Giáo trình kỹ thuật công nghệ - Khử sắt kết hợp lọc trong nước cấp potx

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 1

MỞ ĐẦU
Để có được tài liệu như thế này tác giả cố gắng đúc kết những kiến thức đã học cùng tham
khảo một số tài liệu thực tập một cách hết sức cô đọng. Để có tài liệu liệu này xuất phát từ
những trăn trở của tác giả là làm sao khi tốt nghiệp ra trường sinh viên ngành Kỹ thuật Môi
trường có thể tự mình thực hiện những nghiên cứu và cụ thể hóa những gì học lý thuyết bằng
thực nghiệm.

Tài liệu hướng dẫn kỹ thí nghiệm thuật xử lý chất thải dùng cho sinh viên Khoa Học Môi
Trường ngành Kỹ Thuật Môi Trường. Các bài thí nghiệm giới thiệu quá trình cơ bản nhất để
xử lý các loại ô nhiễm tiêu biểu gồm:
ü Phương pháp cơ học: Phương pháp lắng, lọc
ü Phương pháp hoá lý: Trao đổi ion, keo tụ, hấp phụ.
ü Phương pháp hoá học: Quá trình oxi hoá khử , chế biến chất thải rắn để sản
xuất sản phẩm có ích.
ü Phương pháp sinh học: xử lý bằng bùn hoạt tính

1. Nội dung
Sinh viên lần lượt thực hiện 7 bài thí nghiệm xử lý ô nhiễm, xử lý và tận dụng chất thải.
Bài 1 : Thí nghiệm khử sắt trong nước cấp.
Bài 2 : Thí nghiệm trao đổi ion.
Bài 3 : Thí nghiệm lắng bông cặn.
Bài 4 : Thí nghiệm Jartest.
Bài 5 : Xử lý nước thải ô nhiễm phẩm nhuộm bằng phương pháp hấp phụ trên than
hoạt tính .
Bài 6 : Xử lý và tái sử dụng xỉ kẽm.
Bài 7 : Thực hành xác đònh hiệu xuất xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính

2. Mục đích thí nghiệm.

Giúp sinh viên làm quen với các kỹ năng cần thiết cuả một kỹ sư tương lai.
Ø Công nghệ xử lý, thiết bò xử lý ô nhiễm và xử lý chất thải.
Ø Vận hành các thiết bò xử lý ô nhiễm môi trường .
Ø Điều hành một nhóm sinh viên cùng thực hiện một công việc.
Ø Luyện tập khả năng viết báo cáo kỹ thuật.

3. Yêu cầu trước khi thí nghiệm.
Trước khi thí nghiệm mỗi sinh viên phải đọc trước bài hướng dẫn thí nghiệm, tham khảo các
tài liệu liên quan để tìm hiểu các kiến thức cần thiết cho bài thí nghiệm. Xem thiết bò để
hiểu cách tiến hành thí nghiệm, lập kế hoạch làm việc và phân công trong nhóm.
Ø Yêu cầu khi làm thí nghiệm.: Sau mỗi bài thí nghiệm mỗi sinh viên phải làm một
bản báo cáo thí nghiệm để báo cáo kết quả thu được. Báo cáo thí nghiệm gồm các
phần sau:
ü Trang bìa ghi đầy đủ các thông tin về nhóm thí nghiệm và bài thí nghiệm gồm:
v Nhóm thí nghiệm: số nhóm, họ và tên, mã số sinh viên.
v Ngày thí nghiệm, nơi thí nghiệm.
v Bài thí nghiệm.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 2

ü Nội dung
v Trích yếu : trình bày yêu cầu, nội dung tóm tắt và kết quả cuả bài thí
nghiệm.
v Lý thuyết: trình bày lý thuyết liên quan đến bài thí nghiệm.
v Kết quả : trình bày kết quả đo được khi thí nghiệm và kết quả tính toán.
v Biện luận : nêu lên các ý liến cuả mình về các vấn đề mà bài thí
nghiệm yêu cầu bình luận.
v Phụ lục : trình bày các phép xử dụng khi tính toán, các kết quả thí
nghiệm.

v Tài liệu tham khảo.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 3

Bài 1. KHỬ SẮT KẾT HP LỌC TRONG NƯỚC CẤP

1.1. MỤC ĐÍCH
- Nghiên cứu khả năng khử sắt trong nước cấp khi làm thoáng.
- Nghiên cứu khả năng khử sắt trong nước cất khi sử dụng các chất oxi hóa mạnh.
- Nghiên cứu khả năng lọc sắt sau quá trình khử sắt
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Trong nước tự nhiên, kể cả nước mặt lẫn nước ngầm đều có chứa sắt. Hàm lượng sắt và
dạng tồn tại của chúng tùy thuộc vào từng loại nguồn nước, điều kiện môi trường và nguồn
gốc tạo thành chúng. Trong nước mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp chất sắt Fe
3+
thông thøng là
Fe(OH)
3
không tan, ở dạng keo hay huyền phù, hoặc ở dạng các hợp chất hữu cơ phức tạp
khó tan. Hàm lượng sắt có trong nước mặt không lớn và sẽ được khử trong quá trình làm
trong nước .
Trong nước ngầm sắt tồn tại dạng ion, sắt có hóa trò 2 ( Fe
2+
) là thành phần của các muối
hoà tan như : bicacbonat Fe(HCO
3
)
2
, sunfat FeSO

4
. Hàm lượng sắt trong nước ngầm thường
cao và phân bố không đồng đều trong các trầm tích dưới sâu .
Nước có hàm lượng sắt cao, thì có mùi tanh và có nhiều cặn bẩn màu vàng, gây ảnh
hưởng xấu đến chất lượng nước ăn uống và cho sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy khi trong nước
có hàm lượng sắt lớn hơn giới hạn cho phép thì phải tiến hành khử sắt.
Hiện nay có nhiều phương pháp khử sắt của nước ngầm, có thể chia thành các nhóm
chính sau:
ü Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng .
ü Khử sắt bằng phương pháp dùng hoá chất.
ü Khử sắt bằng phương pháp khác.
1.2.1. Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng .
Thực chất của phương pháp khử sắt bằng phương pháp làm thoáng là làm giàu oxi cho
nước tạo điều kiện để oxi hoá Fe
2+
thành Fe
3+
thực hiện quá trình thuỷ phân tạo thành hợp
chất ít tan Fe(OH)
3
, rồi dùng bể lọc giữ lại. Làm thoáng có thể là : làm thoáng tự nhiên hay
làm thoáng nhân tạo. Sau khi làm thoáng quá trình oxi hoá Fe
2+
và thủy phân Fe
3+
có thể xảy
ra trong môi trường tự do.
Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là muối không bền vững, thường phân ly theo dạng
sau :
Fe(HCO

3
)
2
= 2 HCO
3
-
+ Fe
2+

Nếu trong nước có oxi hoà tan, quá trình oxi hóa diễn ra như sau :
4 Fe
2+
+ O
2
+ 10 H
2
O = 4 Fe(OH)
3
+ 8H
+

Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
H
+
+ HCO
3
-
= H
2
O + CO

2

Tốc độ phản ứng oxi hoá được biểu thò theo phương trình sau:

[
]
[
]
[
]
[]
K
H
OFe
dt
Fed
v .
2
2
2
2
+
+
+
==

Trong đó :
+ v : Tốc độ oxi hóa

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 4

+
[
]
dt
Fed
+2
: Sự biến thiên nồng độ [Fe
2+
] theo thời gian t.
+ [Fe
2+
]; [ H
+
]; [O
2
] : Nồng độ của các ion Fe
2+
, H
+
, O
2
tan trong nùc .
+ K : Hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ và
chất xúc tác .
Theo phương trình của Just tốc độ oxi hoá của Fe
2+
tỉ lệ thuận với [Fe

