Báo cáo thí nghiệm xử lý nước cấp, CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn : Hồng Thị Tuyết Nhung
Sinh viên thực hiện:
Nhóm 3
Phan Thị Xuân Mai
Phan Hồng Nhung
Hồ Thị Ngọc Huyền
Ngô Ngọc Quang

15150093
15150106
15150157
15150121

TP. Hồ Chí Minh, tháng 4/ 2018


Báo cáo thí nghiệm xử lý nước cấp

MỤC LỤC
BÀI 1: SẮT.............................................................................................................................1
1.1.

Giới thiệu chung.....................................................................................................1

1.2.

Thực hành................................................................................................................2

1.3. Kết quả và nhận xét..................................................................................................6
1.4. Trả lời câu hỏi..........................................................................................................12
BÀI 2: HẤP PHỤ.................................................................................................................14
2.1. Giới thiệu chung.......................................................................................................14
2.2. Thực hành..................................................................................................................15
2.3. Kết quả và nhận xét.................................................................................................16
2.4. Trả lời câu hỏi...........................................................................................................22
BÀI 3: KEO TỤ - TẠO BÔNG BẰNG PHÈN NHÔM..................................................23
3.1.

Giới thiệu chung...................................................................................................23

3.2.

Thực hành.............................................................................................................24

3.3.

Kết quả...................................................................................................................26

3.4.

Nhận xét.................................................................................................................29

3.5.

Trả lời câu hỏi.......................................................................................................29

BÀI 5: KHỬ CỨNG BẰNG TRAO ĐỔI ION.................................................................30
5.1.

Giới thiệu chung...................................................................................................30

5.2.

Thực hành.............................................................................................................31

5.3.

Kết quả...................................................................................................................33

5.4.

Nhận xét.................................................................................................................35

5.5.

Trả lời câu hỏi.......................................................................................................35

1
Nhóm 3


BÀI 1: SẮT
1.1. Giới thiệu chung
Sắt có ở khắp nơi, cấu tạo nên vỏ trái đất. Sắt tồn tại ở nước mặt và nước dưới đất,
hàm lượng sắt và dạng tồn tại của sắt phụ thuộc vào loại nguồn nức, điều khiện môi
trường, nguồn gốc tạo thành.
Trong nước mặt, sắt tồn tại ở dạng Fe3+, thường là Fe(OH) 3 không tan, ở dạng keo
hay huyền phù, hoặc ở dạng hợp chất hữu cơ ít tan. Hàm lượng sắt thay đổi ít khi vượt

quá 1 mg/l.
Trong nước ngầm sắt tồn tại ở dạng ion. Sắt có hóa trị 2 là thành phần của các muối
tan như Fe(HCO3)2, FeSO4. Hàm lượng sắt trong nước ngầm thường cao và phân bố
không đều ở các lớp trầm tích dưới sâu.
Hiện nay có nhiều phương pháp khử sắt của nước ngầm:
 Phương pháp khử sắt bằng làm thống
Có hai dạng làm thống là làm thống tự nhiên và làm thoáng cướng bức.
Phương pháp khử sắt bằng làm thoáng là làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để
oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan
Fe(OH)3 rồi dùng bể lắng lọc để giữ lại.
Cơ chế của quá trình khử sắt
Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là muối không bền vững, thường phân ly như
sau:
2HCO23

Fe(HCO3 )2

Fe2

Nếu trong nước có oxy hóa tan, q trình oxy hóa và thủy phân diên ra như sau:
4Fe2

O210H2O

4Fe(OH )3

8H

Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
H

HCO3

H2OCO2

 Phương pháp khử sắt dùng hóa chất
- Khử sắt bằng chất oxy hóa mạnh
Các chất thường sử dụng là Cl2, KMnO4, O3,... các phản ứng xảy ra như sau:
2Fe2
3Fe2

Cl26H2O

2Fe(OH )3

KMnO47H2O3Fe(OH )3

2Cl6H
MnO2

K5H
1

Nhóm 3


- Khử sắt bằng vơi
Trường hợp nước có oxy hịa tan
4Fe(HCO3 )2

2H2O

O2

4Ca(OH )

