Báo cáo thí nghiệm kỹ thuật xử lý nước thải

Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

BÀI 1

KEO TỤ – TẠO BÔNG – LẮNG
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là
chất keo tụ có thể làm cho các hạt rất nhỏ biến thành nhưng hạt lớn lắng xuống.
Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua hai giai đoạn:
Giai đoạn 1 : bản chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung
dịch keo và ngưng tụ.
Giai đoạn 2 : trung hòa hấp thụ các hợp chất trong nước.
Để thực hiện quá trình keo tụ,cho vào nước các hợp chất keo tụ như phèn
nhôm,phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng
dung dịch hòa tan.
Khi phèn nhôm vào nước chúng phân li thành các ion Al 3+, sau đó các ion bị
phân hủy thành Al(OH)3.
Al3+ + 3H2O ↔ Al(OH)3 + 3H+
Ngoài Al(OH)3 còn có H+. Các ion này được khử bằng độ kiềm tự nhiên của
nước. Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp không đủ để trung hòa ion H + thì
cần phải kiềm hóa nước thông dụng là vôi. Một số trường hợp có thể dùng soda hay
xút (NaOH).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá rình keo tụ tạo bông:
Trị số pH của nước :
Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2(SO4)3 vào, trị số pH của nó bị giảm thấp vì
đây là một loại muối axit mạnh và bazơ yếu. Sự thủy phân của nước tăng thêm tính
keo tụ.
Đối với keo tụ, ảnh hưởng của nước chủ yếu là giá trị pH. Cho nên giá trị pH
dưới đây điều là pH của nước sau khi cho phèn vào.

1


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Lượng dùng chất keo tụ :
Tùy vào điều kiện khác nhau, phải làm thực nghiệm để tìm ra lượng phèn tối
ưu.
Lượng phèn tối ưu nói chung ho vào nước là 0.1-0.5mg/l. Nói chung nếu huyền
phù trong nước nhiều thì lượng chất keo tụ rong nước lớn. Cũng có trường hợp chất
hữu cơ trong nước ít mà lượng chất keo tụ vẫn nhiều.
Nhiệt độ nước :
Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng đến hiệu quả
keo tụ. Khi nhiệt độ nước rất thấp (thấp hơn 50C), bông phèn sinh ra to và xốp.
Khi dùng nhôm sunfat để tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước tốt
nhất là 25-300C
Tốc độ của nước với chất keo tụ.
Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ ảnh hưởng đến phân bố đồng đều của
chất keo tụ và cơ hội va chạm của các hạt keo. Đây là một yếu tố quan trọng ảnh
hưởng đến quá trình keo tu. Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm.
Khi mới cho chất keo tụ vào nước, phải khuấy nhanh vì sự thủy phân của chất
keo tụ trong nước và tốc độ hình thành keo rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh
mới có khả năng hình thành lớn keo Hydroxit và làm cho nó nhanh chóng khuấy tán
đến các nơi trong nước để kịp thời tác dụng với các hợp chất trong nước. Sau khi
hỗn hợp hình thành bông phèn và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, vì những
bông phèn khó lớn lên mà còn phá vỡ những bông phèn mới hình thành.
Tạp chất trong nước:

Khi cho các ion ngược dấu vào dung dịch nước có thể khiến dung dịch keo tụ.
Do đó, ion ngược dấu là loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ.
Khi dùng Al2(OH)3 hình thành thường mang điện tích dương nên ảnh hưởng của
tạp chất trong nước đến quá trình keo tụ dung dịch chủ yếu là anion.
Môi chất tiếp xúc:
Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước
duy trì 1 lớp cặn bùn nhất định sẽ làm cho quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho
tốc độ kết tủa nhanh thêm. Lớp cặn bùn có tác dụng làm môi chất tiếp xúc, trên bề
mặt của nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng của các hạt cặn bùn đó như
những hạt nhât kết tính. Cho nên hiện nay thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng
kết tủa khác, phần lớp 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 bị hoặc điều chỉnh vận hành thì trước tiên tiến
hành thí nghiệm mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết bị jartest.
II. THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM.
2


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Bước 1: Lấy mẫu nước thải đêm đi đo COD, SS, pH, độ màu.
Bước 2: Định lượng hóa chất điều chỉnh pH.
Lấy 400ml nước thải + 0,3ml phèn cho vào cốc jartest, đem đi đo pH.
Điều chỉnh trị số pH từ 4 đến 9 bằng cách cho thêm vào cốc dd H 2SO4 hoặc dd
NaOH.
Ghi lại thể tích : V_H2SO4 (ml) hoặc V_NaOH (ml) đã dùng.
Bước 3: Xác định pH tối ưu.
Lấy 6 cốc jatest,cho 400ml nước thải + 0,3ml phèn cho vào mỗi cốc, thêm