2+
] và [O
2
], tỉ lệ
nghòch với [ H
+
].
Như vậy quá trình chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, O
2
,
hàm lượng sắt trong nước ngầm, CO
2
, độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng. Ngoài ra tốc độ
oxi hóa Fe
2+
còn phụ thuộc vào thế oxi hóa khử tiêu chuẩn.
Khi tất cả các ion Fe
2+
hoà tan trong nước đã chuyển hóa thành bông cặn Fe(OH)
3
. Việc
loại bỏ các bông cặn ra khỏi nước đïc thực hiện ở bể lọc chủ yếu theo cơ chế giữ cặn cơ
học .
1.2.2. Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất.
1.2.1.1.Khử sắt bằng các chất oxi hoá mạnh.
Các chất oxi hóa mạnh thường dùng để khử sắt là: Cl2 , KMnO4 , O3… Khi cho các chất
oxi mạnh vào nước phản ứng diễn ra như sau :
2Fe
2+

+ Cl
2
+ 6 H
2
O = 2Fe(OH)
3
+ 2 Cl
-
+ 6H
+

3Fe
3+
+ KMnO
4
+ 7 H
2
O = 3 Fe(OH)
3
+ MnO
2
+ K
+
+ 5 H
+
Trong phản ứng, để oxi hóa 1mg Fe2+ cần 0,64 mg Cl2 hoặc 0,94 mg KMnO4 và đồng
thời dộ kiềm của nước phải giảm đi 0,018 mgđ/l.
So sánh với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxi hoá mạnh phản
ứng xảy ra mạnh hơn , pH môi trường thấp hơn ( pH< 6 ). Nếu trong nước có tồn tại các hợp
chất như : H2S, NH3 thí chúng sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử sắt .

1.2.1.2. Khử sắt bằng vôi.
Phương pháp khử sắt bằng vôi thường không đứng độc lập, mà kết hơp với các quá trình
làm ổn đònh nước hoặc làm mềm nước . Khi cho vôi vào nước quá trình khử sắt xảy ra theo 2
trường hợp :
Trường hợp nước có oxi hoà tan : vôi được coi như là chất xúc tác, phản ứng khử sắt xảy
ra như sau:

4Fe(HCO
3
)
2
+ O
2
+ 2H
2
O + 4 Ca(OH)
2
Fe(OH)
3
+ 4 Ca(HCO
3
)
2

Sắt (III) hydroxit được tạo thành dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn
trong bể lọc .
Trong trường hợp nước không có oxi hoà tan : khi cho vôi vào nước phản ứng diễn ra như
sau :
Fe(HCO
3

)
2
+ Ca(OH)
2
FeCO
3
+ CaCO
3
+ H
2
O
Sắt được khử dưới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxit sắt
1.2.3. Các phương pháp khử sắt khác.
Ø Khử sắt bằng trao đổi Cation.
Ø Khử sắt bằng điện phân.
Ø Khử sắt bằng phương pháp vi sinh.
Ø Khử sắt ngay trong lòng đất.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 5

1.3. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH.
1.3.1. Khử sắt bằng phưong pháp làm thoáng.
1.3.1.1. Mô hình

1.3.1.2. Trình tự thí nghiệm
Bước 1: Chuẩn bò
ü Rửa sạch mô hình bằng nước máy
ü Cân 2,7714g sắt II để pha thành 40 lít nước nhiễm sắt nồng độ 10mg/l
(NH
4
)
2
Fe(SO
4
)
2
.6H
2
O
Bước 2: Lập đường chuẩn để xác đònh sắt

STT ống 1 2 3 4 5 6
D
2
sắt chuẩn (ml) 0 5 10 15 20 25

Nước cất (ml) 25 20 15 10 0
Dd đệm axetat 5 ml mỗi ống
Dd Phenanthroline 2 ml mỗi ống, lắc đều, đợi 10 phút
Đo độ hấp thu A của dung dòch ở bước sóng 510 nm

Bước 3: Lấy mẫu đã pha ( M
1
) đi xác đònh sắt tổng và sắt II
Ø Sắt tổng
a. Mẫu thật
- Lấy 50ml mẫu M
1
cho vào bình kín + 1ml NH
2
OH. HCl
- Thêm 5ml dd đệm + 2ml Phenanthroline
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 6

- Đậy nut, lắc, đợi 10phút
- Đo độ hấp thu A tại bước sóng 510 nm
b. Mẫu trắng: Làm tương tự nhưng thay 50 ml mẫu bằng 50 ml nước cất
Ø Sắt II
a. Mẫu thật:
- Lấy 50ml mẫu M
1
cho vào bình kín
- Thêm 5ml dd đệm + 2ml Phenanthroline
- Đậy nut, lắc đều, đợi 10phút

- Đo độ hấp thu A tại bước sóng 510 nm
c. Mẫu trắng: Làm tương tự nhưng thay 50 ml mẫu bằng 50 ml nước cất

Bước 4: Chạy mô hình
Ø Giàn mưa
- Bật bơm 1, bơm nước lên giàn mưa
- Chỉnh lưu lượng bằng van 3 sao cho Q = 2lit/phút (2 LPM)
- Bơm heat 40 lít nước lên giàn mưa. Sau đó lấy mẫu (M2) ở khoang
chứa đi xác đònh:
ü Sắt II
ü Sắt tổng

Ø Cột lọc
- Đóng : Van 2, 3, 4, hai van lấy mẫu 8, 9
- Mở: Van 1, hai van đo áp 6,7
- Bật bơm, bơm nước từ khoang chứa qua cột lọc.
- Chỉnh lưu lượng bằng van 5 sao cho Q = 3 lit/phút ( 3LPM)
- Sau 4 đến 5 phút lấy mẫu nước tại van 9, cách quãng 3 phút 1 lần, được
3 mẫu là: M31, M32, M33
- Xác đình : Sắt (II) và sắt tổng
1.3.1.3. Kết quả:
- Hiệu quả khử sắt chung
- Hiệu quả khử sắt ở các thời gian khác nhau

1.3.2. Khử Sắt Trong Nước Cấp Bằng Phương Pháp Chlorine.
1.3.2.1. Thí nghiệm 3: Xác đònh khả năng khử sắt bằng phương pháp làm thoáng.
ü Nước cấp có hàm lượng sắt lớn hơn 30ppm, ở giá trò pH= 7.
ü Nước cấp được bơm lên giàn mưa và sục khí làm thoáng.
ü Thời gian phản ứng 15 phút để quá trình chuyển hoá Fe
2+

thành Fe
3+
xảy ra .
ü Tiếp tục bơm nước qua cột lọc . Xác đònh hàm lượng sắt trong nước cấp đã xử lý.
1.3.2.2. Thí nghiệm 4 :Xác đònh lượng hoá chất tối ưu và khảo sát sự thay đổi pH.
ü Nước cấp có hàm lượng sắt lớn hơn 30ppm, ở giá trò pH= 7.
ü Cho dung dòch Chlorine 5% vào ở các liều lượng khác nhau. Xác đònh dung dòch
Chlorine cần thiết để chuyển hóa Fe2 thành Fe3 .
ü Thời gian phản ứng 15 phút để quá trình chuyển hoá Fe2+ thành Fe3+ xảy ra .
ü Tiếp tục bơm nước qua cột lọc . Xác đònh hàm lượng sắt trong nước cấp đã xử lý.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 7

1.4. KẾT QUẢ.
ü Thí nghiệm1: lập bảng số liệu. Dựng đồ thò, trục hoành biểu thò giá trò pH, trục
tung biểu thò giá trò hàm lượng sắt trong mẫu nước cấp đãxử lý. Vẽ đường cong
biến thiên. Xác đònh điểm cực tiểu. Từ đó suy ra giá trò pH tối ưu.
ü Thí nghiệm 2: lập bảng số liệu. Dựng đồ thò, trục hoành biểu thò thời gian phản
ứng, trục tung biểu thò giá trò hàm lượng sắt trong mẫu nước cấp đãxử lý. Vẽ
đường cong biến thiên. Xác đònh đường tiệm cận. Từ đó suy ra thời gian phản ứng
tối ưu .
ü Thí nghiệm 3: ghi nhận kết quả và bàn luận.
ü Thí nghiệm 4: lập bảng số liệu. Dựng đồ thò, trục hoành biểu thò liều lượng phản
ứng, trục tung biểu thò giá trò hàm lượng sắt trong mẫu nước cấp đãxử lý. Vẽ
đường cong biến thiên. Xác đònh đường tiệm cận. Từ đó suy ra lượng hóa chất
phản ứng tối ưu .
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH

Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 8

Bài 2. TRAO ĐỔI ION

2.1 MỤC ĐÍCH .
Ø Nghiên cứu sự biến đổi pH trong quá trình trao đổi ion .
Ø Nghiên cứu quá trình trao đổi ion theo chiều dày lớp nhựa trao đổi ion.
Ø Xác đònh dung lượng trao đổi làm việc của nhựa trao đổi ion .
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Để khử các tạp chất ở trạng thái ion trong nước, phương pháp được dùng nhiều nhất là trao
đổi ion. Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong
nước. Chất lượng nước thu được còn tốt hơn nước cất. Vì vậy , đây là một giai đoạn xử lý
nước rất cần thiết để cấp nước cho mục đích sinh hoạt, ăn uống, cho sản xuất và cho các lò
hơi ở các nhà máy điện,…

Người ta sử dụng nhựa trao đổi ion trong sử lý nước cấp chủ yếu nhằm 2 mục đích khử cứng
và khử khoáng . Khử cứng nhằm loại bỏ các ion Ca
2+
, Mg
2+
. Khử khoáng nhằm loại bỏ hầu
hết tất cả các ion có trong nước.

Khử cứng cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation ở dạng RNa

2 RNa + CaSO
4
↔ R
2

Ca + Na
2
SO
4


2 RNa + MgSO
4
↔ R
2
Mg + Na
2
SO
4

Khi lớp nhựa cation mất hiệu lực người ta tái sinh bằng dung dòch muối ăn NaCl

R
2
Ca + 2 NaCl ↔ 2 RNa + CaCl
2


R
2
Mg + 2 NaCl ↔ 2 RNa + MgCl
2


Khử khoáng : cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa cation và nhựa anion riêng lẽ

hay qua một cột kết hợp cả nhựa cation và anion .
RSO
3
H + NaCl ↔ RSO
3
Na + HCl
2 RSO
3
H + 2 Na
2
SO
4
↔ RSO
3
Na + H
2
SO
4

RSO
3
H + NaHCO
3
↔ RSO
3
Na + CO
2
+ H
2
O

2 RSO
3
H + Na
2
CO
3
↔ 2 RSO
3
Na + CO
2
+ H
2
O
ROH + HCl ↔ RCl + H
2
O
2ROH + H
2
SO
4
↔ R
2
SO
4
+ H
2
O
Khi lớp nhựa cation mất hiệu lực ngưới ta tái sinh bằng dung dòch acid HCl và dung
dòch sút NaOH như sau:

RSO
3
Na + HCl ↔ RSO
3
H + NaCl
RCl + NaOH ↔ ROH + NaCl
2.2.1. Cân bằng trao đổi Ion.
Phản ứng trao dổi ion là phản ứng thuận nghòch, giống phản ứng hoá học thông thường, cho
nên người ta thường dùng đònh luật tác dụng khối lượng để nghiên cứu cân bằng trao đổi ion.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 9

Dưới đây là ví dụ chất cation tính axit mạnh HR tiếnhành trao đổi NaR trong nước phản ứng
như sau:
HR + Na
+

↔ NaR + H
+

Theo đònh luật khối lượng tác dụng, khi cho phản ứng trao đổi đạt đến cân bằng

[
]
[]
[
]
[]
+

+
=
Na
H
HR
NaR
K
Na
H


Trong đó :
ü K
H

Na
:Hằng số cân bằng.
ü [NaR] :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ Na
+
trong chất trao đổi ở pha rắn
(chính xác gọi là các nồng độ trong công thức trên đều là hoạt độ) ion/l.
ü [RH] :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ H
+
trong chất trao đổi pha rắn, ion/l.
ü [H
+
] :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ H
+
trong dung dòch, ion/l.
ü [Na

+
] :Khi phản ứng cân bằng, nồng độ Na
+
trong dung dòch, ion/l.

Mức độ lớn nhỏ của hằng số cân bằng K
H

Na
thể hiện ra mức độ khó dễ của H
+
trên chất trao
đổi ion trao đổi thành Na
+
, như K
H

Na
> 1 biểu thò chất trao đổi ion hấp phụ Na
+
dễ hơn H
+
.
Trò số K
H

Na
càng lớn năng lực hấp thụ Na
+
càng mạnh. Hằng số này có thể biểu thò mức độ

lớn nhỏ tính lựa chọn trao đổi ion, nên gọi là hệ số lựa chọn hay hệ số phân phối.

Cũng như vậy, khi ion hoá trò 2 và ion hoá trò 1 tiến hành trao đổi, như phản ứng sau:
NaR + Ca
+
↔ CaR
2
+ 2Na
+

[
]
[]
[
]
[]
+
+
=
2
2
2
2
Ca
Na
NaR
CaR
K
Ca
Na

Trong đó :
ü KNaCa : Hằng số cân bằng.
ü [CaR2] : Khi phản ứng cân bằng, Ca2+ trong chất trao đổi pha rắn, ion/l.
ü [Ca2+] : Khi phản ứng cân bằng,nồng độ Ca2+ trong dung dòch, ion/l.
ü Các ký hiệu khác như trên .

Hằng số cân bằng của chất trao đổi với các loại ion, có thể qua thực nghiệm tìm thấy, trong
bảng là hằng số cân bằng của nhựa Cationit tính axit mạnh dạng HR đối với mấy loại cation
trong nước ( đây là loại nhựa amberlit IR –120).

Loại cation Li
+
H
+
Na
+
NH
4
+
K
+
Mg
+
Ca
++
Hằng số cân bằng 0.8 1.0 2.0 3.0 3.0 26 42

Từ trong bảng tên ta thấy sự khác biệt về năng lực hấp phụ của các loại ion, tức là quan hệ

tính lựa chọn lớn hay nhỏ .

Quan hệ cân bằng trao đổi ion trong công nghệ xử lý nước đóng vai trò quan trọng như đã
trình bày ở trên.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 10

Để hoá mềm nước người ta đem nước cứng có chứa Ca
2+
, hay Mg
2+
liên tục dẫn vào chất trao
đổi ion NaR hấp phụ Ca
2+
trong nước đồng thời phân ly ra Na làm cho phản ứng trao đổi ion
(5-14) chuyển dòch về phía phải, như vậy đã khử đi Ca
2+
trong nước. Vì hằng số cân bằng
của phản ứng ion lớn hơn 1 cho nên phản ứng này tiến hành tương đối dễ dàng. Khi hàm
lượng Ca
2+
trong nước ra bắt đầu tăng lên, biểu thò lớp nhựa đã mất hiệu lực.

Để làm cho nhựa phục hồi lại năng lực rao đổi với Ca
2+
phải đem nhựa dạng CaR tái sinh
thành dạng NaR thông thường dung dòch NaCl tiến hành tái sinh. Khi đó do K
Na
Ca

lớn hơn 1,
tái sinh nhựa không thuận lợi, nhưng cần làm cho nồng độ NaCl trong dung dòch tái sinh
tương đối lớn, nồng độ Ca
2+
rất nhỏ phản ứng (5-14) chuyển dòch về phía trái, làm cho nhựa
được tái sinh. Trong quá trình xử lý nước, người ta ứng dụng chuyển dòch cân bằng trao đổi
ion được lặp đi lặp lại như vậy để khử đi các ion có hại trong nước.

