›

Khóa luận Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC (Polyaluminium Chloride) ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp giấy

pdf 94 trang thiennha21 13/04/2022 7762
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC (Polyaluminium Chloride) ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp giấy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_dieu_che_chat_keo_tu_pac_polyaluminium_chloride_u.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC (Polyaluminium Chloride) ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp giấy

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU BARIA VUNGTAU UNIVERSITY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẤT KEO TỤ PAC (POLYALUMINIUM CHLORIDE) ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤY Trình độ đào tạo : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Chuyên ngành HÓA DẦU Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN QUANG THÁI Sinh viên thực hiện: HOÀNG ANH VŨ MSSV: 13030094 Lớp: DH13HD Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT - KINH TẾ BIỂN ĐỘC LẬP - Tự DO - HẠNH PHÚC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR- VT) Họ và tên sinh viên: HOÀNG ANH VŨ Ngày sinh: 11/09/1995 MSSV : 13030094 Lớp: DH13HD Địa chỉ 100/12/17 Đường Xô Viết Nghệ Tĩnh, P Thắng Tam, Vũng Tàu E-mail hoanganhvudk@gmail.com Trình độ đào tạo Đại Học Hệ đào tạo Đại Học Chính Quy Ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Chuyên ngành : Hóa Dầu 1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẤT KEO TỤ PAC (POLYALUMINIUM CHLORIDE) ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤY. 2. Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN QUANG THÁI 3. Ngày giao đề tài : 06/02/2017 4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 30/06/2017 Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 30 tháng 6 năm 2017 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
  3. Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày 30 tháng 6 năm 2017 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
  4. Tôi xin cam đoan đồ án này do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Quang Thái. Các số liệu trong bài thực nghiệm do chính tôi thực hiện là hoàn toàn chính xác và có sự xác nhận của các Cơ Quan Phân Tích được đính kèm ở cuối bài. Các số liệu lý thuyết đã được tôi liệt kê đính kèm trong phần Tài liệu tham khảo và ghi rõ dưới bài đồ án và không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không được ghi. Tôi xin cam đoan những thông tin trên là đúng sự thật và tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này. Sinh Viên Thực Hiện Hoàng Anh Vũ
  5. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là học phần cuối cùng của sinh viên trước khi rời xa giảng đường trường đại học. Để hoàn thành môn đồ án này sinh viên cần phải trang bị những kiến thức về quá trình hóa lý, quá trình thiết bị, mà mình đã được học trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Chính vì vậy những kiến thức mà em đã tiếp thu trong quá trình học tập là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành tốt môn đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô đang làm việc tại Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho em trong quá trình học tập tại Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu. Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Quang Thái, thầy đã giúp em đến với hướng nghiên cứu này đồng thời cũng là người tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt môn đồ án. Và em xin gởi lời cảm ơn các anh chị trong Bộ Phân Xử Lý Nước Thải Công Ty Giấy đã cung cấp môi trường làm việc cho em. Cuối cùng, em xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã quan tâm giúp đở động viên trong suốt quá trình nghiên cứu đồ án của em. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, và cũng như kinh nghiệm còn nhiều thiếu sót nên tròn quá trình nghiên cứu đồ án em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong sự chỉ bảo tận tình, đóng góp ý kiến từ quý thầy cô để em có thể bổ sung cũng như sửa đổi các sai sót mà mình đã phạm phải, nâng cao kiến thức thực tế cho bản thân chuẩn bị hành trang sau khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn
  6. MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG i DANH MỤC HÌNH ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv LỜI MỞ ĐẦU 1 c HƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5 1.1. Tổng quan về ngành công nghiệp hóa chất 5 1.1.1. Quá trình phát triển ngành công nghiệp hóa chất 5 1.1.1.1. Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất 5 1.1.1.2. Đặc điểm kinh tế kỹ thuật 6 1.1.1.3. Tình hình sản xuất và phân bố 7 1.1.2. Lịch sử và quá trình phát triển của ngành công nghiệp giấy 8 1.1.2.1. Nguyên liệu sản xuất giấy 10 1.1.2.2. Các sản phẩm từ ngành công nghiệp giấy 13 1.2. Nước thải công nghiệp 15 1.2.1. Khái niệm nước, nước thải và nước thải công nghiệp 15 1.2.1.1. Khái niệm nước 15 1.2.1.2. Khái niệm nước thải 16 1.2.1.3. Khái niệm nước thải công nghiệp 18 1.2.2. Khái niệm nước thải giấy 19 1.2.2.1. Thành phần và tính chất của nước thải giấy 19 1.2.2.2. Ảnh hưởng của nước thải giấy đến môi trường 21 1.2.2.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp giấy 22 1.2.3. Các chỉ tiêu về nước thải công nghiệp 24 1.2.3.1. Chỉ tiêu vật lý 24 a. Độ pH 24 b. Nhiệt độ 24 c. Độ màu 25 d. Độ đục 25 e. Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) 25
  7. f. Tổng hàm lượng các chất hòa tan (DS) 25 I.2.3.2. Chỉ tiêu hóa học 26 a. Độ kiềm hóa 26 b. Hàm lượng oxigen hòa tan (DO) 27 c. Nhu cầu oxigen hóa học (COD) 27 d. Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD) 28 1.3. Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp 28 1.3.1. Phương pháp xử lý sinh học 28 1.3.1.1. Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo 29 1.3.1.2. Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên 29 1.3.2. Phương pháp xử lý cơ học 30 1.3.3. Phương pháp xử lý hóa lý 30 1.3.3.1 Tuyển nổi 30 1.3.3.2. Hấp phụ 31 1.3.3.3. Trao đổi Ion 31 1.3.3.4. Màng bán thấm 31 1.3.3.5. Trích ly 31 1.3.3.6. Chưng bay hơi 31 1.3.3.7. Phương pháp trung hòa 32 1.3.3.8. Phương pháp oxy hóa khử 32 1.3.3.9. Kết tủa hóa học 32 1.3.3.10. Keo tụ 33 1.4. Chất keo tụ và hiện tượng keo tụ 33 1.4.1. Hệ keo cấu tạo và tính chất 33 1.4.2. Khái niệm về keo tụ 34 1.4.3. Sự cần thiết của các chất keo tụ 35 1.4.4. Các phương pháp keo tụ 36 1.4.4.1. Tăng lực Ion 36 1.4.4.2. Thay đổi pH 36 1.4.4.3. Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III 37
  8. 1.4.4.4. Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp 37 1.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bông 37 1.4.5.1. Trị số pH của nước 37 1.4.5.2. Lượng dùng chất keo tụ 38 1.4.5.3. Nhiệt độ nước 38 1.4.5.4. Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ 38 1.4.5.5. Tạp chất trong nước 39 1.4.5.6. Môi chất tiếp xúc 39 1.4.6. Một số sản phẩm keo tụ 39 1.4.7. Các phương pháp điều chế chất keo tụ 42 1.4.7.T Điều chế phèn nhôm truyền thống 42 1.4.7.2. Điều chế Polyaluminium Chloride (PAC) 43 a. Quy trình tổng hợp PAC từ nhôm phế thải 43 b. Thuyết minh quy trình 44 1.4.7.3. Điều chế Polyaluminium Sulfat (PAS) 45 1.4.7.4. Điều chế các Polyferric 45 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 47 2.1. Tiến hành điều chế PAC 47 2.1.1. Các hóa chất và trang thiết bị cần thiết 47 2.1 1.1. Các hóa chất cần dùng 47 2.1.1.2. Các trang thiết bị cần dùng 47 2.1.2. Tiến hành điều chế dung dịch AlCl3 49 2.1.2.1. Lắp ráp hệ thống dụng cụ 49 2.1.2.2. Phương pháp thực hiện 49 2.1.3. Tiến hành điều chế PAC 51 2.1.3.L Điều kiện của quá trình điều chế PAC 51 2.1.3.2. Quá trình công nghệ điều chế PAC từ nhôm phế liệu 52 2.1.3.3. Xác đinh tỷ trọng của dung dịch PAC 53 2.1.3.4. Xác định độ ẩm của sản phẩm PAC 54 2.2. Ứng dụng chất keo tụ PAC vào xử lý nước thải 54
  9. 2.2.1. Thu thập mẫu 54 2.2.1.1. Địa điềm lấy mẫu nước thải 54 2.2.1.2. Thời gian lấy mẫu nước thải 54 2.2.1.3. Vị trí lấy mẫu nước thải 54 2.2.1.4. Dụng cụ và cách lấy mẫu 55 a. Dụng cụ 55 b. Cách lấy mẫu 55 2.2.2. Xác định các thông số đặc trưng của chất lượng nước thải 55 2.2.2.1. Các thông số ban đầu của nước thải giấy 55 2.2.2.2. Tiến hành thực nghiệm xử lý nước thải giấy bằng chất keo tụ PAC 55 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 3.1. Kết quả điều chế chất keo tụ PAC 58 3.1.1. Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của chất keo tụ PAC dạng rắn 58 3.1.2. Kết quả đo tỷ trọng dung dịch PAC 59 3.1.3. Kết quả xác định cấu trúc vật liệu PAC 60 3.1.4. Kết quả xác định độ ẩm 62 3.1.5. Kết quả xác định cấu trúc siêu hiển v i 63 3.1.6. Kết quả điều chế dung dịch AlCl3 64 3.2. Kết quả khảo sát chất keo tụ PAC trên nước thải công nghiệp giấy 65 3.2.1 Kết quả xử lý độ màu nước thải giấy từ PAC rắn 65 3.2.2. Kết quả xử lý độ đục nước thải giấy từ PAC rắn 66 3.2.3. Kết quả xử lý nồng độ COD của nước thải giấy từ PAC rắn 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 Kết luận 70 Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 74
  10. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép 22 Bảng 1.2. Các loại hạt có mặt trong môi trường nước 34 Bảng 1.3. Các sản phẩm keo tụ mới 40 Bảng 2.1. Bảng hóa chất cần dùng 45 Bảng 2.2. Bảng dụng cụ và thiết bị cần dùng 45 Bảng 2.3. Bảng thông số ban đầu của nước thải Giấy 53 Bảng 2.4. Bàng thử nghiệm chất keo tụ PAC 54 Bàng 3.1. Thành phần phần trăm các cất trong mẫu rắn PAC 56 Bảng 3.2. Bảng xác định tỷ trọng của dung dịch PAC 58 Bảng 3.3. Bảng xác định độ ẩm của mẫu rắn PAC 61 Bàng 3.4. Bảng kết quả xác định nồng độ dung dịch AlCl3 62 Bảng 3.5. Kết quả xử lý độ màu của PAC rắn 63 Bảng 3.6. Kết quả xử lý độ đục của PAC rắn 65 Bảng 3.7. Kết quả xử lý nồng độ COD của PAC rắn 66
  11. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh Công Ty Giấy Việt Trì 9 Hình 1.2. Hình ảnh về một sốt loại cây lấy gỗ 11 Hình 1.3. Hình ảnh nguyên liệu từ giấy loại 12 Hình 1.4. Hình ảnh về các sản phẩm từ giấy 14 Hình 1.5. Hình ảnh về nước thải sinh hoạt 15 Hình 1.6. Hình ảnh về nước thải công nghiệp 16 Hình 1.7. Hình ảnh về nước thấm qua 16 Hình 1.8. Hình ảnh về nước thải dô thị 17 Hình 1.9. Hình ảnh về nước thải Giấy 19 Hình 2.1. Lắp ráp hệ thống điều chế AlCl3 47 Hình 2.2. Mâu nhôm đã được nung ở 900oC 48 Hình 2.3. Dung dịch AlCl3 sau khi điều chế 49 Hình 2.4. Phản ứng xảy ra giữa NaOH và AlCl3 51 Hình 2.5. Dung dịch nước thải trước và sau khi xử lý 54 Hình 2.6. Nước thải Giấy trước và sau khi xử lý 55 Hình 3.1. Sản phẩm PAC ( Polyaluminium chloride) dạng rắn 57 Hình 3.2. Cấu trúc XRD của các mâu PAC trích từ “ Nghiên Cứu Điều Chế PAC” của Chuyên Viên Lưu Thị Kiều Hương 58 Hình 3.3. Cấu trúc XRD của phổ chuẩn quốc tế PAC qua các tỉ lệ 59 Hình 3.4. Cấu trúc XRD của các mâu PAC trích từ “ Nghiên Cứu Điều Chế PAC” của Th.SHoàng Thị Đinh Trâm 59 Hình 3.5. Cấu trúc XRD của mâu rắn PAC được điều chế 60 Hình 3.6. Ánh chụp SEM của vật liệu PAC trích từ Luận Văn Thạc Sĩ “ Nghiên Cứu Quá Trình Tổng Hợp Polyaluminium Silicate Chloride” của Chuyên Viên Hoàng Thị Đinh Trâm 61
  12. Hình 3.7. Ảnh chụp SEM của vật liệu PAC điều chế từ nhôm phế liệu 62 Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý độ màu 64 Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý độ đục 65 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý nồng độ COD 67
  13. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TS Total s olids - Tổng hàm lượng các chất rắn SS Suspended s lids - Tổng hàm lượng các chất lơ lửng QCVN/TCVN Quy chuẩn/Tiêu chuẩn Việt Nam DS Dissolved s olids - Tổng hàm lượng các chất hòa tan DO Dissolved Oxygen - Hàm lượng oxigen hòa tan COD Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxigen hóa học BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BOD B iochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxigen sinh hóa FC s ắt III Clorua. AS Nhôm III Sunfur. PFC Polyferic Cloride. PAC Polyaluminium Chloride. PAS Poly aluminium sulfat. PASS Poly aluminium silicat sulfat. PFS Poly ferric sulfat. PAFS Poly alumino ferric sulfat. PHAS Pre-Hydrolized Aluminium Sulfat. PASSC Poly Aluminium Cloride Silica Sulfat. AOX Lượng halogen hữu cơ có khả năng hấp thụ được NTU Nephelometric Turbidity Unit DAF Dissolved Air Flotation SEM Scanning Electron Microscope XRD X-ray diffraction: Nhiễu xạ tia X XRF X-Ray Fluorescence: Phát xạ huỳnh quang tia X
  14. LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp ở Việt Nam nói chung và Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nói riêng thì các ngành công nghiệp cũng nhanh chóng gây ảnh hưởng đến hoạt động sinh thái của môi trường, các nguồn khí thải, các chất thải rắn, trong đó nước thải là một trong những vấn đề cấp bách được đưa lên hàng đầu, và nó đang xảy ra trên một chiều hướng xấu đi, gây ảnh hưởng đến vấn đề sức khỏe con người. Hiện nay trên cả nước có rất nhiều khu công nghiệp và khu chế xuất hoạt động đã và đang giải quyết được vấn đề việc làm và góp phần vào sự tăng trưởng nền kinh tế của tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, bên cạnh đó, môi trường cũng đang bị đe dọa và ô nhiễm trầm trọng bởi chất thải từ các Khu Công Nghiệp và các Khu Chế Xuất thải trực tiếp ra môi trường không qua xử lý. Đối với môi trường: Các hợp chất trong nước thải nếu không được xử lý mà xả trực tiếp ra môi trường sẽ làm ảnh hưởng đến môi trường sống của các loài thực vật, vi sinh vật, động vật dưới nước. Nếu những loài sinh vật, động - thực vật không được cung cấp đầy đủ các dưỡng chất cần thiết thì quá trình sống của chúng không được duy trì và ảnh hưởng lớn đến môi trường sống của con người. Đối với sức khỏe: Những hợp chất trong nước thải nếu không được xử lý sẽ là mầm mống của các dịch bệnh nguy hiểm như: nhiễm khuẩn, viêm da, biến đổi gen, ung thư xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường chính là bảo vệ sức khỏe của mọi người và của chính chúng ta. Đối với khía cạnh kinh tế: Nước thải không có nghĩa là không thể xử dụng được nữa, nếu doanh nghiệp có hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn thì có thể tái sử dụng chúng như một nguồn nước sạch khác. Điều này sẽ giúp tiết kiệm và bảo vệ nguồn nước sạch đang ngày một khan hiếm. Trong chương trình giới hạn đồ án này, tôi đã chọn xử lý nước thải công nghiệp giấy trên địa bàn Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, một nguồn thải tương đối phổ
  15. biến ở Việt Nam hiện nay và đang có xu hướng tăng lên do nhu cầu của thị trường. Hiện nay, công nghiệp sản xuất giấy chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta, cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp, dịch vụ khác nhu cầu về sản xuất giấy ngày càng tăng. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đạt được ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề về môi trường. Đặc biệt trong nước thải nhà máy giấy thường chứa nhiều lignin, chất này khó hòa tan và khó phân hủy, có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất Clo hữu cơ. Nguồn nước thải này nếu không xử lý triệt để và thải trực tiếp ra ngoài môi trường sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của sinh vật và sức khỏe của con người. Do đó ô nhiễm nước thải tại các nhà máy giấy đang được các nhà khoa học và cơ quan quản lý nhà nước về môi trường đặc biệt quan tâm. Nhất là nước thải từ các quá trình sản xuất bột giấy do đó việc xây dựng và phát triển ngành công nghiệp phải đi đôi với xử lý ô nhiểm và thay đổi công nghệ theo hướng thân thiện với môi trường. Góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải công nghiệp nói chung và nước thải giẩy nói riêng. Hiểu được các vấn đề đề này nên tôi xin nghiên cứu một giải pháp giúp xử lý nguồn nước thải trước khi thải ra môi trường, bằng biện pháp dùng chất có hoạt tính keo tụ nhằm giảm lượng chất có hại cho môi trường có trong nước thải và hướng đến việc có thể xử lý một các triệt để nhất để đưa vào xử dụng phục vụ cho cuộc sống. Trong đề tài này tôi sẽ trình bày nghiên cứu về phương pháp xử lý nước thải công nghiệp giấy bằng phương pháp keo tụ tạo bông của hợp chất PAC xuất phát từ nguồn nhôm phế thải. Nguyên tắc của phương pháp keo tụ là dùng hợp chất PAC hòa tan vào nước thải để keo tụ, tạo bông các hợp chất gây ô nhiễm trong nước thải, đặt biệt là chất màu hữu cơ. Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu điều chế PAC từ nguồn nhôm phế thải để xử lý nước thải công nghiệp.
