Tải bản đầy đủ (.docx) (46 trang)

Tối ưu hóa quá trình keo tụ tạo bông bằng hoạt chất được chiết xuất từ hạt cây chùm ngây, ứng dụng trong công nghệ xử lý nước

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.04 MB, 46 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI</b>

<b>BÁO CÁO TỔNG KẾT </b>

<b>ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NĂM 2023</b>

<b>Tối ưu hóa q trình keo tụ tạo bơng bằng hoạt chất được chiết xuất </b>

<b>từ hạt cây chùm ngây, ứng dụng trong công nghệ xử lý nước</b>

<b>Mã số: MT-2023-27</b>

<b> Sinh viên thực hiện:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b> Giảng viên hướng dẫn: TS. DƯƠNG THU HẰNG ThS. NGUYỄN THUÝ LIÊN</b>

<b>Hà Nợi, 11/2023</b>

<b>Mục lục</b>

<b><small>MỞ ĐẦU...1</small></b>

<b><small>1.Tính cấp thiết của đề tài...1</small></b>

<b><small>2.Mục tiêu nghiên cứu...1</small></b>

<b><small>3.Phương pháp nghiên cứu...1</small></b>

<b><small>4.Nội dung nghiên cứu...2</small></b>

<b><small>5.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu...2</small></b>

<b><small>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU...3</small></b>

<b><small>1.1Tổng quan các nghiên cứu về hạt chùm ngây...3</small></b>

<b><small>1.1.1Giới thiệu chung về đặc điểm của cây chùm ngây...3</small></b>

<b><small>1.1.2Các thành phần trong hạt cây chùm ngây có khả năng keo tụ và khử trùng nước và cơ chế của chúng...4</small></b>

<b><small>1.2Tổng quan về ứng dụng của thí nghiệm jar test...11</small></b>

<b><small>1.2.1. Mục đích của thí nghiệm Jar test...12</small></b>

<b><small>1.2.2. Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm Jar test...13</small></b>

<b><small>1.2.3. Tầm quan trọng của Jar test trong dây truyền xử lý nước...15</small></b>

<b><small>1.2.4. Quy trình phân tích bằng thí nghiệm Jartest...15</small></b>

<b><small>1.2.5. Đánh giá hiệu quả:...16</small></b>

<b><small>1.2.6. Ưu điểm của quá trình Jartest...16</small></b>

<b><small>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM...18</small></b>

<b><small>2.1 Cơ sở lý thuyết của hạt MO...18</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b><small>2.1.2 Bản chất quá trình, hoạt chất trong MO và trong thí nghiệm nghiên cứu xử lý nước...20</small></b>

<b><small>2.2. Nghiên cứu thực nghiệm...20</small></b>

<b><small>2.2.1 Đối tượng nghiên cứu...20</small></b>

<b><small>2.2.2 Quy trình thí nghiệm...20</small></b>

<b><small>2.2.2.1 Quy trình thí nghiệm Jartest:...20</small></b>

<b><small>2.2.2.2. Quy trình chiết tách protein:...28</small></b>

<b><small>2.2.3 Phương pháp phân tích thí nghiệm...29</small></b>

<b><small>CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ...30</small></b>

<b><small>3.1Thành phần và đặc tính của MO được chiết xuất từ hạt cây chùm ngây...30</small></b>

<b><small>3.2Đánh giá sự ảnh hưởng của thời gian lắng đến khả năng loại bỏ đục...32</small></b>

<b><small>3.3Đánh giá hiệu quả loại bỏ COD...36</small></b>

<b><small>KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...39</small></b>

<b><small>TÀI LIỆU THAM KHẢO...40</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU</b>

<small>Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng trong hạt chùm ngây...5</small>

<small>Bảng 2. Thành phần các chất khoáng trong hạt chùm ngây...6</small>

<small>Bảng 3. Thành phần các protein trong hạt chùm ngây...7</small>

<small>Bảng 4. Thành phần các chất béo trong hạt chùm ngây...8</small>

<small>Bảng 5. Thông số pha dung dịch nước trước khi jartest nhân tạo...26</small>