Fe(OH )

2

3

4Ca(HCO3 )2

Trường hợp nước khơng có oxy hòa tan
Fe(HCO3 )2 Ca(OH )2FeCO3CaCO3H2O

 Một số phương pháp khử sắt khác
Keo tụ, UF, trao đổi ion.
1.2. Thực hành

Lấy dung dịch chuẩn theo thể tích tăng dần, thêm nước cất đến 25 Lấy
ml, thêm
đậm
đặc,
thêm
18 mlaxit
dung
dịch
Fe2+

địnhNH2OH.HCl,
mức thành 1đun
lít sơi đến
tích cịn 10 ÷ 15 ml, để nguội,
2.
được mẫu 300 ppm
thêm dung dịch đệm, thêm phenantheroline, định mức sau

3.
4.

Lấy 35 ml mẫu 300 ppm định mức thành 1 lít

5.

bằng nước giếng
Lấy mẫu 10 ppm pha loãng 10 lần đem so màu
với mẫu 1 ppm của đường chuẩn.

Nếu màu đâm hơn, pha loãng lại mẫu mới. Nếu màu nhạt
hơn đo độ hấp thu, xác định nồng độ Fe2+ ban đầu.
TN1:

Bước 1: Lấy 100 ml (10 ppm), đo pH và chỉnh ph đến 5, 6, 7,
8. Ghi lại thể tích NaOH ở mỗi độ pH.

Bước 2: Chuẩn bị 4 cốc 35 ml (300 ppm), 4 cốc có VNaOH đã xác định và 4 ống đong 2000
ml chứa 965 ml nước giếng, đổ tất cả hỗn hợp vào, sục khí và đo pH mỗi mẫu, ghi lại pH.

Bước 3: Sau 20 phút, lấy mẫu, pha loãng mẫu, lọc mẫu, so màu với mẫu 1 ppm ở đường

chuẩn, thỏa điều kiện thì đo độ hấp thu.

4

Nhóm 3


Bước 4: Với mẫu TFe pha loãng mẫu, lọc mẫu, thêm
axit HCl đậm đặc rồi NH2OH.HCl, đem đun, để nguội

Xác định pH tối ưu

thêm đệm và phenanthroline, so màu và đo độ hấp
thu.

5

Nhóm 3


TN2:
Bước 1: Thực hiện lại bước 2 như thí nghiệm 1 nhưng thay thể tích NaOH bằng thể tích thêm vào để

Xác định thời gian tối ưu

Bước 2: Sục khí đo pH ban đầu, sau 10, 20, 30, 40 phút
lấy mẫu, pha loãng và làm tương tự bước 3,4 ở thí
nghiệm

TN3:

Bước 1: Pha mẫu 30 ppm: Lấy 100 ml mẫu 300 ppm định mức
thành 1 lít.

Bước 2: Tiến hành pha loãng mẫu so màu với mẫu 1 ppm của đường chuẩn. Nếu
đậm hơn thì pha lỗng nhiều lần hơn, nếu thỏa điều kiện thì thực hiện bước 3.

Bước 3: Chuẩn bị 1 cốc 100 ml (300 ppm), 1 cốc có thể tich NaOH đã xác định
để đạt pH tối ưu, 1 ống đong 2000 ml có chứa 900 ml nước giếng, cho vào cùng
lúc đo pH ban đầu, sục khí.

Bước 4: Sau thời gian tối ưu, lấy mẫu, thực hành tương tự bước 3,4 ở thí nghiệm 1.

Xác định khả năng khử sắt bằng phương
pháp sục khí với hàm lượng cao

TN4:

Bước 1: Chuẩn bị 4 cốc mẫu 500 ml (300 ppm), 4 cốc có
thể tích NaOH xác định, 4 cốc KMnO4 với các thể tích
Bước 3: Lấy mẫu và làm tương tự bước 3, 4 ở
7.5, 10, 12.5,15 ml và 4 cốc nước giếng, mỗi cốc chứa
thí nghiệm 1.
450 ml, cho vào cùng lúc, khuấy bằng jartest, đo Ph ban
đầu.


