa cấu tử khảo sát có nồng độ C, bề dày dung dịch b Độ hấp thu tỷ lệ với bề dày dung dịch tỷ lệ với nồng độ cấu tử khảo sát dung dịch: A= kbC Độ hấp thu mẫu nằm khoảng 0,2-0,8 cho sai số phếp đo nhỏ III Mơ hình thí nghiệm: 3.1 Mơ hình thí nghiệm: 3.1.1 Q trình hấp phụ bậc: Thực thí nghiệm khảo sát q trình hấp phụ bậc mơ hình thiết bị khuấy trộn hồn tồn vận hành gián đoạn Mơ hình thực nghiệm bình khuấy dung tích 1000ml 3.1.2 Quá trình hấp phụ nhiều bậc: Thực thí nghiệm khảo sát q trình hấp phụ nhiều bậc mơ hình mơ dãy thiết bị khuấy trộn mắc nối tiếp hoạt động liên tục Mơ hình thực nghiệm dãy hai bình hấp phụ, thể tích chứa bình 1000 ml, có gắn cấu khuấy mắc nối tiếp Để mơ q trình hoạt động liên tục, nước thải lưu mổi bình khuấy trộn với thời gian nhau, sau hấp phụ bình thứ nhất, nước thải lọc đổ vào bình thứ hai 3.2 Các bước vận hành thí nghiệm: - Khố van xả bình khuấy - Khố van bình khuấy Bắt đầu thí nghiệm sau thí nghiệm xong, tiến hành vệ sinh hệ thống: đổ đầy nước vào bình, bật ON/OFF, chỉnh vận tốc khuấy, bật công tắc khuấy bình; mở van xả B5; mở lần lược van nối từ B1→B2→ B3→B3→B5 thực lập lại BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH khâu cuối mở tất van xả bình thay mở van nối Lấy mẫu pipet vị trí ½ chiều cao mực nước bình MÔ HÌNH HẤP PHỤ MỘT BẬC VÀ NHIỀU BẬC Nước vào KHUẤY ON/OFF B2 B1 K1 BƠM Vận tốc khuấy V12 V1 K3 K4 B3 V23 V2 B4 V 34 V3 B5 V 45 IV Thực thí nghiệm: 4.1 Thí nghiệm 1: Xác định quan hệ nồng độ màu độ hấp thu V4 Nguyên tắc: đo độ hấp thu dung dịch có nồng độ phẩm nhuộm khác Nước thaûi nhau, dựng đường thẳng quan hệ hai nồng độ (C) độ hấp thu (D) Xác định hàm tuyến tính (C) theo (D) Đo độ hấp thu với bước sóng λ = 860nm V5 4.2 Thí nghiệm : Quá trình hấp phụ bậc Nguyên tắc: xác định biến thiên nồng độ phẩm nhuộm lại dung dịch theo thời gian tỷ lệ than phẩm nhuộm khác - Thực hiện: + Cho 0.2g thuốc nhuộm vào 10l nước, cho vào bình khuấy + Đổ than với khối lượng 0, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5 vào bình khuấy, bắt đầu tính thời gian hấp phụ + Sau thới gian xác định, dùng pipet lấy khoảng 15 ml dung dịch đêm lọc đo độ hấp thụ mẫu nước bước sóng λ = 860 nm, máy quang trắc 4.3 Thí nghiệm : Hấp phụ nhiều bậc Ngun tắc: thực thí nghiệm mơ hình hấp phụ bậc mơ qúa trình hấp phụ liên tục BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Từ lượng than xác định thích hợp q trình hấp phụ bậc thí nghiệm 2, ta xác định lượng than cho vào bậc trình xác định hấp phụ nhiều bậc sau: M1 = M2 = M/2, g Để mơ q trình liên tục, ta thực thí nghiệm với thời gian lưu bậc Từ thời gian thích hợp xác định q trình hấp phụ bậc thí nghiệm, ta xác định thời gian lưu nước bậc trình hấp phụ nhiều bậc sau: t1 = t2 = t, s -Thực hiện: Bậc 1: - Lấy bơng gịn bịt chặt lỗ hai bình khuấy B4, B5; - Cân lượng than cho bình; - Pha dung dịch thuốc nhuộm có nồng độ xác định vào bình khuấy B5; - Bật