<small>Bảng 6. Đặc tính của dịch chiết xuất chùm ngây với các nồng độ khác nhau của dung dịch muối NaCl ( Dung dịch A)...30</small>

<small>Bảng 7. Đặc tính của dung dịch chiết xuất chùm ngây với các nồng độ khác nhau của dung dịch muối NaCl ( Dung dịch B)...31</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH</b>

<small>Hình 1: Hoạt tính keo tụ của các dạng Mo khác nhau...9</small>

<small>Hình 2. hoạt tính keo tụ của dịch chiết xuất từ cây trùm ngây với các dung môi khác nhau...10</small>

<small>Hình 3. Sự hình thành thế năng zeta...13</small>

<small>Hình 4. Mơ hình thí nghiệm Jartest...14</small>

<small>Hình 5. Sơ đồ tích điện bề mặt một hạt cặn trong nước...19</small>

<small>Hình 6. Hạt chùm ngây tách vỏ...21</small>

<small>Hình 7. Hạt chùm ngây đã được tách vỏ...22</small>

<small>Hình 8. Quá trình nghiền mịn hạt chùm ngây...23</small>

<small>Hình 9. Quá trình lọc chùm ngây qua giấy lọc...24</small>

<small>Hình 10. Thí nghiệm Jartest...25</small>

<small>Hình 11. Quá trình lắng của từng bình sau Jartest...25</small>

<small>Hình 12. Quá trình khuấy bằng máy Jartest...27</small>

<small>Hình 13. Máy đo độ đục cho từng mẫu thí nghiệm...27</small>

<small>Hình 14. Sự thay đổi độ đục của nước tại các thời điểm lắng khác nhau với (a) 3 mL, (b) 5 mL và (c) 10 mL dung dịch keo tụ Moringa A...33</small>

<small>Hình 15. Sự thay đổi độ đục của nước tại các thời điểm lắng khác nhau với (a) 3 mL, (b) 5 mL và (c) 10 mL dung dịch keo tụ Moringa B...35</small>

<small>Hình 16. Nồng độ COD (a) và TN (b) của nước ở các liều lượng khác nhau của chất keo tụ Moringa (3, 5 và 10 mL dung dịch A)...36</small>

<small>Hình 17. Nồng độ COD (a) và TN (b) của nước ở các liều lượng khác nhau của chất keo tụ Moringa (3, 5 và 10 mL dung dịch B)...38</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT</b>

MOCP - Moringa Oleifeira – cây trùm ngây

SDS-PAGE - sodium dodecyl sulfate poly-acrylamide - hệ thống điện di không liên tục

<b> THMs – Trihalomethanes</b>

COD - Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hóa học

EC - Electro-conductivity - Tổng nồng độ ion hòa tan trong dung dịch TN - Total Nitơgen - Tổng Nitow

NTU - Nephelometric Turbidity Units - Đơn vị đo độ đục

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>MỞ ĐẦU</b>

<b>1. Tính cấp thiết của đề tài</b>

Trong những năm gần đây, có nhiều nghiên cứu phát triển để tìm kiếm các chất keo tụ và khử trùng tự nhiên bền vững và thân thiện với môi trường để thay thế cho các hóa chất keo tụ tổng hợp như phèn phơm, phèn sắt… cho việc sản xuất nước uống an toàn. Mặc dù các hoạt chất keo tụ có hiệu suất cao và hiệu quả về chi phí nhưng chúng yêu cầu điều chỉnh độ pH và kiềm, tạo ra lượng lớn lượng tạp chất. Dư lượng chất keo tụ như phèn nhơm trong nước có liên quan đến các bệnh như Alzheimer, tác động tiêu cực với hệ thần kinh và gây ung thư [1] phèn nhôm không phân hủy sinh học và có thể gây ra vấn đề về mơi trường trong quá trình xử lý. Do đó, cần phải có một hoạt chất keo tụ và khử trùng từ tự nhiên, thân thiện hơn với sức khoẻ con người và mơi trường. Trên một góc độ khác, tại các vùng nông thôn tại các quốc gia đang phát triển đặc biệt là Việt Nam, chi phí sử dụng muối nhơm khi xử lý nước vẫn cịn khá cao với nhiều hộ dân, khiến họ phải sử dụng trực tiếp các nguồn nước không đảm bảo như: nước mưa, nước giếng khoan, là nguyên nhân chính khiến việc tiếp cận nước sạch trở nên khó khan tại nhiều địa bàn. [2]