  16. Đánh giá hiệu suất xử lý của hợp chất PAC, thông qua các nhu cầu tiêu chuẩn của nước thải ra môi trường. Xây dựng mô hình điều chế thí nghiệm từ văn phòng thí nghiệm và các thông số nghiên cứu điều chế. Ý nghĩa khoa học của đề tài: Về mặt khoa học thực tiễn, việc xử lý ngước thải bằng chất keo tụ PAC được các nhà nghiên cứu quan tâm rất nhiều. Vì công nghệ này an toàn và triệt để, có hiệu quả xử lý cao. Đảm bảo các tiêu chuẩn đầu ra của nước thải khi thải vào môi trường, góp phần bảo vệ môi trường, cải thiện tài nguyên nước ngày càng trong sạch hơn. Hạn chế việc xả nước thải làm suy thoái và ô nhiễm nguồn nước. Ý nghĩa thực tiễn trong xử lý nước thải là vô cùng quan trọng trong đời sống. Vừa mang lại lợi ích cho kinh tế do giá thành sản xuất rẻ, vừa mang lại lợi ích cho xã hội lẫn môi trường. Nội dung nghiên cứu tập trung các vấn đề sau: • Nghiên cứu xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, phương pháp Fenton, trên cơ sở phương pháp thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trên trong việc xử lý nước thải nước mặt. • Từ thực nghiệm xác định được các yếu tố thích hợp nhất cho quá trình keo tụ để xử lý nước thải. • Áp dụng và quy hoạch hóa thực nghiệm đẻ xác định các thông số tối ưu của các quá trình sản xuất chất keo tụ để xử lý nước. • Đề xuất quy trình công nghệ hợp lý cho quá trình xử lý nước. Kết quả của quá trình nghiên cứu điều chế hợp chất keo tụ PAC • Điều chế thành công hợp chất keo tụ trợ lắng PAC từ lon nhôm phế thải. • Xác đinh được điều kiện tối ưu để tiến hành điều chế hợp chất keo tụ. • Khảo sát trực tiếp chất keo tụ trên môi trường nước thải công ghiệp cụ thể là nước thải công nghiệp giấy.
  17. • Đánh giá hiện trạng và các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình keo tụ nhằm xác định được hiệu suất xử lý của sản phẩm được điều chế. Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm có 3 chương: • Chương 1: Tổng Quan Lý Thuyết. • Chương 2: Thực Nghiệm. • Chương 3: Kết Quả Và Thảo Luận.
  18. c HƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2 > r .1. Tông quan vê ngành công nghiệp hóa chât 1.1.1. Quá trình phát triển ngành công nghiệp hóa chât [22,23,24] 1.1.1.1. Vai trò của ngành công nghiệp hóa chât Công nghiệp hoá chất là một ngành công nghiệp nặng tương đối trẻ, phát triển nhanh từ cuối thế kỉ XIX do nhu cầu cung cấp nguyên liệu cho các ngành kinh tế và do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật. Hiện nay công nghiệp hoá chất được coi là ngành mũi nhọn trong hệ thống các ngành công nghiệp trên thế giới. Công nghiệp hoá chất sử dụng tổng hợp các nguồn nguyên vật liệu tự nhiên, các phế liệu và chất thải của các ngành sản xuất và đời sống để tạo ra nhiều sản phẩm mới mà các đặc tính của chúng nhiều khi lại không có trong tự nhiên, góp phần vừa bổ sung cho các nguồn nguyên liệu tự nhiên, vừa có giá trị sử dụng cao trong đời sống xã hội trên cơ sở sử dụng tài nguyên hợp lý và tiết kiệm hơn. Công nghiệp hoá chất có vai trò quan trọng trong nền kinh tế cũng như trong đời sống của nhân dân. Nó cung cấp nguyên liệu ban đầu hoặc bán thành phẩm phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp nhẹ. Đối với nông nghiệp, công nghiệp hoá chất là đòn bẩy để thực hiện quá trình hoá học hoá, góp phần tăng trưởng sản xuất với năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt. Công nghiệp hoá chất cung cấp những vật tư chiến lược cho nông nghiệp như phân hoá học, thuốc trừ sâu, các loại thuốc chống dịch bệnh, kích thích sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng, vật nuôi Ngành công nghiệp hoá chất Việt Nam bắt đầu được xây dựng trên quy mô lớn từ năm 1954. Trải qua hơn một thập kỷ phát triển nhanh chóng, công nhiệp Việt Nam đã trở thành một nhành kinh tế kỹ thuật độc lập. Năm 1969, Nhà nước đã quyết định thành lập Tổng cục Hóa chất Việt Nam. Những năm 1980 - 1985 công nghiệp hoá chất là một trong những ngành thể hiện rõ tính
  19. chủ đạo của công nghiệp quốc doanh. Các doanh nghiệp nhà nước đảm bảo 70% tổng giá trị sản lượng toàn ngành. Năm 1985, công nghiệp hoá chất chiếm tỉ trọng cao trong toàn ngành công nghiệp Việt Nam (10,6%). Thời kỳ đổi mới, từ 1986 công nghiệp hoá chất nước ta phát triển ổn định. Tốc độ tăng trưởng của ngành cao nhất là thời kỳ 1991-1995, đạt mức 20%/năm, cao hơn tốc độ tăng trưởng của toàn ngành công nghiệp. Đến tháng 12/1995, Nhà nước đã quyết định thành lập Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam thuộc B ộ Công Nghiệp theo mô hình tổng công ty mạnh. Năm năm cuối thế kỷ XX, ngành công nghiệp hoá chất cũng có tăng trưởng ở tất cả các thành phần kinh tế. Tổng sản lượng toành ngành hoá chất phân bố như sau: quốc doanh địa phương chiếm 24%, quốc doanh trung ương chiến 44,8%, doanh nghiệp có vốn nước ngoài chiếm 20,9%, các thành phần kinh tế khác chiếm 10,3%. ( s ố liệu năm 1998) 1.1.1.2. Đặc điểm kinh tế kỹ thuật Công nghiệp hoá chất sử dụng nhiều loại nguyên liệu, khoáng sản, kể cả phế liệu của các ngành sản xuất khác để chế tạo ra nhiều loại hoá phẩm. Chẳng hạn như từ muối ăn có thể sản xuất xút và clo, từ vôi và than đá chế tạo ra cacbua canxi, từ apatít, phôtphoric sản xuất ra phân lân, tận dụng xỉ lò cao để sản xuất benzen, phenol, hay từ cành, ngọn cây có thể chế ra rượu Do vậy, ngành công nghiệp hoá chất thường được phân bố ở nhiều nơi. Công nghiệp hoá chất có nhu cầu rất lớn về nhiên liệu, năng lượng và nguồn nước. Ví dụ để sản xuất ra 1 tấn sợi nhân tạo, phải cần từ 7 đến 10 tấn nhiên liệu, 8.000 đến 15.000 kwh điện và từ 1.200 đến 2.000 m3 nước. Việc sản xuất cao su nhân tạo, amôniắc cũng tương tự như thế. Một số sản phẩm của ngành công nghiệp hoá chất là những chất độc hại, chuyên chở xa nguy hiểm và bất tiện (như H2SO4, xút, Clo) thì cần được phân bố ngay tại vùng tiêu thụ. Bên cạnh đó, ngành công nghiệp hoá chất thường được phân bố gần các trung tâm
  20. công nghiệp cơ khí, công nghiệp nhẹ vì một số ngành này tiêu thụ nhiều hoá phẩm. Các xí nghiệp công nghiệp hoá chất có mối liên hệ rất khăng khít với nhau trong việc sử dụng thành phẩm và sản phẩm phụ của nhau. Ví dụ như nhà máy phân lân sử dụng H2SO4 của nhà máy sản xuất H2SO4, nhà máy sơn sử dụng xỉ quặng pyrit của nhà máy phân lân Trong nhiều trường hợp, các nhà máy hoá chất này sử dụng hoá phẩm của các nhà máy hoá chất khác để sản xuất ra hàng trăm sản phẩm mới. Các xí nghiệp hoá chất nói chung, ít nhiều đều gây ô nhiễm và độc hại cho môi trường (không khí, nguồn nước.). Vì vậy, khi xây dựng các nhà máy cần chú ý hệ thống xử lí các chất độc hại để bảo đảm vệ sinh, sức khoẻ cho cộng đồng dân cư. 1.1.1.3. Tình hình sản xuất và phân bố Công nghiệp hoá chất là tập hợp của nhiều phân ngành mà quy trình công nghệ chủ yếu dựa trên các phản ứng hoá học phân tích và tổng hợp. Nó bao gồm 3 phân ngành chính với rất nhiều các sản phẩm khác nhau. Nhuộm, các chất tẩy rửa (được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp dệt), phân bón, hoá chất bảo vệ thực vật được phân bố ở cả các nước phát triển và đang phát triển. Phân ngành hoá tổng hợp hữu cơ bao gồm các sản phẩm chính là sợi hoá học, cao su tổng hợp, các chất dẻo, nhựa PVC, các chất thơm, phim ả n h . s ợi hoá học được sử dụng nhiều trong công nghiệp dệt để thay thế một phần nguyên liệu sợi tự nhiên. Cao su tổng hợp chủ yếu để sản xuất săm lốp xe máy, ô tô, máy b a y . Về sản xuất cao su tổng hợp, so với sản lượng của thế giới (9,5 triệu tấn), Hoa Kỳ chiếm 25%, Nhật 16,7%, Nga 7,8%, Trung Quốc 7,7%, CHLB Đức 7,6% . Việc sản xuất chất dẻo đạt được nhiều tiến bộ với tính năng ngày càng cao nhờ cải tiến phương pháp chế biến. Hiện nay trên thế giới, nhiều nước đã tạo ra các loại chất dẻo có độ xốp cao để làm màn lọc, các chất dẻo không thấm để bao
  21. gói hàng hoá, các chất dẻo có tính năng giữ nước tốt để lót các hệ thống làm ẩm trong sa mạc, các vật liệu tương hợp sinh học để làm các bộ phận giả của cơ thể con người. Vật liệu composit, một dạng của vật liệu chất dẻo có độ bền cơ học cao, đang được sử dụng ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp, giao thông vận tải và xây dựng. Phân ngành hóa tổng hợp hữu cơ tập trung ở các nước công nghiệp phát triển và một số nước công nghiệp mới (Braxin, Ân Độ, Trung Quốc ). Phân ngành hoá dầu bao gồm các sản phẩm hoá lọc dầu từ dầu thô như xăng, dầu hoả, dầu bôi trơn, các loại dược phẩm, mỹ phẩm. Nói chung phân ngành này tập trung chủ yếu ở các nước phát triển có trình độ kỹ thuật công nghệ cao và có vốn đầu tư lớn như Hoa Kỳ, Nhật, LB Nga, Anh, Pháp, CHLB Đức Ở nước ta, ngành hoá chất được coi là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn cho giai đoạn đến năm 2010 với tỉ trọng 8,1% tổng giá trị sản xuất của toàn ngành công nghiệp. Cơ cấu của ngành là hoá chất cơ bản, cao su, thuốc chữa bệnh dựa trên các thế mạnh về nguyên liệu, cơ sở vật chất - kỹ thuật, nhu cầu thị trường trong nước và khả năng liên doanh với nước ngoài. Năm 2003, nước ta đã sản xuất gần 1,3 triệu tấn phân hoá học, gần 400 nghìn tấn xà phòng giặt, trên 18 nghìn tấn thuốc trừ sâu, gần 44 nghìn tấn H2SO4, trên 80 nghìn tấn xút (NaOH). 1.1.2. Lịch sử và quá trình phát triển của ngành công nghiệp giấy [3,13,14,25] Ngành giấy là một trong những ngành được hình thành từ rất sớm tại Việt Nam, khoảng năm 284. Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20, giấy được làm bằng phương pháp thủ công để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian, vàng m ã . Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4.000 tấn giấy/năm tại Việt Trì. Trong