Bước 2: Khuấy mạnh 1 phút với 100 vòng/ phút, sau đó
khuấy nhẹ 19 phút với 50 vịng/phút.
Xác định lượng hóa chất để khử

sắt ở hàm lượng cao.


Sau đây là một số hình ảnh trong quá trình thí nghiệm:

Đường chuẩn của sắt

Mẫu sắt 10 ppm

Mẫu sắt 30 ppm

Mẫu sắt ở các pH tương ứng

Mơ hình sụt khí ở thí nghiệm 1


Chỉnh pH mẫu sắt ban đầu

Đo pH khi đã trộn mẫu, NaOH vào ở thí nghiệm 1,2,3

Nung mẫu sắt tổng

Khử sắt bằng KMnO4 ở máy jartest


1.3. Kết quả và nhận xét
Lập đường chuẩn
Bảng 1.1: Số liệu đo độ hấp thu của đường chuẩn
Nồng dộ
Độ hấp

thu

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.035

0.075

0.112

0.152

0.216

1.2
y = 4.7146x + 0.0364 R² = 0.9887

1

N
ồn 0.8
g
độ 0.6
Fe
2+ 0.4
(m
g/l 0.2
0
0

0.05

0.1
0.15
Độ hấp thu

0.2

0.25

Đồ thị 1.1: Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa nồng độ Fe và độ hấp thu Bảng 1.2:
Tính nồng độ Fe3+, hiệu suất Fe2+, TFe của thí nghiệm 1
TN1
pH
Fe2+
TFe
Độ
hấp
thu

Fe3+
Fe2+
TFe
Fe3+
pH

5
0.173
0.22

Ban đầu
6
7
8
0.173 0.173 0.173
0.22 0.22 0.22

Sau xử lý
0.018 0.015 0.025 0.046
0.02 0.024 0.032 0.051
4.95

6.01

6.96

8.82

pH

Fe2+
TFe

Nồng Fe3+
Fe2+
TFe
Fe3+
pH

5
0.85
1.07
0.22

6
7
0.85 0.85
1.07 1.07
0.22 0.22
Sau xử lý
0.12 0.11 0.15
0.13 0.15 0.19
0.01 0.04 0.03
4.95 6.01 6.96

Bảng 1.3: Bảng quy đổi nồng độ khi chưa pha loãng của mẫu ở thí nghiệm 1

8
0.85
1.07

0.22
0.25
0.28
0.02
8.82


pH
Fe2+
Ban đầu (mg/l) TFe
Sau xử lý
(mg/l)

Fe3+
Fe2+
TFe

Hiệu suất %

Fe2+
TFe

5
8.52
10.74
2.22
0.61
0.65
92.88
93.91

6
8.52
10.74
2.22
0.54
0.75
93.71
93.04

7
8.52
10.74
2.22
0.77
0.94
90.95
91.28

8
8.52
10.74
2.22
1.27
1.38
85.14
87.11

Bảng 1.4: Tính nồng độ Fe3+, hiệu suất Fe2+, TFe của thí nghiệm 2
TN2

pH tối
ưu

Fe2+
TFe
Fe3+

0
phút

Độ hấp thu
10
20
phút phút

30
phút

40
0
phút phút
V=1 lít
NaOH 1N
10 ml
0.173 0.018 0.015 0.02 0.017 0.85
0.22 0.022 0.019 0.029 0.027 1.07
0.22

Nồng độ (mg/l)
10

20
30
phút phút phút

40
phút

0.12
0.14
0.02

0.12
0.16
0.05

0.11 0.13
0.13 0.17
0.02 0.04

Bảng 1.5: Bảng quy đổi giá trị nồng độ khi chưa pha loãng của mẫu ở thí nghiệm 2
Thời gian
(phút)
2+
Sau xử lý Fe
TFe
(mg/l)
Fe3+
Hiệu suất Fe2+
%
TFe