máy khuấy tốc độ 70v/phút, bắt đầu tính thời gian; - Sau thời gian hấp phụ cần thiết, tháo dung dịch, đem lọc đồng thời phễu lọc lớn - Dùng pipet, hút khoảng 15 ml nước đem đo độ hấp phụ bước sóng 860nm Bậc 2: - Phần nước sau lọc cịn lại đổ vào bình khuấy B4; - Cho lượng than thứ hai vào bình khuấy, bật máy khuấy, bắt đầu tính thời gian - Sau khoảng thời gian hấp phụ cần thiết, dùng pipet lấy khoảng 15 ml nước đem lọc đo độ hấp phụ 4.4 Kết thơ: 4.4.1 Thí nghiệm 1: xác định quan hệ nồng độ màu độ hấp phụ: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI Nồng độ chất ô nhiễm C (g/l) Độ hấp thu A 0.000 0,000 GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH 0.002 0.004 0.005 0,005 0,007 0,01 0.01 0.02 0,014 0,029 4.4.2 Thí nghiệm 2: trình hấp phụ bậc Khối lượng than STT Thời gian (p) M1=0.2g M2=0.5g M3=1.0g M4=1.5g Độ hấp thu Độ hấp thu Độ hấp thu Độ hấp thu 0,014 0,014 0,033 0,02 0,042 0,067 0,04 0,03 10 0,023 0,05 0,018 0,028 15 0,034 0,05 0,034 0,066 30 0,026 0,009 0,011 0,012 60 0,101 0,009 0,032 0,005 90 0,006 0,022 0,018 0,006 120 0,006 0,014 0,027 0,011 4.3.3 Thí nghiệm 3: hấp phụ nhiều bậc (2 bậc): Lượng than chia làm phần m1= m2 = m/2 = 0.75 g - Thời gian lưu nước 60 phút - Độ hấp phụ bậc : 0.003 - Độ hấp phụ bậc : 0.006 V.Kết : 5.1 Thí nghiệm :Xác định mối quan hệ nồng độ thuốc nhuộm độ hấp thu Nồng độ chất ô nhiễm C (g/l) Độ hấp thu A 0.000 0,000 0.002 0.004 0.005 0,005 0,007 0,01 0.01 0.02 0,014 0,029 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Đồ thị biểu diễn mối quan hệ nồng độ thuốc nhuộm độ hấp phụ 5.2 Thí nghiệm : Hấp phụ bậc Khối lượng than STT Thời gian (p) M1=0.2g M2=0.5g M3=1.0g M4=1.5g Độ hấp thu Độ hấp thu Độ hấp thu Độ hấp thu 0,014 0,014 0,033 0,02 0,042 0,067 0,04 0,03 10 0,023 0,05 0,018 0,028 15 0,034 0,05 0,034 0,066 30 0,026 0,009 0,011 0,012 60 0,101 0,009 0,032 0,005 90 0,006 0,022 0,018 0,006 120 0,006 0,014 0,027 0,011 Dựa vào phương trình đường chuẩn: C = 0.717 A - 0.000 Nồng độ chất ô nhiễm nước thải tính theo bảng sau: M1=0.2g M2=0.5g M3=1.0g M4=1.5g A C(g/l) A C(g/l) A C(g/l) 0,014 0.0200 0,014 0.0200 0,033 0.0200 0,02 0.0200 0,042 0.03 0,067 0.048 0,04 0.0287 0,03 0.0215 0,023 0.0165 0,05 0.035 0,018 0.013 0,028 0.02 0,034 0.0243 0,05 0.035 0,034 0.0244 0,066 0.0473 0,026 0.0186 0,009 0.0065 0,011 0.0078 0,012 0.0086 0,101 0.0724 0,009 0.0065 0,032 0.023 0,005 0.0035 0,006 0.0043 0,022 0.0157 0,018 0.013 0,006 0.0043 A C(g/l) BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI 0,006 0.0043 0,014 0.01 GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH 0,027 0.0194 0,011 0.0078 Dựa vào số liệu vừa tính ta có: Khối lượng than hoạt tính (g) Hàm lượng cân chất bị hấp phụ dung dịch ( Ce), g/l 0.0 0.0200 0.2 0.0043 0.5 0.0065 1.0 0.0078 1.5 0.0035 Xác định số liệu cần thiết để vẽ hệ số đẳng nhiệt tính hệ số phân phối nhiễm Hàm lượng chất bị hấp phụ m, gam x/m , mg/g Ce/( x/m ) 0.0 - - k Co Ce Co – C e 0.02 0.020 0 0.02 0.004 0.0157 0.2 0.157 0.0274 36.5 0.02 0.006 0.0135 0.5 0.054 0.1203 8.3125 0.02 0.007 0.0122 1.0 0.0244 0.32 3.125 0.02 0.003 0.0165 1.5 0.022 0.16 6.25 Trong đó: 10 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH  Nguyên nhân sai số: _ Do điều chỉnh pH, không khuấy cho acid/bazo _ Kết trước đưa vào thiết bị khuấy Jartest hay vỡ đưa vào khuấy nhanh _ Máy đo pH có kết sai, pH dung dịch thay đổi có phản ứng xảy _ Sai số dụng cụ TN _ Sai số trình khuấy trộn, thời gian lắng, cặn lắng bị _ Mẫu so màu cịn có cặn trình lấy mẫu V Tài liệu tham khảo Standard methods for examination of water and wastewater 19th edition 1995 Clair N Sawyer, Perry L McCarty, Gene F Parkin: Chemistry for environmental engineering McGraw- Hill International Edition, four edition Trịnh Xuân Lai, Cấp nước – Tập 2: xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt công nghiệp NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 Khoa Môi Trường – ĐHSPKT TP.HCM, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm xử lý chất thải Bài : BÙN HOẠT TÍNH I Mục đích thí nghiệm: 22 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH  Làm quen với phương pháp sinh học hiếu khí  Nghiên cứu hiệu xử lý nước thải phương pháp bùn hoạt tính  Xác định thơng số động học cho trình thiết kế II Cơ sở lý thuyết: - Mục đích q trình sinh học nước thải: + Chuyển hố chất hồ tan chất dễ phân huỷ sinh học thành sản phẩm cuối chấp nhận + Hấp phụ kết tụ cặn lơ lửng chất keo không lắng thành sinh học hay màng sinh học + Chuyển hoá /khử chất dinh dưỡng (như nitơ, photpho) + Trong số trường hợp, khử hợp chất thành phần hữu dạng vết - Vai trò vi sinh vật xử lý nước thải khử chất hoà tan, CBOD ổn định hợp chất hữu nước thải Chúng oxy hoá chất hoà tan hợp chất hữu chứa carbon thành sản phẩm đơn giản tăng sinh khối - Q trình oxy hố sinh học hiếu khí q trình xử lý sinh học thực vi sinh vật điều kiện cung cấp đủ oxy Những tượng xảy q trình oxy hố sinh học là: + Tổng hợp tế bào + Duy trì hoạt động sống tế bào + Sinh trưởng, sinh sản, tích lũy chất dinh dưỡng, tiết sản phẩm Ngồi ra, cịn có trình tự phân huỷ thành phần thể vi sinh vật kèm theo giải phóng lượng Các q trình oxy hố phân huỷ kèm theo giải phóng lượng cần thiết cho hoạt động sống cịn gọi q trình trao đổi lượng Ơ tế bào sinh vật, số lượng chất dự trữ thường nhỏ Vì thế, chúng phải sử dụng chủ yếu chất hấp thu từ môi trường xung quanh - Cơ chế phản ứng trình bày theo sơ đồ sau: Chất hữu + O2 + NH3 → tế bào + CO2 + H2O Tế bào + O2 → CO2 + H2O + NH3 - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phân huỷ sinh học: nhiệt độ, pH, dinh dưỡng, độ mặn, ion, chất độc, DO… 23 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH 2.1 Cơ chế trình khử BOD: Hiệu khử BOD phụ thuộc vào thành phần tính chất nước thải, chế trình, bao gồm: - Khử