  22. thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được đầu tư xây dựng nhưng hầu hết đều có công suất nhỏ (dưới 20.000 tấn/năm) như Nhà máy giấy Việt Trì, Nhà máy bột giấy Vạn Điểm, Nhà máy giấy Đồng Nai, Nhà máy giấy Tân Mai Năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam là 72.000 tấn/năm nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy nên sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm. Hình 1.1. Hình ảnh công ty giấy Việt Trì Năm 1982, Nhà máy giấy B ãi B ằng do Chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi vào sản xuất với công suất thiết kế là 53.000 tấn bột giấy/năm và 55.000 tấn giấy/năm, dây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng công nghệ cơ-lý và tự động hóa. Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ như điện, hóa chất và trường đào tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất. Ngành giấy có những bước phát triển vượt bậc, sản lượng giấy tăng trung bình 11%/năm trong giai đoạn 2000 - 2006, tuy nhiên, nguồn cung như vậy vẫn chỉ đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng (năm 2008) phần còn lại vẫn phải nhập khẩu. Mặc dù đã có sự tăng trưởng đáng kể tuy nhiên, tới nay đóng góp của ngành trong tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn rất nhỏ. Sản lượng bột giấy sản xuất trong nước năm 2010 đạt 345,9 nghìn tấn, năm 2011 đạt 373,4 nghìn tấn. Năm 2012, sản lượng bột giấy nước ta thiết lập mức tăng trưởng khủng, cao hơn 30% so với năm 2011, đạt tới 484,3 nghìn tấn. Tuy nhiên, với khối lượng này còn xa mới đáp ứng được nhu cầu cho ngành sản
  23. xuất giấy, bởi vậy hàng năm nước ta vẫn còn phải nhập khẩu lượng bột giấy và các sản phẩm giấy với lượng gần tương đương sản lượng trong nước. Để đối phó với tình trạng thiếu nguyên liệu, ngành sản xuất giấy của Việt Nam phát triển mạnh ở lĩnh vực tái chế giấy. Tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng dùng làm nguyên liệu trong tổng nguyên liệu sản xuất giấy ở Việt Nam là 70%. Các loại giấy thu hồi gồm giấy carton (OCC), giấy báo (NP) và tạp chí (OMG), giấy lề (phế thải trong gia công) được nhập vào Việt Nam từ nhiều nước, chủ yếu từ Mỹ, Nhật, New z ealand. Gần 100% giấy bao bì, 90% giấy tissue và 60% giấy in báo đều làm từ giấy tái chế. Tái sử dụng giấy tối đa là mục tiêu nhiều nước đang nhắm đến để tận dụng nguồn nguyên liệu, giảm giá thành, giảm phá rừng và bảo vệ môi trường. Năng lực tái chế giấy của Việt Nam đã tăng trưởng rất nhanh. Năm 2000 sản lượng giấy tái chế tiêu thụ là 240 nghìn tấn, bao gồm tái chế trong nước 121 nghìn tấn, nhập khẩu 120 nghìn tấn, tỷ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng đạt 24%. Năm 2010, tổng lượng giấy tái chế tiêu thụ 1.004 nghìn tấn, trong đó thu hồi trong nước đạt 734,2 nghìn tấn, nhập khẩu 269,7 nghìn tấn. Năm 2011, tổng lượng giấy tái chế được tiêu thụ đạt 1.193,2 nghìn tấn, bao gồm 883,6 nghìn tấn thu hồi trong nước và 309,6 nghìn tấn nhập khẩu. Năm 2012, tổng lượng giấy tái chế được tiêu thụ 1.450,4 nghìn tấn, bao gồm 987,1 nghìn tấn thu hồi trong nước và 463,2 nghìn tấn nhập khẩu. 1.1.2.1. Nguyên liệu sản xuất giấy Người ta có thể sản xuất giấy từ nguồn nguyên liệu mới là gỗ, hoặc cũng có thể sử dụng giấy đã sử dụng làm nguyên liệu. Trong sản xuất mới, nguyên liệu chính để làm giấy là sợi cellulose từ gỗ hoặc rơm rạ. Ngoài ra còn cần dùng đến keo và các chất độn, độ dài của các sợi cellulose thay đổi tùy theo nguyên liệu làm giấy và có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và độ bền về thời gian của giấy. Không phải loại gỗ nào cũng có thể dùng
  24. làm giấy trong công nghiệp được. Gỗ từ các loại cây trong bảng dưới đây được coi là thích hợp để dùng làm giấy: rụng lá c ây lá rộng ( c ây gỗ cứng): c ây lá kim (C ây gỗ mềm): • s ồi • Vân sam • Dương • Linh sam • Cáng lò (Cây bulô) • Thông • B ạch đàn (Cây khuynh diệp) • T a. C ây Vân Sam c. Cây Bạch Đàn
  25. b. Cây Thông d. Cây Sồi Hình 1.2. Hình ảnh về một sốt loại cây lấy gỗ • Bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy (gỗ hay phi gỗ): Nguyên liệu từ gỗ là các loại cây lá rộng hoặc lá kim. Nguyên liệu phi gỗ như các loại tre nứa, phế phẩm sản xuất Công - Nông nghiệp như rơm rạ, bã mía và giấy loại. Nguyên liệu để sản xuất bột giấy từ các loại phi gỗ có chi phí sản xuất thấp nhưng không phù hợp với nhà máy có công suất lớn do nguyên liệu loại này được cung cấp theo mùa vụ và khó khăn trong việc cất trữ. • Bột giấy từ giấy loại: Giấy loại ngày càng được sử dụng nhiều làm nguyên liệu cho ngành giấy do ưu điểm tiết kiệm được chi phí sản xuất. Giá thành bột giấy từ giấy loại luôn thấp hơn các loại bột giấy từ các loại nguyên liệu nguyên thủy vì chi phí vận chuyển, thu mua và xử lý thấp hơn. Tính trung bình sản xuất 1 tấn giấy từ giấy loại tiết kiệm được 17 cây gỗ và 1.500 lít dầu so với sản xuất giấy từ nguyên liệu nguyên thủy.
  26. Hình 1.3. Hình ảnh nguyên liệu từ giấy loại Hơn nữa, chi phí đầu tư dây chuyền xử lý giấy loại thấp hơn dây chuyền sản xuất bột gỗ từ các nguyên liệu nguyên thủy. B ên cạnh đó sản xuất giấy từ giấy loại có tác động bảo vệ môi trường. Tính trung bình sản xuất giấy từ bột tái sinh giảm được 74% khí thải và 35% nước thải so với sản xuất giấy từ bột nguyên. Nguồn giấy loại được cung cấp từ 2 nguồn là thu gom hay nhập khẩu. Giấy loại nhập khẩu vào Việt Nam chủ yếu được nhập từ Mỹ, Nhật, Nhật Bản và New Zealand. Nguồn thu gom trong nước chủ yếu qua đồng nát là những người thu gom riêng lẻ lùng sục từng ngõ ngách, các công ty vệ sinh, những người bới rác, các trạm thu mua trung gian. Hiện nay chưa có công ty chuyên doanh giấy thu hồi do đó việc thu gom và tái chế diễn ra khá tự phát. Hơn nữa nhà nước chưa có chính sách khuyến khích thu gom cũng như chưa có hành lang pháp lý điều hành hoạt động này do đó tỉ lệ thu hồi giấy đã qua sử dụng ở Việt Nam rất thấp chỉ khoảng 25% so với 38% ở Trung Quốc hay 65% ở Thái Lan. Bản 1.1.2.2. Các sản phẩm từ ngành công nghiệp giấy Tùy theo mục đích sử dụng khác nhau sản phẩm giấy được chia thành 4 nhóm: • Nhóm 1: Giấy dùng cho in, viết (giấy in báo, giấy in và viết )
  27. • Nhóm 2: Giấy dùng trong công nghiệp (giấy bao bì, giấy chứa chất lỏng ) • Nhóm 3: Giấy dùng trong gia đình (giấy ăn, giấy vệ sin h .) • Nhóm 4: Giấy dùng cho văn phòng (giấy fax, giấy in hóa đ ơ n .) Hiện nay ở Việt Nam chỉ sản xuất được các loại sản phẩm như giấy in, giấy in báo, giấy bao bì công nghiệp thông thường, giấy vàng mã, giấy vệ sinh chất lượng thấp, giấy tissue chất lượng trung b ìn h . Còn các loại giấy và các tông kỹ thuật như giấy kỹ thuật điện - điện tử, giấy sản xuất thuốc lá, giấy in tiền, giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa sản xuất được. Ví dụ hình ảnh về các sản phẩm giấy hiện nay được cung cấp trên thị trường. Nhóm 1. Giấy viết, giấy in Nhóm 3. Giấy ăn gia đình Nhóm 2. Giấy bao bì Nhóm 4. Giấy in hóa đơn. •? r Hình 1.4. Hình ảnh về các sản phâm từ giây
  28. 1.2. Nước thải công nghiệp 1.2.1. Khái niệm nước, nước thải và nước thải công nghiệp [1,2,4,6] 1.2.1.1. Khái niệm nước Nước có vai trò quan trọng không thể thiếu trong hoạt động sống cũng như hoạt động sản xuất của con người, là nguyên liệu trong nhiều ngành sản xuất, Nước cũng được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: giao thông vận tải, tưới tiêu trong nông nghiệp, làm thủy điện cung cấp nước cho sinh hoạt cũng như sử dụng làm các phương tiện sinh hoạt giải trí. Tùy thuộc vào bản chất và môi trường mà trong nước có các thành phần khác nhau. Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể tự nhiên hay do nhân tạo. Theo bản chất của các tác nhân gây ô nhiễm người ta phân biệt ô nhiễm vô cơ, ô nhiễm hữu, cơ ô nhiễm hóa học, ô nhiễm vi sinh vật, cơ học hay vật lý, ô nhiễm phóng xạ. Các khuynh hướng làm thay đổi chất lượng nước do ảnh hưởng bởi các hoạt động của con người: • Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí quyển và nước thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO32-, NO3- trong nước. • Tăng hàm lượng các ion Ca, Mg, s i, . trong nước ngầm và nước sông do nước mưa hòa tan. • Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, trước hết là Pb, Cd, Hg, As, Zn và cả các anion PO43-, NO3-, NO2-. • Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi vào môi trường nước cùng nước thải, từ khí quyển và từ các chất thải rắn. • Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ, trước hết là các chất khó bị phân hủy sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu, ). • Giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa liên quan tới quá trình phì nhưỡng các nguồn chứa nước và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ.
  29. • Giảm độ trong của nước. Tăng nguy hiểm từ các chất phóng xạ. 1.2.1.2. Khái niệm nước thải Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Đây là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý nước thải. Người ta phân ra các loại nước thải sau: • Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại công sở, trường học. Thường chứa nhiều tạp chất khác nhau trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật. Hình 1.5. Hình ảnh về nước thải sinh hoạt • Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động. Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, tùy theo sản phẩm tạo ra cũng như công nghệ sản xuất.
  30. Hình 1.6. Hình ảnh về nước thải công nghiệp • Nước thấm qua: Là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau. Hình 1.7. Hình ảnh về nước thấm qua • Nước thải đô thị: Là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một thành phố. Đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên. Tính gần đúng, nước thải đô thị thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là loại nước thấm qua và 36% là nước thải sản xuất.