0

10

20

30

40

8.52
5.37
1.11

0.61
0.70
0.09

0.54
0.63
0.09

0.65
0.87
0.21

0.58
0.82
0.24

0
0

92.88
91.78

93.71
92.61

92.33
89.84

93.16
90.39

Bảng 1.6: Tính nồng độ Fe3+, hiệu suất Fe2+, TFe của thí nghiệm 3
TN3
Độ hấp
thu

pH tối ưu

Fe2+
TFe
Fe3+

Ban đầu 30 ppm
V=1 lít, ph tối ưu, thời gian tối ưu
NaOH 1N = 10 ml

0.2
0.127
0.98
Nồng
độ
0.254
0.155
1.23
(mg/l)
0.25

0.64
0.77
0.13


Bảng 1.7: Bảng quy đổi giá trị nồng độ khi chưa pha lỗng của mẫu ở thí nghiệm 3
Ban đầu (mg/l)
24.48
30.85

Fe2+
TFe
Fe3+

Sau xử lý (mg/l)
6.35
7.67
1.32

Hiệu suất %
74.06
75.13

Fe2+
TFe

Bảng 1.8: Tính nồng độ Fe3+, hiệu suất Fe2+, TFe của thí nghiệm 4
TN4
Ban
đầu

Sau
xử
lý

Độ hấp thu

Nồng độ (mg/l)

pH tối ưu
V=0.5 lít
NaOH = 5 ml
Fe2+
0.173 0.173 0.173 0.173 Fe2+ 0.85
TFe
0.22 0.22 0.22 0.22 TFe
1.07
KMnO4 7,5
10

12.5 15 ml
7,5
ml
ml
ml
ml
TFe
0.064 0.004 0.002
0
TFe
0.34

0.85
1.07
10
ml
0.06

0.85 0.85
1.07 1.07
12.5 15
ml
ml
0.05 0.04

Bảng 1.9: Bảng quy đổi giá trị nồng độ khi chưa pha loãng của mẫu ở thí nghiệm 4
KMnO4 (ml)
Ban đầu (mg/l)

Ban đầu (mg/l)

Hiệu suất %

7.5

10

12.5

15

Fe2+
TFe

8.52

8.52

8.52

8.52

10.74

10.74

10.74

10.74

TFe

1.69

0.28

0.23

0.18

TFe

80.16

96.76

97.31

97.86


1.80
N 1.60
ồn 1.40
g 1.20
độ
sắt 1.00
sa 0.80
u
0.60
xử

lý 0.40
(m 0.20
g/l
0.00

4.95

6.01

pH

6.96

Fe2+
QCVN 02:2009/BYT
Hiệu suất xử lý TFe

8.82

100
90
80
Hi
70 ệu
60 su
50 ất
xử
40
lý
30 sắt

20 %
10
0

TFe
Hiệu suất xử lý Fe2+

Đồ thị 1.2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa pH và hiệu quả xử lý Fe2+,TFe của
thí nghiệm 1
Nhận xét:
Từ bảng tính tốn số liệu và đồ thị quan hệ giữa pH và hiệu suất xử lý thì ta xác
định được pH tối ưu là 6.01 vì tại pH = 6.01 thì hiệu suất xử lý sắt II và tổng cao nhất
và sau đó hiệu suất xử lý giảm dần. Tuy nhiên với nồng độ đầu ra như hiện tại thì vẫn
chưa sử dụng cho nước sinh hoạt được vì hàm lượng sắt vẫn cịn cao hơn so với tiêu
chuẩn cho phép của kim loại nặng trong nước do Bộ Y tế ban hành.