Trong số các vật liệu tự nhiên đã được thử nghiệm, hạt cây chùm ngây là một trong những giải pháp tiềm năng, vì chúng chứa các protein hịa tan trong nước có thể được sử dụng trong việc xử lý nước uống hoặc nước thải. Tuy nhiên, việc tinh chế hoạt chất keo tụ từ hạt cây chùm ngây và liều lượng cụ thể chưa được nghiên cứu và làm rõ. Xuất phát từ thực tiễn đó, nghiên cứu tối ưu hóa quá trình keo tụ tạo bông bằng chất keo tụ được chiết xuất từ hạt cây chùm ngây là vô cùng cấp bách và cần thiết. Kết quả của nghiên cứu là cở sở để mở ra các nghiên cứu về tinh chế MOCP, từng bước ứng dụng hoạt chất này vào lĩnh vực xử lí nước tại Việt Nam.

<b>2. Mục tiêu nghiên cứu</b>

Mục tiêu đề tài là nghiên cứu tối ưu hóa quá trình keo tụ tạo bông bằng hoạt chất được chiết xuất từ hạt chùm ngây và ứng dụng trong công nghệ xử lý nước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>3. Phương pháp nghiên cứu</b>

cây chùm ngây trong điều kiện phịng thí nghiệm.

dụng các từ khố “water treatment” và “moringa”. Cơng cụ tìm kiếm bao gồm các nhà xuất bản báo khoa học uy tín như Sciendirect, Research Gate, Elsevier… Việc lựa chọn bài báo phụ thuộc vào mức độ liên quan đến lĩnh vực xử lí nước, lượt trích dẫn… , Qua đó phân tích các lỗ hổng khoa học và bổ sung trong nghiên cứu.

gia về lĩnh vực xử lí nước.

<b>4. Nội dung nghiên cứu</b>

 Tìm hiểu đánh giá khả năng keo tụ từ chiết xuất của hạt chùm ngây trong xử lý nước  Nghiên cứu điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách thành phần hạt cây trùm ngây  Tổng quan nghiên cứu cấu trúc và thành phần của hạt cây trùm ngây

 Phân tích, lựa chọn những thành phần phù hợp cho keo tụ của hạt trùm ngây trong nước

 Đánh giá kết quả dựa trên thực nghiệm tại phịng thí nghiêm đối với các chất ơ nhiễm như hóa học, vi sinh vật ngây hại

 Đánh giá về sự an toàn của chiết xuất hạt chùm ngây đối với sức khỏe con người

<b>5. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu</b>

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Hoạt chất keo tụ được chiết xuất từ hạt cây chùm ngây (Moringa Oleifeira – MOCP)

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

 Tinh chế hoạt chất MOCP từ dung dịch đã chiết tách được và đánh giá hiệu quả của quá trình tinh chế.

 Định lượng liều lượng MOCP tối ưu cho dung dịch có dải độ đục nhất định bằng thí nghiệm JARTEST.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU</b>

<b>1.1 Tổng quan các nghiên cứu về hạt chùm ngây</b>

<b>1.1.1 Giới thiệu chung về đặc điểm của cây chùm ngây</b>

Cây chùm ngây hay Moringa Oleifeira là một lại cây được trồng phổ biến tại nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới. Loài cây trên được trồng cho mục đích thương mại ở Ấn Độ, Nam Phi, Nam và Trung Mỹ, Mexico, Hawaii và một số quốc gia Châu Á cũng như Đơng Nam Á trong đó có Việt Nam.[3]

Do đáp ứng các điều kiện về khí hậu nên tại Việt Nam, chùm ngây được biết đến rộng rãi và là một loại cây phổ biến trên khắp các tỉnh thành trên cả nước bao gồm: các tỉnh miền Bắc như Hà Giang, Lào Cai, Điện Biên, Lai Châu; Quảng Bình, Quảng Nam, Đà Nẵng, Bình Phước, Bà Rịa - Vũng Tàu…

Cây chùm ngây, là một loại cây thân gỗ nhỏ thuộc họ Moringaceae. Được biết đến với nhiều tên gọi khác nhau như "drumstick tree," "miracle tree," hay "benzolive tree,"

Cây chùm ngây, một loại cây thân gỗ nhỏ, khi phát triển đến 1 tuổi, nếu không được cắt ngọn, có thể đạt đến chiều cao khoảng 5 - 6 m với đường kính 10 cm. Trong giai đoạn trưởng thành, từ 3 đến 4 tuổi, cây có chiều cao trung bình từ 5 đến 10 m.

Vỏ của cây chùm ngây có màu xám trắng đậm và có các rãnh nứt. Khi bị tổn thương, vỏ sẽ tiết ra chất gôm, và dưới tác động của môi trường, chúng sẽ chuyển từ màu trắng sang màu nâu đỏ hoặc nâu đen. Thân cây khơng có gai, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý và sử dụng.

Lá của cây chùm ngây có dạng lá kép, mọc so le nhau, với chiều dài từ 30 - 60 cm và có màu xanh mốc. Lá chét có chiều dài 12 - 20 mm, thường mọc đối nhau thành các cặp, có khoảng 6 - 9 đơi lá chét. Điều này tạo nên một hình thái lá phong phú và thuận tiện cho việc nhận biết.

Hoa của cây chùm ngây có màu trắng, hình thành cụm giống như hoa đậu và thường nở rộ vào mùa xuân, chủ yếu từ tháng 4 đến tháng 6. Mỗi quả cây chùm ngây có màu nâu, thiết diện tam giác và mọc thõng xuống. Độ dài của mỗi quả khoảng từ 30 - 50 cm, rộng từ 1,5 - 2,5 cm và chứa ít nhất 20 hạt. Hạt thường có màu nâu tối hoặc sáng, có

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

hình dạng màng tam giác với cánh màu trắng, chiều dài từ 1,5 - 2,5 cm và đường kính từ 1 - 1,4 cm, tạo nên một cấu trúc quả độc đáo và đẹp mắt.

Hạt, lá, dầu, sáp, vỏ, rễ và hoa chùm ngây đựng sử dụng rộng rãi như một vị thuốc truyền thống do chúng có hàm lượng chất dinh dưỡng cao bao gồm các vitamin, amino axit, axit béo có nhiều tác dụng trong việc cải thiện sức khoẻ. Chẳng hạn [3]:

arabinose và acidýglucuronic), -sitosterol và benzylanin.

(kaempferol, gallic acid, kaempferol 3–O––rhamnoside, rutin, syringic acid và quercetin 3–O– –glucoside). Ngồi ra, lá cây cịn chứa các thành phần như chất gôm và 2 alcaloid bao gồm moringinin và moringi.

 Hoa chùm cây: Polysaccharid là thành phần hóa học chính được tìm thấy trong hoa cây chùm ngồi.

<b>1.1.2 Các thành phần trong hạt cây chùm ngây có khả năng keo tụ và khử trùng nước và cơ chế của chúng</b>

Nhiều báo cáo cho thấy rằng, hạt cây chùm ngây đã được ứng dụng cho việc xử lí nước tại các vùng nông thôn tại các nước Châu Á và Nam Phi trong một vài thế kỉ gần đây. [4]

Việc sử dụng bột hạt chùm ngây cho việc giảm độ đục trong nước là do chúng có chứa các polyacrylamine an tồn với con người cũng như mơi trường xung quanh. Chưa có nghiên cứu nào trên thế giới có kết luận về tác hại của hạt chùm ngây với sức khoẻ còn người. [4] Do đó, hạt chùm ngây được đánh giá là có khả năng thương mại hố trong tương lai gần do nguồn cung dồi dào cùng đặc tính thân thiện với sức khoẻ con người và môi trường.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Thành phần dinh dưỡng, protein, các chất khoáng và vitamins, axit béo được tổng hợp từ Thư viện quốc gia về Thuốc của Hoa Kì (NIH) cũng như các nghiên cứu khác:

<i>Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng trong hạt chùm ngây</i>

<i>Bảng 2. Thành phần các chất khoáng trong hạt chùm ngây</i>

<b>Các chất khoángKawo và</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<i>Bảng 3. Thành phần các protein trong hạt chùm ngây</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b><small>Loại axit béo</small></b>

<b><small>Tài liệu tham khảo</small></b>

Tổng quan các tài liệu liên quan cho thấy, hoạt chất trong hạt chùm ngây đã được tinh chế bằng cách sử dụng nhiều phương pháp: lọc, trao đổi ion, sấy khô làm lạnh, kết tủa bằng hoá chất… Và đi đến kết luận là hoạt chất keo tụ chỉ có trong hạt, khơng được tìm thấy ở vỏ hạt. Dung dịch MO lọc qua giấy lọc và không lọc đều cho thấy tác dụng keo tụ, điều này nghĩa là hoạt chất keo tụ là một chất tan.[7]

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<i>Hình 1: Hoạt tính keo tụ của các dạng Mo khác nhau</i>

Phương pháp chiết tách đơn giản và hiệu quả nhất là sấy lạnh và sử dụng nước cất hoặc dung dịch muối trung tính do khi sử dụng các dung mơi khác cho quá trình chiết tách đều không ghi nhận hiệu quả keo tụ.[7]

<b>Dung môi<sup>Lượng chất chiết</sup>xuất được ( trên</b>

Rất nhiều nghiên cứu và báo cáo chỉ ra rằng hoạt chất chiết xuất từ hạt chùm ngây có hiệu quả trong q trình keo tụ là hay có tính chất của một protein. Sau khi được phân

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

tích bằng phương pháp rây (sieving), protein trong chùm ngây được cho là mang điện tích dương có khối lượng nguyên tử từ 12-14 kDa và điểm đẳng điện (pI) trong khoảng 10 đến 11[5], khối lượng 6.5kDa sau khi biến tính.

Khi phân tích protein bằng kĩ thuật điện di đứng SDS-PAGE, cũng cho kết quả tương đồng. Protein trước và sau biến tính đều cho thấy khả năng keo tụ.

Mặt khác, GS.TS Okuda và các cộng sự chỉ ra rằng các hoạt chất chiết xuất bằng dung dịch muối không phải là protein, polysaccarit hay chất béo mà là một polyme hữu cơ mang điện tích dương với khối lượng nguyên tử là 3.0 kDa.[6]

Thế zeta của dung dịch Moringa 5% là +6mV [7]. Dùng MOCP với nồng độ quá cao có thể đảo ngược điện tích của hệ keo, nhưng khơng làm giảm hiệu quả keo tụ.

Trong quá trình keo tụ, Moringa không làm ảnh hưởng quá nhiều đến độ pH của nước do đó khơng cần dung them hố chất để ổn định độ pH.[7]

Do trong hoạt chất chiết xuất từ cây chùm ngây có các hợp chất mang điện tích dương nên, cơ chế của quá trình keo tụ bằng MOCP chủ yếu là hấp phụ và trung hồ điện tích với các hạt cặn mang điện tích âm tạo ra bơng cặn lớn hơn lắng xuống. [7]

Các kết quả khác nhau trong các báo cáo cho thấy cần thiết phải có them các nghiên cứu chuyên sâu để kết luận về cơ chế của quá trình keo tụ cặn bẩn trong nước bằng hoạt chất chiết xuất từ hạt chùm ngây.

Ngoài khả năng keo tụ cặn bẩn trong nước, hoạt chất chiết xuất từ cây chùm ngây còn được phát hiện rằng có khả năng gây bất hoạt vi khuẩn vi rút, từ đó kết luận được khả năng khử trùng phục vụ xử lí nước sinh hoạt.