chất keo q trình hấp phụ sinh hố bề mặt bùn - Loại chất lơ lững kết bám bơng bùn nhờ q trình lắng trọng lực - Chuyển hoá hợp chất hữu thành lượng dự trữ sinh khối tế bào Quá trình khử BOD thực có tương tác bùn chất thải 2.2 Xác định thông số động học: Tốc độ tăng trưởng tế bào vi sinh biểu diễn theo công thức: - Tại pha log: rt =dX /dt = KX Trong X: nồng độ bùn hoạt tính K: tốc độ tăng trưởng bùn t: thời gian thổi khí S µ = µm rt: tốc độ tăng trưởng vi khuẩn Ks + S - Trong trường hợp ni cấy theo mẻ, áp dụng theo phương trình Monod, ta có: Trong µ: tốc độ tăng trưởng riêng ,l/s µm : tốc độ tăg trưởng riêng cực đại,l/s S: nồng độ chất thải nước thải K: số bán tốc độ - Do trình xử lý, phần chất hữu bị oxy hoá thành tế bào mới, phần bị oxy hoá thành chất hữu chất vô ổn định Vì vậy, thiết lập quan hệ tốc độ tăng trưởng lượng chất sử dụng Các thơng số Y, kd, µm, k, Ks xác định theo phương trình sau: 24 BÁO CÁO X θTHÍ NGHIỆM K 1XỬ LÝ CHẤT THẢI U = S0 − S = + k S k s GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH r = −Y SU − k d = YU − kd θc X Trong X0: hàm lượng bùn bể aerotank ( MLVSS) ,mg/l θc: thời gian lưu bùn, ngày S0: hàm lượng BOD đầu vào, mg/l S: hàm lượng BOD đầu ra,mg/l rsu : tốc độ sử dụng chất, mg/l.ngày Y: hệ số sản lượng tế bào, mg/mg θ: thời gian lưu nước, ngày U: tốc độ sử dụng BOD 2.3 Vi sinh vật diện bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính định nghĩa vi sinh vật có khả tiếp xúc phân hủy chất hữu bao gồm: nấm, vi khuẩn, protozoa, rotifer Trong đó, hàm lượng vi khuẩn chiếm 95% sinh khối bùn hoạt tính III Thực thí nghiệm: máy sục khí 3.1 Mơ hình thí nghiệm: - Mơ hình thí nghiệm thực beaker 500ml, cốc có đầu phân phối Mô Hình Thí Nghiệm Bùn Hoạt Tính khí nhờ bơm cơng suất nhỏ Bùn nuôi cấy từ trước - Mẫu nước thải: có sẵn 3.2 Thực thí nghiệm: - Xác định hàm lượng SS, COD, pH nước thải 25 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH - Chuẩn bị bể dung tích hai lít, cho vào mỗI bể lượng bùn định tính trươc cho SS bể là: 500 mg/l; 1000 mg/l; 2000 mg/l; 3000 mg/l (bùn ban đầu khoảng 10.000 mg/l) - Cho nước thải vào bể cho COD bể - Thổi khí đảm bảo DO > - Lấy mẫu thời điểm: phút, 30 phút, 60 phút, 120 phút, 180 phút, ngày - Mẫu sau lấy cần xác định tiêu: COD, pH, SS 3.3 Xác định COD Để xác định COD mẫu nước cần chuẩn bị ống nghiệm thực theo trình tự sau: - Cho vào ống nghiệm 1: ml mẫu, 3ml dung dịch K 2Cr2O7 0,1N ml H2SO4, lưu ý phản ứng xảy mạnh nên cần cho acid cẩn thận, chảy dọc theo thành ống nghiệm Sau lắc mẫu thật - Tương tự, cho vào ống nghiệm giống bao gồm: ml nước cất, ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N ml H2SO4 lắc - Cho ống nghiệm 1, vào tủ sấy, nung nhiệt độ 150 0C vòng Riêng ống để nhiệt độ phòng - Sau nung, để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ erlen, thêm giọt thị ferroin định phân FAS 0,1N Kết thúc phản ứng dung dịch