2.2. 2. Dung lượng trao đổi.
Dung lượng trao đổi là biểu thò mức độ nhiều ít của lượng ion có thể trao đổi trong một loại
chất trao đổi ion, đó là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của chất trao đổi ion. Có hai phương
pháp biểu thò dung lượng trao đổi :một là phương pháp biểu thò khối lượng, tức là năng lực
hút bám của một đơn vò khối lượng chất cần trao đổi ion, thông thường biểu thò bằng số
mgđl/g. Hai là phương pháp biểu thò thể tích ( thể tích đóng của chất trao đổi ion ở trạng thái
ẩm ), tức là năng lượng hút bám của một đơn vò thể tích chất trao đổi ion, thông thường dùng
đlg/m
3
biểu thò.

Do hình thái của chất trao đổi ion khác nhau, khối lượng và thể tích cũng khác nhau, khi biểu
thò dung lượng trao đổi ion, để thống nhất, nói chung dùng cationit dạng HR và anionit dạng
RCl làm chuẩn, khi cần thiết, phải ghi rõ trạng thái nào. Dung lượng trao đổi thường dùng có
mấy loại sau :
ü Tổng dung lượng trao đổi (E) : Sau khi đem toàn bộ gốc hoạt tính trong chất trao
đổi, tái sinh thành ion, có thể trao đổi, xác đònh toàn bộ dung lượng trao đổi của nó
gọi là tổng dung lượng trao đổi. Chỉ tiêu này biểu tò lượng gốc hoạt tính có trong chất
trao đổi. Đối với cùng một loại chất trao đổi ion, nó là một hằng số. Dung lượng trao
đổi này chủ yếu để nghiên cứu chất trao đổi ion .
ü Dung lượng trao đổi cân bằng (B): Sau khi tái sinh hoàn toàn chất trao đổi, tìm dung
lượng trao đổi của nó, tác dụng với dung dòch nước có thành phần nhất đònh đến trạng

thái cân bằng gọi là dung lượng trao đổi cân bằng. Chỉ tiêu này biểu thò dung lượng
trao đổi lớn nhất của chất trao đổi ion trong một loại dung dòch nào đó đã đònh, nên
không phải là hằng số, có quan hệ đến thành phần hợp thành dung dòch cân bằng của
nó.

Dung lượng trao đổi cân bằng có quan hệ với tổng dung lượng trao đổi. Tổng dung lượng trao
đổi là cực hạn lớn nhất của dung lượng trao đổi cân bằng. Giả thiết rằng một loại chất trao
đổi HR tác dụng với dung dòch NaR, khi đạt đến cân bằng lượng Na
+
chứa trong chất trao đổi
là BNa mgđl/g , thì dung lượng trao đổi cân bằng là BNa, nếu khi này dạng HR còn dư lại
trong chất trao đổi BH mgđl/g , thì tổng BNa và BH bằng tổng dung lượng trao đổi của chất
trao đổi ion này, có nghóa là E = BNa + BH .
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 11

Khi hàm lượng Na
+
trong dung dòch rất nhiều làm cho dạng HR còn dư lại trong chất trao đổi
khi cân bằng BH≈0 , thì E ≈BNa.

Dung lượng trao đổi làm việc: dung lượng trao đổi xác đònh được dưới điều kiện vận hành
thực tế xử lý nước với quy mô trong phòng thí nghiệm. Tiến hành thí nghiệm, đem chất trao
đổi ion cho vào trong ống trao đổi trạng thái động, cho nước cần xử lý thông qua đến khi lọc
ra ion cần trao đổi có trong dung dòch lọc ra thì dừng lại. Khi đó dung lượng trao đổi biểu
hiện ra của chất trao đổi, gọi là dung lượng trao dổi làm việc. Có rất nhiều nhân tố ảnh
hưởng đến dung lựơng trao đổi làm việc như : nồng độ ion trong nước vào, chỉ tiêu khống chế
điểm trao đổi cuối cùng, độ cao của lớp nhựa, tốc độ của dòng nước …… dung lượng trao đổi
làm việc thường dùng thể tích biểu thò, tức là đlg/m

3
hoặc mgđl/l.

Mức độ tái sinh của chất trao đổi ion, đối với dung lượng trao đổi của nó ảnh hưởng rất lớn.
Nếu tái sinh đầy đủ (tái sinh no) có thể thu được dung lượng trao đổi làm việc lớn nhất.

Trong vận hành thực tế, muốn làm cho chất tái sinh cần thiết nhiều, nhưng không kinh tế vì
tái sinh càng hoàn toàn lượng dùng chất tái sinh tăng lên càng nhiều. Vì vậy, lượng chất tái
sinh dùng thực tế, cần đạt đến để tái sinh chất trao đổi thu được tương đối tốt, chất tái sinh lại
không tiêu hao quá lượng, tức là lựa chọn lấy lượng chất tái sinh tối ưu. Dung lượng trao đổi
này phải căn cứ vào tình trạng thiết bò, chất nước của nước nguồn, yêu cầu chất lượng nước
đối với nước ra thông qua thí nghiệm để xác đònh.

2.3. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH.
Nước cấp được bơm qua hệ trao đổi ion. Ghi nhận giá trò pH của nước ra khỏi cột cation và
cột anion trong suốt quá trình trao đổi ion .

Xác đònh nồng độ các ion Ca
2+
, Mg
2+
, SO
4
, Cl
-
trong các mẫu nước lấy ở các độ cao khác
nhau của cả hai cột sau khi quá trình trao đổi ion chạy được 1 giờ 2 giờ 3 giờ.

Kết thúc sau 3 giờ chạy, xác đònh nồng độ các ion Ca
2+

, Mg
2+
, SO
4
, Cl
-
trong mẫu nước ra
khỏi cột ation.

2.4. KẾT QUẢ.

Giải thích sự chênh lệch giá trò pH giữa các cột và sự thay đổi pH trong quá trình trao đổi ion.

Nhận xét ái lực trao đổi của các ion.

Xác đònh dung lượng trao đổi làm việc của hệ thống trao dổi ion sau 3 giờ chạy.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 12

Bài 3 THÍ NGHIỆM LẮNG BÔNG CẶN

3.1 MỤC ĐÍCH.
Ø Xác đònh tốc độ chảy tràn ở các hiệu quả lắng tổng cộng khác nhau.
Ø Xác đònh thời gian lắng ở các hiệu quả lắng tổng cộng khác nhau.
3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Lắng là quá trình tách khỏi nước cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giai đoạn keo tụ
tạo bông.

Trong công nghệ xử lý nước cấp quá trình lắng được ứng dụng :

Ø Lắng cặn phù sa khi nước mặt có hàm lượng phù sa lớn và cặn lắng nước thô trước
khi lọc có độ đục thấp.
Ø Lắng bông cặn phèn /polyme trong công nghệ khử đục và màu nước mặt.
Ø Lắng bông cặn vôi-manhê trong công nghệ khử cứng bằng hoá chất.
Ø Lắng bông cặn sắt và mangan trong công nghệ khử sắt và mangan.

Trong công xử lý nước thải quá trình lắng được ứng dụng :
Ø Lắng cát, sạn, mảnh kim loại, htuỷ tinh, xương, hạt sét,… ở bể lắng cát.
Ø Loại bỏ chất lơ lửng ở bể lắng đợt 1.
Ø Lắng bùn hoạt tính hoặc màng vi sinh vật ở bể lắng đợt 2.

Hai đại lượng quan trọng trong việc thiết kế bể lắng chính là tốc độ lắng và tốc độ chảy tràn.
Để thiết kế một bể lắng lý tưởng, đầu tiên người ta xác đònh tốc độ lắng của hạt cần được
loại và khi đó đặt tốc độ chảy tràn nhỏ hơn tốc độ lắng.

Tính chất lắng của các hạt có thể chia thàng 3 dạnh như sau :

Lắng dạng I: lắng các hạt rời rạc. Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt lắng một cách
rời rạc và ở tốc độ lắng không đổi. Các hạt lắng một cách riêng lẽ không có khả năng keo tụ,
không dính bám vào nhau suốt quá trình lắng. Để có thể xác đònh tốc độ lắng ở dạng này có
thể ứng dụng đònh luật cổ điển của Newton và Stoke trên hạt cặn. Tốc độ lắng ở dạng này
hoàn toàn có thể tính toán được.

