Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo thí nghiệm, xử lý nước cấp, CÔNG NGHỆ HÓA, THỰC PHẨM
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn : Hoàng Thị Tuyết Nhung Sinh viên thực hiện: Nhóm Phan Thị Xuân Mai Phan Hồng Nhung Hồ Thị Ngọc Huyền Ngô Ngọc Quang 15150093 15150106 15150157 15150121 TP Hồ Chí Minh, tháng 4/ 2018 Báo cáo thí nghiệm xử lý nước cấp MỤC LỤC BÀI 1: SẮT 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Thực hành 1.3 Kết nhận xét 1.4 Trả lời câu hỏi 12 BÀI 2: HẤP PHỤ .14 2.1 Giới thiệu chung .14 2.2 Thực hành 15 2.3 Kết nhận xét .16 2.4 Trả lời câu hỏi 22 BÀI 3: KEO TỤ - TẠO BÔNG BẰNG PHÈN NHÔM 23 3.1 Giới thiệu chung 23 3.2 Thực hành 24 3.3 Kết 26 3.4 Nhận xét .29 3.5 Trả lời câu hỏi .29 BÀI 5: KHỬ CỨNG BẰNG TRAO ĐỔI ION .30 5.1 Giới thiệu chung 30 5.2 Thực hành 31 5.3 Kết 33 5.4 Nhận xét .35 5.5 Trả lời câu hỏi .35 Nhóm BÀI 1: SẮT 1.1 Giới thiệu chung Sắt có khắp nơi, cấu tạo nên vỏ trái đất Sắt tồn nước mặt nước đất, hàm lượng sắt dạng tồn sắt phụ thuộc vào loại nguồn nức, điều khiện môi trường, nguồn gốc tạo thành Trong nước mặt, sắt tồn dạng Fe3+, thường Fe(OH) không tan, dạng keo hay huyền phù, dạng hợp chất hữu tan Hàm lượng sắt thay đổi vượt mg/l Trong nước ngầm sắt tồn dạng ion Sắt có hóa trị thành phần muối tan Fe(HCO3)2, FeSO4 Hàm lượng sắt nước ngầm thường cao phân bố không lớp trầm tích sâu Hiện có nhiều phương pháp khử sắt nước ngầm: Phương pháp khử sắt làm thống Có hai dạng làm thống làm thoáng tự nhiên làm thoáng cướng Phương pháp khử sắt làm thoáng làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ thực trình thủy phân để tạo thành hợp chất tan Fe(OH)3 dùng bể lắng lọc để giữ lại Cơ chế trình khử sắt Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat muối không bền vững, thường phân ly sau: 2HCO23 Fe(HCO3 )2 Fe2 Nếu nước có oxy hóa tan, q trình oxy hóa thủy phân diên sau: 4Fe2 O210H2O 4Fe(OH )3 8H Đồng thời xảy phản ứng phụ: H HCO3 H2OCO2 Phương pháp khử sắt dùng hóa chất - Khử sắt chất oxy hóa mạnh Các chất thường sử dụng Cl2, KMnO4, O3, phản ứng xảy sau: 2Fe2 3Fe2 Cl26H2O 2Fe(OH )3 KMnO47H2O3Fe(OH )3 2Cl6H MnO2 K5H Nhóm - Khử sắt vơi Trường hợp nước có oxy hịa tan 4Fe(HCO3 )2 2H2O O2 4Ca(OH ) Fe(OH ) 4Ca(HCO3 )2 Trường hợp nước khơng có oxy hịa tan Fe(HCO3 )2 Ca(OH )2FeCO3CaCO3H2O Một số phương pháp khử sắt khác Keo tụ, UF, trao đổi ion 1.2 Thực hành Lấy dung dịch chuẩn theo thể tích tăng dần, thêm nước cất đến 25 Lấy ml, thêm đậm đặc, thêm 18 mlaxit dung dịch Fe2+ địnhNH2OH.HCl, mức thành 1đun lít sơi đến tích cịn 10 ÷ 15 ml, để nguội, mẫu 300 ppm thêm dung dịch đệm, thêm