các nghiên cứu thực hiện trong luận văn về công nghiệp giấy

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
4.1 CÁC NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN TRONG LUẬN VĂN
Nội dung các nghiên cứu :
 Thí nghiệm Jartest xác đònh các điều kiện keo tụ tối ưu ứng dụng trong quá trình xử lý
nước thải công nghiệp sản xuất giấy (công đoạn sản xuất bột giấy CTMP tại Công ty
giấy Tân Mai).
 Nghiên cứu mô hình bùn hoạt tính hiếu khí ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải
công nghiệp sản xuất giấy tại Công ty giấy Tân Mai.
 Xác đònh khả năng lắng của nước thải từ công đoạn xeo giấy và khả năng lắng của bùn
hoạt tính.
Thời gian tiến hành nghiên cứu : 15/09 – 01/11
4.2 THÍ NGHIỆM JARTEST (NƯỚC THẢI CÔNG ĐOẠN SẢN XUẤT
BỘT GIẤY CTMP TẠI CÔNG TY GIẤY TÂN MAI)
4.2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• Xác đònh hàm lượng phèn Fe
2
(SO
4
)
3
và pH tối ưu trong xử lý nước thải công đoạn sản
xuất bột giấy CTMP.
• Xác đònh hàm lượng PAC, hàm lượng phèn Fe
2
(SO
4
)
3
và pH tối ưu trong xử lý nước thải
công đoạn sản xuất bột giấy CTMP.

• So sánh hiệu quả quá trình keo tụ trong hai trường hợp trên để ứng dụng vào thực tế.
4.2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.2.2.1 Phương pháp luận
a. Giới thiệu chung
Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ
lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích
thước lớn hơn và ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng, lọc hay
tuyển nổi. Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dòch hòa
tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử,…
Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta có thể tách được hoặc làm giảm đi các thành
phần có trong nước thải như : các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng,…đồng thời có thể cải thiện
được độ đục, mùi và độ màu của nước.
b. Các phương pháp keo tụ
Trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng
phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt và phương pháp keo tụ
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 35
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
dùng các chất polyme. Ngoài ra, chúng ta có thể kết hợp hai phương pháp với nhau, khi đó các
polyme có nhiệm vụ tăng cường quá trình keo tụ cho các muối nhôm hoặc sắt.
b.1 Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu
Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trò III, còn gọi là phèn nhôm
hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dòch hòa tan, trong
dung dòch chúng phân ly thành các anion và cation theo phản ứng sau :
Al
2
(SO
4
)
3

→ 2Al
3+
+ 3SO
4
2-
FeCl
3
→ 2Fe
3+
+ 3Cl
-
Nhờ hóa trò cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các phức
chất hexa Me(H
2
O)
6
3+
(trong đó Me có thể là Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trò pH của môi
trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhôm các phức chất
này tồn tại ở pH từ 3 đến 4; với sắt, chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3.
Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau :
Me(H
2
O)
6
3+
+ H
2
O → Me(H
2

O)
5
OH
2+
+ H
3
O
+
Tăng axit Me(H
2
O)
5
2+
+ H
2
O → Me(H
2
O)
4
(OH)
2
+
+ H
3
O
+
Tăng kiềm Me(H
2
O)
4

(OH)
2
+
+ H
2
O → Me(H
2
O)
3
+
+ 3H
2
O + H
3
O
+
Me(OH)
3
+ OH
-
→ Me(OH)
4
-

Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đó là các sản phẩm mang
nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al
3
(OH)
4
5+

. Các hợp chất này mang điện tích dương mạnh và
có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các bông cặn.
Các hydroxyt nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình,
song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính
bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ,
chất mang mùi vò,…tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại
tự do còn kết hợp với nước qua phản ứng thủy phân cũng tạo thành các hydroxyt như sau :
Al
3+
+ 3H
2
O → Al(OH)
3
+ 3H
+
Fe
3+
+ 3H
2
O → Fe(OH)
3
+ 3H
+
Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo ra 03 loại bông cặn
sau :
• Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít.
• Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung
hòa về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình
lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể.
• Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các anion

có trong nước nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ các chất
bẩn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước bằng keo tụ,
loại bông cặn thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết đònh đến hiệu quả keo tụ.
b.2 Keo tụ hoặc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 36
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo mạch dài, với
phân tử lượng từ 10
3
đến 10
7
g/mol và đường kính phân tử trong dung dòch vào khoảng 0,1 đến 01
µm. Chúng còn được sử dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng phèn nhôm hoặc sắt là những
chất keo tụ chính. Chúng giúp cho quá trình keo tụ xảy ra nhanh hơn và tạo ra các bông có kích
thước lớn hơn để có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng.
c. Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông
• Quá trình nén lớp điện tích kép : Quá trình đòi hỏi nồng độ cao của các ion trái dấu
cho vào để giảm thế điện động Zeta. Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích, giảm thế
điện động Zeta làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy và tạo ra sự kết dính giữa các hạt
keo.
• Quá trình keo tụ do hấp phụ, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện Zeta bằng
0 : Các hạt keo hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt song song với cơ chế nén lớp điện
tích kép nhưng cơ chế hấp phụ mạnh hơn. Hấp phụ ion trái dấu làm trung hòa điện
tích, giảm thế điện động Zeta tạo ra khả năng kết dính giữa các hạt keo.
• Quá trình keo tụ do hấp phụ tónh điện thành từng lớp các hạt keo đều tích điện, nhờ
lực tónh điện chúng có xu thế kết hợp với nhau.
• Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc cầu : Các polyme vô cơ hoặc hữu cơ (không
phải Al hoặc Fe) có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa
các hạt keo.

• Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng : Hình thành các tinh thể Al(OH)
3
,
Fe(OH)
3
,

các muối không tan,… Khi lắng, chúng hấp phụ cuốn theo các hạt keo
khác, các cặn bẩn, các chất vô cơ, hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước.
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
• Trò số pH của nước.
• Liều lượng phèn sử dụng.
• Nhiệt độ nước.
• Tạp chất trong nước.
• Môi chất tiếp xúc,…
Nhìn chung, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ. Tuy nhiên, trong thực tế
người ta thường chú ý đến hai yếu tố đó là trò số pH của nước thải và liều lượng phèn sử dụng.
Ngoài ra, để tăng hiệu quả quá trình keo tụ người ta có thể bổ sung các polyme làm chất trợ keo
tụ.
Các giá trò pH, liều lượng phèn và liều lượng polyme tối ưu thường khác nhau đối với từng
loại nước thải. Vì vậy, để xác đònh các giá trò này chúng ta phải tiến hành thí nghiệm Jartest đối
với từng loại nước thải cần xử lý.
4.2.2.2 Mô hình nghiên cứu
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 37
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
a. Mô hình
Hình 4.1 : Mô hình nghiên cứu thí nghiệm Jartest
Mô hình nghiên cứu đặt tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường trường Đại học Bách khoa
Thành phố Hồ Chí Minh. Thiết bò gồm 06 cánh khuấy quay cùng tốc độ. Nhờ hộp số, tốc độ quay

có thể điều chỉnh được ở dãy 10 – 120 vòng / phút. Cánh khuấy dạng turbine gồm 02 bản phẳng
nằm cùng mặt thẳng đứng. Cánh khuấy đặt trong 06 beaker dung tích 01 lít chứa cùng mẫu nước
cho mỗi đợt thí nghiệm.
b. Tính chất nước thải
Nước thải nghiên cứu được lấy từ công đoạn sản xuất bột CTMP tại Công ty giấy Tân Mai
với các thông số như sau :
• COD : 3724 mg/L
• pH : 5,5 – 6,0
• Độ màu Pt – Co : 3040
• Độ đục : 720 (thêm đơn vò)
• SS : 935 mg/L
4.2.2.3 Trình tự tiến hành
a. Các thí nghiệm xác đònh hàm lượng phèn và pH tối ưu
Thí nghiệm 1 : Xác đònh giá trò pH tối ưu lần thứ nhất
• Cố đònh hàm lượng phèn (chọn trước hàm lượng phèn)
• Biến thiên giá trò pH (điều chỉnh pH bằng dung dòch NaOH 2N hoặc H
2
SO
4
1N)
trong một khoảng rộng.
Trình tự thí nghiệm như sau :
- Lấy 01 lít nước thải cho vào beaker 1 lít, cho lượng phèn đã chọn trước vào.
Dùng dung dòch NaOH 2N hoặc dung dòch H
2
SO
4
1N để chỉnh pH dung dòch đến
các giá trò pH khác nhau. Ghi nhận thể tích các dung dòch đã dùng.
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 38

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
- Chuẩn bò 06 beaker, cho vào mỗi cốc 01 lít nước thải.
- Thêm vào mỗi cốc một lượng phèn như nhau (đã xác đònh trước) và các thể tích
dung dòch NaOH hay H
2
SO
4
(đã xác đònh ở phần trên) tương ứng với các giá trò
pH khác nhau.
- Đưa 06 beaker vào giàn Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 120 vòng / phút trong
01 phút.
- Sau đó cho khuấy chậm trong 15 phút ở tốc độ 20 vòng / phút.
- Tắt máy khuấy, để lắng tónh 30 phút.
- Sau đó lấy mẫu nước lắng (lớp nước phía trên) phân tích các chỉ tiêu độ màu,
COD.
- Giá trò pH tối ưu là giá trò ứng với mẫu có độ màu và COD thấp nhất.
Thí nghiệm 2 : Xác đònh hàm lượng phèn tối ưu lần thứ nhất
• Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 1) bằng cách cho thêm dung dòch
NaOH 2N hay H
2
SO
4
1N
• Biến thiên hàm lượng phèn trong một khoảng rộng
Trình tự thí nghiệm như sau :
- Chuẩn bò 06 beaker, cho vào mỗi cốc 01 lít nước thải.
- Thêm vào mỗi cốc các lượng phèn khác nhau.
- Sau đó thêm các thể tích dung dòch NaOH hay H
2

SO
4
để đạt pH tối ưu tương ứng
với các liều lượng phèn khác nhau.
- Đưa 06 beaker vào giàn Jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 120 vòng / phút trong
01 phút.
- Sau đó cho khuấy chậm trong 15 phút ở tốc độ 20 vòng / phút.
- Tắt máy khuấy, để lắng tónh 30 phút.
- Sau đó lấy mẫu nước lắng (lớp nước phía trên) phân tích các chỉ tiêu độ màu,
COD.
- Hàm lượng phèn tối ưu là giá trò ứng với mẫu có độ màu và COD thấp nhất.
Thí nghiệm 3 : Xác đònh giá trò pH tối ưu lần thứ hai
• Cố đònh hàm lượng phèn (đã xác đònh ở thí nghiệm 2).
• Biến thiên giá trò pH : cho pH biến thiên trong một khoảng hẹp hơn quanh giá trò pH
tối ưu tìm được ở thí nghiệm 1.
Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm 1.
Thí nghiệm 4 : Xác đònh hàm lượng phèn tối ưu lần thứ hai
• Cố đònh giá trò pH (đã xác đònh ở thí nghiệm 3) bằng cách cho thêm dung dòch
NaOH 2N hay H
2
SO
4
1N
• Biến thiên hàm lượng phèn trong một khoảng hẹp hơn quanh hàm lượng phèn tối ưu
tìm được ở thí nghiệm 2.
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 39