V_H2SO4 (ml), V_NaOH (ml) vào để đạt pH tương ứng là 4, 5, 6, 7, 8, 9
Đưa 6 cốc vào giàn jatest,bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút trong 1 phút.
Điều chỉnh vào khuấy chậm lại trong 20 phút ở tốc độ 15 vòng/phút
Sau khi tắc máy để lắng 30phút rồi đem đi đo pH, độ màu, COD.
pH tối ưu là ứng với mẫu có độ màu thấp nhất.
Bước 4: Xác định lượng phèn tối ưu.
Lấy 6 cốc jatest,cho 400ml nước thải.cho vào các cốc với lượng phèn như sau:
Cốc

1

2

3

4

5

6

Lượng phèn,ml

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Hòa hóa chất (H2SO4 hoặc NaOH để đạt pH tối ưu).
Đưa 6 cốc vào giàn jatest,bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút trong 1 phút.
Điều chỉnh vào khuấy chậm lại trong 20 phút ở tốc độ 15vòng/phút.
Sau khi tắt máy, để lắng 30 phút rồi đem đi đo pH, độ màu, COD.
Liều lượng phèn tối ưu là liều lượng ứng với mẫu có độ màu, COD thấp nhất.

3


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

III. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THÍ NGHIỆM.NHẬN XÉT KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM.
1. Thông số đầu vào
COD:
VFAS đ : 1,5ml
VFAS 0 : 1,5ml
CFAS : 0,1N
COD = 192mg/l
pH : 5,950
Độ màu : 1312,33

VFAS : 1,3ml

Độ pha loãng: 3

2. Xác định lượng hóa chất điều chỉnh pH.
pH

4

5

V_ H2SO4

3

2,2

V_NaOH

6

7

8

9

4

5,8

7

8

9

0,2
3,2
Bảng 1.1: Thể tích H2SO4 và NaOH

3. Xác định pH tối ưu.
pH
Phèn nhôm
(ml)
Vhoặc VNaOH
(ml)
pHsau

0,8

2

0,2

2

0,8

1,8

3,989

4,11

5,74

6,44

6,036

6,25

Độ màu,A

1359

1439

95,57

485,67

85,67

372,33

VFAS (ml)

1,7

0,8

1,35

1,2

1,15

1,15

112

112

COD (mg/l)

4

5

6
+0,3

224
48
96
Bảng 1.2: Bảng số liệu thí nghiệm 1

4

Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Object 3

Hình 1.1: Đồ thị pH – COD – độ màu
Chọn pH tối ưu là 6,036. Ở cốc có pH 6,036 thì thấy quá trình xảy ra tốt, độ
màu thấp nhất so với các mẫu có pH khác. Các mẫu có pH 6,7 thì độ mầu nhỏ hơn
các mẫu pH khác. Điều này phù hợp với lý thuyết vì phèn nhôm keo tụ tốt nhất ơ
pH 5,5-7,5.
4. Xác định lượng phèn tối ưu.
Phèn
nhôm(ml)

0,4

0,5

0,6

Chỉnh pH

0,7

0,8

0,9

6,036

pHsau

6,445

6,340

6,300

6,330

6,1

6,285

Độ màu,A

1115,67

699

219

145,67

85,67

65,67

VFAS (ml)

0,95

0,95

1,5

1,2

1,2

1,15

COD (mg/l)

176

176

0

96

96

112

Bảng 1.3: Bảng số liệu thí nghiệm 2

5

Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Object 5

Hình 1.2: Đồ thị pH – COD – độ màu
a)

Nhận xét:

Từ đồ thị ta thấy giá trị pH giảm dần,phù hợp với lý thuyết,do phản ứng thủy
phân của phèn nhôm trong nước giải phóng H+ làm pH của nước giảm mạnh.
Độ màu cũng giảm dần từ mẫu có lượng phèn từ 0,4-0,9ml,quá trình keo tụ xảy
ra tốt.
COD ở từ mẫu có lượng phèn 0,4 - 0,5 ml thì bằng nhau, từ 0,5 - 0,6ml giảm rất
lớn từ 176 xuống 0. COD ứng với lượng phèn 0,6 - 0,9 giảm từ từ. Do quá trình làm
thí nghiệm ko chính xác (việc dùng pipet để lấy hóa chất,phân tích COD bị sai).
Kết quả quá trình đông keo tụ:khi tiến hành cho phèn nhôm vào và khuấy
nhanh,ta thấy rỏ bông keo hình thành rất nhanh và độ đồng đều của bông giống
nhau do lượng phèn cho vào không chênh lệch lắm.
Lượng phèn tối ưu là 0,9ml, vì tại đó có độ màu, COD thấp nhất.