Lắng dạng II: lắng bông cặn. Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt ( bông cặn) kết dính
với nhau trong suốt quá trình lắng. Do quá trình bông cặn xảy ra trên các bông cặn tăng dần
kích thước và tốc độ lắng tăng. Không có một công thức toán học thích hợp nào để biểu thò
giá trò này. Vì vậy để có các thông số thiết kế về bể lắng dạng này, người ta thí nghiệm xác
đònh tốc độ chảy tràn và thời gian lắng ở hiệu quả khử bông cặn cho trước từ cột lắng thí
nghiệm, từ đó nhân với hệ số quy mô ta có tốc độ chảy tràn và thời gian lắng thiết kế.

Lắng dạng III: lắng cản trở. Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt cặn có nồng độ cao (>
1000mg/l). Các hạt cặn có khuynh hướng duy trì vò trí không đổi với các vò trí khác, khi đó cả
khối hạt như là một thể thống nhất lắng xuống với vận tốc không đổi. Lắng dạng này thướng
thấy ở bể nén bùn.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 13

V
VI
V
1
2
3
4
5
III
6
7
VII
II
8
9
10
3.3. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

3.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH.
ü Chuẩn bò thùng chứa nước thải và khuấy trộn đều nước thải.
ü Chuẩn bò cột lắng hình hộp
ü Bơm nước thô vào cột lắng : V
ü Để lắng 1 phút. Lấy mẫu nước kiểm tra độ đục (SS) ở các độ sâu khác nhau ứng
với thời điểm khác nhau (5, 10, 15, 20, 40, 60, 90 phút, cho đến khi SS = 0) ở
các độ sâu khác nhau: 1.8, 1.4, 1.0, 0.6, 0.4 m
ü Sau khi đo độ đục ta tính toán hiệu quả lắng theo công thức sau:
R% =( 1 - C
1

/ C
0
) x 100%.
Ø R% : hiệu quả ở một chiều sâu tương ứng với một thời gian lắng%.
Ø C
1
: hàm lượng SS ở thời gian t ở độ sâu h, mg/L.
Ø C
0
: hàm lượng SS ban đầu, mg/L.

Lập bảng kết quả đo SS

Cao độ
(m)
Co
(mg/l)
5
(phút)
10 15 20 40 60 90
0.2
0.6
1.0
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 14

1.4
1.8

Lập bảng hiệu quả sau khi lắng tính ra % (R)

Cao độ
(m)

5
(phút)
10 15 20 40 60 90
0.2
0.6
1.0
1.4
1.8

3.5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Dựng đồ thò với trục hoành biểu thò thời gian lấy mẫu, trục tung biểu thò chiều sâu. Vẽ biểu
đồ hiệu quả lắng.

Nội suy các đường cong hiệu quả lắng bằng cách nối các điểm có cùng hiệu quả lắng như mô
hình gợi ý sau:

2.0 m

1.8 m

1.6 m

1.4m

1.2 m

1.0 m

0.8
m

0.6 m

0.4 m

0.2 m

0.0 m

5.
10

15

20

40

60

90

10
Phu
ùt

Độ sâu
(m)

25

35%

40%

R
a
= 55%

80
95
100
H
a


H
b


H
c


H
d


H
d

t
2
=
30

t
1
=
18

t
3
=
37.5

t
4
= 50
t
5
=
62.5

t
6
=
82.5

t

7
=
100

2
1
ba
HH
H
+
=

R
b
= 65%

BIỂU ĐỒ HIỆU QUẢ LẮNG
–
NỘI SUY ĐƯỜNG CONG
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 15

0
20
40
60
80
100
00.020.040.060.080.10.12

Vận tốc lắng (vận tốc chảy tràn) (m/p)
Hiệu quả lắng (%
)
Đồ thò biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu quả lắng và tốc độ chảy tràn
Đồ thò biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu quả lắng và thời gian lắng
0
20
40
60
80
100
020406080100
Thời gian lắng (phút)
Hiệu quả lắng (%)
Từ giao điểm giữa đường cong hiệu quả lắng và trục hoành, xác đònh tốc độ chảy trànV
0
= H
/ t
i
. Trong đó H là chiều sâu cột (2m), t
i
là thời gian lấy mẫu được xác đònh từ giao điểm
đường cong hiệu quả lắng và trục hoành.

Vẽ đường thắng đứng từ t
i
. chiều cao H
1
,H
2

…. Tương ứng với các trung điểm đoạn thẳng
giữa đường thẳng t
i
và các đường cong hiệu quả. Hiệu quả lắng tổng cộng ở thời gian t
i
được
tính như sau:
R
Ti
= R
a
+ H
1
/ H ( R
b -
R
a
) + H
2
( R
c
- R
b
) + ………………
Từ các số liệu tính toán trên xây dựng biểu đồ hiệu quả lắng theo thời gian lưu nước và hiệu
quả lắng theo tốc độ chảy tràn.

Từ hai biểu đồ trên với hiệu quả lắng yêu cầu có thể xác đònh thời gian lưu nước và tốc độ
chảy tràn thiết kế.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 16

Bài 4. THÍ NGHIỆM JARTEST

4.1 MỤC ĐÍCH.
Ø Xác đònh giá trò pH tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông.
Ø Xác đònh liều lượng phèn tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông.

4.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Xử lý bắng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hoá chất là chất keo tụ có thể đủ
làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường quá trình tạo
bông xảy ra theo 2 giai đoạn sau:
Ø Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dòch keo và
ngưng tụ.
Ø Trung hoà hấp phụ lọc các tạp chất trong nước.

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

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như phèn
nhôm Al
2

(SO
4
), phèn sắt FeSO
4
hoặc loại FeCl
3
. Các phèn này được đưa vào nước dưới dạng
hoà tan.

Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành các ion Al
3+
sau đó các ion này bò thuỷ
phân thành Al( OH)
3
.
Al
3+
+ 3 H
2
O = Al( OH)
3
+ H
+


Trong phảng ứng thuỷ phân trên đây, ngoài Al( OH)
3
là nhân tố quyết đònh đến hiệu quả
keo tụ tạo thành, còn giải phóng ra các ion H
+

. Các ion H
+
này sẽ được khử bằng độ kiềm tự
nhiên của nước ( được đánh giá bằng HCO
3
-
) . Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp,
không đủ để trung hòa ion H
+
thì cần phải kiềm hoá nước. Chất dùng để kiềm hoá thông
dụng nhất là vôi (CaO) . Một số trường hợp khác có thể dùng sôđa( Na
2
CO
3
), hay sút
(NaOH).

Sau đây là các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông:

Trò số pH của nước.

Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al
2
(SO
4
)vào, trò số pHcủa nó bò giảm thấp, vì

Al
2
(SO

4
) là một loại gồm một loại muối axit mạnh bazơ yếu. Sự thuỷ phân của nó có thể
tăng tính axit của nước. Đối với hiệu quả keo tụ có ảnh hưởng, chủ yếu là trò số pH của nước
sau khi cho phèn vào. Cho nên trò số pH dưới đây đều là trò số pH của nước sau khi cho phèn
vào.

Trò số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 17

( 1 ) nh hưởng của pH đối với độ hoà tan nhôm hydroxit . Nó là một hydroxit điển
hình. Trò số pH của nước quá cao hoặc quá thấp đều đủ làm cho nó hoà tan, khiến hàm lượng
nhôm dư trong nước tăng thêm .
Khi trò số pH giảm thấp đến 5,5 trở xuống, Al(OH)
3
có tác dụng rõ ràng như một chất
kiềm, làm cho hàm lượng Al
3+
trong nước tăng nhiều như phảng ứng ( 3 – 5).
Al( OH)
3
+ 3 H
+
→ Al
3+
+ 3 H
2
O ( 3 – 5).
Khi trò số pH tăng cao đến 7,5 trở lên Al( OH)

3
có tác dụng như một axit làm cho
gốc AlO
2
trong nước xuất hiện phản ứng ( 3 – 6 ) sau:
Al( OH)
3
+ OH
-
→ AlO
2
+ 2 H
2
O
Khi trò số pH đạt đến 9 trở lên, độ hoà tan của Al( OH)
3
nhanh chóng tăng lớn sau
cùng thành dung dòch muối nhôm.
Khi trong nước có SO
4
, trong phạm vi pH = 5,5 ≈ 7 trong vật kết tủa có muối sunfat
kiềm rất ít hoà tan. Trong phạm vi này, khi trò số pH biến đổi cao muối sunfat kiềm ở hình
thái Al( OH)
4
SO
4
khi pH biến đổi thấp ở dạng Al( OH)SO
4
.
Tóm lại trong phạm vi pH từ 5,5 đến 7 lượng nhôm dư trong nước đều rất nhỏ .