Việc khử trùng sử dụng các chất oxy hoá mạnh như các halogen như clo hay thuốc tím… đã được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lí nước suốt nhiều thập kỉ qua. Tuy nhiên, các sản phẩm phụ của quá trình khử trùng bằng các halogen có ảnh hưởng tiêu cực đến sức khoẻ con người. Các hợp chất THMs (trihalomethanes) được hình thành khi các hợp chất hữu cơ có trong nước liên kết với Chlorine được sử dụng để khử trùng, trong đó 4 hợp chất được quan tâm nhiều nhất là: Chloroform,Bromodichloromethane,

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Dibromochloromethane và Bromoform. Có nhiều báo cáo đã chỉ ra mối liên hệ giữa các hợp chất THMs và các bệnh lý như: ung thư, rối loạn sinh sản, dị tật bẩm sinh và sẩy thai, … [8]

Theo Suarez và các cộng sự ( 2003 )[9], protein trong hạt chùm ngây có khả năng ứng dụng đê thay thế cho các hoá chất bảo quản cũng như khử trùng nước. Hạt chùm ngây dường như khơng có các tác động gây hạt khi con người đã sử dụng trong để tinh chế dầu ăn và làm thực phẩm.

Bichi (2011) đã chỉ ra rằng hiệu quả khử trùng cao nhất khi sử dụng hạt chùm ngây đã tách béo và điều kiện lí tưởng cho quá trình khử trùng là 31 phút khuất tại 85rpm và liều lượng MOCP là 3.25 mg/mL

Cơ chế bất hoạt vi khuẩn, virut của hạt chùm ngây được chỉ ra là do hợp chất benzyl isothiocynate tự sinh (C<small>6</small>H<small>5</small>CH<small>2</small>NCS) [10] ( Eilert và các cộng sự 1981) một hợp chất khử trùng có nguồn gốc thực vật và một phần do các polypeptit có tính chất giống Flo.[9]

<b>1.2 Tổng quan về ứng dụng của thí nghiệm jar test</b>

Thử nghiệm Jartest cho phép lựa chọn chính xác và liều lượng các chất đơng tụ hóa học nhằm mục đích loại bỏ các chất lơ lửng và chất ô nhiễm trong nước

Thí nghiệm Jar Test là một phương pháp thí nghiệm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước và nước thải để đánh giá hiệu quả của các hóa chất flocculant và quá trình tạo kết tủa trong việc loại bỏ chất rắn hữu cơ và vi khuẩn trong nước.

Tính chất điện quan trọng nhất của các hạt keo và hạt lơ lửng là điện tích bề mặt của chúng. Điện tích này làm cho các hạt ở trạng thái lơ lửng mà không kết tụ trong thời gian dài. Các huyền phù hạt nước bề mặt không ổn định về mặt nhiệt động và nếu có đủ thời gian, chúng sẽ kết bông và lắng xuống.

Tuy nhiên, quá trình tổng hợp diễn ra rất chậm và các hạt không thể được loại bỏ bằng phương pháp lắng đọng trong một khoảng thời gian hợp lý, nghĩa là thời gian đủ ngắn để có thể sản xuất đủ lượng nước cho một cộng đồng nhiều hơn một vài người. .

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Đối với hầu hết các hạt trong nước, dấu của điện tích là âm (Niehof và Loeb, 1972; Hunter và Liss, 1979).

Tính chất điện quan trọng nhất của các hạt keo và hạt lơ lửng là điện tích bề mặt của chúng. Điện tích này làm cho các hạt ở trạng thái lơ lửng mà không kết tụ trong thời gian dài. Các huyền phù hạt nước bề mặt không ổn định về mặt nhiệt động và nếu có đủ thời gian, chúng sẽ kết bông và lắng xuống.

Tuy nhiên, quá trình tổng hợp diễn ra rất chậm và các hạt không thể được loại bỏ bằng phương pháp lắng đọng trong một khoảng thời gian ngắn vì vậy sẽ cần thí nghiệm Jar test để đẩy nhanh q trình keo tụ và tạo bơng

<b>1.2.1. Mục đích của thí nghiệm Jar test </b>

 Xác định pH tối ưu cho keo tụ tạo bông

 Xác định nồng độ phèn tối ưu cho keo tụ tạo bông  Xác định tốc độ khuấy tối ưu

 Xác định thời gian lắng tối ưu

Mục đích cuối cùng là người sử dụng có thể so sánh, lựa chọn hóa chất, liều lượng, tốc độ khấy tối ưu, xác định các thông số cần thiết cho quá trình xử lý, giúp cho các công đoạn xử lý nước thải của nhà máy được dễ dàng và hiệu quả hơn. Từ đó, chọn loại hóa chất phù hợp và các thiết bị đi kèm cho quá trình keo tụ – tạo bông của hệ thống xử lý.