phenantheroline, định mức sau Lấy 35 ml mẫu 300 ppm định mức thành lít nước giếng Lấy mẫu 10 ppm pha loãng 10 lần đem so màu với mẫu ppm đường chuẩn Nếu màu đâm hơn, pha loãng lại mẫu Nếu màu nhạt đo độ hấp thu, xác định nồng độ Fe2+ ban đầu TN1: Bước 1: Lấy 100 ml (10 ppm), đo pH chỉnh ph đến 5, 6, 7, Ghi lại thể tích NaOH độ pH Bước 2: Chuẩn bị cốc 35 ml (300 ppm), cốc có VNaOH xác định ống đong 2000 ml chứa 965 ml nước giếng, đổ tất hỗn hợp vào, sục khí đo pH mẫu, ghi lại pH Bước 3: Sau 20 phút, lấy mẫu, pha loãng mẫu, lọc mẫu, so màu với mẫu ppm đường chuẩn, thỏa điều kiện đo độ hấp thu Nhóm Bước 4: Với mẫu TFe pha loãng mẫu, lọc mẫu, thêm axit HCl đậm đặc NH2OH.HCl, đem đun, để nguội Xác định pH tối ưu thêm đệm phenanthroline, so màu đo độ hấp thu Nhóm TN2: Bước 1: Thực lại bước thí nghiệm thay thể tích NaOH thể tích thêm vào để Xác định thời gian tối ưu Bước 2: Sục khí đo pH ban đầu, sau 10, 20, 30, 40 phút lấy mẫu, pha loãng làm tương tự bước 3,4 thí nghiệm TN3: Bước 1: Pha mẫu 30 ppm: Lấy 100 ml mẫu 300 ppm định mức thành lít Bước 2: Tiến hành pha lỗng mẫu so màu với mẫu ppm đường chuẩn Nếu đậm pha lỗng nhiều lần hơn, thỏa điều kiện thực bước Bước 3: Chuẩn bị cốc 100 ml (300 ppm), cốc tich NaOH xác định để đạt pH tối ưu, ống đong 2000 ml có chứa 900 ml nước giếng, cho vào lúc đo pH ban đầu, sục khí Bước 4: Sau thời gian tối ưu, lấy mẫu, thực hành tương tự bước 3,4 thí nghiệm Xác định khả khử sắt phương pháp sục khí với hàm lượng cao TN4: Bước 1: Chuẩn bị cốc mẫu 500 ml (300 ppm), cốc tích NaOH xác định, cốc KMnO4 với thể tích Bước 3: Lấy mẫu làm tương tự bước 3, 7.5, 10, 12.5,15 ml cốc nước giếng, cốc chứa thí nghiệm 450 ml, cho vào lúc, khuấy jartest, đo Ph ban đầu Bước 2: Khuấy mạnh phút với 100 vịng/ phút, sau khuấy nhẹ 19 phút với 50 vịng/phút Xác định lượng hóa chất để khử sắt hàm lượng cao Sau số hình ảnh q trình thí nghiệm: Đường chuẩn sắt Mẫu sắt 10 ppm Mẫu sắt 30 ppm Mẫu sắt pH tương ứng Mơ hình sụt khí thí nghiệm Chỉnh pH mẫu sắt ban đầu Đo pH trộn mẫu, NaOH vào thí nghiệm 1,2,3 Nung mẫu sắt tổng Khử sắt KMnO4 máy jartest 1.3 Kết nhận xét Lập đường chuẩn Bảng 1.1: Số liệu đo độ hấp thu đường chuẩn Nồng dộ Độ hấp thu 0.2 0.4 0.6 0.8 0.035 0.075 0.112 0.152 0.216 1.2 y = 4.7146x + 0.0364 R² = 0.9887 N ồn 0.8 g độ 0.6 Fe 2+ 0.4 (m g/l 0.2 0 0.05 0.1 0.15 Độ hấp thu 0.2 0.25 Đồ thị 1.1: Đồ thị thể tương quan nồng độ Fe độ hấp thu Bảng 1.2: Tính nồng độ Fe3+, hiệu suất Fe2+, TFe thí nghiệm TN1 pH Fe2+ TFe Độ hấp thu Fe3+ Fe2+ TFe Fe3+ pH 0.173 0.22 Ban đầu 0.173 0.173 0.173 0.22 0.22 0.22 Sau xử lý 0.018 0.015 0.025 0.046 0.02 0.024 0.032 