XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG – KEO TỤ HOÁ HỌC

Báo cáo thí nghiệm chuyên đề
X Lí NC THI BNG PHNG PHP ễNG KEO T HO HC
Bài 1: xác định lợng chất keo tụ tối u
1. Mục đích thí nghiệm:
Xác định hàm lợng tối u chất keo tụ thiên nhiên trong quá trình xử lý nớc thải
chứa các chất hoạt động bề mặt và các chất tạo màu.
2. Cơ sở lý thuyết:
Phơng pháp đông keo tụ là một trong những phơng pháp phổ biến để xử lý nớc
thải mà đặc biệt là nớc thải ngành dệt nhuộm. Trong thực tế, những chất keo tụ thờng đợc sử dụng là Al2(SO4)3.18H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3. 6H2O.
Khi sử dụng các muối nhôm và sắt làm chất đông keo tụ, chúng sẽ phân ly trong
nớc tạo thành các hiđroxit ít tan, những hiđroxit này sẽ hấp phụ các chất lơ lửng cũng
nh các chất keo, tạo thành những bông keo tụ lớn hơn dễ dàng tách ra khỏi n ớc nhờ quá
trình lắng.
Al2(SO4)3 + 6H2O



FeCl3 + 3H2O



FeSO4 + 2H2O



2Al(OH)3 + 3H2SO4
Fe(OH)3 + 3HCl

Fe(OH)2 + H2SO4
H2SO4 và HCl tạo ra trong quá trình thuỷ phân có thể trung hoà bằng sữa vôi hay
các bazơ khác.

Bản chất của quá trình là hấp phụ. Các hạt chất bẩn trong nớc là các hạt rắn hữu
cơ, vô cơ mang điện. Lực hấp phụ phụ thuộc vào lực tơng tác tĩnh điện của các chất
trong dung dịch. Các hiđroxit tạo ra trở thành các trung tâm hút bắt chất bẩn trong nớc.
Các trung tâm này lớn dần lên tạo thành các bông. Các bông này va chạm với nhau và
với các hạt chất bẩn khác trong dung dịch, kích thớc tăng lên và lắng xuống đáy. Phơng
pháp này đợc ứng dụng để xử lý nớc thải khó phân huỷ sinh học và còn đợc sử dụng để
xử lý nớc cấp.
Để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao nhất, đông keo tụ phải đợc tiến hành ở những
vùng pH tối u. Bằng thực nghiệm đã xác định đợc rằng để đạt đợc hiệu quả xử lý cao
nhất thì pH phải nằm trong khoảng:
6,5 8 đối với Al2(SO4)3.18H2O
7 8,5 đối với FeCl3. 6H2O
9 9,5 đối với FeSO4.7H2O
3. Dụng cụ thí nghiệm:
- Bộ khuấy trộn Paddle stirret

1


- pH meter
- Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD
- Spectrophotometer UV1201 để xác định độ màu
- Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác
4. Hoá chất:
Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan một lợng Al2(SO4)3.18H2O
trong bình định mức 1 lít với 300-500 ml nớc cất, đun nóng để làm tan tinh thể, để
nguội và định mức thành 1 lít. Dung dịch thu đợc có nồng độ dao động từ 5-10%.
5. Tiến hành thí nghiệm:
- Xác định các thông số ban đầu của nớc thải COD, pH, độ màu.
- Đổ nớc thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn đến vạch 800 ml. Bổ sung chất

keo tụ đã biết vào từng cốc (từ cốc 1 đến cốc 6) với hàm lợng tăng dần.
- Cho thiết bị khuấy trộn làm việc ở tốc độ cao (200 vòng/phút) trong thời gian
30 giây, sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5 phút.
- Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng và quan sát quá trình tạo bông.
- Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD, pH, độ màu
6. Phơng pháp tính toán:
6.1 Hiệu suất xử lý theo COD:
COD =

COD1 COD2
ì 100 , %
COD1

COD1: COD của nớc thải trớc khi xử lý, mg/l
COD2: COD của nớc thải sau khi xử lý, mg/l
6.2 Hiệu suất khử màu:
khử màu =

Domau1 Domau 2
ì 100 %
Domau1

Độ màu1: Độ màu của nớc thải trớc khi xử lý, Pt-Co
Độ màu2: Độ màu của nớc thải sau khi xử lý, Pt-Co
7. Kết quả thí nghiệm:
Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn I: 200 vòng/phút, trong 30 giây
Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn II: 40 vòng/phút, trong 5 phút.