( 2 ) h hưởng của pH đến điện tích của hạt keo nhôm hyroxit. Điện tích của hạt keo
trong dung dòch nước có quan hệ đến thành phần của ion trong nước, đặt biệt là nồng độ ion
H
+
. Cho nên trò số pH đối với tính mang điện của hạt keo có ảnh hưởng rất lớn. Khi 5< pH<8
nó mang điện dương, cấu tạo của đám keo này do sự phân hủy của nhôm sunfat mà hình
thành. Khi pH< 5 vì hấp thụ SO
4
mà mang điện tích âm, khi pH ≈ 8 , nó tồn tại ở trạng thái
hydroxit trung tính, vì thế mà dễ dàng kết tủa nhất.
( 3 ) nh hưởng cuả pH đối với chất hữu cơ trong nước. Chất hữu cơ trong nước như
chất hữu cơ bò thối rửa, khi pH thấp, dung dòch keo của axit humic mang điện tích âm. Lúc
này dễ dàng dùng chất keo tụ khử đi. Khi pH cao nó trở thành muối axit humic dễ tan. Vì thế
mà hiệu quả khử đi tương đối kém. Dùng muối nhôm khử loại này, thích hợp nhất ở pH= 6 ≈
6,5.
( 4 ) nh hưởng pH đến tốc độ keo tụ dung dòch keo. Tốc độ keo tụ dung dòch keo và
điện thế ξ cuả nó có quan hệ. Trò số điện thế ξ càng nhỏ, lực đẩy giữa các hạt càng yếu, vì
vậy tốc độ keo tụ càng nhanh. Khi điện thế ξ bằng 0 nghóa là đạt đến điểm đẳng điện. Tốc
độ keo tụ cuả nó lớn nhất.

Dung dòch keo này hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế ξ cuả nó và điểm đẳng điện
chủ yếu quyết đònh bởi trò số pH cuả nước. Nhôm hydroxit và các chất humic, đất sét hợp
thành dung dòch keo trong nước thiên nhiên đều là lưỡng tính, cho nên pH là nhân tố chủ yếu
ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ.

Từ một số nguyên nhân trên, đối với một loại nước cụ thể thì không có phương pháp tính
toán trò số pH tối ưu mà chỉ xác đònh thực nghiệm. Chất lượng nước khác nhau, trò số pH tối
ưu khác nhau, nghóa là cũng một nguồn nước, các mùa khác nhau, trò số pH tối ưu có thể thay
đổi.

Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, trò số pH tối ưu nằm trong giới hạn 6,6 ≈ 7,5. Quy luật
nói chung là khi lượng chất keo tụ cho vào tương đối ít, dung dòch keo tự nhiên trong nước
chủ yếu là dựa vào qúa trình keo tụ của bản thân nó mà tách ra, nên dùng pH tương đối là
thích hợp, vì khi điện tích dương cuả dung dòch keo nhôm hydroxit tương đối lớn. Như vậy rất
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 18

có lợi để trung hoà điện tích âm cuả dung dòch keo tự nhiên, giảm thấp điện thế ξ cuả nó.
Khi lượng phèn cho vào tương đối nhiều, chủ yếu là làm cho dung dòch nhôm hydroxit cuả
bản thân chất keo tụ hình thành keo tụ càng tốt. Để khử đi vật huyền phù và dung dòch keo tự
nhiên có trong nước, làø dựa vào tác dụng hấp phụ dung dòch keo nhôm hydroxit, cho nên pH
gần bằng 8 là thích hợp nhất, vì nhôm hydroxit dễ kết tủa xuống.

Nếu độ kiềm cuả nước nguồn quá thấp sẽ không đủ để khử tính axit do chất keo tụ thuỷ phân
sinh ra. Kết quả làm cho trò số pH cuả nước sau khi cho phèn vào qúa thấp. Ta có thể dùng
biện pháp cho kiềm vào để điều chỉnh trò số pH cuả nước ra.

Nói chung kiềm cho vào nước có thể dùng sút ( NaOH), kali hydroxit ( KOH), natri
cacbonat, hay canxi hydroxit ( Ca(OH)
2
).

Lượng dùng chất keo tụ: quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng hoá học đơn
thuần, nên lượng phèn cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác đònh. Tuỳ điều kiện cụ
thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra lượng phèn cho vào tối ưu.

Lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nói chung là 0,1 ∼ 0,5 mgđ/l, nếu dùng Al
2
( SO

4
) . 18
H
2
O thì tương đương 10 ∼ 50mg/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.

Nhiệt độ nước : khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hûng lớn đến hiệu
quả keo tụ. Khi nhiệt độ nước rất thấp ( thấp hơn 5
0
C), bông phèn sinh ra to và xốp, chứa
phần nước nhiều, lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém.

Khi dùng nhôm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước thấp nhất là: 25 –
30
0
C.

Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng cuả nhiệt độ nước đối với hiệu quả keo tụ
không lớn.

Tốc độ hổn hợp cuả nước và chất keo tụ : Quan hệ tốc độ hổn hợp cuả nước và chất keo tụ
đến tính phân bổ đồng đều cuả chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là một
nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến qúa trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển
sang chậm. Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân cuả 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 hydroxit hạt nhỏ làm
cho nó nhanh chóng khuếch tán đến những nơi trong nước kòp thời cùng với các tạp chất

trong nước tác dụng. Sau khi hỗn hợp hình thành bông và lớn lên, không nên khuấy qúa
nhanh không những bông phèn có thể đánh vỡ đám bông phèn đã hình thành.

Tạp chất trong nước : nếu cho các ion trái dấu vào dung dòch nước có thể khiến dung dòch
keo tụ. Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Khi dùng
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 19

IV
II
III
I
V
Al
2
(SO
4
)
3
làm chất keo tụ, dung dòch keo Al(OH)
3
sinh thành thường mang điện tích dương
nên ảnh hưởng của tạp chất trong nước đến quá trình keo tụ dung dòch keo chủ yếu là anion.
Người ta tiến hành thí nghiệm các loại dung dòch có chứa nồng độ 10mgđ/l của 3 loại ion
HCO
3
-
, SO
4

2-
, Cl
-
, và cho thấy HCO
3
-
hoặc SO
4
2-
+ Cl
-
với lượng quá nhiều đều làm cho
hiệu qủa keo tụ xấu đi. Nhưng vì ảnh hưởng đó rất phức tạp, hiện nay người ta chưa nắm
chắc quy luật của nó.

Khi trong nước có chứa một lượng lớn chất hữu cơ cao phân tử (như axit humic) nó có thể hấp
phụ trên bề mặt dung dòch keo, dẫn tới tác dụng bảo vệ dung dòch keo làm cho hạt keo thu
được khó keo tụ, nên hiệu quả keo tụ trở nên xấu đi. Trường hợp này có thể dùng biện pháp
cho clo hoặc khí ozon vào để phá huỷ các chất hữu cơ đó.

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 đònh, 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 cuả
nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng cuả các hạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết
tinh. Cho nên hiện nay thiết bò dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết
kế có lớp cặn bùn.

Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ. Để tìm ra điều kiện tối ưu để xử lý bằng
keo tụ, khi thiết kế thiết bò hoặc điều chỉnh vận hành, có thể trước tiên tiến hành thí nghiệm
mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết bò Jartest .