0.051 4.95 6.01 6.96 8.82 pH Fe2+ TFe Nồng Fe3+ Fe2+ TFe Fe3+ pH 0.85 1.07 0.22 0.85 0.85 1.07 1.07 0.22 0.22 Sau xử lý 0.12 0.11 0.15 0.13 0.15 0.19 0.01 0.04 0.03 4.95 6.01 6.96 Bảng 1.3: Bảng quy đổi nồng độ chưa pha lỗng mẫu thí nghiệm 0.85 1.07 0.22 0.25 0.28 0.02 8.82 Nhận xét: Ta thấy đồ thị có dạng đường cong lõm n=0.1721 Al(OH)3 + 3H+ Trong phản ứng thuỷ phân trên, Al(OH)3 (nhân tố định đến hiệu keo tụ) tạo thành, ion H+ cịn giải phóng Các ion khử độ kiềm tự nhiên nước (được đánh giá HCO3 -) Trường hợp độ kiềm tự nhiên nước thấp, không đủ để trung hồ ion H+ cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hố thơng dụng vơi Một số trường hợp khác dùng sođa (Na2CO3) hay xút (NaOH) Sau yếu tố ảnh hưởng đến q trình keo tụ tạo bơng sử dụng phèn nhơm: • pH nước: nước thiên nhiên sau cho Al2(SO4)3 vào, trị số pH bị giảm loại muối gồm axit mạnh bazo yếu Sự thủy phân tăng tính axit nước Đối với hiệu keo tụ, ảnh hưởng chủ yếu trị số pH nước sau cho phèn vào • Lượng dùng chất keo tụ: Q trình keo tụ khơng phải phản ứng hóa học đơn thuần, nên lượng phèn cho vào khơng thể vào tính tốn để xác định Tùy điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chun mơn để tìm lượng phèn cho vào tối ưu Lượng phèn tối ưu nói chung cho vào nước 0,1 – 0,5 mgđl/l, dùng Al2(SO4)3.18H2O tương đương 10 – 50 mg/l Nói chung huyền phù nước nhiều lượng chất kep tụ cần thiết lớn Cũng có trường hợp lượng chất hữu nước tương đối mà lượng chất keo tụ cần nhiều • Nhiệt độ nước: Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đến hiệu keo tụ Khi nhiệt độ nước thấp (thấp 5oC), phèn sinh to xốp, chủ yếu nước, lắng xuống chậm nên hiệu Khi dùng nhôm sunfat để tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước tốt 25 – 30oC • Tốc độ hỗn hợp nước chất keo tụ: Tốc độ hỗn hợp nước chất keo tụ ảnh hưởng đến tính phân bổ đồng chất keo tụ hội va chạm hạt keo Đây yếu tố quan ảnh hưởng đến trình keo tụ Tốc độ khuấy tốt từ nhanh chuyển sang chậm Khi cho chất keo tụ vào nước, phải khuấy nhanh thủy phân chất keo tụ nước tốc độ hình thành keo nhanh Cho nên phải khuấy nhanh có khả hình thành lượng lớn keo hydroxit làm cho nhanh chóng khuếch tán đến nới nước đẻ kịp thời tác dụng với tập chất nướ Sauk hi hỗn hợp hình thành bơng phèn lớn lên, khơng nên khuấy q nhanh, bơng phèn khơng khó lớn lên mà cịn phá vỡ bơng phèn hình thành • Tạp chất nước: Khi cho ion ngược dấu vào dung dịch nước khiến cho dung dịch keo tụ Do đó, ion ngược dấu loại tạp chất ảnh hưởng đến trình keo tụ Khi dùng Al2(SO4)3 làm chất keo tụ, dung dịch keo Al(OH)3 hình thành thường mang điện tích dương nên ảnh hưởng