12.00

100
90

N 10.00
ồn
g 8.00
độ
sắt
6.00
sa
u

xử 4.00
lý
(m 2.00
g/l
0.00

80
70
60
50
40
30
20

Hi
ệu
su
ất
xử
lý
sắt
%

10
0

10
20
30
40

Thời gian (phút)
Fe2+
TFe
QCVN 02:2009/BYT
Hiệu suất xử lý
Fe2+ Hiệu suất xử lý TFe

0

Đồ thị 1.3: Mối quan hệ
giữa thời gian và hiệu
suất xử lý Fe2+, TFe của
thí nghiệm 2
Nhận xét:

 Từ bảng số liệu và
đồ thị quan hệ
giữa thời gian
và hiệu suất xử
lý thì ta tìm
được thời gian
tối ưu là 20
phút vì tại thời
điểm 20 phút
thì hiệu suất xử
lý sắt II và tổng
là cao nhất và
sau

đó

giảm

dần. Tuy nhiên
với

nồng

độ

đầu ra như hiện
tại thì vẫn chưa
sử

dụng

cho

nước sinh hoạt


được vì

1
0
0
9
0

hàm

lượng
sắt vẫn

80
70
60
50
40
Fe2+
lý Fe2+

cịn cao

30
20
10
0
TFe
Hiệu suất xử
Hiệu suất xử lý TFe

hơn so
với tiêu

Đồ thị 1.4: Hiệu suất xử lý sắt ở nồng
độ cao (TN3) và nồng độ thấp (TN2)

chuẩn
cho
phép

của kim
loại
nặng
trong
nước
do

Bộ

Y

tế

ban
hành.
9.00
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00

sắ
N
ồn
g

độ
sắt
sa
u
xử
lý
(m
g/l
10
pp
m
30
pp
N
ồ
n
g
đ

m

Hi
ệu
su
ất
xử
lý
sắt
%

Nhận xét:
 Từ đồ thị ta thấy được với hàm lượng sắt đầu vào cao thì hiệu quả xử lý không cao bằng
khi xử lý nước với hàm lượng sắt thấp hơn. Điều này cũng hợp lý bởi vì xử lý nước
hàm lượng sắt cao với những điều kiện đã khảo sát và xác định với mẫu nước hàm
lượng sắt thấp nên phần nào ảnh hưởng và chưa phải tối ưu đối với mẫu hàm lượng sắt
cao.
2.50
N
ồn 2.00
g
độ 1.50
sắt
sa
1.00
u
xử
lý 0.50
(m
g/l 0.00

7.5
TFe
%

10
12.5
Lượng KMnO4 (ml)
QCVN 02:2009/BYT

15

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

Hi
ệu
su
ất
xử
lý
sắt
%

Hiệu suất xử lý

Đồ thị 1.5: Đồ thị thể hiện hiệu suất xử lý TFe và lượng KMnO4 của thí nghiệm 4
Nhận xét:
Từ đồ thị thấy rõ khi xử lý sắt bằng hóa chất, ở một số lượng hóa chất nhất định thì
chất lượng nước đầu ra sẽ đáp ứng được quy chuẩn về hàm lượng sắt trong nước cấp.
Tuy nhiên hạn chế của phương pháp này là tốn kém với việc mua hóa chất, và lượng

hóa chất sau sử dụng sẽ là một dạng nước thải. Và qua thí nghiệm chọn được lượng
hóa chất tối ưu là 10 ml, vì với lượng hóa chất này hiệu suất cao và hàm lượng sắt
giảm đáng kể và sau đó chỉ giảm nhẹ.
9.00
N 8.00
ồn 7.00
g 6.00
độ 5.00
sắt 4.00
sa
u 3.00
xử 2.00
lý 1.00
(m 0.00
g/l