<b>1.2.2. Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm Jar test</b>

Thế năng Zeta. Khi đặt một hạt tích điện vào điện trường, nó sẽ di chuyển về cực mang điện tích trái dấu. Chuyển động này được gọi là điện di. Khi hạt chuyển động, một phần nước gần bề mặt cũng chuyển động theo nó.(Theo Derjaguin và Landau, 1941; Verway và Overbeek, 1948)

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<i>Hình 3. Sự hình thành thế năng zeta</i>

Do số lượng và độ phức tạp của các phản ứng đông tụ, liều lượng và độ pH thực tế của một loại nước nhất định vào một ngày nhất định thường được xác định theo kinh nghiệm từ thử nghiệm trong phịng thí nghiệm. Quy trình thử nghiệm được gọi là “Jar test” dựa trên cấu hình của thiết bị thử nghiệm (Harris, et al., 1966; Birkner and Morgan, 1968)

Trong kỹ thuật xử lý nước thải, các hạt cặn trong nước có nguồn gốc và kích thước khác nhau. Dùng biện pháp xử lý cơ học như lắng lọc có thể loại bỏ được các cặn có kích thước lớn hơn 10<small>-4</small>mm, cịn các hạt có kích thước nhỏ hơn 10<small>-4</small>mm khơng thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng.

Phương pháp xử lý dựa trên quá trình keo tụ và tạo bông là biện pháp xử lý hiệu quả các hạt cặn lơ lửng trên.

Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua 2 giai đoạn sau:

 Giai đoạn 1: Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ.

 Giai đoạn 2: Trung hòa hấp phụ lọc các tạp chất trong nước:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Kết quả của các quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống.

<i>Hình 4. Mơ hình thí nghiệm Jartest</i>

 Thử nghiệm Jartest cho phép lựa chọn chính xác và liều lượng các chất đơng tụ hóa học nhằm mục đích loại bỏ các chất lơ lửng và chất ô nhiễm trong nước được xử lý trong các nhà máy xử lý nước thải.

 Việc lựa chọn và định lượng hóa chất đơng tụ thực tế xuất phát từ kết quả của thử nghiệm keo tụ tạo bông trong phịng thí nghiệm, mơ phỏng hoạt động quy mơ lớn trong các nhà máy xử lý nước.

 Các chất đông tụ được sử dụng nhiều nhất là vôi (canxi hydroxit), phèn (nhôm sunfat) và muối sắt (sắt hoặc sắt). Keo tụ hoặc Đông tụ là cơ bản trong mọi quy trình xử lý nước và nó là bước hỗ trợ cho quá trình lắng, lọc và khử trùng trước khi phân phối

<b>1.2.3. Tầm quan trọng của Jar test trong dây truyền xử lý nước</b>

Phương pháp keo tụ – tạo bông là phương pháp phổ biến dùng trong xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt (ao, hồ, sông, suối,…), đến nước thải công nghiệp (cao su, dệt nhuộm, thực phẩm, thủy sản,…).

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Thơng thường, mỗi loại nước sẽ có những đặc điểm hóa lý khác nhau. Do đó, khơng có một cơng thức chung nào để xác định lượng hóa chất sử dụng (hay còn gọi là phèn) và chỉ số pH phản ứng tối ưu.

Thí nghiệm Jartest là phép thử quan trọng trong xử lý nước nhằm tìm ra thông số tối ưu để thực hiện keo tụ tạo bông giảm chất ô nhiễm tăng hiệu quả xử lý.