tạp chất nước đến q trình keo tụ chủ yếu anion • Môi chất tiếp xúc: Khi tiến hành keo tụ xử lý phương pháo kết tủa khác, nước trì nước lớp cặn bùn định làm cho q trình kết tủa hồn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm Chất bùn cặn có tác dụng làm mơi chất tiếp xúc, bề mặt có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy tác dụng hạt cặn bùn hạt nhân kết tinh 3.2 Thực hành Thí nghiệm 1: Xác định giá trị pH tối ưu Lấy 400ml mẫu nước thải cho vào cốc jartest Đo pH đầu vào Bước Cho vào cốc 0,3ml phèn 1: Định lượng hóa chất Dùng NaOH 0.1N điều chỉnh pH đến giá trị 5, 6, 7, 8, điều Ghi nhận giá trị NaOH dùng Bước 2: Keo tụ - tạo Chỉnh pH Chỉnh pH Chỉnh pH 0.3ml 0.3ml pH Chỉnh pH 0.3ml pH = pH = Chỉnh pH 0.3ml pH = 0.3ml pH = =6 Đưa cốc vào giàn jartest, bật máy khuấy tốc độ 100 vòng/ phút phút Điều chỉnh vòng khuấy chậm lại 15 phút với tốc độ 15 – 20 vòng/ phút Tắt máy, để lắng tĩnh 30 phút Bước 3: Phân tích mẫu Lấy mẫu nước lắng phân tích tiêu pH, độ màu (đo sau lắng) Thí nghiệm 2: Xác định liều lượng phèn tối ưu Lấy cốc jartest cho vào 400ml nước thải Cho vào cốc lượng hóa chất để chỉnh pH tối ưu lượng phèn đổi từ 0.2ml, 0.6ml Đặt cốc vào thiết bịthay jartest, điều chỉnh0.3ml, tốc độ0.4ml, khuấy0.5ml, 100 vòng/ phút phút Điều chỉnh vòng khuất chậm lại 15 phút tốc độ 15 – 20 vòng/ phút Lấy mẫu nước lắng (30 phút), phân tích tiêu pH, độ màu Liều lượng phèn tối ưu liều lượng phèn ứng với mẫu có độ đục thấp Thí nghiệm 3: Sử dụng mơ hình bể lắng keo tụ - tạo – lắng vách nghiêng Bước 1: Tính tốn lưu lượng vận hành mơ hình: dựa vào lượng hóa chất để điều chỉnh pH liều lượng phèn tối Bước 2: Vận hành mơ hình Thêm đầy nước pha màu, chỉnh pH, cho phèn, khuấy vào mơ hình trước vận hành (khoảng 30 phút) Điều chỉnh bơm đầu vào cho lưu lượng nước 60 l/h phận điều chỉnh Điều chỉnh phận châm hóa chất phèn tương ứng Kiểm tra pH bể keo tụ tạo phút để chỉnh hóa chất cho phù hợp Quan sát q trình tạo bơng cặn q trình lắng bể vách nghiêng Lấy mẫu đầu đem phân tích pH, độ đục sau 30 phút, vận hành 3.3 Kết Bảng 3.1 Số liệu đường chuẩn Độ đục Độ hấp thu 0 0.042 16 0.076 24 0.12 32 0.166 40 0.214 48 0.253 70 y = 195.01x + 0.0178 R² = 0.997 60 50 Đ ô đụ c (N T 40 30 20 10 0 0.1 0.2 Độ hấp thu 0.3 0.4 Đồ thị 3.1 Mối quan hệ giữ độ hấp thu độ đục Thí nghiệm 1: xác định giá trị pH tối ưu pH đầu vào =7.45 Độ hấp thu đầu vào = 0.045 Bảng 3.2 Kết xác định pH tối ưu pH pH sau lắng NaOH (ml) Độ hấp thu 5.8 0.2 0.033 6.3 0.8 0.01 7.05 1.6 0.006 7.19 1.9 0.005 7.31 2.2 0.004 Bảng 3.3 Mối quan hệ pH độ đục Độ đục pH sau lắng 6.45313 1.9679 1.18786 0.99285 0.79784 5.8 