2

TT
bình
phản
ứng

Nồng
độ
chất
keo
tụ,
mg/l

2.

Thể
tích
chất
keo
tụ
cho
vào,
ml
0

3.

2

125

6,06

29

69,8

225,3

91,1

4.

3

187,5

5,49

24

75

114,3

95,5

5.

4

250

4,70

10

89,6

90,0

96,5

6.

5

312,5

4,21

10

89,6

77,1

97,0

7.

6

375

4,13

10

89,6

79,5

96,9

0

pH

Trớc
xử lý
6,80

COD, mg/l

Sau
xử lý
6,82

Trớc

xử lý
96

Hiệu Độ màu, Pt-Co
suất
xử lý
theo
COD,
%
Sau
Trớc
Sau
xử lý
xử lý xử lý
86
10,4
2539 2394

Hiệu
suất
khử
màu,
%

5,7

Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD và độ màu của quá trình xử lý
8. Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Kết quả thí nghiệm nh trên chắc chắn còn có nhiều sai số.
Nớc thải trong cốc 1 (sau xử lý) có những sai số với nớc thải đầu vào mặc dù

không cho phèn nhôm. Do vậy, có thể nói rằng thao tác tiến hành thí nghiệm là cha
chuẩn xác. Việc tiến hành phân tích COD gặp sai số khá lớn. Sai số này có thể do khi sử
dụng pipét để lấy hoá chất và mẫu nớc thải để phân tích COD. Hiệu suất xử lý cao có
thể do sai số phân tích hoặc vì là thí nghiệm nên điều kiện trong phòng thí nghiệm đợc
3


duy trì tốt. Giá trị COD của nớc thải đầu vào và của bình thứ nhất (không cho chất keo
tụ) chênh lệch nhiều, do đó có thể thấy sai số do phân tích COD là khá lớn.
Giá trị pH giảm dần phù hợp với lý thuyết: do phản ứng thuỷ phân của phèn trong
nớc giải phóng H+ làm pH của nớc giảm mạnh.
Kết quả quan sát quá trình đông-keo tụ: Khi tiến hành cho chất keo tụ là phèn
nhôm vào bình phản ứng và khuấy nhanh, ta có thể thấy rõ bông keo hình thành rất
nhanh, kích thớc bông không lớn lắm và độ đồng đều của bông là nh nhau. Do lợng
phèn lấy không chênh lệch quá nhiều giữa các bình nên rất khó quan sát đợc sự thay đổi
kích thớc bông ở các bình. Sau khi tiến hành khuấy chậm và để lắng, quan sát bằng mắt
có thể thấy rõ quá trình lắng nhanh và tăng dần từ bình 2 đến 6. Lớp nớc ở phía trên
không còn màu xanh mà có màu hồng nhạt. Để có thể thấy đợc sự tăng hàm lợng bùn
lắng qua từng bình phản ứng phải tiến hành đo thể tích bùn lắng dới đáy. Tuy nhiên, do
hàm lợng chất keo tụ cho vào thay đổi không nhiều nên lợng bùn tạo ra biến thiên
không lớn. Mặt khác, với bình phản ứng (dung tích 1000ml) có tiết diện rộng nên rất
khó xác định chính xác thể tích bùn lắng. Do đó, nhóm thí nghiệm không xác định thể
tích bùn lắng đợc của quá trình đông-keo tụ.
Nhìn vào kết quả thí nghiệm ta thấy: ở 3 bình cuối cùng, giá trị COD không thay
đổi còn 2 bình cuối cùng, độ màu không thay đổi nhiều. Do đó có thể kết luận hàm lợng
chất keo tụ tối u trong thí nghiệm trên là lợng phèn nhôm cho vào bình 5: 5ml ứng với
nồng độ chất keo tụ là 312,5 mg/l. Với hàm lợng chất keo tụ nh trên, hiệu suất khử COD
(89,6%) và hiệu suất khử màu (97%) là chấp nhận đợc.