  31. Hình 1.8. Hình ảnh về nước thải dô thị 1.2.1.3. Khái niệm nước thải công nghiệp • Nước thải công nghiệp: là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp. Nước thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về tính chất, lượng phát thải, phụ thuộc vào yếu tố như loại hình công nghiệp, công nghệ sản xuất, tuổi thọ thiết bị, trình độ quản lý Trong nước thải sản suất công nghiệp lại được chia ra làm 2 loại: o Nước thải sản xuất bẩn là nước thải sinh ra từ quá trình sản xuất sản phẩm, xúc rửa máy móc thiết bị, từ quá trình sinh hoạt của công nhân viên, loại nước này chưa nhiều tạp chất, chất độc hại, vi khuẩn, o Nước thải sản xuất không bẩn là loại nước sinh ra chủ yếu khi làm nguội thiết bị, giải nhiệt trong các trạm làm lạnh, ngưng tụ hơi nước cho nên loại nước thải này thường được quy ước là nước sạch. Nước thải công nghiệp rất đa dạng về lượng cũng như tính chất, nó tùy thuộc vào các yếu tố như: loại hình công nghiệp, loại hình công nghệ, công suất hoạt động, Do tính chất đa dạng đó nên mỗi loại nước thải có một công nghệ xử lý riêng. Ngành công nghiệp với đa dạng các loại hình sản xuất kinh doanh, đồng nghĩa với việc cũng có đa dạng các loại nước thải công nghiệp được thải ra hàng ngày. Một số loại nước thải của các ngành công nghiệp thường gặp: • Nước thải sản xuất dược phẩm • Nước thải sản xuất Cao su • Nước thải sản xuất Rượu • Nước thải ngành Xi mạ • Nước thải sản xuất Bia • Nước thải ngành Khoáng sản • Nước thải sản xuất Đường • Nước thải ngành Dệt nhuộm • Nước thải sản xuất Giấy Mỗi loại nước thải của mỗi ngành công nghiệp có một đặc tính riêng, tuy nhiên các thành phần chính của nước thải khiến ta phải quan tâm hơn trong việc xử lý nó bao gồm: kim loại nặng, dầu mỡ (chủ yếu trong nước thải ngành xi
  32. mạ), chất hữu cơ khó phân hủy (có trong nước thải sản xuất dược phẩm, nông dược, dệt nhuộm ). Các thành phần này không những khó xử lý mà còn độc hại đối với con người và môi trường sinh thái. Quy mô hoạt động sản xuất càng lớn thì lượng nước càng nhiều kéo theo lượng xả thải cũng càng nhiều. B ên cạnh đó, các thành phần khác trong nước thải công nghiệp tuy không phải là nguy hiểm nhưng nếu quá nhiều và không được xử lý đúng cách cũng là mối đe dọa lớn đối với nguồn nước và môi trường. 1.2.2. Khái niệm nước thải giấy [13,14,16] 1.2.2.1. Thành phần và tính chất của nước thải giấy Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước. Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm, lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy giao động từ 200 ^ 500 m3. Giấy, bìa có thể được sản xuất từ bột giấy mới hoặc tái sinh, hoặc hỗn hợp, tẩy trắng hoặc chưa tẩy trắng. Đối với loại hình sản xuất giấy từ bột giấy nước thải phát sinh dao động trong khoảng 0,5 - 13,5 m3/tấn sản phẩm. Do sử dụng nhiều phụ gia vô cơ, nước thải của nhà máy giấy thường đục hơn nhiều so với nước thải nấu bột. Trong phần lớn các nhà máy giấy nước thải thường được xử lý sơ bộ bằng các thiết bị tách cặn, thu hồi bột và nước, vì vậy chất lượng nước thải phụ thuộc rất nhiều vào mức độ tuần hoàn tái sử dụng nước, nước thải sẽ có độ đậm đặc cao hơn nếu tái sử dụng nhiều hơn. Dòng thải từ quá trình nấu, rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan, các hóa chất nấu và một phần xơ sợi. Dòng thải có màu tối nên thường được gọi làdịch đen. Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25 đến 35%, tỷ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ vào khoảng 70:30, thành phần hữu cơ là lignin hòa tan vào dịch kiềm, sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ, thành phần vô cơ gồm
  33. những hóa chất nấu, phần nhỏ là NaOH, Na2S tự do, Na 2CO3 còn phần nhiều là kiềm natrisunphat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm. Hình 1.9. Hình ảnh về nước thải Giấy Dòng thải từ công đoạn tẩy trắng của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học hay bán hóa học thường chứa các hợp chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành của những hợp chất đó với chất tẩy ở dạng độc hạt có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể sống như các hợp chất clo hữu cơ.Các dòng thải chính của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy bao gồm: Nước thải khâu chuẩn bị nguyên liệu: chủ yếu do rửa mảnh, chứa các tạp chất và các chất hữu cơ tiêu thụ oxi (COD, BOD), các chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực vật, Nước thải từ khâu nấu bột và rửa bột sau nấu: chứa các chất tiêu thụ oxi, các hợp chất chứa nitơ, phôtpho có nguồn gốc từ vật liệu sơ sợi. Công đoạn này tạo ra dịch đen và khí thải nấu, giá trị nồng độ BOD, COD và màu trong dịch đen nấu bột rất cao, COD có thể tới hàng nghìn mg/l. Nước thải khâu tẩy trắng bột giấy: do sử dụng clo nguyên tố (Cl2) và các hợp chất clo như hypoclorit natri NaClO, hypoclorit canxi Ca(ClO)2, dyoxytclo ClO2, trong toàn bộ quá trình tẩy trắng khoảng 8 -ỉ- 10 % khối lượng xơ sợi bị tác dụng bởi tác nhân tẩy và hòa tan vào dung dịch rồi đi ra theo nước thải ở công đoạn rửa bột sau tẩy làm cho hàm lượng AOX (lượng halogen hữu cơ có khả
  34. năng hấp thụ được) tăng. Dòng thải sản xuất bột giấy còn chứa các hợp chất cao phân tử là lignin có nguồn gốc trong nguyên liệu từ công đoạn nấu và tẩy trắng. Khâu tẩy sinh ra các chất có độ độc hại lớn nhất trong nhà máy giấy. Nước thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy: thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao hơn và lượng các hợp chất hữu cơ (B OD) nhỏ hơn so với nước thải quá trình nấu bột. Các thành phần chất ô nhiễm trong nước thải khâu xeo giấy gồm các phế liệu, sơ sợi mịn rơi vãi, chất độn, bột giấy ở dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh. Trong công nghệ sản xuất giấy và bột giấy thì phần nước thải từ nhà máy giấy thuần túy (không sản xuất bột) là khá sạch, chủ yếu là nước thải từ khâu xeo giấy, tạp chất cơ bản là cặn lơ lửng (thường là xơ sợi giấy, bột độn, bột màu, phụ gia ), thành phần chất hữu cơ thường không quá cao, BOD5 của nước xeo thường dao động từ 150-350 mgO2/L. Đối với các nhà máy có sản xuất bột giấy thì loại nước thải đậm đặc và khó xử lý nhất nước thải dịch đen, lượng kiềm dư có thể lên tới 20 g/L, COD dao động ở mức hàng chục ngàn tới 100.000 mg/L. Đối với các nhà máy sản xuất giấy từ giấy thải thì thành phần ô nhiễm chủ yếu là SS, COD, và BOD5 với nồng độ cao. I.2 .2 .2 . Ảnh hưởng của nước thải giấy đến môi trường Với thành phần phức tạp và chứa nhiều tác nhân gây ô nhiễm, nước thải của nhà máy giấy có ảnh hưởng khá nghiêm trọng đối với môi trường. Ở một số nhà máy sản xuất giấy, nước thải không được xử lý mà xả trực tiếp ra các con sông gây ô nhiễm nguồn nước; gây ảnh hưởng đến đời sống của người dân và môi trường xung quanh. Trong nước có hàm lượng chất hữu cơ cao, làm tăng B OD do đó giảm oxi hòa tan trong nước. Đây là một trong những nguyên nhân chính làm vi sinh vật ở trong nước chết vì không đủ oxi. Fikret B erker chỉ ra rằng nước thải nhà máy giấy có thể gây tác hại đến hầu hết các loài sinh vật trong nước sống cách mặt nước khoảng 56 km. Mật độ và chủng loại cá ở những
  35. nơi đây do đó cũng giảm, đồng thời hoạt động của cá cũng thay đổi và suy yếu. Xơ sợi, các hợp chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng trong nước thải có thể gây ngộ độc thức ăn của cá trong nước sông. Khi con người ăn phải những con cá này cũng sẽ bị ngộ độc. Ngoài ra sự phân hủy các xơ sợi, các hợp chất hữu cơ bằng vi khuẩn là nguyên nhân của sự thối rữa, làm thay đổi màu và mùi của nước. Đây là môi trường thuận lợi cho các vi sinh vật phát triển mạnh, trong đó có cả loài vi sinh vật có hại gây bệnh truyền nhiễm cho người và động vật. Đa số thực vật và động vật sống ở trong nước chỉ sống ở môi trường pH từ khoảng 5 -ỉ- 8 , trong khi đó nước thải của một số nhà máy thải ra môi trường có pH khá cao khoảng 8-11 và nó gây ảnh hưởng đến hệ động vật thủy sinh. Ảnh hưởng của các chất độc trong nước thải trong nước đến sinh vật trong nước, đến môi trường xung quanh và đến sức khỏe con người có thể là ngay lập tức hoặc lâu dài. Các hợp chất vòng thơm của dịch đen trong nước thải có thể theo chuỗi thức ăn đi vào trong cơ thể sinh vật và tích lũy, có thể gây biến dị gen. Tỷ lệ nở trứng của cá giảm rất nhiều do sự phát triển của các chất nhờn nhớt xung quanh màng trứng, trong phôi trứng bị nhiễm độc làm ngăn cản sự trao đổi chất qua màng. Như vậy mức độ ô nhiễm của nước thải nhà máy giấy là khá cao, gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và từ đó có ảnh hưởng đến đời sống và sức khỏe con người. I.2.2.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp giấy QCVN 12:2008/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biên soạn, Tổng cục Môi trường và Vụ Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường. với thông số nước thải như sau. Bảng 1.1. Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép
  36. Giá trị C B Cơ sở Cơ sở TT Thông số Đơn vị có sản chỉ sản A xuất xuất bột giấy gmy (B1) (B2) 1 pH - 6 - 9 5,5 - 9 5,5 - 9 2 BOD5 ở 20oC mg/l 30 50 100 Cơ sở mới mg/l 50 150 200 3 COD Cơ sở đang hoạt động mg/l 80 200 300 4 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 100 Cơ sở mới Pt-Co 20 50 100 5 Độ màu Cơ sở đang hoạt Pt-Co 50 100 150 động 6 Halogen hữu cơ dễ bị hấp thụ (AOX) mg/l 7,5 15 15 Trong đó: - Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột A1 và A2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt).
  37. - Cột B quy định giá trị C của các thông số làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải của cơ sở chỉ sản xuất giấy (không sản xuất bột giấy) hoặc cơ sở sản xuất bột giấy, liên hợp sản xuất giấy và bột giấy khi thải vào các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột B1 và B2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt hoặc vùng nước biển ven bờ). - Đối với thông số COD và độ màu, các cơ sở đang hoạt động trước ngày Quy chuẩn này có hiệu lực thi hành được áp dụng giá trị cao hơn đến hết ngày 31/12/2014. Kể từ ngày 01/01/2015, áp dụng giá trị quy định cho cơ sở mới đối với tất cả các cơ sở sản xuất giấy và bột giấy. Ngoài 06 thông số quy định tại Bảng 1, tuỳ theo yêu cầu và mục đích kiểm soát ô nhiễm, giá trị C của các thông số ô nhiễm khác áp dụng theo quy định tại cột A hoặc cột B của Bảng 1 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5945:2005 - Chất lượng nước - Nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải. 1.2.3. Các chỉ tiêu về nước thải công nghiệp [8,9] 1.2.3.1. Chỉ tiêu vật lý a. Độ pH. pH chỉ có định nghĩa về mặt toán học : pH = -log[H+]. pH là một chỉ tiêu cần được xác định để đánh giá chất lượng nguồn nước. Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kết tủa, sự hòa tan, cân bằng carbonat, ), các quá trình sinh học trong nước. Giá trị pH của nguồn nước góp phần quyết định phương pháp xử lý nước. pH được xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ. b. Nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy ra trong nước. Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào
  38. thời gian trong ngày, vào mùa trong năm, Nhiệt độ cần được xác định tại chỗ (tại nơi lấy mẫu). c. Độ màu Nước nguyên chất không có màu. Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nước thường là do chất hữu cơ (chất mùn hữu cơ - acid humic), một số ion vô cơ ( s ắ t.), một số loài thủy sinh v ậ t,. Màu sắc mang tính chất cảm quan và gây nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng. Độ màu thường được so sánh với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thường dùng là dung dịch K 2PtCl6 + CaCl2 (1 mg K2PtCl6 tương đương với 1 đơn vị chuẩn màu). Độ màu của mẫu nước nghiên cứu được so sánh với dãy dung dịch chuẩn bằng phương pháp trắc quang. d. Độ đục Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nước. Các chất lơ lửng trong nước có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật có kích thước thông thường từ 0,1 ^ 10 im . Độ đục làm giảm khả năng truyền sáng của nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp. 1 đơn vị độ đục là sự cản quang gây ra bởi 1 mg SiO2 hòa trong 1 lít nước cất. Độ đục được đo bằng máy đo độ đục (đục kế -turbidimeter). Đơn vị đo độ đục theo các máy do Mỹ sản xuất là NTU e. Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước. Hàm lượng các chất lơ lửng (SS: s uspended s olids) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/L. f. Tổng hàm lượng các chất hòa tan (DS) Các chất rắn hòa tan là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ. Hàm lượng các chất hòa tan D s (Dissolved s olids) là
  39. lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/L DS = TS - SS (1.1) I.2.3.2. Chỉ tiêu hóa học a. Đô kiềm hóa Độ kiềm toàn phần (Alkalinity) là tổng hàm lượng các ion HCO3-, CO32-, OH- có trong nước. Độ kiềm trong nước tự nhiên thường gây nên bởi các muối của acid yếu, đặc biệt là các muối carbonat và bicarbonat. Độ kiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat, phosphat, và một số acid hoặc baz hữu cơ trong nước, nhưng hàm lượng của những ion này thường rất ít so với các ion HCO 3", CO32-, OH- nên thường được bỏ qua. Khái niệm về độ kiềm (alkalinity - khả năng trung hòa acid) và độ acid (acidity - khả năng trung hòa baz) là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học của một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat. Xét một dung dịch chỉ chứa các ion carbonat HCO3-, CO32- . Ở các giá trị pH khác nhau, hàm lượng carbonat sẽ nằm cân bằng với hàm lượng CO 2 vì trong nước luôn diễn ra quá trình: 2 HCO3- ^ CO32- + H2O + CO2 (1.1) CO32- + H2O ^ 2OH- + CO2 (1.2) Giả sử ngoài H+ ion dương có hàm lượng nhiều nhất là Na+ thì ta luôn luôn có cân bằng sau : [H+] + [Na+] = [HCO3-] + 2 [CO32-] + [OH-] (1.3) Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưa tất cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H 2CO3. Như vậy ta có các biểu thức: [Alk] = [Na+] Hoặc [Alk] = [HCO3-] + 2 [CO32-] + [OH-] + [H+] (1.4)
  40. Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 4.5 ; liên quan đến hàm lượng các ion OH-, HCO3- và CO32- )với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8.3; liên quan đến ion OH-). Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và độ kiềm p được gọi là độ kiềm bicarbonat. Hàm lượng oxi hòa tan trong nước đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải tác động lên môi trường. DO thấp dưới mức cho phép sẽ ảnh hưởng tới các sinh vật trong nước. b. Hàm lượng oxigen hòa tan (DO) Oxigen hòa tan trong nước (DO: Dissolved Oxygen) không tác dụng với nước về mặt hóa học. Hàm lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật, Hàm lượng oxigen hòa tan là một chỉ số đánh giá ‘ ‘tình trạng sức khỏe ’ ’ của nguồn nước. Mọi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch nếu như nguồn nước đó còn đủ một lượng DO nhất định. Khi DO xuống đến khoảng 4 -ỉ- 5 mg/L, số sinh vật có thể sống được trong nước giảm mạnh. Nếu hàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong nước lúc này diễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các sinh vật không thể sống được trong nước này nữa. Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và B OD của nguồn nước. Nếu trong nước hàm lượng DO cao, các quá trình phân hủy các chất hữu cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí (aerobic), còn nếu hàm lượng DO thấp, thậm chí không còn thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước sẽ xảy ra theo hướng yếm khí (anaerobic). c. Nhu cầu oxigen hóa học (COD)
  41. Nhu cầu oxigen hóa học (COD: Chemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết (cung cấp bởi các chất hóa học) để oxid hóa các chất hữu cơ trong nước. Chất oxid hóa thường dùng là KMnO 4 hoặc K2Cr2O7 và khi tính toán được qui đổi về lượng oxigen tương ứng (1 mg KMnO4 ứng với 0,253 MgO2). Các chất hữu cơ trong nước có hoạt tính hóa học khác nhau. Khi bị oxid hóa không phải tất cả các chất hữu cơ đều chuyển hóa thành nước và CO 2 nên giá trị COD thu được khi xác định bằng phương pháp KMnO4 hoặc K2Cr2O7 thường nhỏ hơn giá trị COD lý thuyết nếu tính toán từ các phản ứng hóa học đầy đủ. Mặt khác, trong nước cũng có thể tồn tại một số chất vô cơ có tính khử (như S2-, NO2, Fe2+, ) cũng có thể phản ứng được với KMnO4 hoặc K2Cr2O7 làm sai lạc kết quả xác định COD. Như vậy, COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu cơ trong nước có thể bị oxid hóa bằng các chất hóa học (tức là đánh giá mức độ ô nhiễm của nước). Việc xác định COD có ưu điểm là cho kết quả nhanh (chỉ sau khoảng 2 giờ nếu dùng bicromat hoặc 10 phút nếu dùng phương pháp permanganat). d. Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD) Nhu cầu oxigen sinh hóa (B OD: B iochemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết để vi khuẩn có trong nước phân hủy các chất hữu cơ. Tương tự như COD, B OD cũng là một chỉ tiêu dùng để xác định mức độ nhiễm bẩn của nước (đơn vị tính cũng là mgO2/L). Trong môi trường nước, khi quá trình oxid hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxigen hòa tan để oxid hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ bền như CO2, CO32- SO42, PO43- và cả NO3-. 1.3. c ác phương pháp xử lý nước thải công nghiệp [1,2’4’5] 1.3.1. p hương pháp xử lý sinh học
  42. Sử dụng các phương pháp xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải cũng như trong một số chất vô cơ. Dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng để tồn tại và phát triển. Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kị khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình oxy hóa nên các quá trình có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên. 1.3.1.1. Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo Quá trình kỵ khí: ■ Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc ■ Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên ■ Bể lọc kỵ khí ■ Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu cố định Quá trình hiếu khí: ■ Bể aeronten thông thường. ■ Bể aronten mở rộng. ■ Bể aronten sao trộn hoàn toàn. ■ Mương ôxy hóa. ■ Bể hoạt động gián đoạn. ■ Bể lọc sinh học. ■ Bể lọc sinh học tiếp xúc quay 1.3.1.2. Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên Cơ sở của phương pháp là khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước, bao gồm các dạng: ■ Cánh đồng tưới. ■ Thả nước thải vào ao hồ ,sông, suối.