4.3. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM















I : Hộp số điều khiển
II : Cánh khuấy
III : Tua bin cánh khuấy
IV : Cốc 1000ml thuỷ tinh
V : Bệ đỡ

4.4. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 20

Lấy 500ml mẫu nước thải cho vào cốc 1000ml và cho lượng phèn vào với lượng tăng nhỏ.
Sau mỗi lần tăng lượng phèn, khuấy trộn nhanh một phút sau đó khuấy trộn chậm trong 3
phút. Thêm lượng phèn cho đến khi bông cặn hình thành. Ghi nhận hàm lượng phèn này.

4.4.1. Thí nghiệm 1: Xác đònh giá trò pH tối ưu.
Lấy 1 lít mẫu nước thải cho vào một cốc 1000ml, sau đó đặt cốc vào thiết bò Jartest. Cho
cùng một liều lượng phèn nhất đònh ở bước trên vào 6 cốc 1000ml chứa nước thải ở trên. Sau
đó thêm axit hoặc kiềm để pH dao động trong khoảng 4- 9 . Mở cánh khuấy quay ở tốc độ
100 vòng / phút. Sau đó quay chậm trong 15 phút ở tốc độ 15 – 20 vòng/phút. Tắt máy
khuấy, để lắng tónh 30 phút. Sau đó lấy mẫu nước lắng (lớp nước ở phiá trên ) phân tích các
chỉ tiêu pH độ đục, độ màu. Giá trò pH tối ưu là giá trò ứng với mẫu có độ đục (SS), độ màu
thấp.
Ø Xác đònh lượng NaOH (cả thể tích lẫn khối lượng) để xác đònh các khoảng pH cần
thiết (ghi nhận pH thực tế).
Ø Tiến hành thí ngiệm
Ø Quan sát thí ngiệm
Ø Đo kết quả SS, độ màu, xác đònh % xử lý

4.4.2. Thí nghiệm 2 : xác đònh liều lượng phèn tối ưu.
Lấy 1 lít mẫu nước thải cho vào mỗi cốc 1000ml sau đó đặt các cốc vào thiết bò Jartest.
Trong thí nghiệm này thay đổi liều lượng phèn khác nhau ở 6 cốc 1000ml chứa nước thải ở
trên. Sau đó thêm axit hay kiềm vào để đạt pH tối ưu tương ứng với liều lượng phèn khác
nhau. Mở cánh khuấy quay ở tốc độ 100vòng/ phút trong 1 phút, sau đó quay chậm trong 15
phút ở tốc độ 15- 20 vòng/phút. Tắt máy khuấy, để lắng tónh trong vòng 30 phút. Sau đó lấy
mẫu nước lắng (lớp nước phía trên) phân tích các chỉ tiêu pH độ đục, độ màu. Liều lượng
phèn tối ưu là liều lượng ứng với mẫu có độ đục, độ màu thấp nhất.
Ø Xác đònh lượng NaOH để đưa về pH tối ưu.
Ø Tiến hành khuấy trộn
Ø Quan sát thí nghiệm.
Ø Tiến hành đo SS và Pt-Co và xác đònh % xử lý

4.5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Thí nghiệm 1: lập bảng số liệu. Dựng đồ thò, trục hoành biểu thò giá trò pH, trục tung

biểu thò giá trò độ đục, độ màu mẫu nước thải đã xử lý. Vẽ đường cong biến thiên. Xác đònh
điểm cực tiểu. Từ đó suy ra giá trò pH tối ưu.
Thí nghiệm 2: lập bảng số liệu. Dựng đồ thò, trục hoành biểu thò liều lượng phèn, trục
tung biểu thò giá trò độ đục, độ màu trong mẫu nước thải đã xử lý. Vẽ đường cong biến thiên .
Xác đònh điểm cực tiểu từ đó suy ra thời gian liều lượng phèn tối ưu.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 21

Bài 5
XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM PHẨM NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HẤP PHỤ TRÊN THAN HOẠT TÍNH

5.1 MỤC ĐÍCH.
• Để sinh viên làm quen với vấn đề xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ .
• Đánh giá khả năng hấp phụ phẩm màu trên than hoạt tính qua :
1. Đại lượng hấp phụ a(g phẩm màu / g than hoạt tính).
2. Hệ số phân phối phẩm màu trong các pha k.
• Kiểm tra hiệu quả xử lý cuả quá trình một bậc và nhiều bậc giữa lý thuyết và thực
nghiệm.

5.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .
Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu cơ
hoà tan sau xử lý bằng phương pháp sinh học cũng như khi nồng độ của chúng không cao và
chúng không bò phân hủy sinh học, hoặc có tính độc hại cao. Ưu điểm cuả phương pháp là
hiệu quả cao ( 80 – 95% ), có khả năng xử lý nước thải chứa vài chất ô nhiễm cũng như khả
năng thu hồi các chất này. Chất hấp phụ phổ biến nhất là than hoạt tính .

Quá trình hấp phụ có thể tiến hành 1 bậc hay nhiều bậc. Hấp phụ một bậc được ứng dụng khi
chất hấp phụ có giá rẻ hoặc là chất thải củ sản suất. Quá trình hấp phụ nhiều bậc sẽ thu được

hiệu quả cao hơn.

5.2.1 Quá trình hấp phụ 1 bậc.
Quá trình hấp phụ một bậc thực hiện trong thiết bò khuấy trộn hoàn toàn vận hành gián đoạn.
Các đại lượng đặt trưng cho quá trình hấp phụ được xác đònh theo công thức như sau :
Đại lượng hấp phụ.

(
)
m
CCV
a
c
_
0
=
(5.1)
Với
+ a : đại lượng hấp phụ, g chất ô nhiễm/ g chất hấp phụ.
+ V : thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ m
3
.
+ C
0
: nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu, g/lit.
+ C
c
: nồng độ chất ô nhiễm sau khi hấp phụ g/lit.
+ M : lượng chất hấp phụ, g

Hệ số phân phối chất ô nhiễm trong các pha:
c
C
a
k =
(5.2)
Với k: hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha( g chất ô nhiễm/ g chất hấp phụ)/( g chất ô
nhiễm / lit nước).

5.2.2. Quá trình hấp phụ nhiều bậc.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 22

Quá trình hấp phụ nhiều bậc được thực hiện trên hệ thống các thiết bò khuấy trộn mắc nối
tiếp vận hành liên tục.
Lượng than cho vào mỗi bậc được tính theo công thức sau :

g
C
C
k
V
m
n
c
.
0









=
(5.3)

Với
+ C
0
: Nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu
+ C
c
: Nồng độ chất ô nhiễm sau khi hấp phụ
+ k : Hệ số phân bố chất ô nhiễm ở các pha
+ m : Lượng chất hấp phụ, g.
+ n : Số bậc hấp phụ trong hệ thống .
+ V : Thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ, m
3
.
Nồng độ chất ô nhiễm ở các bậc theo lý thuyết được tính theo công thức sau:

litgC x
kV
V
C
i
/,

0
i






+
=
m x
(5.4)

Với
+ C
0
: Nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu
+ C
i
: Nồng độ chất ô nhiễm sau quá trình hấp phụ ở bậc thứ i, g/l.
+ k : Hệ số phân bố chất ô nhiễm ở các pha
+ V : Thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ, m
3
.