6


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

bài 2

BÙN HOẠT TÍNH
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mục đích của quá trình sinh học trong nước thải:
-

Chuyển hóa những chất hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học

thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được.
-

Hấp phụ và kết tụ cặn lơ lửng và chất keo không lắng thành bông sinh

học hay màng sinh học.
Chuyển hóa hoặc khử các chất dinh dưỡng ( như nitơ, photpho)
Trong một số trường hợp, khử những hợp chất và thành phần hữu cơ
dạng vết.
Vai trò của vsv trong xử lý nước thải là khử chất hòa tan, CBOD và ổn định hợp
chất hữu cơ trong nước thải. Chúng oxy hóa các chất hòa tan và những họp chất hữu
cơ chứa carbon thành những sản phẩm đon giản và tang sinh khối.
Quá trình oxy hóa sinh học hiếu khí là quá trình xử lý sinh học được thực hiện
bởi các vi sinh vật trong điều kiện cung cấp đủ oxy. Những hiện tượng cơ bản xảy
ra trong quá trình oxy hóa sinh học là:
-

Tổng hợp tế bào.

Duy trì hoạt động sống của tế bào.
Sinh trưởng, sinh sản, tích lũy chất dinh dưỡng, bài tiết sản phẩm.
Ngoài ra, còn có thành phần tự phân hủy các thành phần trong cơ thể của vsv
kèm theo sự giải phóng năng lượng. Các quá trình oxy hóa phân hủy kèm theo sự
giải phóng năng lượng cần thiết cho hoạt dộng sống còn được gọi là quá trình trao
đổi năng lượng. ở tế bài vsv, số lượng chất dự trữ thường rất nhỏ. Vì thế, chúng phải
sử dụng chủ yếu các chất hấp thu từ môi trường xung quanh.
Cơ chế phản ứng:
Chất hữu cơ + O2 + NH3 → Tế bào mới +CO2 + H2O
Tế bào + O2 → CO2 + H2O + NH3
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học: nhiệt độ, pH, dinh
dưỡng, độ mặn, ion, các chất độc, DO,…
Cơ chế của quá trình khử BOD
Hiệu quả khử BOD phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải, cơ chế
của quá trình bao gồm:
-

Khử các chất keo bằng quá trình hấp phụ sinh hóa trên bề mặt bông bùn.

-

Loại các chất lơ lửng kết bám trên bông bùn nhờ quá trình lắng trọng

lực.
7


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

-

Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành năng lượng dự trữ và sinh khối tế

bào.
-

Quá trình BOD được thực hiện ngay lập tức khi có tương tác giữa bùn

và nước thải.
II. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
Bước 1: Xác định các thông số đầu vào
Bước 2: Tính toán lượng bùn sinh khối
N1.V1 = N2.V2
N1 : nộng độ SS đạt được khi cho vào bể (500mg/l; 1000mg/l;
2000mg/l; 3000 mg/l)
N2 = 7000 mg/l, là Nồng độ bùn sinh khối
V1 = V nước thải + V bùn = 2 lít
V2 = V bùn là lượng bùn tính tóan cho vào
Bước 4: Tiến hành thí nghiệm
Chuẩn bị 4 bể dung tích khoảng 3 lít, cho vào mỗi bể một lượng bùn nhất định
đã tính trước sao cho SS lần lượt là: 500mg/l; 1000mg/l; 2000mg/l; 3000 mg/l.
Sau đó, ta cho nước thải vào các bể để đạt được thể tích V 1 = 2 lít, sao cho nước
thải từng bể có nồng độ N-NH4, N-NO3-, COD trong các bể như nhau.
Dùng máy thổi khí để đảm bảo DO > 2mg/l.
Lấy mẫu ở các thời điểm: 1 phút, 30 phút, 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ.
Mẫu sau khi lấy ta đi xác đinh các chỉ tiêu: độ màu, pH, N-NH 4, N-NO3-, COD,
SS. Các chỉ tiêu độ màu, N-NH4, N-NO3- cần phải qua lắng hoặc lọc mẫu.

8


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

III.

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

1. Các thông số đầu vào
CHỈ TIÊU
pH
N-NH4

N-NO3-

KẾT QUẢ

ĐƠN VỊ

V mẫu
VH2SO4 0,02N
N-NH4
QCVN (A)

6
50
0.7

3.92
5

ml
ml
mg/l
mg/l

A
Pha loãng

0.002
100

ml
lần

N-NO3113.3803
mg/l
QCVN (A)
30
mg/l
COD
V FAS mẫu trắng không đung
6.9
ml
V FAS mẫu trắng đung
6.5
ml
C FAS

0.0217
ml
V FAS
5.9
ml
Pha loãng
100
ml
COD
1602.462
mg O2/l
QCVN (A1)
10
mg O2/l
Bảng 2.1: Các thông số đầu vào của nước thải trước khi xử lý
2. Xác định các thông số tại các nồng độ bùn theo thời gian

9


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Bể 1: nồng độ bùn 500 mg/l
Thời gian (giờ)
pH
SS
m1 (g)
m2 (g)

m =m2-m1 (g)
COD
V FAS (ml)
Pha loãng (lần)
COD mg O2/l
H%
N-NH4
V mẫu (ml)
VH2SO4 0,02N (ml)
N-NH4 (mg/l)
N-NO3
A