chuyển từ màu xanh lục sang màu đỏ Định phân đồng thời mẫu nước, ghi lại thể tích FAS mẫu Trong mẫu định phân để xác định lại nồng độ FAS - Cơng thức tính: + Thể tích FAS dùng cho mẫu nước cần phân tích (ml): V1 + Thể tích FAS dùng cho mẫu nước cất có đun (ml): V2 (V2 − V1 ) * *1000 * C N COD = tích + Thể FAS dùng cho mẫu nước cất không đun (ml): V3 Vm 3.4 Xác định SS: 26 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Mẫu Phần lọc Sấy 1050C Lọc mẫu Bình hút ẩm(15 phút) (P2 − P1 ) * 10 IV Kết quả: 4.1 Mẫu nước Cân giấy lọc ( P2 g) Vmaãu (ml ) thải ban đầu: pH = 7,43 COD = 268,8 (mg/l) Hàm lượng cặn lơ lửng SS :0,83 ( mg/l) Với: Khối lượng giấy trước nung m1 = 0,1307 ( g) Khối lượng giấy sau nung m1 = 0,1390 (g) 4.1 Mẫu nước thải sau cho bùn vào: Time (phút) 60 120 180 240 Hàm lượng bùn(mg/l) FAS (ml) COD (mg/l) 3000 4000 3000 4000 3000 4000 3000 4000 0,4 0,38 0,25 0,2 0,4 0,1 0,5 0,2 739,2 752,64 840 873,6 739,2 940,8 672 873,6 KL giấy trước nung ( g) 0,1284 0,1304 0,1268 0,1290 0,1322 0,1340 0,1616 0,1186 27 KL giấy sau nung (g) 0,1432 0,1673 0.1609 0,1747 0,1634 0,1892 0.1956 0,1588 SS (mg/l ) 1,48 3,69 3,41 4,57 3,12 5,52 3,4 4,02 pH 5,69 5,19 5,8 5,22 5.98 5,26 6,2 5,32 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI 3000 4000 Cả ngày 0,45 0,25 705,6 840 GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH 0,1178 0,1170 0,1597 0,2084 4,19 9,14 6,66 5,55  Kết thí nghiệm cho ta thấy mẫu nước thải sau cho bùn hoạt tính vào nhu cầu oxy hóa tăng theo thời gian chứng tỏ khả xử lý nước thải vi sinh vật tăng theo thời gian V Tài liệu tham khảo Standard methods for examination of water and wastewater 19th edition 1995 Clair N Sawyer, Perry L McCarty, Gene F Parkin: Chemistry for environmental engineering McGraw- Hill International Edition, four edition Khoa Môi Trường – ĐHSPKT TP.HCM, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm xử lý chất thải Bài : BÙN HOẠT TÍNH I Mục đích thí nghiệm:  Làm quen với phương pháp oxy hóa Fenton xử lý nước thải  Xác định hiệu trình oxi hóa phương pháp Fenton  Ứng dụng cho trình xử lý nước thải dệt nhuộm II Cơ sở lý thuyết: Trong vòng hai thập kỷ qua, thành tựu quan trọng có ý nghĩa lĩnh vực xử lý nước thải phát triển ngoạn mục cơng trình nghiên cứu ứng dụng q trình oxi hóa nâng cao ( Advanced Oxidation Processes – AOPs) Năm 1984, tạp chí Hội hóa học Mỹ cơng bố cơng trình nghiên cứu J.H Fenton, ơng quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic hydrogen peoxit gia tăng mạnh có mặt ion sắt Sau đó, tổ hợp H2O2 với muối Fe+2 sử dụng làm tác nhân oxi hóa hiệu cho nhiều đối tượng rộng rãi chất hữu mang tên “tác nhân Fenton” 2.1 Quá trình Fenton đồng thể: Hệ tác nhân Fenton hỗn hợp gồm ion sắt hóa trị ( thông thường dùng muối FeSO4) hydrogen peoxit, chúng tác dụng mạnh với sinh gốc tự 28 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH hydroxyl *OH, Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ Những ion Fe2+ tái sinh nhờ phản ứng Fe3+ H2O2 dư theo phương trình phản ứng sau: Fe2+ + H2O2 Fe3+ + *HO + OH- (1) Fe3+ + H2O2 Fe2+ + *HO2 + H+ (2) Sự oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ gốc tự *HO theo phương trình (1) xảy nhanh, xem khởi đầu phản ứng Fenton, đó, phản ứng (2) xem khởi đầu phản ứng Fenton biến thể tạo Fe2+ để sau tiếp tục xảy phản ứng tạo gốc hydroxyl *HO Vì vậy, đường Fenton Fenton biến thể kiểu Gốc tự *HO sinh có khả phản ứng với Fe2+ H2O2 theo phản ứng sau, đặc biệt có khả phản ứng với nhiều chất hữu tạo thành gốc hữu có khả phản ứng cao: *HO + Fe2+ OH- + Fe3+ *HO + H2O2 *HO + RH H2O + *HO2 *R + H2O (3) (4) (5) Các gốc hữu *R oxy hóa Fe2+ theo phương trình (10), khử Fe3+ theo phương trình (11): 29 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH *R + Fe2+ Fe3+ + *RH (6) *R + Fe3+ Fe2+ + “sản phẩm” (7) “sản phẩm” (8) *R + *R Gốc *HO2 tác dụng trở lại với Fe2+ Fe3+ theo kiểu sau: *HO2 + Fe2+ HO2- + Fe3+ (9) *HO2 + Fe3+ H+ + O2 + Fe3+ (10) Phương trình Fenton có dạng: H2O2 + Fe2+ + RH H2O + CO2 + Fe3+ (11) 2.2 Quá trình Fenton dị thể: Nhược điểm quan trọng trình Fenton đồng thể phải thực pH thấp,sau phản ứng phải nâng pH>7 để tách ion Fe3+ khỏi nước thải sau sử lý dung dịch vôi kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau phải qua thiết bị lắng lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo lượng bùn thải chứa nhiều sắt Vì vậy, để khác phục nhược điểm trên, nguồn sắt sử dụng làm chất xúc tác thay quặng sắt( Goethite, α-FeOOH), cát có chứa sắt sắt chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/Than hoạt tính, Fe/Zeolite…… 30 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Q trình oxy hóa dị thể hệ H2O2/FeOOH có nhiều ưu ứng dụng thực tế hiệu hệ Fenton đồng thể khắc phục nhược điểm trình Fenton đồng thể Cũng sử dụng oxy sắt khác lepidocrocite (γFeOOH), hematite (α-Fe2O3), limonite ( FeO(OH).nH2O… nhiên tốt số chỏ có Goethite Goethite khống sản có sẵn thiên nhiên, Goethite thu cách tổng hợp từ ferric nitrat kali hydroxit nhiệt độ cao III.Thực thí nghiệm: 3.1 Khảo sát tỉ lệ H2O2 phèn sắt sử dụng: Lấy nước thải cho vào cốc 100ml Thêm phèn sắt II sulfate (dạng FeSO4.7H2O) với liều lượng khác Thêm từ từ H2O2 (50%) vào mẫu cho tỉ lệ H2O2/Fe 1/10, 1/5, 1/2, 1/1 Lượng H2O2 cho vào 0,05 ml, 0,1 ml, 0,15 ml Chỉnh pH đến 3,5 Để yên cho phản ứng oxy hóa xảy vịng Sau đem nâng pH lên 7-8 NaOH, thêm polymer anion (khoảng giọt), khuấy nhẹ Lắng khoảng nửa Lấy phần nước bên đo tiêu độ màu 3.2 Khảo sát hiệu phản ứng có mặt chất xúc tác Mn2+: Cho lượng phèn sắt H2O2 tối ưu theo thí nghiệm Thêm Mn vào theo liều lượng khác cho tỉ lệ H2O2/Mn 1/10, 1/5, 1/2 Khuấy 31 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Chỉnh pH đến 3,5 Để n cho phản ứng oxy hóa xảy vịng Sau đem nâng pH lên 7-8 NaOH, thêm polymer