Bài 2: Xác định ảnh hởng của sữa vôi

1. Mục tiêu:
Xác định ảnh hởng của sữa vôi đối với quá trình xử lý nớc thải bằng phơng pháp
đông keo tụ hoá học với chất keo tụ là phèn nhôm.
2. Cơ sở lý thuyết:
Ca(OH)2 là chất keo tụ nh Al2(SO4)3.18H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3. 6H2O. Do đó,
hiệu suất của quá trình đông keo tụ sử dụng chất keo tụ là muối sắt hoặc muối nhôm sẽ
tăng khi bổ sung sữa vôi với hàm lợng nhất định. Ngoài ra, hiệu suất của quá trình cũng
tăng do tác dụng cộng hởng giữa hiđroxit sắt (hiđroxit nhôm) với sữa vôi. Hơn thế nữa,
sữa vôi còn là tác nhân để ổn định pH của môi trờng.
3. Dụng cụ thí nghiệm:
- Bộ khuấy trộn Paddle stirret
4


- pH meter
- Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD
- Spectrophotometer UV1201 để xác định độ màu
- Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác
4. Hoá chất:
- Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan một lợng Al2(SO4)3.18H2O
trong bình định mức 1 lít với 300-500 ml nớc cất, đun nóng để làm tan tinh
thể, để nguội và định mức thành 1 lít. Dung dịch thu đợc có nồng độ dao động
từ 5-10%.
- Dung dịch Ca(OH)2: sữa vôi: nghiền nhỏ và hoà tan 1 g CaO đã đợc tôi ở nhiệt
độ 9000C trong khoảng thời gian 5 giờ thành 1 lít. Dung dịch này phải đợc bảo
quản trong điều kiện không tiếp xúc với không khí và phải thờng xuyên kiểm
tra lại nồng độ.
5. Tiến hành thí nghiệm:
- Xác định các thông số ban đầu của nớc thải COD, pH, độ màu.
- Đổ nớc thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn đến vạch 800 ml. Bổ sung vào

từng cốc (từ cốc 1 đến cốc 6) hàm lợng chất keo tụ tối u đã xác định trong bài
1 và sữa vôi với hàm lợng tăng dần.
- Cho thiết bị khuấy trộn làm việc ở tốc độ cao (200 vòng/phút) trong thời gian
30 giây, sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5 phút.
- Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng và quan sát quá trình tạo bông.
- Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD, pH, độ màu.
6. Phơng pháp tính toán:
6.1 Hiệu suất xử lý theo COD:
COD =

COD1 COD2
ì 100 , %
COD1

COD1: COD của nớc thải trớc khi xử lý, mg/l
COD2: COD của nớc thải sau khi xử lý, mg/l
6.2 Hiệu suất khử màu:
khử màu =

Domau1 Domau 2
ì 100 %
Domau1

Độ màu1: Độ màu của nớc thải trớc khi xử lý, Pt-Co
Độ màu2: Độ màu của nớc thải sau khi xử lý, Pt-Co
5


7. Kết quả thí nghiệm:
Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn I: 200 vòng/phút, trong 30 giây

Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn II: 40 vòng/phút, trong 5 phút.
Hàm lợng chất keo tụ tối u: 312,5 mg/l
pH của nớc thải đầu vào=7,3
Hiệu
Hiệu
TT Thể tích Nồng
COD, mg/l
suất Độ màu, Pt-Co suất
bình sữa vôi độ sữa
pH
xử lý
khử
phản cho vào,
vôi,
theo
màu,
Trớc
Sau
Trớc
Sau
ứng
ml
mg/l
%
xử lý
xử lý COD, xử lý
xử lý
%
1.
0

0
6,01
85
19
77,6
2499
199,8 92,0
2.

1

31,25

6,18

13

84,7

127,2

94,9

3.

2

62,5

6,25

21

75,3

129,5

94,8

4.

3

93,75

6,43

9

89,4

151,9

93,9

5.

4

125

6,38

13

84,7

194,1

92,2

6.