 Sau khi thực hiện thí nghiệm Jartest thì chúng ta có thể so sánh, lựa chọn hóa chất, liều lượng và tốc độ khuấy tối ưu nhất giúp cho các cơng đoạn xử lý nước sau đó của nhà máy được tốt và hiệu quả hơn.

trong hệ thống xử lý của nhà máy giúp tiết kiệm chi phí, hóa chất, thời gian, cơng sức mà lại khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng nước thải trong quá trình kiểm tra.

<b>1.2.4. Quy trình phân tích bằng thí nghiệm Jartest</b>

Sử dụng chất tạo bông, chất đông tụ được thêm vào cốc đựng mẫu nước. Chất đơng tụ hóa học bắt đầu kết tủa giữ lại tất cả các tạp chất và tạo thành các bông cặn sẽ lắng xuống đáy cốc.

Mẫu được khuấy liên tục để có thể quan sát được sự hình thành, phát triển và lắng cặn của các bông cặn giống như xảy ra trong nhà máy xử lý nước quy mơ lớn.

Sau đó, người vận hành thực hiện một loạt các thử nghiệm để so sánh ảnh hưởng của các lượng chất keo tụ khác nhau ở các giá trị pH khác nhau để xác định kích thước bơng phù hợp

Các điều kiện phân tích phổ biến nhất sử dụng chất tạo bông là:

 600 ml mẫu nước thải + chất đơng tụ

 Keo tụ tốc độ chậm: 30 vịng / phút, 25 phút

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

 Đánh giá kết quả đầu tiên sau 5 phút lắng cặn

<b>1.2.5. Đánh giá hiệu quả:</b>

Jartest được sử dụng để xem xét và đánh giá hiệu quả của các hóa chất flocculant trong quá trình tạo kết tủa và lắng dựa trên thí nghiệm nhỏ scale.(Niehof and Loeb, 1972; Hunter and Liss, 1979)

 Kết quả của Thử nghiệm Jar có thể được đánh giá dựa trên các tiêu chí khác nhau:

Thời gian từ khi bổ sung hóa chất đến khi xuất hiện bơng đầu tiên

 Đánh giá độ đục còn lại của phần nổi phía trên, sau một thời gian lắng xác định, bằng máy đo độ đục Đo thế điện động của các hạt lơ lửng trên mẫu được lấy ngay sau khi thêm và trộn hóa chất

 Đánh giá khả năng lọc của nước trong bằng màng lọc tiêu chuẩn hóa dưới áp lực. Việc giảm lưu lượng nước có liên quan đến mức độ tắc nghẽn của các bộ lọc do các chất lơ lửng cịn sót lại.

<b>1.2.6. Ưu điểm của q trình Jartest</b>

 Tối ưu hóa liều lượng: Phương pháp này giúp xác định liều lượng bông cặn cần thiết để đạt được hiệu suất tốt nhất trong việc loại bỏ chất rắn từ nước.

 Xác định các tham số quan trọng: Jar Test giúp xác định các thông số quan trọng như thời gian tạo bông, thời gian lắng, và loại flocculant phù hợp với điều kiện cụ thể.

tố như pH, nhiệt độ, và lực lên quá trình keo tụ-kết bông và lắng.

 Mô phỏng lại các điều kiện xử lý nước thực tế: Jar Test có thể được sử dụng để mơ phỏng điều kiện xử lý nước thực tế và đưa ra các dự đoán về hiệu suất của quá trình tạo bông và lắng.

 Đánh giá chất lượng nước sau xử lý: Jar Test cung cấp thông tin về chất lượng nước sau quá trình xử lý và đánh giá khả năng loại bỏ chất rắn và màu sắc từ nước.

 Đánh giá được nhiều tác động đến mơi trường: Jar Test có thể được sử dụng để đánh giá tác động của các chất hóa học đối với hệ thống sinh thái nước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM2.1 Cơ sở lý thuyết của hạt MO</b>

<b>2.1.1 Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm q trình keo tụ - kết bông với MOCP</b>

Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn , còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo khơng thể lắng được.

Ta có thể tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được. Muốn vậy, trước hết cần trung hồ điện tích của chúng, t đến là liên kết chúng lại với nhau. [Water and waste water treatment Mackenzie]

Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hố chất keo tụ có thể đủ làm cho những hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường,

</div>

×