6.3 7.05 7.19 7.31 Đ ộ đụ c (N T 5 5.5 6.5 pH Đồ thị 3.2 Mối quan hệ pH độ đục Suy ra: pH tối ưu 6.3 7.5 Thí nghiệm 2: Xác định liều lượng phèn tối ưu Bảng 3.4 Kết xác định lượng phèn tối ưu Lượng phèn, ml 0, 0,3 Độ hấp thu 0, 0,6 ,5 001 0.00 Bảng 3.5 Mối quan hệ lượng phèn độ đục Lượng phèn, ml 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Độ đục 0.017 0.017 0.017 0.2128 0.6028 0.7 0.60283 0.6 0.5 Đ ộ 0.4 đụ c 0.3 (N T 0.2 0.21281 0.0178 0.1 0.0178 0.0178 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Lượng phèn (ml) 0.5 0.6 0.7 Đồ thị 3.3 Mối quan hệ lượng phèn độ đục Suy ra: lượng phèn tối ưu 0.2ml Thí nghiệm 3: sử dụng mơ hình bể lắng keo tụ - tạo – lắng vách nghiêng Lưu lượng nước = L/phút Lưu lượng phèn = 0.5 ml/phút Bảng 3.6 Kết xử lý mơ hình bể lằng keo tụ - tạo – lắng vách nghiêng Thời gian 0,5h 1h Độ đục 0.01 0.006 Bảng 3.7 Hiệu xử lý độ đục mơ hình Thời gian (giờ) 0.5 Hiệu suất 77.62033 86.49123 Độ đục sau xử lý 8.79325 1.9679 1.18786 2.5 87 Đ Ộ Đ Ụ 1.5 C S A U X Ử 0.5 L 84 HI Ệ 81 U S U 78 75 0.5 ml phèn/ml nước ml phèn/ml nước THỜI GIAN (GIỜ) Đồ thị 3.4 Hiệu xử lý độ đục mơ hình 3.4 Nhận xét Khi cho phèn vào nước pH nước giảm, pH ảnh hưởng lớn đến hiệu keo tụ Xử lý nước có độ đục phương pháp keo tụ tạo đạt hiệu cao 3.5 Trả lời câu hỏi Thế keo tụ - tạo bông? Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ - tạo bơng? Keo tụ q trình phá vỡ tính liên kết hạt keo nhờ chất keo tụ tạo bơng q trình gắn kết hạt nhỏ thành hạt lớn có khả lắng dùng thêm chất trợ keo tụ Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ - tạo bông: pH, lượng dùng chất keo tụ, nhiệt độ nước, tốc độ hỗn hợp nước chất keo tụ, tạp chất nước, mơi chất tiếp xúc Những hóa chất thường dùng để keo tụ gì? Những hóa chất thường dùng để keo tụ phèn nhôm, phèn sắt FeSO4 FeCl3, PAC Ứng dụng keo tụ - tạo bông? Ứng dụng keo tụ - tạo bơng: loại bỏ hạt keo lơ lửng có nước, xửlyý độ đục nước BÀI 5: KHỬ CỨNG BẰNG TRAO ĐỔI ION 5.1 Giới thiệu chung Nước cứng định nghĩa nước có nồng dộ ion hóa trị cao, đặc trưng loại: canxi magie Nước coi cứng có độ cứng 100 mg/l CaCO3 Độ cứng chia làm loại: - Độ cứng tạm thời: tổng hàm lượng muối canxi magie dạng bicarbonate - Độ cứng vĩnh cữu: tổng hàm lượng muối canxi magie dạng sunfate,choride Nước cứng không ảnh hưởng tới sức khỏe, nhiên lại làm giảm hiệu xà phòng, tạo cặn kết bám bên đường ống thiết bị công nghệ, gây giảm khả hoạt động tuổi thọ, làm thẩm mỹ nguồn nước làm tốn nhiệt đun nước trình làm mềm nước trình loại bỏ độ cứng khỏi nước Có nhiều phương pháp xử lý độ cứng Tuy nhiên, phương pháp hóa học trao đổi ion hai trình