  43. ■ Hồ sinh học. ■ Hồ hiếu khí. ■ Hồ tùy nghi. ■ Hồ kỵ khí. ■ Hồ xử lý bổ sung. 1.3.2. p hương pháp xử lý cơ học Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hóa học và sinh học. Được sử dụng nhằm mục đích: ■ Tách các chất không hòa tan, những chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh, các chất tạp nổi, ) và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. ■ Điều hòa lưu lượng và các chất ô nhiễm trong nước thải. Đôi khi người ta còn tách các hạt lơ lửng bằng cách tiến hành lắng chúng dưới tác dụng của lực ly tâm trong các xyclon thủy lực hay máy ly tâm. 1.3.3. p hương pháp xử lý hóa lý 1.3.3.1 Tuyển nổi B ể tuyển nổi dùng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi nước. Ngoài ra cũng còn dùng để tách các hợp chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt và bể còn được gọi là bể tách bọt hay làm đặc bọt. Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ lớn hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt. Tuỳ theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau: ■ Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation). ■ Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation).
  44. ■ Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation). 1.3.3.2. Hấp phụ Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải triệt để khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học, được dùng khi nồng độ của chúng không cao và chúng không bị phân hủy bởi vi sinh vật hay chúng rất độc. Ưu điểm của phương pháp này là cho hiệu quả cao (80 - 90%), có khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải và đồng thời có khả năng thu hồi các chất này. Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng (hay pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dịch đạt cân bằng, các chất hấp phụ thường sử dụng: than hoạt tính, tro, xỉ, mạc cưa, silicagel, keo nhôm, 1.3.3.3. Trao đổi Ion Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như: z n, Cu, Cr, Ni, Hg, M n ,. cũng như các hợp chất của asen, photpho, cyanua, chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao nên được dùng nhiều trong việc tách muối trong xử lý nước thải. 1.3.3.4. Màng bán thấm Phương pháp này có thể tách các chất tan khỏi các hạt keo bằng cách dùng các màng bán thấm. Đó là các màng xốp đặc biệt không cho các hạt keo đi qua. 1.3.3.5. Trích ly Phương pháp này có thể tách các chất bẩn hòa tan khỏi nước thải bằng dung môi nào đó nhưng với điều kiện dung môi đó không tan trong nước và độ hòa tan chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước. 1.3.3.6. c hưng bay hơi
  45. Phương pháp này là chưng nước thải để các chất hòa tan trong đó cùng bay lên theo hơi nước. Ví dụ, người ta chưng nước thải của nhà máy hóa cốc cho phenol bay đi theo hơi nước. 1.3.3.7. Phương pháp trung hòa Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện cho các quá trình xử lý hóa lý và sinh học. Mặc dù quá trình rất đơn giản về mặt nguyên lý, nhưng vẫn có thể gây ra một số vấn đề trong thực tế như: giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt, làm gỉ sét thiết bị máy móc. Vôi Ca(OH)2 thường được sử dụng rộng rãi như một bazơ để xử lý nước thải có tính acid, trong khi acid sulfuric là một chất tương đối rẻ tiền dùng trong xử lý nước thải có tính bazơ. 1.3.3.8. Phương pháp oxy hóa khử Phương pháp này được dùng để: ■ Khử trùng nước. ■ Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc một nguyên tố hòa tan sang thể khí. ■ B iến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn. ■ Loại bỏ các kim loại nặng như : Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As, và một số chất độc như cyanua. ■ Các chất oxy hóa thông dụng như : O3, Cl2, H 2O2, KMnO4. ■ Quá trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác. 1.3.3.9. Kết tủa hóa học Kết tủa hóa học thường dùng để loại trừ các kim loại nặng trong nước. Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo các kết
  46. tủa đối với vôi. Ngoài ra, soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loại dưới dạng hydroxid, cacbonat, 1.3.3.10. Keo tụ Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10 -4 mm thường không thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt lơ lửng trong nước, tạo thành các bông cặn có trọng lượng đáng kể. Do đó, các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống. Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta thuờng cho vào trong nước thải các chất keo tụ thích hợp như phèn nhôm Al 2(SO4)3, phèn sắt loại Fe s O 4 Fe2(SO4) 3 hoặc loại FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan. 1.4. Chất keo tụ và hiện tượng keo tụ t15’16’18’29’21] 1.4.1. Hệ keo cấu tạo và tính chất Hạt keo bao gồm một nhân thường có cấu tạo tinh thể và vỏ (lớp điện tích bao xung quanh). Phần nhân chính là các chất phân tán có diện tích bề mặt lớn, được tích điện. s ự hình thành điện tích trê bề mặt là do các nguyên nhân : ■ Phản ứng hóa học trên bề mặt chất rắn (điện tích phụ thuộc rất nhiều vào pH của môi trường, thường tích điện âm ở vùng pH cao và tích điên dương ở vùng pH thấp). ■ Khiếm khuyết về cấu trúc của bề mặt và sự thay thế đồng hình. ■ Hấp phụ các cấu tử kỵ nước hay các ion chất hoạt động bề mặt (điện tích bề mặt phụ thuộc vào điện tích của chất bị hấp phụ). Điện tích bề mặt hình thành không thể tồn tại độc lập mà sẽ bị trung hòa bởi lớp điện tích trái dấu ở phía ngoài, hình thành lớp điện tích kép. Do các phân tử dung môi cũng như chất phân tán chuyển động không ngừng cho nên lớp điện tích kép luôn bị biến dạng không ổn định tạo thành lớp khuếch tán. Lớp khuếch
  47. tán hình thành là do cân bằng tạm thời giữa lực tương tác tĩnh điện và chuyển động nhiệt của phân tử. Hệ keo luôn trung hòa về mặt điện tích, nghĩa là tổng số điện tích của lớp khuếch tán và điện tích bề mặt bằng không. Tùy theo điện tích bề mặt của nhân hạt keo, ta có keo âm và keo dương. Hệ keo có tính chất điện: khi áp điện trường vào dung dịch keo, các hạt keo tích điện âm sẽ di chuyển về cực dương và hạt keo tích điện dương sẽ dịch chuyển về cực âm. Đây là hiện tượng điện di - hiện tượng dịch chuyển tương đối của các hạt mang điện so với pha tĩnh là dung môi. Ta có đồng thời sự dịch chuyển của dung môi so với hạt tích điện, đây là hiện tượng điện thẩm thấu. Hiệu điện thế gây ra hiện tượng điện di gọi là thế điện động (electro kinetich potential) hay thế năng zeta ^. Vì vậy khi mỗi một va chạm của các hạt keo đều dẫn đến sự liên kết các hạt, nghĩa là rất hiệu quả đối với quá trình keo tụ, người ta nói rằng, đó là sự keo tụ nhanh. 1.4.2. Khái niệm về keo tụ Keo tụ (coagulation) : là hiện tượng các hạt keo nhỏ tập hợp lại với nhau tạo thành hạt lớn hơn dễ lắng. Có nhiều cơ chế khác nhau dẫn đến hiện tượng keo tụ nhưng có thể chia làm hai giai đoạn chính là khử tính bền của hệ keo và tạo ra liên kết giữa chúng. Để khử được tính bền của hệ keo người ta quy về bốn cơ chế sau : ■ Nén ép làm giảm độ dày lớp điện tích kép. ■ Hấp phụ và trung hòa điện tích. ■ Lôi cuốn, quét cùng với chất kết tủa. ■ Hấp phụ và tạo cầu liên kết giữa các hạt keo. s ự keo tụ bao gồm2 giai đoạn: Keo tụ ẩn: bằng mắt thường, quan sát vẻ bên ngoài người ta không thể nhận biết bất cứ một biến đổi nào, mặc dầu trong thực tế các hạt keo đã chập lại với nhau thành các tập hợp hạt lớn hơn.
  48. Keo tụ rõ: là giai đoạn thấy rõ sự biến đổi màu sắc, vẻ ánh quang (opalescence), rồi chuyển đến trạng thái đục mờ và cuối cùng tạo kết tủa hoặc tạo ra dạng gel (thạch). Đối với một dung dịch keo, giai đoạn keo tụ ẩn sẽ nhanh chóng chuyển thành giai đoạn keo tụ rõ. Trong các dung dịch cao phân tử, giai đoạn keo tụ ẩn xảy ra rất dài và có thể không chuyển sang giai đoạn keo tụ rõ. Có thể gây ra keo tụ một dung dịch keo bằng cách thay đổi nhiệt độ, khuấy trộn, ly tâm siêu tốc, tăng nồng độ pha phân tán, thêm vào hệ keo các chất phụ gia khác nhau, đặc biệt là thêm chất điện ly, Tăng nhiệt độ, khuấy trộn, tăng nồng đ ộ ,. làm cho các hạt keo sát lại gần nhau hơn, do đó làm tăng khả năng tập hợp, nghĩa là làm giảm độ bền tập hợp của hệ keo. Tuy nhiên, trong đại đa số trường hợp các tác động kể trên là không đáng kể. Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự keo tụ là tác động của chất điện ly. c ó nhiều hiện tượng keo tụ như: keo tụ vùng, keo tụ bằng hỗn hợp chất điện ly (hiện tượng cộng tính, keo tụ hỗ trợ, keo tụ cản trở), tự keo tụ và sự keo tụ tương hỗ giữa hai keo. Đối với hiện tượng keo tụ tương hỗ thường được gặp nhiều trong thực tế, như đánh phèn làm trong nước là keo tụ tương hỗ giữa keo dương (phèn) và keo âm (các hạt huyền phù). 1.4.3. Sự cần thiết của các chất keo tụ Bảng 1.2. Các loại hạt có mặt trong môi trường nước Đường kínhtb hạt Thời gian Loại hạt (cm) lắng Sỏi 1 1 giây Cát 0.1 10 giây Cát mịn 1 0 -2 2 phút
  49. Đất sét 1 0 -3 2 giờ Vi khuẩn 1 0 -4 8 ngày Chất keo 1 0 -5 2 năm Chất keo 1 0 -6 2 0 năm Chất keo 1 0 -7 2 0 0 năm Các số liệu của bảng trên cho thấy rằng hạt có kích thước càng nhỏ càng khó lắng, đặc biệt là chất keo không có khả năng lắng tự nhiên, do đó để có thể lắng, người ta cần phải làm tăng kích thước cho các hạt keo đủ lớn bằng cách đưa vào môi trường một hợp chất có khả năng lôi kéo làm cho các hạt keo này tập hợp lại với nhau tạo thành tổ hợp lớn hơn hay tạo các kết tủa bông có kích thước lớn để lôi kéo cuốn các hạt keo này cùng lắng, Các chất có khả năng như thế được gọi là các chất keo tụ, vì thế vai trò của các chất keo tụ rất quan trọng trong việc xử lý nước. 1.4.4. c ác phương pháp keo tụ Các phương pháp hóa học này đều dựa trên 4 cơ chế keo tụ ở trên để khử tính bền của hệ keo. Có 4 biện pháp hóa học keo tụ một hệ huyền phù dạng keo. 1.4.4.1. Tăng lực Ion Khi tăng nồng độ chất điện ly trung tính (NaCl) dẫn đến giảm độ dày của lớp điện tích kép, do đó làm giảm lực đẩy của các hạt. Lực tương tác tổng cộng tiến đến gần bằng không, vì vậy sự tổ hợp có thể xảy ra khi các hạt tiếp xúc nhau. B iện pháp này thực ra rất khó khăn trong việc ứng dụng thực tế vào việc xử lý nước. Hiện tượng keo tụ này thường được xảy ra ở các vùng tiếp giáp cửa sông và biển, giải thích sự lắng đọng của các trầm tích. 1.4.4.2. Thay đổi pH
  50. B iến đổi pH của huyền phù có thể dẫn đến làm mất điện tích sơ cấp , do đó làm giảm hay vô hiệu hóa các lực đẩy. 1.4.4.3. Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III Khi ta đưa vào nước một muối kim loại hóa trị III có thể thủy phân, ví dụ như : một muối sắt hoặc muối nhôm tạo ra nhiều cách keo tụ. Việc thêm vào này trước hết gây ra sự tăng nhẹ một lực ion, đồng thời cũng làm biến đổi pH vì xảy ra sự acid hóa của môi trường (do sự thủy phân). Mặt khác, cũng xảy ra sự hình thành các phức monome và oligone hòa tan mang điện tích dương và có thể bị hấp phụ ở bề mặt các hạt keo (nếu là keo âm) ở liều lượng thích hợp của các muối này, sự thủy phân diễn ra hoàn toàn tạo các kết tủa hydroxyd kim loại vô định hình dạng tủa bông. Chúng có thể ‘ ‘bầy’ ’ hoặc ‘ ‘bắt’ ’ các hạt keo để rồi có thể lắng gạn chúng. s ử dụng một muối kim loại thủy phân hóa trị III là một biện pháp thường hay ứng dụng nhất trong việc xử lý nước. 1.4.4.4. Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp Khi đưa vào các hợp chất polymer tự nhiên hoặc tổng hợp, nói chung là các polymer hữu cơ (amidon, alginate, polyelectronlyte tổng hợp ) đôi khi polymer vô cơ (silic) vào hệ keo thì xảy ra sự hấp phụ trên bề mặt các hạt keo làm cho các hạt keo bị phá vỡ trạng thái cân bằng. Các polymer với các mạch dài có khả năng liên kết các hạt keo lại với nhau tạo thành các bông keo tạo điều kiện hình thành tập hợp lớn hơn , nhưng nếu hàm lượng polymer cao sẽ dần đến sự tái tạo tính bền cho hệ keo. 1.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bông [17’18’20’21] 1.4.5.1. Trị số pH của nước Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ, bao gồm : ■ Ảnh hưởng tới độ hoà tan nhôm hydroxid. ■ Ảnh hưởng đến điện tích của hạt keo nhôm hydroxid. ■ Ảnh hưởng đối với chất hữu cơ có trong nước.