0
6.678
0.1656
0.1671
0.0015
6
100
1335.385
16.66667
50
0.67
3.752

1
6.777
0.1619
0.1663

0.0044
6.15
50
467.38
70.833
50
0.6
3.36

2
6.881
0.1415
0.1442
0.0027
6.45
50
66.769
95.833
50
0.4
2.24

3
7
0.1432
0.1463
0.0031
6.45
50
66.769

95.833
50
0.35
1.96

4
7.111
0.1412
0.1453
0.0041
6.45
50
66.769
95.833
50
0
0

5
7.189
0.1357
0.1423
0.0066
6.4
50
133.54
91.667
50
0
0

0.02
0.03
0.06
0.32
0.48
0.59
Pha loãng (lần)
50
50
50
50
50
50
N-NO3 mg/l
63.02817 66.549 77.113 168.66
225 263.73
Bảng 2.2: Các thông số đo được theo thời gian ở bể 1

Bể 2 : nồng độ bùn 1000 mg/l
Thời gian (giờ)
pH
SS
m1 (g)
m2 (g)
m =m2-m1 (g)
COD
V FAS (ml)
Pha loãng (lần)
COD mg O2/l

H%
N-NH4
V mẫu (ml)
VH2SO4 0,02N (ml)
N-NH4 (mg/l)
N-NO3
A
Pha loãng (lần)

0
6.581
0.1674
0.1716
0.0042
6.15
100
934.7692
41.66667
50
0.65
3.64
0.02
50

1
6.818
0.1631
0.1694
0.0063
6.35

50
200.31
87.5
50
0.6
3.36
0.037
50

2
3
4
5
7.018 7.203 7.289 7.448
0.1375 0.1418 0.1401 0.1364
0.1462 0.149 0.1487 0.1478
0.0087 0.0072 0.0086 0.0114
6.15
6.2
6.3
50
50
50
467.38 400.62 267.08
70.833
75 83.333
50
50
50
50

0.38
0.2
0
0
2.128
1.12
0
0
0.04 0.075 0.079 0.083
50
50
50
50

N-NO3- mg/l
63.02817 69.014 70.07 82.394 83.803 85.211
Bảng 2.3: Các thông số đo được theo thời gian ở bể 2

10


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Bể 3 : nồng độ 2000 mg/l
Thời gian (giờ)
pH
SS
m1 (g)

m2 (g)
m =m2-m1 (g)
COD
V FAS (ml)
Pha loãng (lần)
COD mg O2/l
H%
N-NH4
V mẫu (ml)
VH2SO4 0,02N (ml)
N-NH4 (mg/l)
N-NO3
A
Pha loãng (lần)

0
6.818
0.1584
0.1689
0.0105
6.1
100
1068.308
33.33333
50
0.65
3.64
0.02
50

1
7.033
0.1412
0.1506
0.0094
6.2
50
400.62
75
50
0.56
3.136
0.057
50

2
7.113
0.1384
0.1502
0.0118
6.25
50
333.85
79.167
50
0.3
1.68
0.032
50

3
7.22
0.1598
0.1791
0.0193
6.25
50
333.85
79.167
50
0
0
0.068
50

4
5
7.533 7.612
0.1389 0.1412
0.171 0.1703
0.0321 0.0291
6.3
50
267.08
83.333
50
50
0
0
0

0
0.07 0.073
50
50

N-NO3- mg/l
63.02817 76.056 67.254 79.93 80.634
Bảng 2.4: Các thông số đo được theo thời gian ở bể 3

81.69

Bể 4 : nồng độ 3000 mg/l
Thời gian (giờ)
pH
SS
m1 (g)
m2 (g)
m =m2-m1 (g)
COD
V FAS (ml)
Pha loãng (lần)
COD mg O2/l
H%
N-NH4
V mẫu (ml)
VH2SO4 0,02N (ml)
N-NH4 (mg/l)
N-NO3
A
Pha loãng (lần)

0
1
2
3
4
5
6.988
7 7.153 7.286 7.411 7.513
0.161 0.1701 0.137 0.1317 0.1321 0.1331
0.1753 0.1831 0.1581 0.1583 0.1593 0.1622
0.0143 0.013 0.0211 0.0266 0.0272 0.0291
6.1
6.2
6.2
6.35
6.35
100
50
50
50
50
1068.308 400.62 400.62 200.31 200.31
33.33
75
75
87.5
87.5
50
50

50
50
50
50
0.65
0.2
0
0
0
0
3.64
1.12
0
0
0
0
0.02 0.023
0.06
0.07 0.077 0.083
50
50
50
50
50
50

N-NO3- mg/l
63.02817 64.085 77.113 80.634 83.099 85.211
Bảng 2.5: Các thông số đo được theo thời gian ở bể 4

11


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

IV.GIẢI THÍCH VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Object 7

Hình 2.1: Biểu đồ sự thay đổi chỉ số pH theo thời gian ở 4 bể
a)

Nhận xét:

Nhìn vào biểu đồ ta có thể thấy chỉ số pH tăng dần theo thời gian ở từng bể, là
do quá trình tạo ra gốc NH4+ .
Theo QCVN 14 : 2008 BTNMT quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt thì
pH phải nằm trong khoảng 5 – 9 (cột A). Như vậy,hầu hết pH theo thời gian ở mỗi
bể điều nằm trong quy chuẩn trên.