sục khí

Phương pháp xử lý sắt

hóa chất
TFe

Hiệu suất xử lý

100
90
80 Hi
70 ệu
60 su

50 ất
40 xử
30 lý
20 sắt
10 %
0


Hình 1.6: Đồ thị so sánh hiệu quả khử sắt của q trình sục khí và hóa chất
Nhận xét:
Từ đồ thị quan hệ giữa hai phương pháp xửu lý sắt: phương pháp sục khí thì phương
pháp dùng hóa chất cho thấy hiệu suất xử lý của hóa chất cao hơn khi xử lý cùng một
mẫu nước. Như vậy khi dùng phương pháp hóa chất sẽ cho hiệu suất cao nhưng lại tốn
kém vì lượng hóa chất đắc và có thể tồn dư lượng hóa chất sử dụng xử lý vì vậy nên
dùng phương pháp sục khí để tiết kiệm và đảm bảo an toàn.
1.4. Trả lời câu hỏi
Câu 1: Nêu các dạng tồn tại của sắt trong nước mặt và trong nước ngầm.
Các dạng tồn tại của sắt:
Trong nước mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe3+, dạng keo hay huyền phù. Hàm
lượng này thường không lớn và sẽ được khử trong quá trình làm trong nước.
Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại ở dạng ion sắt hóa trị II trong thành phần của
các muối hòa tan như bicacbonat, sunfat, clorua. Hàm lượng sắt này thường cao và
phân bố khơng đồng đều trong các lớp trầm tích dưới sâu.
Câu 2: Nêu các phương pháp xử lý sắt.
Các phương pháp xử lý sắt:
1. Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng
Thực chất của phương pháp khử sắt bằng làm thoáng là làm giàu oxy cho nước, tạo
điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+ thực hiện q trình thủy phân để tạo thành hợp
chất ít tan Fe(OH)3 rồi dùng bể lọc để giữ lại.
2. Khử sắt bằng phương pháp hóa chất

- Khử sắt bằng các chất oxy hóa mạnh
Các chất oxy hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3
- Khử sắt bằng vôi
Phương pháp khử sắt bằng vôi thường không đứng đôc lập, mà kết hợp với các quá
trình làm ổn định nước hoặc làm mềm nước. Phản ứng xảy ra theo 2 trường hợp
♦ Có oxy hòa tan
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3 ↓ + 4Ca(HCO3)2
Sắt (III)hydroxyt được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn
trong bể lọc.
♦ Khơng có oxy hịa tan
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → Fe CO3 + CaCO3 + 2H2O
Sắt được khử đi dưới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxyt sắt
3. Các phương pháp khử sắt khác
- Khử sắt bằng trao đổi Cation
Cho nước đi qua lớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion. Các ion H+ và Na+ có
trong thành phần của lớp vật liệu lọc, sẽ trao đổi với các ion Fe2+ có trong nước. Kết


quả Fe2+ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc. Lớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion là
Cation thường được sử dụng cho nguồn nước có chứa Fe2+ ở dạng hòa tan


- Khử sắt bằng điện phân
- Khử sắt bằng phương pháp vi sinh vật.
4. Lọc nước nhiễm phèn hộ gia đình
Bể được xây bằng gạch và xi măng, với 3 ngăn - lắng, lọc và chứa, mỗi ngăn 0,35 0,49 m3, trong đó ngăn lắng có thể tích lớn nhất, ngăn lọc nhỏ nhất.
Câu 3: Trình bày phương pháp xác định sắt.
Để xác định sắt trước hết phải xây dựng đường chuẩn của sắt với các thuốc thử sẽ
sử dụng, đo độ hấp thu với màu tại ra giữa thuốc thử và sắt, thay độ haassp thu vào
phương trình đường chuẩn để suy ra hàm lượng sắt. Có các loại thuốc thử như sau:

+ 1.10 Phenanthroline: phức tạo màu đỏ cam với Fe2+ khi có đủ điều kiện pH từ 2
đến 9, đo ở bước sóng 510 nm. Với sắt tổng phải nung nóng.
+ Thioxinat (SCN): tạo phức bới Fe3+ đo màu ở bước sóng 480 nm.
+ Sunfosalixilic: ở pH = 1,8-2,5 tạo phức với Fe3+ có màu tím đỏ đo ở 510 nm; ở pH
= 4-8 tạo phức màu đỏ da cam đo ở bước sóng 490 nm; ở pH = 8-12 phức màu vàng da
cam đo ở bước sóng 420 nm.
+ Thuốc thử bato-phenanthroline: tạo phức với Fe2+.
+ PAN: tạo phức với sắt ở 5 pH = 6-8 ở bước sóng 565 nm.