  51. ■ Anh hưởng đến tốc độ keo tụ dung dịch keo. 1.4.5.2. Lượng dùng chất keo tụ Quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng hoá học đơn thuần, nên lượng chất keo tụ cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác định. Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra liều lượng tối ưu. Lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nói chung là 0.1 - 0.5 mg/l, nếu dùng Al2(SO4).18H2O thì tương đương 10 - 50 mg/l, đối với polymer khoảng8 ­ 10 mgđ/l. Nói chung vật huyền phù trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết càng lớn. Cũng có thể chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng keo tụ tương đối nhiều. 1.4.5.3. Nhiệt độ nước Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ. Khi nhiệt độ nước thấp (< 5oC ), bông phèn sinh ra to và xốp, chứa phần nước nhiều lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém. Khi dùng phèn nhôm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên với nhiệt độ nước thấp nhất là 25 - 30oC. Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình keo tụ là không lớn. 1.4.5.4. Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồng điều của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là chuyển từ nhanh sang chậm. Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân của chất keo tụ trong nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng sinh thành lượng lớn keo hydroxid hạt nhỏ làm cho chúng nhanh chóng khuếch tán đến những nơi trong nước kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng. s au khi hỗn hợp hình thành bông và lớn
  52. lên, thì không nên khuấy nhanh vì có thể làm vỡ những bông phèn đã hình thành. 1.4.5.5. Tạp chất trong nước Nếu cho các ion trái dấu vào dung dịch nước nó có thể điều khiển dung dịch keo tụ. Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. 1.4.5.6. Môi chất tiếp xúc Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm. Lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, trên bề mặt của nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng của các hạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết tinh. Cho nên hiện nay thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết kế có lớp cặn bùn. 1.4.6. Một số sản phẩm keo tụ [9,10] Trong những năm gần đây người ta bắt đầu quan tâm đến việc nghiên cứu điều chế các hợp chất keo tụ mới nhằm khắc phục hoặc loại bỏ những nhược điểm của chất keo tụ phèn nhôm và sắt truyền thống : ■ Giảm độ pH của nước sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi để hiệu chỉnh pH dẫn đến chi phí xử lý tăng. ■ Nồng độ ion tự do tồn dư cao sau xử lý. ■ Hiệu quả kém hẳn khi nước nguồn có độ màu và độ đục cao. ■ Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng, Từ những năm 1980, khoa học đã phát triển và đưa vào sử dụng các chất keo tụ mới là các polymer tan trong nước của nhôm và sắt có anion là Cl' hoặc SO42-, độ acid của nó rất thấp do quá trình thủy phân (có kèm theo tạo H+) đã được thực hiện trong quá trình polymer tạo thành sản phẩm, do đó khi cho các chất keo tụ này vào nước, chúng không cần trải qua giai đoạn tạo thành polymer
  53. nên tốc độ keo tụ lớn, việc tạo ra kết tủa hydroxid vô định hình rất thuận lợi. Đầu tiên là PAC (polyaluminium chloride) và PFC (polyferric chloride). Các thử nghiệm đều cho thấy cả PAC và PFC đều đạt hiệu quả xử lý cao về độ đục, kim loại nặng, COD và đều cho thấy khả năng xử lý trội hơn khi ở nhiệt độ thấp và trong việc xử lý nước thải. Tuy nhiên PFC thì không đạt được tính ưu việt gì hơn so với FC ( s ắt III chlorua), trong khi PAC thì có nhiều ưu điểm hơn AS (Nhôm III sulfur). Trong môi trường pH cao » 9.5, thì quá trình hình thành aluminat từ polymer rất chậm nên PAC vẫn có khả năng keo tụ tốt trong khi phèn nhôm (A s ) thì không có khả năng này. Tuy nhiên trong vùng pH < 5.5 cả PAC và A s đều không có khả năng keo tụ vì cả hạt huyền phù và chất keo tụ đều tích điện dương. PAC được sử dụng rộng rãi để thay thế cho phèn nhôm truyền thống ở các nước Nhật, Pháp, Đức, Canada, Mỹ, Trung Quốc, Kinh nghiệm sử dụng PAC cho thấy PAC rất thích hợp cho nước nguồn có độ đục cao, nhiệt độ và độ cứng thấp. Ở Việt Nam đã từng bước đưa PAC vào sử dụng từ năm 1995 cho đến nay, cho thấy lượng PAC sử dụng chỉ bằng 20 - 50% so với A s (tùy theo độ đục của nước). PAC làm cho pH của nước ít thay đổi, ít gây ăn mòn thiết bị và đường ống dẫn nước, tốc độ keo tụ nhanh dẫn đến khả năng thu gọn thiết bị, mặt bằng xử lý. s au đó từ những năm 1990 các công trình nghiên cứu lại tiếp tục rộ lên và lần lượt hàng loạt sản phẩm mới ra đời: PAS (polyaluminium sulfat), PASS (polyaluminium silicate sulfat), PFS (polyferric sulfat), PAFS (polyalumino ferric sulfat). Các sản phẩm này chưa thấy có mặt ở Việt Nam nhưng qua tài liệu thu thập cho thấy cả ba đều có ưu điểm giống như PAC là sử dụng ở hàm lượng ít, không cần phải điều chỉnh pH của nước sau xử lý, hoạt lực tốt ở nhiệt độ thấp, loại bỏ triệt để các tạp chất hữu cơ tự nhiên trong nước và nồng độ chất keo tụ thừa lại ở trong nước rất ít, thiết bị mặt bằng xử lý thu gọn, riêng PF có thể dùng để tách được cả rong, tảo trong nước. Do là các sản phẩm mới và điều
  54. kiện phản ứng tạo thành các polymer vô cơ này rất khắc nghiệt: đòi hỏi thiết bị, áp suất, nhiệt độ, cho nên giá thành sản phẩm cao hơn nhiều so với các chất keo tụ truyền thống, nhưng bù lại liều lượng sử dụng cũng giảm theo nhiều lần. Cho nên việc lựa chon chất keo tụ để xử lý nước tùy thuộc vào khả năng kinh tế của từng nơi, từng đơn vị, từng nhà máy, nhưng hầu hết các nhà máy mới thành lập đều chọn sản phẩm mới này để xử lý nước vì các ưu điểm trên. s ản phẩm chất keo tụ mới này đang có mặt trên thị trường thế giới và Việt Nam. Các nhà sản xuất đang không ngừng cải tiến quy trình công nghệ nhằm mục đích nâng cao hàm lượng Al2O3 trong sản phẩm, đồng thời có thể hạ thấp giá thành sản phẩm. _ -7 Bảng 1.3. Các sản phâm keo tụ mới Thương Tên sản phẩm Nước sản xuất Thông số kỹ thuật hiệu ạng rắn Việt Nam Polyaluminium Màu vàng nhạt PAC (Viện Công chloride AỊ2O3 = 27% nghệ Hóa học) pH = 6 - 6.5 Polyaluminium ạng rắn PAC Trung Quốc chloride AỊ2O3 = 36% ung dịch trong suốt d = 1.21 - 1.26g/ml Polyaluminium PASSC™ Mỹ pH = 2.4 - 3.4 chloride silicate AỊ2O3 = 10% sulfat OH- = 55%
  55. Dạng dung dịch Trong suốt không màu Polyaluminium PAS Trung Quốc d = 1 .2 g/ml sulfat pH = 4.5 AI2O3 = 1 0 .8 % OH- = 4.5% Dạng dung dịch Trong suốt không màu Polyaluminium PASS®100 Mỹ d = 1.32-1.34 g/ml silicate sulfat pH = 2.8 - 3.6 AI2O3 = 1 0 % OH- = 55% Dung dịch trong suốt d = 1.26g/ml Pre-hydrolized pH = 2 - 2.8 aluminium PHAS®Liquid Mỹ AI2O3 = 7.1% sulfat OH- = 23% 1.4.7. c ác phương pháp điều chế chất keo tụ [9,10] I.4.7.I. Điều chế phèn nhôm truyền thống Đầu tiên là sản xuất nhôm sulfat từ acid sulfuric và vật liệu chứa nhôm như: đất sét, quặng bauxite hay đi trực tiếp từ nhôm hydroxid. Khi dùng nhôm hydroxid thì sản phẩm thu được có chất lượng tốt nhất với hàm lượng Al 2O3 có thể đạt tới 17%, đồng thời hàm lượng sắt có thể ít hơn 0.04%. Công thức của
  56. nhôm sulfat là Al2(SO4)3.nH2O với loại thường gặp có n =18 và hàm lượng Al2O3= 15%. Khi cho thêm muối sulfat của các nguyên tố hóa trị I như : K+, NH4+, vào quá trình phản ứng ta thu được phèn kép Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O hay Al2(SO4MNHị)2SO4.24H2O. Ở miền B ắc nước ta thì sản xuất phèn đi từ kaolinite. Al2O3.2SiO2.2H2O + 2KOH ^ 2KAlO2 + 3H2O + 2SiO24 (1.5) 2KAlO2 + 4 H2SO4 + 2 0 H2O ^ Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O (1.6) Tại miền Nam sử dụng nguyên liệu là nhôm hydroxid. 2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O ^ Al2(SO4)3.18H2O (1.7) 1.4.7.2. Điều chế Polyaluminium Chloride (PAC) Có thể điều chế PAC từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như: từ nhôm hydroxid, từ oxid nhôm, từ nhôm chlorua, Công trình của Viện Công nghệ Hóa học Tp.HCM đã nghiên cứu - chế tạo thành công và đã đưa ra sử dụng sản phẩm PAC có hàm lượng Al2O3 đạt » 30%. s ản phẩm này đã có mặt kịp thời để giải quyết vấn đề nước sinh hoạt cho bà con vùng lũ ở đồng bằng s ông Cửu Long. PAC này được điều chế đi từ nguồn nhôm hydroxid và acid chlohydric ở điều kiện áp suất hơi quá nhiệt là 5atm (nhiệt độ khoảng 155 oC) trong thời gian 3 giờ. Theo phương trình phản ứng cơ bản. nAl(OH) 3 + (3n-m)HCl ^ Aln(OH)mCl 3n-m + (3n-m)H 2O (1.8) a. Quy trình tổng hợp PAC từ nhôm phế thải
  57. b. Thuyết minh quy trình ■ B ước 1. Rửa sạch lon nhôm đem nung ở nhiệt dộ 900oC lấy phầm nhôm chảy lỏng và lưu lại mẫu. ■ Bước 2: Cho 250 ml dung dịch HCl 18% phản ứng hoàn toàn với 13g nhôm, phản ứng xảy ra theo phương trình: Phản ứng xảy ra trong 1 giờ với nhiệt độ phản ứng 110oC . s au đó làm nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng, để yên trong phiễu chiết 48 tiếng. ■ B ước 3: Lọc trên máy lọc chân không loại bỏ cặn và tạp chất lơ lửng thu được AlCl3 với nồng độ 2.45M
  58. ■ B ước 4: Pha loãng dung dịch NaOH 6 M tác dụng với AlCl3 theo phương trình phản ứng thu được hỗn hợp đặc sánh màu trắng sữa. AlCl3 + 4NaOH ^ NaAlO2 + 3NaCl + 2H2O (1.9) AlCl3 + NaAlO2 ^ 2 Ali3(OH)26Cli 3 + 13NaCl (1.10) ■ B ước 5: Sau khi phản ứng xảy ra để yên trong 5 tiếng sau đó đem lọc lấy kết tủa trắng, phơi khô dưới ánh nắng mặt trời sau đó nghiền nhỏ thành bột. ta thu được PAC 1.4.7.3. Điều chế Polyaluminium Sulfat (PAS) Công trình của Jia Negyou, Lu Zhu và Xiang Quan ở Trung Quốc đã điều chế hợp chất keo tụ polyaluminium sulfat, đi từ nguyên liệu đầu là nhôm sulfat. Cho dung dịch Ca(OH) 2 vào dung dịch Al 2(SO4)3 ở 70oC với tỷ lệ : Al2(SO4)3 : Ca(OH)2 : H2O = 5:1:12 Giữ tỷ lệ này không đổi trong suốt thời gian phản ứng 12 giờ. Đem hỗn hợp đi lọc lấy dung dịch qua lọc, cho thêm lượng nhỏ acid hữu cơ để ổn định sản phẩm. Hàm lượng nhôm oxit đạt được 10.8%, sản phẩm dạng lỏng. s au đó đi xác định cấu trúc của PA s bằng phổ IR, nhiễu xạ tia X - XRD, NMR cho thấy PA là một hợp chất kiềm được tạo ra từ polymer Al13(SO4)2.(OH)5 , monomer và một lượng nhỏ ion. 1.4.7.4. Điều chế các Polyferric Theo các tài liệu cho biết, các công trình nghiên cứu điều chế các polyferric đi từ dung dịch của sắt 3 hoặc sắt 2 được oxit hóa, sau đó duy trì ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao và để già hóa trong một thời gian. Kiểm tra sản phẩm thu được bằng phổ Raman cho thấy ngoài các pick của liên kết Fe-OH, Fe-SO4 còn thu được peak của liên kết Fe-O, chứng tỏ có tạo thành polymer.
  59. Các polymer cô cơ tan trong nước trên cơ sở nhôm và sắt cùng làm chất keo tụ là đề tài mới mẻ và ngày càng được các nhà nghiên cứu khoa học quan tâm và phát triển.
  60. c HƯƠNG 2 : THỰC NGHIỆM 2.1. Tiến hành điều chế PAC 2.1.1. Các hóa chất và trang thiết bị cần thiết 2.1 1.1. Các hóa chất cần dùng Bảng 2.1. Bảng hóa chất cần dùng STT Tên hóa chất 1 HCL 2 NaOH 3 Nhôm phế thải 2.1.1.2. Các trang thiết bị cần dùng Bảng 2.2. Bảng dụng cụ và thiết bị cần dùng STT Tên dụng cụ 1. Erlen 250ml 2 . Erlen 1000 ml 3. Phễu lọc thủy tinh 4. Pipet 1ml 5. Pipet 2ml 6 . Pipet 5ml 7. Pipet 10ml 8 . Pipet 25 ml 9. Đũa thủy tinh 1 0 . Bóp cao su 1 1 . Beaker 50ml
  61. 12. Beaker 100ml 13. Beaker 500ml 14. Beaker 1000ml 15. Ống đong thủy tinh 50ml 16. Ống đong thủy tinh 250 ml 17. Buret 25ml thủy tinh 18. Ống nghiệm pyrex 19. B ình đinh mức 100ml 20. B ình đinh mức 250ml 21. B ình đinh mức 500ml 22. B ình đinh mức 1000 ml 23. Phểu chiết thủy tinh 250ml 24. Bình cầu 2 cổ nhám 500ml (29/32) 25. Bình cầu 3 cổ nhám 1000ml 26. Bình cầu 1 cổ nhám 500ml (29/32) 27. Giá, kẹp bình cầu 28. Nhiệt kế 1100C 29. Giá, kẹp buret 30. Bình tia 31. Nút cao su 32. Giấy đo pH, giấy quỳ tím
  62. 33. B ơm Chân Không 34. Máy đo PH 35. Cân phân tích 36. Bếp đun bình cầu 2.1.2. Tiến hành điều chế dung dịch AlCl 3 2.1.2.1. Lắp ráp hệ thống dụng cụ Hình 2.1. Lắp ráp hệ thống điều chế AlCl3 • s ơ đồ hệ thống thiết bị gồm có: 1. Phiểu chiết thủy tinh 250 ml 5. Bình tam giác bảo hiểm 1000ml 2. Bình cầu 3 cổ nhám 500 ml 6 . Bình hấp thụ NaOH 6 N 3. Bếp đun bình cầu 7. Nhiệt kế 4. Giá đở thiết bị 2.1.2.2. Phương pháp thực hiện Tiến hành điều chế dung dịch AlCl 3 được thực hiện lắp ráp theo sơ đồ được miêu tả ở trên hình 2.1
  63. Lấy 13 g nhôm đã được nung chảy và làm nguội cho vào bình cầu phản ứng dùng giá kẹp, kẹp bình cầu 3 cổ được đở trên bếp đun bình cầu. Với bình cầu 3 cổ 1 đầu gắn nhiệt kế để xác định nhiệt dộ dung dịch. Một đầu nối với bình bảo hiểm thông qua ống nối. Lấy 250 ml HCl 18% cho vào phiểu chiết thủy tinh rồi gắn vào phần chổ bình cầu sao cho hệ thống đóng kín hoàn toàn. Hình 2.2. Mẫu nhôm đã được nung ở 90Ơ°C s au đó dùng khóa điều chỉnh cho lượng axit nhỏ xuống từ từ khoảng10 giây sau phản ứng bắt đầu diễn ra, và sinh ra lượng khí H 2 bay lên được hấp thụ qua bình hấp thụ NaOH 6 N, gia nhiệt cho phản ứng ở nhiệt độ 115oC. Chờ cho phần nhôm tan hết và không còn khí thoát ra. Để nguội sản phẩm trong 2 tiếng lọc qua giấy lọc nhằm loại bỏ phần tạp chất ta thu được dung dịch AlCl3. Vì nhôm phế liệu đã trải qua công đoạn nấu chảy lỏng để thu được lượng nhôm tối ưu nhất nên việc sử dụng nhôm cho phản ứng thay đổi để đạt được hàm lượng nhôm tối đa trong mẫu rắn PAC.