Object 9

Hình 2.2: Biểu đồ sự thay đổi chỉ số SS theo thời gian ở 4 bể

12


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

b)

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Nhận xét:

Nhìn vào biểu đồ ta có thể thấy hàm lượng SS hầu như tăng dần theo thời gian
ở mỗi bể vì theo thời gian lượng vi sinh vật phát triển và bùn được sinh ra nhiều
hơn dẫn đến hàm lượng SS tăng.
Ở mỗi bể sự gia tăng hàm lượng SS không đồng đều theo thời gian có thể là do
quá trình lấy mẫu cũng như đo đạc không được chính xác.

Object 11

Hình 2.3: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ COD theo thời gian ở 4 bể
c)

Nhận xét:

Nhìn vào đồ thị ta nhận thấy COD giảm dần theo thời gian ở mỗi bể, giảm
nhanh nhất là ở giờ đầu tiên ở mỗi bể vì do các chất hữu cơ trong nước thải bị oxy
hóa và phân hủy bởi vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí.

Object 13

Hình 2.4: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ N-NH4- theo thời gian ở 4 bể
d)

Nhận xét:

13


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Nhìn vào biểu đồ ta nhận thấy nồng độ amoni giảm dần theo thời gian ở mỗi bể
và được xử lý triệt để ở vào khoảng 3 giờ . Do trong quá trình xử lý hiếu khí, quá
trình amon hóa diễn ra làm NH4- giảm.

Theo QCVN 14 : 2008 BTNMT quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt thì
nồng độ amoni (tính theo N) phải đạt được 5mg/l (cột A). Như vậy,hầu hết nồng độ
amoni theo thời gian ở mỗi bể điều dưới quy chuẩn trên.

Object 15

Hình 2.5: Biểu đồ sự thay đổi nồng độ N- NO3- theo thời gian ở 4 bể
e)

Nhận xét:

Nhìn vào biểu đồ trên ta có thể thấy nồng độ NO 3- tăng dần theo thời gian ở mỗi
bể do quá trình amon hóa diễn ra.

Theo QCVN 14 : 2008 BTNMT quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt thì
nồng độ Nitrat (tính theo N) phải đạt được 30mg/l (cột A). Như vậy,hầu hết nồng độ
amoni theo thời gian ở mỗi bể điều cao hơn quy chuẩn trên. Để giảm NO 3- ta cần
phải qua quá trình xử lý thiếu khí để tạo N2 .
bài 3

OXY HÓA FENTON
14


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Quá trình oxy hóa fenton là quá trình oxy hóa bậc cao, quá trình oxy hóa dựa
vào gốc tự do OH* được tạo ra ngay trong quá trình.
Quá trình fenton là quá trình xúc tác phân hủy của hệ Fe 2+ - H2O2. Ngoài ra còn
có hệ quang – fenton.
Phản ứng fenton có khả năng oxy hóa ngay cả những hợp chất hữu cơ phức tạp
nhất thành dạng đơn giản.
1. Quá trình fenton đồng thê
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO* + OHFe3+ + H2O2 → Fe2+ + *HO2 + H+
HO* + Fe2+ → Fe3+ + OHHO* + H2O2 → H2O + *HO2
HO* + RH → *R + H2O
*
R + Fe2+ → Fe3+ + RH
*
R + Fe3+ → Fe2 + sản phẩm
*
HO2 + Fe2+ → HO2- + Fe3+
*
HO2 + Fe3+ → H+ + O2 + Fe3+
2. Quá trình fenton dị thê
Để khắc phục những nhược điểm của fenton đồng thể như tốn kiềm để nâng

pH; tạo ra lượng bùn thải lớn chứa nhiều sắt. Nguồn sắt được sử dụng được thay
bằng quặng sắt như Goethite, hemantite, lepidocrocite…
II. TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH
Bước 1: Xác định các thông số đầu vào
Bước 2: Tiến hành thí nghiệm khảo sát tỉ lệ H2O2 và phèn sắt sử dụng
Chuẩn bị 4 cốc chứa nước thải, cho vào mỗi cốc lương phèn sắt và H 2O2 theo
yêu cầu để tỉ lệ H2O2/Fe lần lượt là 1/10; 1/5; 1/2; 1/1.
Hạ pH dung dịch trong mỗi cốc xuống còn 3,5 và để yên trong 2 giờ.
Sau 2 giờ, nâng pH dung dịch trong từng cốc lên 7÷8, thêm 1 giọt polymer
anion, khuấy nhẹ và đều. Để lắng trong 30 phút.
Lấy phần nước trong, đo độ màu và COD.
Bước 3: Tiến hành khảo sát hhiệu quả phản ứng Fenton khi có mặt Mn2+
Chuẩn bị 4 cốc chứa nước thải, cho vào mỗi cốc lương phèn sắt và H 2O2 theo
yêu cầu để tỉ lệ H2O2/Fe lần lượt là 1/10; 1/5; 1/2; 1/1.
Thêm vào mỗi cốc lượng Mn2+ bằng lượng Fe2+.
Hạ pH dung dịch trong mỗi cốc xuống còn 3,5 và để yên trong 2 giờ.
Sau 2 giờ, nâng pH dung dịch trong từng cốc lên 7÷8, thêm 1 giọt polymer
anion, khuấy nhẹ và đều. Để lắng trong 30 phút.
Lấy phần nước trong, đo độ màu và COD.
15


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

III.