5

156,25

7,02

9

89,4

195,7

92,2

Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD và độ màu của quá trình xử lý
8. Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Nhìn vào bảng kết quả ta thấy các số liệu đo đạc và tính toán là rất thiếu chính

xác. Hiệu suất khử độ màu giảm dần trong khi hiệu suất khử COD biến thiên không đều.

6


ở bình 1, chỉ cho hàm lợng phèn tối u là 312,5 mg/l mà không cho sữa vôi thì
hiệu suất khử COD là77,6%; khử màu là 92%. Kết quả này cũng không giống kết quả
bài 1 (ở bình số5). Nh vậy là sai số khá lớn.
pH ban đầu của nớc thải không nằm trong khoảng tối u. Tuy nhiên, theo kết quả
của nhóm thí nghiệm cùng thời gian, giá trị pH vẫn nằm trong khoảng tối u đối với phèn
nhôm (6,5-8). Giá trị pH sau đó tăng dần do lợng sữa vôi cho vào đã trung hoà H+ sinh
ra. Nh vậy, sữa vôi có vai trò ổn định pH của quá trình đông-keo tụ đồng thời làm tăng
hiệu suất của quá trình xử lý..
Nhìn kết quả ta cũng thấy so với chỉ dùng phèn nhôm thì sữa vôi cũng có tác
dụng rất tốt lên quá trình keo tụ. Tuy nhiên, đáng lẽ hiệu suất xử lý khi có sữa vôi phải
đạt cao hơn nữa và phải lớn hơn hiệu suất xử lý tối u của bài 1. Nhng vì sai số lớn nên
kết quả thí nghiệm không thể hiện rõ rệt ảnh hởng của sữa vôi đến quá trình keo tụ có sử
dụng phèn nhôm. Hiệu quả xử lý màu cũng giảm so với bài 1. Điều này là vô lý. Theo
dự tính, hiệu suất khử COD và độ màu khi cho sữa vôi kết hợp với phèn nhôm phải tăng
lên rồi sau đó giảm dần và đạt cân bằng do quá trình hấp phụ của bông keo đã đạt đến
trạng thái cân bằng nên một lợng d sữa vôi cũng ảnh hởng đến hiệu suất xử lý. Nếu theo
nh kết quả của bài thí nghiệm này thì không sử dụng sữa vôi (giống nh bài trớc) sẽ cho
hiệu suất xử lý cao hơn. Nh vậy là sai. Do kết quả thí nghiệm không đáng tin cậy nên
trong bài thí nghiệm số 2 này, tác dụng của sữa vôi đối với quá trình keo tụ sử dụng chất
keo tụ là phèn nhôm không đợc rõ ràng.
Hiệu suất xử lý của quá trình khi bổ sung sữa vôi vào nớc thải là thấp hơn so với
khi chỉ dùng phèn nhôm. Vì vậy không xác định đợc hàm lợng sữa vôi tối u.
Nguyên nhân gây nên sai số ở đây chủ yếu là do thao tác tiến hành thí nghiệm.
Các thao tác phân tích COD, độ màu đòi hỏi phải rất chính xác và cẩn thận. Mặt khác,
sự thay đổi các giá trị COD, độ màu giữa các bình phản ứng là không đáng kể. Do đó,

chỉ cần một sơ suất nhỏ cũng dẫn đến sai số lớn của kết quả thí nghiệm. Có thể kết luận
rằng, với kết quả nh trên, chắc chắn thao tác thí nghiệm đã có sai sót lớn. Với kết quả
thí nghiệm nh vây không xác định đợc hàm lợng sữa vôi tối u.