  64. Hình 2.3. Dung dịch AlCl3 sau khi điều chế Phương trình phản ứng: 2Al + 6 HCl ^ 2AlCl3 + 3H21 (2.1) Phản ứng trong 1hA Hỗn hợp A Nhiệt dộ 115oC Lọc bỏ bã Dung dịch AlCl3 2.1.3. Tiến hành điều chế PAC. 2.1.3.1. Điều kiện của quá trình điều chế PAC • Giai đoạn phản ứng của AlCl3 và NaOH xảy ra từ 5-24 tiếng. • Giai đoạn tiếp xúc tạo kết tủa giữa chất kết tủa và dung dịch của AlCl3 và NaOH. • Chế độ lọc, loại bỏ cặn: lọc bằng giấy lọc và máy hút chân không, máy ly tâm. • Chế độ cô đặc và sấy: cho bốc hơi và sấy khô dưới ánh nắng mặt trời.
  65. 2.1.3.2. Quá trình công nghệ điều chế PAC từ nhôm phế liệu Lon N hôm Nung chảy 900oC ' HCl 18% Phản ứng Nhiệt độ phản ứng 115oC Thời gian 60 phút Thuyết minh quy trình Dung dịch AlCl3 sau phản ứng có nồng độ 2.45M cho phản ứng với dung dịch NaOH 6N với các tỉ lệ khác nhau để thu được lượng PAC tối ưu cho nước thải. Dung dịch bắt đầy có hiện tượng xảy ra xuất hiện kết tủa trắng sau đó tan rồi bắt đầu keo tụ dạng quánh màu trắng sữa hơi ngả vàng.
  66. Hình 2.4. Phản ứng xảy ra giữa NaOH và AlCl3 Phương trình phản ứng: AlCl3 + 4NaOH ^ NaAlO2 + 3NaCl + 2H2O (2.2) AlCl3 + NaAlO2 ^ 2Al13(OH)26Cl13 + 13NaCl (2.3) Dung dịch thu được để qua 4 tiếng cho phản ứng sảy ra hoàn toàn sau đó đem qua mấy lọc chân không lọc lấy bả rắn đem sấy khô dưới ánh nắng mặt trời sau đó nghiền mịn thu được PAC. 2.I.3.3. Xác đinh tỷ trọng của dung dịch PAC Phương pháp tiến hành s ấy bình tỷ trọng 50 ml trong tủ sấy ở 100oC trong 2 tiếng, sau đó đặt vào bình hút ẩm trong 1 giờ rồi cân trọng lượng bình tỷ trọng. Tiếp theo ta pha loãng PAC rắn và cho vào bình, đậy nút bình lại cho chất lỏng chảy tràn ra ngoài qua ống mao dẫn của bình, sau đó lau thật khô bình tỷ trọng và đem cân ta xác định được tỷ trọng của bình theo công thức: • d: tỷ trọng dung dịch (g/ml).
  67. • m: khối lượng dung dịch (g). • V: thể tích dung dịch (ml). 2.1.3.4. Xác định độ ẩm của sản phẩm PAC Phương pháp tiến hành s ấy chén sứ trong tủ sấy ở 100oC trong 2 giờ, sau đó đặt chén sứ trong bình hút ẩm khoảng 1 giờ rồi cân trọng lượng chén sứ bằng cân phân tích bốn số ta được mchén sứ . Tiếp theo cho nguyên liệu vào chén sứ rồi đem cân ta được khối lượng mẩm ban đầu, sau đó đem chén đi sấy ở 100oC trong nhiều giờ, sau mỗi giờ lấy chén đi cân một lần và đến khi trọng lượng tương đối ổn định ta được khối lượng mkhô lúc đó ta tính được độ ẩm trung bình của phối liệu theo công thức: mkhô Wtương đối . 100% ( 2.2) _ rnkho M AAÍÌ/ /n Wtuyêt đối “ ■ 1 0 0 /ó (2.3) m khô 2.2. Ứng dụng chất keo tụ PAC vào xử lý nước thải 2.2.1. Thu thập mẫu 2.2.1.1. Địa điềm lấy mẫu nước thải Dưới sự đồng ý của B ộ Phận Môi Trường và sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Quang Thái. Tôi lựa chọn nước thải công nghiệp Giấy để tiến hành ứng dụng chất keo tụ. 2.2.1.2. Thời gian lấy mẫu nước thải Tôi đã lựa chọn thời gian vào lúc 9 giờ sáng thứ 6 ngày 7 tháng 4 năm 2017. Nhiệt độ của dòng nước thải đầu vào là 39 độ C. 2.2.1.3. Vị trí lấy mẫu nước thải
  68. Mẫu nước thải được lấy ở vị trí đầu vào bể tuyển nổi DAF (Dissolved Air Flotation). 2.2.1.4. Dụng cụ và cách lấy mẫu a. Dụng cụ Dùng Can Nhựa 10 lít có nắp đậy kín, và được tăng cường thêm lớp bọc kính để tránh làm ảnh hưởng tới mẫu nước. b. Cách lấy mẫu Lấy nước rửa tráng sơ qua can nước cho sạch để tránh hư mẫu. Hứng trực tiếp can nhựa vào bể đầu vào DAF để tránh có các chất thải rắn nổi trôi vào thùng can đựng mẫu. s au khi hứng đầy can , tiến hành đậy nắp và gia cố cho kín, vận chuyển về vị trí phòng thí nghiệm. 2.2.2. Xác định các thông số đặc trưng của chất lượng nước thải Trước và sau khi xử lý nước thải giấy tôi đã đem mẫu đi phân tích tại ‘‘KHU THÍ NGHIỆM TRUNG TÂM PHÂN TÍCH QUATE ST 3’ ’ để xác định các thông số cơ bản: độ đục, độ màu, nồng độ COD trên nhằm đưa ra hiệu suất xử lý cho sản phẩm keo tụ PAC. 2.2.2.1. Các thông số ban đầu của nước thải giấy __ __ r > r Bảng 2.3. Bảng thông số ban đâu của nước thải Giây Danh sách chỉ tiêu Thông số Đơn vị Độ Đục 437 NTU Độ Màu Pt-CO 468 Nồng Độ COD 5073 mg/L 2.2.2.2. Tiến hành thực nghiệm xử lý nước thải giấy bằng chất keo tụ PAC
  69. Lấy ống đong 50 ml đong 40ml mẫu nước thải giấy sau đó tiếp tục tiến hành cho 0,4 g PAC cho vào ống đong quan sát hiện tượng. a. Nước thải chưa xử lý b. Nước thải sau xử lý Hình 2.5. Dung dịch nước thải trước và sau khi xử lý Nhận xét: Qua xử lý bằng chất chất keo tụ PAC dạng rắn ta có thể quan sát được màu sắc cũng như về độ đục của nước thải có sự chuyển biến rõ rệt. Các hạt keo có hiện tượng kết dính lại với nhau là tạo thành hệ bông và keo tụ cho thấy việc xử lý nước thải giấy đem lại nhiều khả quan. s au đó ta tiếp tục xử lý cho các mẫu và đem phân tích tại ‘ ‘KHU THÍ NGHIỆM TRUNG TÂM PHÂN TÍCH QUATEST 3’ ’ và đưa ra kết luận. Tiến hành chuẩn bị mẫu vào mồi bình có kí hiệu Vn theo thứ tự từ 1 đến 5 và tiến hành thực nghiệm. au đó tiến hành kiểm nghiệm các thông số của nước thải về các chỉ tiêu về độ đục, độ màu, nồng độ COD. __ __ r __ Bảng 2.4. Bảng thử nghiệm chất keo tụ PAC Khổi lượng mẫu keo tụ Thể tích mẫu nước thải Số thứ tự mẫu nước thải PAC (g) giấy (l) Mẫu V1 8 2 Mẫu V2 10 2
  70. Mẫu V3 12 2 Mẫu V4 15 2 Mẫu V5 20 2 s au khi đã cho mẫu vào các bình tiến hành khuấy đều hòa tan các ion Al3+ vào dung dịch để phản ứng diễn ra sau 24 tiếng và bắt đầu kiểm nghiệm kết quả. a. Nước thải Giấy chưa qua xử lý b.Nước thải Giấy đã qua xử lý Hình 2.6. Nước thải Giấy trước và sau khi xử lý
  71. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả điều chế chất keo tụ PAC. 3.1.1. Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của chất keo tụ PAC dạng rắn Chất keo tụ PAC dạng dung dịch được sấy khô tự nhiên ngoài không khí để chuyển thành dạng rắn và gửi mẫu phân tích tại trung tâm kiểm định ‘ ‘CHI CỤC KIỂM ĐỊNH HẢI QUAN IV’’ kiểm nghiệm bằng phương pháp phát xạ huỳnh quang tia X - XRF với model XRF - 1800, hãng Shimazu (Nhật B ản) kết quả thu được nồng độ phần trăm Al2O3 là 27.2593%. B ảng phân tích thành phần phần trăm các chất trong mẫu PAC rắn như sau: __ ___ > > r ~ r Bàng 3.1. Thành phân phân trăm các cất trong mâu răn PAC Analyte Result Proc-Calc Line Net Int. BG Int. Cl 59.7597% Quant.-FP ClKa 302.593 1.950 Al2Ơ3 27.2593% Quant.-FP AlKa 110.513 5.345 Na2O 12.0240% Quant.-FP NaKa 12.388 0.109 MnO 0.3368% Quant.-FP MnKa 2.453 0.226 Fe2O3 0.2889% Quant.-FP FeKa 2.657 0.331 K2O 0.0820% Quant.-FP K Ka 0.360 0.282 CuO 0.0803% Quant.-FP CuKa 1.551 0.647 SÌO2 0.0775% Quant.-FP SiKa 0.262 0.106 & 2O3 0.0507% Quant.-FP CrKa 0.230 0.132 ZnO 0.0406% Quant.-FP ZnKa 0.924 0.871
  72. Hình 3.1. Sản phẩm PAC ( Polyaluminium chloride) dạng rắn Kết luận: Với kết quả đem đo phân tích thành phần phần trăm các chất có trong hợp chất PAC thi tôi đã nghiệm thu được với thành phần phần trăm nhôm cao so với mặt bằng chung của các loại sản phẩm keo tụ được bán trên thi trường cụ thể là sản phẩm PAC của Viện Công Nghệ Hóa Học, địa chỉ số 01 Mạc Đĩnh Chi, Phường B ến Nghé, Quận 1, TP. Hồ Chí Minh. Thương Tên sản phẩm Nước sản xuất Thông số kỹ thuật hiệu Dạng rắn Việt Nam Polyaluminium Màu vàng nhạt PAC (Viện Công chloride Al2O3 = 27% Nghệ Hóa học) pH = 6 ♦ 6.5 3.1.2. Kết quả đo tỷ trọng dung dịch PAC
  73. Bảng 3.2. Bảng xác định tỷ trọng của dung dịch PAC Khối lượng Khối lượng Khối Thể tích bình Tỷ trọng mẫu bình tỷ trọng bình và mẫu lượng tỷ trọng (ml) (g/ml) (g) (g) mẫu (g) 50 44,38 94,86 50,48 1,0096 3.1.3. Kết quả xác định cấu trúc vật liệu PAC Chúng tôi đã gửi mẫu xét nghiệm tại ‘ ‘CHI CỤC KIỂM DỊNH HẢI QUAN IV‘‘ dùng phương pháp nhiễu xạ tia X - XRD với model X'Pert 3 hãng PANalytical, anod ống phát tia X bằng Đồng (Cu). s o sách peak chuẩn của PAC tại các góc độ khác nhau với phổ XRD của PAC chuẩn thì tôi đã thấy sự xuất hiện đồng thời tại góc 30 độ với sản phẩm của tôi với cường độ lớn hơn, 2-Theta - Scale BflFile: PAC.raw - Start: 10.000 ° - End: 50.000 ° - Step: 0.020 ° - 2-Theta: 10.000 ° 0Y + 20.0 mm - File: PACTHUONG.raw - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - 2-Theta: 10.000 ° 0 Y + 40.0 mm - File: PAC2.2B.raw - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - 2-Theta: 10.000 ° chứng tỏ tôi đã điều chế thành công chất keo tụ PAC. Hình 3.2. Cấu trúc XRD của các mẫu PAC trích từ “ Nghiên Cứu Điều Chế PAC" của Kĩ Sư Lưu Thị Kiều Hương
  74. r __ -? r r Hình 3.3. Cấu trúc XRD của phổ chuân quốc tế PAC qua các tỉ lệ Hình 3.4. Cấu trúc XRD của các mẫu PAC trích từ “ Nghiên Cứu Điều Chế PAC” của Th.S Hoàng Thị Đinh Trâm
  75. ĩ ^^ r > r Hình 3.5. Cấu trúc XRD của mâu răn PAC được điều chế Phổ XRD của sản phẩm PAC tổng hợp từ lon nhôm thể hiện ở hình 3.4 có các peak với các góc nhiễu xạ 2e lần lượt là 27,307° , 31,774o, 45,413 °, 50,876°, 56,580°, 66,370° so sánh phổ XRD của Th.s Hoàng Thị Đinh Trâm tại 2e lần lượt là 24,85°, 32,17° , 45,87°, 53,37°. Kết luận: Như vậy với mẫu PAC được điều chế từ lon nhôm phế liệu sau khi so sánh với kết quả của sản phẩm thực nghiệm khác thì xác định được PAC đã được hình thành, tuy nhiên với việc sử dụng lon nhôm có xuất hiện các peak lạ cho thấy các thành phẩn tạp chất có trong lon nhôm, bảo gồm kim loại NaCl và các sản phẩm phụ không mong muốn. 3.1.4. Kết quả xác định độ ẩm
  76. __ __ * * r Bảng 3.3. Bảng xác định độ âm của mâu răn PAC Khối lượng Khối lượng mchén sứ Đọ ẩmtương Độ ẩmtuyệt mẫu và sau khi sấy (g) đối (%) đối (%) chén (g) (g) 13.27 16,01 15,65 2.25 2.3 3.1.5. Kết quả xác định cấu trúc siêu hiển vi Chúng tôi đã gửi mẫu xét nghiệm tại ‘ ‘CHI CỤC KIỂM DỊNH HẢI QUAN IV‘‘ tại Thành Phố Đà Nẵng xác đinh cấu trúc siêu hiển vi với model LS 15, hãng Zeiss kết quả kiểm nghiệm cho thấy tại detector thứ cấp s E1, điện thế ngồn phát 20KV, khoảng cách đo 8 mm cấu trúc bề mặt của PAC có cấu trúc lập phương không đồng đều với nhau. Hình 3.6. Ảnh chụp SEM của vật liệu PAC trích từ Luận Văn Thạc Sĩ “ Nghiên Cứu Quá Trình Tổng Hợp Polyaluminium Silicate Chloride" của Th.S Hoàng Thị Đinh Trâm
  77. Hình 3.7. Ảnh chụp SEM của vật liệu PAC điều chế từ nhôm phế liệu Qua hình ảnh chụp SEM của mẫu PAC từ lon nhôm phế liệu so sánh với mẫu PAC đổng thời của Th.S Hoàng Thị Đinh Trâm ta thấy bề mặt PAC tổng hợp từ lon nhôm không đồng điều có câu trúc lập phương với sản phẩm rắn tương đồng với nghiên cứu trên. Kết luận: Vì vậy qua bước đầu nghiên cứu điều chế thực nghiệm trên bước đầu tôi đã khẳng định điều chế được hợp chất keo tụ trợ lắng PAC. 3.1.6. Kết quả điều chế dung dịch AlCl3 Thay đổi lượng nhôm đã nung lỏng cho tác dụng với HCl để thu được nồng độ cao nhất của AlCl3. __ __ r \ Bàng 3.4. Bảng kêt quả xác định nông độ dung dịch AlCl3 Thể tích Số lần Nhôm phế Dung dịch acid Nống độ AlCl3 thu phản ứng liệu (g) HCl 18% (ml) AlCl3 (M) được (ml) 1 13,1 250 175 2.77 2 14 250 185 2,62