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

1. Thông số đầu vào
COD:
VFAS đ : 6,5ml
VFAS : 5,9ml
VFAS 0 : 6,9ml
Độ pha loãng: 100
CFAS : 0,022N
COD = 4224mg/l
pH : 6,93
SS : 0,17mg/l
Độ hấp thu A : 0,361 độ màu : 1222,33
2. Khảo sát tỉ lệ H2O2 và phèn sắt sử dụng
STT
V_H2O2 (ml)
V_FeSO4 (ml)

1

2

3

0,05
0,10
0,15
0,50
0,50
0,30
Điều chỉnh pH xuống bằng 3,5
Để yên trong 2 tiếng

Nâng pH lên trong khoảng 7 -8
+ 1 giọt polymer anion
Khuấy đều và nhẹ
Để yên trong 30 phút
VFAS (ml)
6,45
5,55
Độ hấp thu
0,234
0,344
0,280
Bảng 3.1: Bảng số liệu thí nghiệm 1
Phương trình đường chuẩn độ màu : y = 0,0003x – 0,0057
Trong đó: y là độ hấp thu A

4
0,20
0,20

6,30
0,353

STT
V_H2O2 (ml)
V_FeSO4 (ml)
COD (mg/l)
Hiệu suất (%)
Độ màu
(Pt-Co)

1
0,05
0,50
176
95,83

2
0,10
0,50
3520
16,67

3
0,15
0,30

4
0,20
0,20
704
83,33

799

1165,67

952,33

1195,67

Hiệu suất (%)

34,63

4,63

22,1

2,18

Bảng 3.2: Bảng kết quả thí nghiệm 1

16


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Object 17

Hình 3.1: Hiệu suất xử lý COD trong từng cốc

Object 20

Hình 3.2: Hiệu suất xử lý độ màu trong từng cốc
a)

Nhận xét:

Ứng với tỉ lệ H2O2/Fe2+ bằng 1/10 thì phản ứng fenton đạt hiệu quả tốt nhất
95,83%. Còn với tỉ lệ 1/5, phản ứng fenton đạt hiệu quả thấp nhất 16.67%.
Ứng với tỉ lệ H2O2/Fe2+ bằng 1, hiệu quả loại bỏ COD của quá trình đạt 83,33%
nhưng hiệu quả xử lý màu chỉ đạt 2.18%.
b)

Giải thích kết quả thí nghiệm:

Theo bằng sáng chế số 5.538.636 tại Mỹ của Micheal Gnann, Carl-Heinz
Gergor và Siegfried Schelle về “Quá trình oxy hóa nước thải nồng độ cao” tháng
4/1994, tỉ lệ của COD/H2O2/Fe2+ nên nằm trong khoảng 20/20/1 đến 20/10/5. Nhưng
trên thí nghiệm, tỉ lệ giữa COD/H 2O2 xấp xỉ 1000/1 nên hiệu quả xử lý không đạt
yêu cầu. Do lượng HO* tạo ra không đủ nhiều để quá trình oxy hóa xảy ra.
17


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Sai số trong quá trình thí nghiệm có thể do sai sót trong quá trình chuẩn độ
COD, và độ màu vượt đường chuẩn.
3. Khảo sát hiệu quả phản ứng khi có mặt xúc tác Mn2+
STT
V_H2O2 (ml)
V_FeSO4 (ml)
V_Mn2+

1

2

3

4

0,05
0,10
0,15
0,50
0,50
0,30
0,50
0,50
0,30
Điều chỉnh pH xuống bằng 3,5
Để yên trong 2 tiếng
Nâng pH lên trong khoảng 7 -8
+ 1 giọt polymer anion
Khuấy đều và nhẹ
Để yên trong 30 phút
VFAS (ml)
6,10
5,57
Độ hấp thu
0,279
0,265
0,300
Bảng 3.3: Bảng số liệu thí nghiệm 2
Phương trình đường chuẩn độ màu : y = 0,0003x – 0,0057

Trong đó: y là độ hấp thu A
STT
V_H2O2 (ml)
V_FeSO4 (ml)
V_Mn2+
COD (mg/l)
Hiệu suất (%)
Độ màu
(Pt-Co)
Hiệu suất (%)

1
0,05
0,50
0,50
1408
66,67
949

2
0,10
0,50
0,50
3273,6
22,5
902,3

3

0,20

0,20
0,20

0,342

4
0,15
0,30
0,30

0,20
0,20
0,20

1019

1159

22,36
26,18
16,63
Bảng 3.4: Bảng kết quả thí nghiệm 2

5,18

Object 23

Hình 3.3: Hiệu suất xử lý COD trong từng cốc
18

Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Object 25

Hình 3.4: Hiệu suất xử lý độ màu trong từng cốc
a)

Nhận xét:

Trong cốc 1, tì lệ H2O2/Fe2+ là 1/10, hiệu quả xử lý COD không tỉ lệ với hiệu
quả xử lý màu: hiệu quả xử lý COD là 66,67% còn xử lý màu là 22,36%.
Trong cốc 2, tì lệ H2O2/Fe2+ là 1/5, hiệu quả xử lý COD là 22,5% còn xử lý màu
là 26,18%.