7


Bài 2: Xác định hàm lợng tối u chất keo tụ
và chất trợ tạo bông khi kết hợp sử dụng chúng
trong quá trình đông keo tụ
1. Mục đích thí nghiệm:
Xác định hàm lợng tối u chất keo tụ và chất trợ tạo bông khi kết hợp sử dụng
chúng trong quá trình xử lý nớc thải chứa các chất hoạt động bề mặt và các chất tạo
màu. Xác định hàm lợng chất tạo bông tối u khi sử dụng riêng rẽ trong quá trình xử lý.
2. Cơ sở lý thuyết:
Để hiệu quả quá trình lắng các hyđroxit nhôm và sắt đã hấp phụ chất hoạt động
bề mặt cũng nh chất màu trong nớc thải có thể sử dụng các hợp chất cao phân tử chất
trợ tạo bông. Hàm lợng chất keo tụ tối u sẽ giảm khi bổ sung chất tạo bông.
3. Dụng cụ thí nghiệm:
- Bộ khuấy trộn Paddle stirret
- pH meter
- Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD
- Spectrophotometer UV1201 để xác định độ màu
- Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác
4. Hoá chất:
- Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan một lợng Al2(SO4)3.18H2O
trong bình định mức 1 lít với 300-500 ml nớc cất, đun nóng để làm tan tinh
thể, để nguội và định mức thành 1 lít. Dung dịch thu đợc có nồng độ dao động
từ 5-10%.
- Dung dịch 0,1% polyacrylamine (PAA) - chất tạo bông dạng tơng tác anion

5. Tiến hành thí nghiệm:
- Xác định các thông số ban đầu của nớc thải COD, pH, độ màu.
- Đổ nớc thải vào 6 cốc của thiết bị khuấy trộn đến vạch 800 ml. Bổ sung vào
cốc 1 hàm lợng chất keo tụ tối u và vào các cốc còn lại ẵ lợng chất keo tụ tối u.

8


- Cho thiết bị khuấy trộn làm việc ở tốc độ cao (200 vòng/phút) trong thời gian
30 giây, sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5 phút. Sau đó
tiến hành bổ sung chất tạo bông với lợng tăng dần vào các cốc 2, 3, 4, 5, 6 tơng ứng.
- Khuấy trộn các cốc đã bổ sung chất tạo bông trong khoảng 30 giây với tốc độ
cao (200 vòng/phút), sau đó tiến hành khuấy trộn chậm (40 vòng/phút) trong 5
phút
- Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng và quan sát quá trình tạo bông và lắng
- Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD, pH, độ màu
6. Phơng pháp tính toán:
6.1 Hiệu suất xử lý theo COD:
COD =

COD1 COD2
ì 100 , %
COD1

COD1: COD của nớc thải trớc khi xử lý, mg/l
COD2: COD của nớc thải sau khi xử lý, mg/l
6.2 Hiệu suất khử màu:
khử màu =

Domau1 Domau 2

ì 100 %
Domau1

Độ màu1: Độ màu của nớc thải trớc khi xử lý, Pt-Co
Độ màu2: Độ màu của nớc thải sau khi xử lý, Pt-Co
7. Kết quả thí nghiệm:
Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn I: 200 vòng/phút, trong 30 giây
Thời gian và tốc độ khuấy trộn giai đoạn II: 40 vòng/phút, trong 5 phút.
Số TT bình

1

2

3

4

5

6

Thể tích phèn nhôm (ml)

5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

312,5

156,25

156,25

156,25

Thể tích PAA (ml)

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Nồng độ PAA (mg/l)

0

0,625

1,25

1,875

2,5

3,125

Nồng độ phèn nhôm (mg/l)

156,25 156,25

8. Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Bài thí nghiệm này không tiến hành đo đạc và phân tích các thông số nh pH,
COD, độ màu nên không thấy rõ đợc ảnh hởng của PAA (chất trợ tạo bông) đến quá
trình xử lý. Tuy nhiên, khi quan sát bằng mắt quá trình tạo bông và lắng, nhận thấy rất
9


rõ vai trò của PAA đến quá trình tạo bông và lắng. So với khi chỉ sử dụng phèn nhôm và
khi có bổ sung sữa vôi thì kích thớc bông trong trờng hợp này lớn hơn rất nhiều. Bông
keo có kích thớc lớn, từ 4-5mm và quá trình lắng diễn ra rất nhanh. Đặc biệt, có thể thấy
rất rõ sự tăng dần của tốc độ lắng từ bình 1 đến bình 6. Lợng bùn tạo thành cũng lớn hơn
so vơi hai trờng hợp trớc. Nếu có thể tiến hành phân tích các thông số COD, độ màu thì
sẽ nhận thấy rõ hơn sự thay đổi hiệu suất xử lý khi sử dụng PAA.

10