  78. 3 14,45 250 150 3.2 4 15 250 200 2.425 Nhận xét: Vậy với lượng nhôm phế liệu cần dùng là 14,45 ta sẽ thu được nồng độ AlCl3 cao nhất để có thể cho tiêp tục phản ứng với dung dịch NaOH nhằm tạo ra sàn phẩm PAC có hiệu suất cao nhất. Kết Luận: Với việc xác định nồng độ của dung dịch AlCl3 dựa trên lý thuyết chỉ thu được nồng độ thấp vì trong thành phần nhôm phế liệu còn có rất nhiều tạp chất có thể phản ứng với ion Cl" khiến cho nồng độ dung dịch giảm xuống vậy với khối lượng như được nêu ở Bảng 3.4 sẽ khẳng định được khối lượng tối ưu cho dung dịch. 3.2. Kết quả khảo sát chất keo tụ PAC trên nước thải công nghiệp giấy 3.2.1 Kết quả xử lý độ màu nước thải giấy từ PAC rắn __ _ _ r __ r Bảng 3.5. Kêt quả xử lý độ màu của PAC răn Độ Đục đầu = 437 NTU Độ Màu Pt-Co đầu = 468 Nồng Độ COD = 5073 mg/L Mẫu thử Lượng Khối Hiệu suất xử nghiệm Độ màu Độ màu nước thải lượng mẫu lý ban đầu đã xử lý (ml) (g) (%) Mẫu V1 2000 8 468 42 91,02 Mẫu V2 2000 10 468 44 90,59 Mẫu V3 2000 12 468 58 87,60 Mẫu V4 2000 15 468 62 86,75 Mẫu V5 2000 20 468 70 85,04
  79. Đồ thị biểu diễn lượng PAC 500 468 468 468 468 468 92 450 91 91.02 so 400 98 <o­ 350 89 © 300 88 87 250 86.75 87 Độ màu ban đầu 200 86 Độ màu đã xử lý 150 85.0 81 100 84 ^ ^ H iệu suất xử lý 50 42 44 58 62 70 83 0 82 2 3 4 5 Mẫu Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý độ màu Nhận xét: Kết quả thử nghiệm cho thấy việc đưa chất trợ lắng keo tụ cho kết quả khá tốt độ màu cảu dung dịch nước thải được giảm một cách rõ rệt thông qua các thông số từ nguồn ban đầu có màu đậm đặc giá trị của độ màu là 468 với lượng chất keo tụ là 8g thì ta thấy độ màu của dung dịch giảm rõ rệt với hiệu suất xử lý vào khoảng 91%, với giá trị thấp nhất là 85,04% cho thấy lượng cho vào còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian cho quá trình các hạt keo kết dính lại với nhau và làm giảm độ màu của nước thải. Kết luận: Sau khi tiên hành thực nghiệm và đưa ra nhận xét ta có thể thấy rằng với việc đưa lượng chất keo tụ tăng dần theo khối lượng sẽ xử lý được triệt để độ màu bằng hình thức trắc quang. Quan sát được dung dịch từ màu vàng sẫm đã chuyển sang trong suốt . Thời gian là yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến quá trình xử lý độ màu. Khi cho chất keo tụ vào dung dịch nước thải các hệ keo chuyển dần từ hệ keo tụ ẩn sang keo tụ rõ cần hơn 24 tiếng để các ion có thể phá vở hoàn toàn được trạng thái của các hạt keo. Do đó việc đưa vào nhiều hay ít lượng PAC còn phụ thuộc vào thời gian để hòa tan các ion Al3+ vào dung dịch. 3.2.2. Kết quả xử lý độ đục nước thải giấy từ PAC rắn
  80. __ r r Bảng 3.6. Kết quả xử lý độ đục của PAC răn Độ Đục đầu = 437 NTU Độ Màu Pt-Co đầu = 468 Nồng Độ COD = 5073 mg/L Mầu thử Khối Lượng Độ đục Độ đục Hiệu suất nghiệm lượng nước thải ban đầu đã xử lý xử lý mầu (ml) (NTU) (NTU) (%) (g) Mầu V1 2000 8 437 101 76,88 Mầu V2 2000 10 437 69 84,21 Mầu V3 2000 12 437 51 88,33 Mầu V4 2000 15 437 49,3 88,71 Mầu V5 2000 20 437 34,9 92,01 Đồ thị biểu diễn lượng PAC 95 90, 85 X 80 Độ đục ban đầu t/3 7 5 Độ đục đã xử lý E 70 Hiệu suất xử lý 65 Mẫu __ > “7 ^ Hình 3.9. Đồ thị• biểu diễn lượng • o PAC ứng odụng • xử o lý độ • đục •
  81. Nhận xét: Kết quả kiểm nghiệm cho thấy với lượng PAC dùng là 20g thì hiệu suất xử lý đạt trạng thái cao nhất là 92,01% cho ta thấy khả năng các hạt keo kết dính với nhau càng nhiều lượng keo tụ càng cao bằng quang trắc ta có thể nhận thấy rõ rệt và ngược lại với độ màu thì với việc cho càng nhiều chất keo tụ thì độ màu càng giảm chứng tỏ cho ta thấy thời gian và hàm lượng chất keo tụ phụ thuộc và ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ tạo bông của sản phẩm. Kết luận: Việc tiến hành thực nghiệm trên nước thải giấy cho thấy việc xử lý độ đục một chỉ tiêu quan trọng trong nước thải giấy, sau tiến hành thực nghiệm và đưa ra nhận xét trên cho thấy nếu dung dịch có lượng cặn và tạp chất lơ lững cao, việc giảm được độ đục là một phương thức tối ưu và hiệu quả trong việc xử lý nước thải giấy. 3.2.3. Kết quả xử lý nồng độ COD của nước thải giấy từ PAC rắn. __ __ _ r > __ __ r Bảng 3.7. Kết quả xử lý nồng độ COD của PAC răn Độ Đụcđầu = 437 NTU Độ Màu Pt-Co đầu = 468 Nồng Độ COD = 5073 mg/L Mẫu thử Khối Nồng độ Nồng độ Lượng Hiệu suất nghiệm lượng COD ban COD đã nước thải xử lý mẫu đầu xử lý (ml) (%) (g) (mg/L) (mg/L) Mẫu V1 2000 8 5073 5194 - Mẫu V2 2000 10 5073 4638 8,5 Mẫu V3 2000 12 5073 4814 5 Mẫu V4 2000 15 5073 4258 16,06 Mẫu V5 2000 20 5073 4755 6,2
  82. Đồ thị biểu diễn lượng PAC 5200 18 5000 16 i 14 ỹ 4800 12 § 4600 u 10 4400 8 s 4200 6 <«• « o 4 425 4000 2 3800 0 1 2 3 4 Mẫu Nồng độ COD ban đầu Nồng độ COD đã xử lý Hiệu suất xử lý Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý nồng độ COD Nhận xét: Kết quả kiểm nghiệm nồng độ COD cho từng mẫu ta nhận thấy với mẫu V1 việc xử lý nồng độ COD không khả quan mà còn làm tăng lượng COD có trong mẫu nước, nhưng khi cho chất keo tụ với khối lượng nhất định hàm lượng COD có hiện tượng giảm mạnh thông qua biểu đồ cho thấy nồng độ giảm từ 5073 xuống còn 4258 mg/l và khối lượng PAC cần dùng là 15g . Kết Luận: Dựa vào kết quả kiểm nghiệm cho thấy việc xử lý nồng độ COD mang lại hiệu quả nhưng chưa rõ rệt thông qua chứng minh ở mẫu V1 cho thấy việc xử lý có ảnh hưởng lớn từ việc xử dụng PAC với lượng Cl- còn nhiều trong mẫu rắn PAC nên có thể ảnh hưởng chết chất lượng xử lý kết quả nồng độ từ mẫu V2 trở đi có dấu hiệu khả quan về hiệu xuất xử lý với hiệu suất cao nhất là mẫu V3 với hiệu suất lên tới 16.06 % việc sử dụng chất keo tụ PAC cho thấy được tầm quan trọng cũng như ứng dụng của PAC vào xử lý các nguồn nước thải là hết sức quan trọng.
  83. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Hóa chất PAC là hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nước, xử lý nước thải. Hóa chất PAC chứa hàm lượng nhôm tới 28 - 32%, tăng hiệu quả quá trình keo tụ các cặn bẩn trong nước và nước thải, giúp tăng hiệu quả quá trình làm sạch các loại nước, bảo vệ môi trường. Vì vậy việc có thể điều chế PAC đi từ nguồn nhôm phế phải là một đột phá về lĩnh vực bảo vệ môi trường cũng như xử lý được nguồn kinh tế hiện nay. Với giá thành rẻ, và là nguồn phế phẩm được thải ra nhiều cho thấy đó là một tiêm năng lớn trong lĩnh vực tái chế nói chung và sử dụng bảo về môi trường nói riêng 1. Tôi đã điều chế thành công hợp chất keo tụ trợ lắng PAC với sự hướng dẫn của giảng viên Th.S Nguyễn Quang Thái, và đồng thời tìm được các tỷ lệ thích hợp để điều chế thành công hợp chất PAC có hàm lượng Al2O3 vào khoảng 27% 2. Tỷ lệ thích hợp cho phản ứng giữa nguồn nhôm phế liệu và lượng acid HCl thích hợp nhất với lượng HCl là 1:1,09 và tỷ lệ phản ứng giữa OH" và Al3+ là tỷ lệ 1,2:1 dạng rắn. 3. Việc sử dụng cấu rắng PAC xử lý nước thải cho thấy khả năng làm giảm độ đục và độ màu một cách rõ rệt về trắc quan cũng như trên thực thế nhưng tuy nhiên việc xử lý hàm lượng COD trong mẫu nước cần được cải thiện, về thời gian cũng như về hiệu suất xử lý giúp giảm sâu hơn làm lượng COD giúp đẩm bảo chất lượng môi trường. Tóm lại việc điều chế một hợp chất cần có sự tham gia của nhiều yếu tố khách quan cũng như chủ quan chúng tôi chưa giám chứng minh được giá thành sản phẩm cũng như các yêu tố vầ kinh tế nhưng chúng tôi tin chắc việc sử dụng và thay thế các sản phẩm keo tụ bằng PAC giúp giảm hao hụt về kinh tế, chi phí
  84. sản xuất chi phí hư hao ăn mòn của thiết bị và giúp bảo vệ môi trường một cách triệt để nhất. Kiến nghị Trong quá trình điều chế chất keo tụ PAC sẽ có nhiều sai sót do ảnh hượng và bị hạn chế về thời gian cũng như kinh phí thực hiện, nên mới chỉ thu được kết quả ở phạm vi quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm, với khả năng ứng dụng cao về nước thải nói chung và nước sử dụng nói riêng. Nếu được đưa vào quy mô công nghiệp sẽ là sản phẩm có sức ảnh hưởng rất lớn về vấn đề kinh phí cũng như môi trường, tận dụng được nguồn nhôm phế thải, mở rộng sản xuất đẻ có thể thu được PAC có phần trăm Al2O3 đạt giá trị tốt nhất và chung vào đó là nghiên cứu nhằm hạn chế được hàm lượng ion Cl- có trong chất keo tụ. Tổng kết qua đó cho thấy được tầm quan trọng của chất keo tụ PAC vào đời sống, xử lý môi trường, bảo vệ sức khỏe người dân.
  85. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga. 2005. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải . Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [2] Trịnh Lê Hùng. 2006. Kỹ thuật xử lý nước thải. Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội. [3] Doãn Thái Hoà. 2005. Giáo trình bảo vệ môi trường trong công nghiệp bột giấy và giấy. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [4] Hoàng Đức Liên và Tống Ngọc Tuấn. 2006. Kỹ thuật và thiết bị xử lý chất thải bảo vệ môi trường. Nhà xuất bản Nông Nghiệp. [5] Nguyễn Hữu Phú. Hóa lý và hóa keo. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [6] Trần Doãn Ân. 1995. Tổng luận phân tích ngành công nghiệp giấy: ‘ Vấn đề ô nhiễm môi trường và giải pháp phòng chống ở Việt Nam ” Bộ Công Nghiệp nhẹ, bộ công nghiệp nhẹ. [7] TCVN 6663 (I s O 6667): Hướng dẫn lấy mẫu nước thải [8] Nguyễn Tuấn Anh - Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2011 -2015 ‘Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp giấy bằng phương pháp keo tụ điện hóa sử dụng điện cực hợp kim Al hòa tan ‘ ‘ [9] Lưu Thị Kiều Hương “Nghiên Cứu Điều Chế PAC-Al13 Ứng Dụng Xử Lý Nước Thải, Nước Mặt \ [10] Hoàng Thị Đinh Trâm “ Nghiên Cứu Điều ChếPACSii ’ Tiếng Anh [11] Characterization and coagulation of a polyaluminum chloride (PAC) coagulant with high Al13 content [12] Separation of Al13 from polyaluminum chloride by sulfate precipitation and nitrate metathesis
  86. Internet Địa Chỉ Các Trang Web [13] giay/ [14] [15] cua-qua-trinh-keo-tu/ [16] [17] huong-en-qua-trinh-keo.html [18] bai-luan-van-rp21-news12-32.html [19] va-tinh-chat-cua-qua- trinh-keo-tu-tao-bong.html [20] trinh-xu-lv-nuoc-thai-nhuom-bang-khoang-diatomit-va-phen-nhom-36034/ [21] lv-nuoc-thai/ [22] hoachatisc.com/news/301/tong-quan-cong-nghiep-hoa-chat-viet-nam [23] vnc/lich su phat trien cua nganh hoa chat viet nam.html [24] [25] www.wooricbv.com/FileShow.ashx? ContentID= 1922