5.3 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM, DỤNG CỤ, HOÁ CHẤT
5.3.1 Mô hình thí nghiệm.
5.3.1.1 Quá trình hấp phụ 1 bậc
Thực hiện thí nghiệm khảo sát quá trình hấp phụ 1 bậc trên mô hình thiết bò khuấy trộn hoàn
toàn vận hành gián đoạn. Mô hình thí nghiệm bình hấp phụ thể tích chứa 1000ml, có gắn cơ

cấu khuấy.
5.3.1.2 Quá trình hấp phụ nhiều bậc .
Thực hiện thí nghiệm khảo sát quá trình hấp phụ nhiều bậc trên mô hình mô phỏng dãy thiết
bò khuấy trộn mắc nối tiếp hoạt động liên tục. Mô hình thí nghiệm là dãy 3 bình hấp phụ thể
tích chứa cuả mỗi bình là 1000ml, có gắn cơ khuấy mắc nối tiếp nhau. Để mô phỏng quá
trình hoạt động liên tục, nước thải được lưu tại mỗi bình khuấy trộn với thời gian bằng nhau,
sau khi hấp phụ ở bình thứ nhất, nước thải được lọc và đổ vào bình thứ ba……
5.3.2. Dụng cụ
v Ống nghiệm 20 cái
v Phểu lọc 1 cái
v Giấy lọc / bông lọc
v Đũa thuỷ tinh 1 cái
v Cốc 1000ml 1 cái
v Máy trắc quang ( streptophotometer) 1 cái
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 23

v Cân phân tích 1 cái
5.3.3. Hoá chất.
v Phẩm nhuộm hoà tan.
v Than hoạt tính dạng bột.

5.4. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN.
Thực hiện với nước thải nhiễm phẩm thuộc hoà tan. Chất hấp phụ được sử dụng là than hoạt
tính .
5.4.1 Thí nghiệm 1 : hấp phụ 1 bậc
Thí nghiệm với các lượng than hoạt tính khác nhau.
ü Lấy V = 1 lít nước thải ô nhiễm phẩm màu cho vào bình khuấy.
ü Mở van đáy, lấy khoảng 5 ml nước đem đo độ truyền suốt (T

0
) của nước thải ban
đầu ở bước sóng là λ = 470nm
ü Cân chính xác m
1
= 0,5 g than hoạt tính, đổ vào bình khuấy.
ü Mở máy khuấy. Bắt đầu tính thời gian hấp phụ ( t = 0) .
ü Sau mỗi thời gian ∆t = 30 giây, mở van đáy lấy nước vào ống nghiệm, đem lọc
qua giấy lọc thu dung dòch và đo độ truyền suốt (T).
ü Thực hiện lấy mẫu và đo độ truyền suốt đến khi độ truyền suốt không đổi( Tc)
Lặp lại thí nghiệm với lượng than m
2
= 1,0 g : m
3
= 1,5 g.

5.4.2.Thí nghiệâm 2: hấp phụ nhiều bậc
Thực hiện thí nghiệm trên mô hình hấp phụ 3 bậc mô phỏng quá trình hấp phụ liên tục.

Từ lượng than thích hợp xác đònh được ở quá trình hấp phụ 1 bậc trong thí nghiệm 1, ta xác
đònh lượng than cho vào mỗi bậc của quá trình hấp phụ nhiều bậc như sau :m
1
= m
2
= m
3
=
m/3, g.

Để mô phỏng quá trình liên tục, ta thực hiện thí nghiệm với thời gian lưu ở mỗi bậc là bằng

nhau. Từ thời gian thích hợp xác đònh được ở quá trình hấp phụ 1 bậc trong thí nghiệm 1, ta
xác đònh thời gian lưu nước ở mỗi bậc của quá trình hấp phụ nhiều bậc như
sau:,
3
321
t
ttt ===
giây.
v Bậc 1 :
• Lấy V
1
= 1 lít nước thải ô nhiễm phẩm màu vào bình khuấy .
• Mở van đáy, lấy khoảng 5ml nước đem đo độ truyền suốt (T
0
) cuả nước thải ban đầu
với bước sóng λ= 470nm.
• Cân chính xác m
1
g than hoạt tính , đổ vào bình khuấy.
• Mở máy khuấy. Bắt đầu tính thời gian hấp phụ ( t = 0 ).
• Sau mỗi thời gian ∆t = 30 giây, mở van lấy nước vào ống nghiệm đem lọc qua giấy
lọc thu dung dòch và đo độ truyền suốt( T) .
• Thực hiện lấy mẫu và đo độ truyền suốt đến hki t = t
1
.
v Bậc 2:
• Lấy toàn bộ lượng dung dòch còn lại trong bình khuấy thứ nhất, lọc nhanh qua bông .
• Lấy V= 900ml dung dòch vào bình khuấy thứ hai.
Thực hiện thí nghiệm như trên với lượng than tương ứng với lượng nước là
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 24

g , x
m
1000
900
3

(5.5)
v Bậc 3:
• Lấy toàn bộ lượng dung dòch còn lại trong bình khuấy thứ hai, lọc nhanh qua bông.
• Lấy V
2
= 800ml dung dòch vào bình khuấy.
Thực hiện thí nghiệm như trên với lượng than tương ứng với lượng nước là
g , x
m
1000
800
3
(5.6)
5.5. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ.
Từ độ truyền suốt ( T) đo được, ta có thể tính được mật độ quang(D) theo công thức :
D= 2 – lg T. (5.7)
Với D : mật độ quang hay độ hấp thụ.
T : độ truyền suốt, %.
Mật độ quang tỉ lệ với nồng độ phẩm màu trong dung dòch nên ta có thể tính đại
lượng hấp thụ theo công thức:
Đại lượng hấp thụ:

(
)
m
DDV
a
c
_
0
= (5.8)
Với :
a : đại lượng hấp thụ.
V : thể tích nước ô nhiễm trong thiết bò hấp phụ, m
3
.
D
0
: mật độ quang cuả dung dòch ban đầứng dụng, g/lit.
D
c
: mật độ quang cuả dung dòch sau khi hấp phụ, g/lit.
m : lượng chất hấp phụ, g.
Tương tự hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha cũng tính theo công thức sau:
c
D
a
k =
(5.9)
Với k : hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ,( g phẩm màu/ g chất hấp phụ)/( g phẩm
màu / lit nước).
5.5.1. Thí nghiệm 1: hấp phụ một bậc.

• Tính mật độ quang ( D
i
) ứng với giá trò độ truyền suốt ( T
i
) đo được ở các thí
nghiệm theo công thức ( 5.7 ).
• Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công thức ( 5.8 ).
• Tính hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ( k
1
) theo công thức (5.9 )

5.5.2. Thí nghiệm 2 : hấp phụ nhiều bậc.
• Tính mật độ quang ( D
i
) ứng với giá trò độ truyền suốt ( T
i
) đo được ở các thí
nghiệm theo công thức ( 5.7 ).
• Tính đại lượng hấp phụ ( a ) theo công thức ( 5.8 ).
• Tính hệ số phân phối chất ô nhiễm ở các pha ( k
1
) theo công thức (5.9 ).
• So sánh hiệu suất hấp phụ giữa các quá trình hấp phụ 1 bậc và nhiều bậc.

5.6 KẾT QUẢ .
5.6.1 Thí nghiệm1 : hấp phụ một bậc
• Điền các số liệu tính toán trên vào bảng kết quả .
m
1

m
1
m
1

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh – Khoa Môi Trường và CNCH
Th.S. Lâm Vónh Sơn Trang 25

Thời
gian

Độ
truyền
suốt
Mật
độ
quang

D
1
Y
I
Độ
truyền
suốt
Mật
độ
quang

D
1
Y
I
Độ
truyền
suốt
Mật
độ
quang

D
1
Y
I
T,
giây

T, % D % T, % D % T, % D %

• Vẽ đồ thò biểu diễn mối quan hệ mật độ quang theo thời gian ứng với các khối
lượng than khác nhau.
• Xác đònh lượng than thích hợp cho quá trình hấp phụ. Tại sao chọn giá trò này.
5.6.1. Thí nghiệm 2 : hấp phụ 3 bậc.
m = g than hoạt tính .
v Bậc 1 :

Thời gian lấy
mẫu
Độ truyền

suốt
Độ hấp phụ D
1
Y
1
%
t T D

v Bậc 2:

Thời gian lấy
mẫu
Độ truyền
suốt
Độ hấp phụ D
1
Y
1
%
t T D

5.7 NHẬN XÉT KẾT QUẢ.
5.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1 . Trần Văn Nhân, Ngô Thò Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản
Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội 1999.
2 . Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết, Giáo trình phân tích đònh lượng, Trường Đại học
Bách Khoa TPHCM.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version