anion (1 giọt) , khuấy nhẹ Lắng khoảng nửa Lấy phần nước bên đo tiêu độ màu, COD IV.Kết thí nghiệm: Thơng số ban đầu pH = 6,96 Độ màu = 101 PtCo Thể tích FAS chuẩn độ mẫu trắng đun = 1,5 ml Thể tích FAS chuẩn độ mẫu trắng khơng đun = 1,4 ml Thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước thải = 0,4 ml COD = 739,2 mg/l  COD tính theo cơng thức sau: COD = (Vđ - Vm ) × × 1000 × C N Vmẫu Trong đó: Vođ: Thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất không đun, ml V đ: Thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất có đun, ml Vm: Thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cần phân tích, ml 32 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH CN: nồng độ đương lượng FAS CN = 3×0,1/Vođ = 3×0,1/1,4 = 0,21 mol/ml Vmẫu : thể tích dung dịch mẫu, ml Thí nghiệm 1: Khảo sát tỉ lệ H2O2 phèn sắt sử dụng Lượng H2O2 = 0,05 ml Tỉ lệ H2O2/Fe 1/10 1/5 1/2 1/1 Lượng FeSO4.7H2O , ml 0,5 0,25 0,1 0,005 Độ màu, PtCo 100 66 69 110 Thể tích FAS, ml 1,25 1,2 0,8 COD, mg/l 168 201,6 470,4 336 Lượng H2O2 = 0,1 ml Tỉ lệ H2O2/Fe 1/10 1/5 1/2 1/1 Lượng FeSO4.7H2O , ml 0,5 0,2 0,1 Độ màu, PtCo 99 39 153 151 Thể tích FAS, ml 1,1 1,1 1,15 0,9 268,8 268,8 235,2 403,2 COD, mg/l Lượng H2O2 = 0,15 ml Tỉ lệ H2O2/Fe 1/10 1/5 1/2 1/1 Lượng FeSO4.7H2O , ml 1,5 0,75 0,3 0,15 Độ màu, PtCo 168 179 102 135 Thể tích FAS, ml 1,2 0,9 0,75 0,7 201,6 403,2 504 537,6 COD, mg/l  Nhận xét: Tỉ lệ H2O2 /Fe tối ưu cho trính oxy hóa Fenton thực nghiệm H2O2/Fe: 1/5 _ Ứng với tỉ lệ H2O2/Fe: 1/5 lượng tối ưu 0,5ml FeSO4.7H2O 0,1ml H2O2 _ 33 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Nồng độ COD sau phản ứng oxy hóa Fenton thí nghiệm thấp nồng độ COD ban đầu Thí nghiệm 2: Khảo sát hiệu phản ứng có mặt chất xúc tác Mn2+ _ Lượng H2O2/Fe tối ưu = 0,1/0,5 Tỉ lệ H2O2 /Mn 1/10 1/5 1/2 Độ màu, PtCo 134 174 144 Thể tích FAS, ml 0,3 0,4 0,7 806,4 739,2 537,6 COD Nhận xét: - Dựa vào thông số độ màu COD ta thấy cho thêm chất xúc tác Mn 2+ hiệu xử lý nước thải cao - Tỉ lệ H2O2/Mn tối ưu cho trính oxy hóa Fenton thực nghiệm H2O2/Mn: 1/2  Những sai số thường gặp - Thao tác không xác - Khi điều chỉnh pH, khuấy khơng - Điều chỉnh pH khơng xác - Thời gian phản ứng mẫu khác (do trình điều chỉnh pH) Thời gian điều chỉnh pH kéo dài → sai số lớn - Dụng cụ chưa rửa V Tài liệu tham khảo Standard methods for examination of water and wastewater 19th edition 1995 34 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI GVHD: Th.S NGUYỄN MỸ LINH Clair N Sawyer, Perry L McCarty, Gene F Parkin: Chemistry for environmental engineering McGraw- Hill International Edition, four edition Trịnh Xuân Lai, Cấp nước – Tập 2: xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt công nghiệp NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002 Khoa Môi Trường – ĐHSPKT TP.HCM, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm xử lý chất thải 35