Object 27

Hình 3.5: Hiệu suất xử lý COD giữa đồng thể/dị thể
b)

Giải thích kết quả thí nghiệm:

Quá trình fenton có mặt xúc tác Mn2+ sẽ diễn ra hiệu quả hơn so với khi chỉ có
H2O2 và Fe2+. Mn2+ bị oxy hóa tạo thành OH * như Fe2+, Mn2+ bị oxy hóa tạo thành
các chelat bao quanh hợp chất hữu cơ. Các hợp chất hữu cơ sẽ bị oxy hóa bởi các
chelat bằng phản ứng trao đổi electron tạo thành các gốc R *, các chelat được giải
19

Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

hấp và tiếp tực hấp phụ vào các chất hữu cơ khác. Quá trình oxy hóa nhờ đó được
đẩy mạnh hiệu quả hơn.
Kết quả thí nghiệm không tuân theo quy tắc trên có thể do sai số trong quá trình
chuẩn độ COD.

20


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

bài 4

HẤP PHỤ
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp hấp phụ được áp dụng để loại bỏ các chất hữu cơ không bị phân
hủy sinh học và độc hại sau khi xử lý bằng các phương pháp sinh học. Hiệu quả của
quá trình hấp phụ cao (80÷95%).
Quá trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hay nhiều bậc, quá trình hấp phụ
nhiều bậc sẽ thu được hiệu quả cao hơn.
2. Cân bằng cho quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ có thể được mô tả theo nhiều biểu thức thực nghiệm như
Freundlich, Langmuir, Gibbs, Shiskovski…

Xét quá trình hấp phụ theo biều thức thực nghiệm Freundlich:
Ccb = K.qn (1)
Trong đó:
q : độ hấp phụ cân bằng; q = V(C0 – Ccb)/M
V : thể tích dung dịch
Ccb : nồng độ cân bằng
M : lượng chất hấp phụ sử dụng
Lý thuyết hấp phụ theo Freundlich:
Hấp phụ đơn lớp.
Các phân tử trên bể mặt vật liệu hấp phụ có khả năng tương tác với nhau.
Năng lượng của tâm hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất.
Một các biểu diễn khác của biểu thức Freundlich:
A = βCα (2)
A : lượng chất bị hấp phụ bởi 1 gam chất hấp phụ
C : nồng độ chất bị hấp phụ cân bằng
β, α : là hằng số; α luôn bé hơn 1
Vì α luôn bé hơn 1 nên phương trình (2) là một nhánh của parabol và được gọi
là đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich. Ở nồng độ thấp, đường Freundlich khhông
phải là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ; còn ở nồng độ cao, đường biểu diễn có
xu hướng đi lên mãi chứ không đạt cực đại.
Xét quá trình hấp phụ theo biều thức thực nghiệm Langmuir:
q : lượng chất bị hấp phụ bởi 1 gam chất hấp phụ
C : nồng độ chất bị hấp phụ cân bằng
b, qmax là hằng số.
Lý thuyết của quá trình hấp phụ theo Langmuir:
Hấp phụ đơn lớp.
Các phân tử trên bề mặt vật liệu hấp phụ không có tương tác với nhau.
21

Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Các tâm hấp phụ trên bề mặt vật liệu đồng nhất về mặt năng lượng.
Phương trình (3) có thể viết dưới dạng:
a = 1/b.
Nếu C << a tức là nồng độ C rất bé, phương trình (4) trở thành:
Theo phương trình (5), thì đường biểu diễn q – C là 1 đường thẳng đi qua gốc
tọa độ.
Nếu C >> a, phương trình (4) trở thành:
q = qmax (6)
nghĩa là đại lượng hấp phụ là một hằng số, đường biểu diễn là đường song song
trục hoành.
3. Kỹ thuật hấp phụ
Dung dịch và chất hấp phụ được khuấy trộn trong một hoảng thời gian thích
hợp. Sau đó hộn hợp được lọc để tách chất hấp phụ và dung dịch sau hấp phụ. Loại
chất hấp phụ được sử dụng tùy vào chất bị hấp phụ cần xử lý.
Thời gian khuấy trộn và nồng độ cân bằng chủ yếu phụ thuộc vào: nồng độ
dung dịch, kích thước hạt rắn, độ nhớt của chất lỏng và cường độ khuấy trộn.