ứng dụng phổ biến Phương pháp trao đổi ion sử dụng rộng rãi trình xử lý nước thải nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường sử dụng để khử muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrate, khử màu, khử kim loại ion kim loại nặng Trao đổi ion q trình gồm phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) ion pha lỏng ion pha rắn (nhựa trao đổi) Nhựa trao đổi ion cịn gọi ionit, ionit có khả hấp thu ion dương gọi cationit ngược lại có khả hấp thu ion âm gọi anionit Qua trình trao đổi với cationit: R-SO3H R-SO3H + Na+ + Cl- ↔ RSO3Na + H+ + Cl- + Ca+ + Cl- ↔ (RSO3)2Ca + H+ Quá trình trao đổi với anionit: R-OH + Phân loại: có loại nhựa - Resin cation acid mạnh Resin cation acid yếu Resin anion bazo mạnh Resin anion bazo yếu Ứng dụng làm mền nước: HCl ↔ R-Cl + H2O + Cl- Mục đích việc dùng nhựa trao đổi ion xử lý nước uống nhằm làm mềm nước loại bỏ khống chất khơng cần thiết nước Nước làm mềm cách sử dụng loại nhựa chứa ion Na+ liên kết với cation khác, cation có khả liên kết với Ca2+ Mg2+ mạnh Na+ Khi cho nhựa vào cột trao đổi ion cho nước cần lý chảy qua cột, cation có nhựa liên kêt với ion Ca2+và Mg2+ giữ chúng lại cột, đồng thời giải phóng Na+ vào nước Quá trình vận hành: - Trao đổi - Rửa ngược - Hoàn nguyên - Rửa chậm nhanh 5.2 Thực hành Thí nghiệm - Cho 100 ml mẫu với nồng độ Ca2+ 0, 20, 40, 60, 80 100 ppm vào erlen Phải đo lại nồng độ đầu vào - Cho 5g nhựa vào mẫu để máy lắc, tốc độ 150 vòng/phút để đạt cân Sấy khô cân lại khối lượng nhựa khơ - Đo lượng canxi cịn lại mẫu sau đạt cân bằng, đo pH Thí nghiệm 500 ml mẫu có nồng độ Ca2+ 40 ppm Cho 15 g nhựa vào cốc chứa mẫu Lắc máy theo thời gian 0,5, 10, 20, 30 45 Đo lại nồng độ canxi theo thời gian, pH Thí nghiệm - Chuẩn bị 8L mẫu có nồng độ canxi 40 ppm - Cột làm đầy nhữa với chiều cao H = 30cm Cho nhựa vào với nươc cất để tránh tạo bọt khí - Cho nước chảy với lưu lượng L/h - Xác định pH lượng canxi lại mẫu sau 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 4h ... ệu su ất xử lý sắt % Hiệu suất xử lý Đồ thị 1.5: Đồ thị thể hiệu suất xử lý TFe lượng KMnO4 thí nghiệm Nhận xét: Từ đồ thị thấy rõ xử lý sắt hóa chất, số lượng hóa chất định chất lượng nước đầu... u xử lý (m g/l 10 pp m 30 pp N n g đ m Hi ệu su ất xử lý sắt % Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy với hàm lượng sắt đầu vào cao hiệu xử lý khơng cao xử lý nước với hàm lượng sắt thấp Điều hợp lý xử. .. khí hóa chất Nhận xét: Từ đồ thị quan hệ hai phương pháp xửu lý sắt: phương pháp sục khí phương pháp dùng hóa chất cho thấy hiệu suất xử lý hóa chất cao xử lý mẫu nước Như dùng phương pháp hóa