BÀI 2: HẤP PHỤ
2.1. Giới thiệu chung
2.1.1. Cơ sơ lý thuyết
Phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi để làm sạch nước thải khỏi chất hữu cơ
hòa tan sau xử lý bằng phương pháp sinh học cũng như khi nồng độ của chúng không
cao và chúng không bị phân hủy sinh học, hoặc có tính chất độc hại. Ưu điểm của
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.
Quá trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hay nhiều bậc. Hấp phụ một bậc được
ứng dụng khí giá rẻ hoặc là chất thải của sản xuất. Quá trình hấp phụ nhiều bậc sẽ thu
hiệu quả cao hơn.
2.1.2. Cân bằng cho quá trình hấp phụ
��� = �. ��
� (� �−� ��)
Trong đó: q: độ hấp phụ cân bằng, � =
�

V: thể tích dung dịch (L)
Cd: nồng độ dung dịch ban đầu (g/L)
Ccb: nồng độ cân bằng (g/L)

M: lượng chất hấp phụ sử dụng (g)
Ta có thể dễ dàng xác định các hằng số trong phương trình trên bằng cách chuyển về
dạng tuyến tính như sau:
����� = ��� + ����
Kỹ thuật hấp phụ:
Dung dịch và chất hấp phụ được khuấy trộn trong thời gian thích hợp. Sau đó, hỗn
hợp được lọc để tách chất hấp phụ rắn và dung dịch ra khỏi dung dịch. Loại chất hấp
phụ được sử dụng phụ thuộc vào dung dịch cần xử lý, thường có kích thước rất mịn.
Thời gian để chất hấp phụ và dung dịch đạt 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.
Dựa trên đồ thị đường cân bằng đẳng nhiệt hấp phụ, có thể xác định được tỷ số hấp
phụ cho vào dung dịch ứng với sự biến đổi nồng độ cho trước.
Phương trình Langmuir:
��. ��
�� = ��
� + �� . ��
Biểu thức trên được viết lại thành dạng tuyến tính:
�
�
�
�
=
+
.
�� �
�� . ��
��
�
Hay:

��

��

=

�
�� .�
�

�
+ ��

.�

�


Trong đó: qe: dung dịch hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)


qm: là dung lượng hấp phụ cực đại ứng với trường hợp tất cả cấc tâm trên bề mặt
chấp hấp phụ đã bị chiếm (mg/g)
kL: hằng số hấp phụ Langmuir (L/mg)
Ce: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha lỏng tại thời điểm cân bằng (mg/L)
2.1.3. Quá trình hấp phụ theo dạng mẻ
Quá trình hấp phụ dạng mẻ thực hiện trong thiết bị khuấy trộn hoàn toàn vận hành
gián đoạn. Các đại lượng đặc trưng cho quá trình hấp phụ được xác định theo công
thức như sau:
� (�đ − ���)

�
=
Trong đó:
q: đại lượng hấp phụ (g chất ơ nhiễm/ g chất hấp phụ)
V: thể tích chất ơ nhiễm trong thiết bị hấp phụ (m3)
Cđ: nồng độ chất ô nhiễm trong nước ban đầu (g/L)
Ccb: nồng độ chất ô nhiễm sau khi hấp phụ (g chất ô nhiễm/ L nước)
M: lượng chất hấp phụ (g)
Hệ số phân phối chất ô nhiễm trong các pha:
�
�=�
��
2.1.4. Quá trình hấp phụ dạng cột
Nước cần xử lý được bơm liên tục qua cột để loại bỏ chất ô nhiễm.
Thời gian tiếp xúc (EBCT): là thời gian mà nước chảy qua cột rỗng
�
����
���� = =
(Khoảng 10 – 15 phút)
�

�
�

Trong đó: Q: Lưu lượng nước (m3/h)
V: Thể tích carbon (m3)
Lbed: Chiều dày lớp carbon (m)
A: Diện tích bề mặt cột, m2
2.1.5. Định luật hấp phụ Lambert – beer
Chiếu bức xạ đơn sắc λ có cường độ Io qua dung dịch chứa cấu tử khảo sát có nồng