22


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

II. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
Bước 1: Chuẩn bị nước thải

Lấy 5l nước và 0,2g phẩm màu; lắc đều.
Đo các thông số đầu vào: pH; COD; độ màu
Bước 2: Lập đường chuẩn
Cân 0,2g phẩm màu, hòa tan bằng nước cất và định mức thành 1l. Dung dịch
màu chuẩn có nồng độ 0,2g/l.
Pha dung dịch chuẩn thành dải nồng độ theo yêu cầu: 0; 0,002; 0,004; 0,005;
0,01; 0,02 (g/l).
Dò bước sóng thích hợp.
Đo độ hấp thụ màu ứng với dải nồng độ trên.
Bước 3: Quá trình hấp phụ bậc 1
Cân lượng than theo yêu cầu: 0,1; 0,25; 0,5; 1; 1,25 (g) cho vào 5 cốc 1000ml.
Thêm vào mỗi cốc 500ml dung dịch màu đã chuẩn bị ở bước 1.
Khuấy trộn đều hỗn hợp than và dung dịch. Lấy mẫu hỗn hợp sau mỗi 5; 10;
15; 30; 60; 90 và 120 phút.
Sau khi lọc mẫu, xác định độ hấp thu màu bằng bước sóng tối ưu đước xác định
ở bước 2. Bảng giá trị độ hấp thu giảm dần từ trái sang phải và từ trên xuống dưới.
Xác định lượng than tối ưu và thời gian tối ưu. Lượng than tối ưu là lượng than
mà tại đó, độ màu thấp nhất. Ứng với lượng than tối ưu là thời gian tối ưu.
Bước 4: Quá trình hấp phụ 2 bậc
Cho vào cốc 500ml nước thải chuẩn bị ở bước 1. Cân lượng than bằng một nửa
lượng than tối ưu và khuấy trộn trong khoảng thời gian bằng một nửa thời gian tối
ưu.
Lọc toàn bộ dung dịch sau hấp phụ, xác định độ màu bằng bước sóng tối ưu đã
xác định ở bước 2.
Cho vào dung dịch sau khi lọc lượng than bằng một nửa lượng than tối ưu và
khuấy trộn trong khoảng thời gian bằng một nửa thời gian tối ưu.
Lọc dung dịch sau khi hấp phụ 2 bậc, đo độ màu bằng bước sóng tối ưu đã xác
định ở bước 2.

23

Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

III.

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

1. Thông số đầu vào:
COD:
VFAS đ : 6ml
VFAS 0 : 6,5ml
CFAS : 0,022
COD = 18,5mg/l
pH: 6,72
Độ hấp thu A: 0,270

VFAS : 5,95ml
Độ pha loãng : 5

2. Lập đường chuẩn:
Pha dung dịch chuẩn: 0,2g màu, định mức thành 1000ml.
STT
Vddc (ml)
C (g/l)
A

1

2
3
4
5
0
1
2
2,5
5
Cho vào bình định mức 100ml, định mức đến vạch
0
0,002
0,004
0,005
0,01
Đo độ hấp thu A, xác định bước sóng = 620
0,000
0,022
0,040
0,048
0,085
Bảng 4.1: Bảng số liệu đường chuẩn

6
10
0,02
0,179

Object 30

Hình 4.1: Đường chuẩn
Phương trình đường chuẩn: y = 8,7539x + 0,0025; R2 = 0,9977.
3. Kết quả quá trình hấp phụ bậc 1:
Cốc
Khối lượng
than (g)
A
= 620nm

1
0,1
0,189
0,194

2
0,25
0,113
0,111

3
0,5
0,105
0,101

4
1,25
0,093
0,092

5

1
0,103
0,099

Thời gian
(phút)
5
10
24


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước

GVHD: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

0,127
0,105
0,097
0,088
0,156
0,099
0,089
0,083
0,147
0,091
0,071
0,082
0,106
0,021
0,112

0,088
0,103
0,089
0,061
0,069
Lương than tối ưu: m = 0,5g; thời gian tối ưu: t = 120 phút
Bảng 4.2: Bảng số liệu quá trình hấp phụ bậc 1
Phương trình lgC-lgq trong 5 phút đầu:
C0 (mg/l)
Khối lượng
than (g)

0,096
0,092
0,113
0,075
0,066

40

0,100

0,250

0,500

1,000

1,250

0,189

0,113

0,105

0,103

0,093

C (mg/l)

21,305

12,623

11,709

11,481

10,338

q

93,476

54,754

28,291

14,260

11,865

lgC

1,328

1,101

1,069

1,060

1,014

lgq

1,971

1,738

1,452

1,154

1,074

1/C

0,047

0,079

0,085

0,087

0,097

1/q

0,011

0,018

0,035

0,070

0,084

A
= 620nm

15
30
60
90
120

Bảng 4.3: Bảng số liệu hấp phụ 5 phút đầu

Object 32

Hình 4.2: Đồ thị lgC-lgq

25