độ C, bề dày dung dịch b.
Độ hấp thu tỉ lệ với bề dày dung dịch và tỉ lệ với nồng độ cấu tử đang khảo sát trong
dung dịch:
�=���
Độ hấp thu của mẫu nằm trong khoảng 0,2 – 0,8 thì cho sai số cho phép đo nhỏ nhất.
2.2. Thực hành
2.2.1. Thí nghiệm 1: Xác định quan hệ nồng độ màu và độ hấp thu
Dựng đường chuẩn độ màu ở bước sóng λ = 575 nm.


2.2.2. Thí nghiệm 2: Q trình hấp phụ theo mẻ
- Nguyên tắc: Xác định sự biến thiên nồng độ phẩm nhuộm còn lại trong dung dịch
theo thời gian ở các tỉ lệ than và phẩm nhuộm khác nhau.
- Thực hiện:
Cho 0,2g thuốc nhuộm vào trong 5 lít nước, lắc đều cho vào 4 beaker (500 ml)
↓
Đổ than với khối lượng 0.2; 0.4; 0.6; 1g vào 4 beaker
↓
Đem khuấy trên jartest, tốc độ 50 vịng/phút, tính thời gian hấp phụ lúc bắt đầu khuấy
↓
Sau mỗi thời gian 5, 10, 15, 30, 60, 90, 120 phút. Lấy khoảng 15ml dung dịch đem
lọc
↓
Đo độ hấp thu màu của mẫu nước ở bước sóng λ = 575 nm, trên máy quang trắc
Bỏ khoảng 5ml qua lọc đầu tiên.
↓
Chọn lượng than tối ưu và thời gian tối ưu
2.2.3. Thí nghiệm 3: Hấp phụ dạng cột
- Ngun tắc: thực hiện thí nghiệm mơ hình hấp phụ dạng cột mơ phỏng q trình
hấp phụ liên tục.

- Thực hiện:
Xác định thời gian tiếp xúc thích hợp cho quá trình hấp phụ bằng cách thay đổi lưu
lượng nước cho vào Q = 0.5 và Q = 1 L/h
↓
Cho nước chảy qua cột với lưu lượng Q = 0.5 và Q = 1 L/h
↓
Lấy nước sau 0.5, 1, 1.5, 2h đi phân tích trên máy quang trắc
2.3. Kết quả và nhận xét
Thí nghiệm 1: Đường chuẩn thuốc nhuộm ở λ= 575 nm.
Bảng 2.1. Đường chuẩn thuốc nhuộm
C (mg/L)

0

5

10

15

20

25

A

0

0.007

0.011

0.024

0.047

0.052


12
y = 167.55x + 1.0625 R² = 0.9407

10

N
ồn 8
g
độ 6
ch
ất
ô 4
nh
2
0

0

0.01

0.02

0.03
Độ hấp thu

0.04

0.05

0.06

Biểu đồ 2.1 Mối quan hệ giữ nồng độ chất ơ nhiễm và độ hấp thu
Thí nghiệm 2: Quá trình hấp thụ theo mẻ

Bảng 2.2 Kết quả nồng độ sau xử lí của các khối lượng than khác nhau theo thời gian
Cốc
1
2
3
4
Khối lượng than
Thời gian
0.2
0.4
0.6
1
(g)
0.03
0.037
0.035
0.032

5
0.035
0.034
0.032
0.03
10
0.028
0.032
0.025
0.025
15
0.016
0.026
0.02
0.017
30
Độ hấp thụ, A
0.015
0.011
0.012
0.01
60
0.017
0.015
0.012
0.011
90
0.02
0.017
0.01215

0.012
120
Kết quả chọn than và thời gian tối ưu: m = 1g , t = 60 phút


Hiệu suất xử lý của than
12
10
8
Đ
ộ 6
m
àu
4

0.2
0.4
0.6
1

2
0
0

2

4

6

8

10

Tgian

Đồ thị 2.2. Hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính dạng bột theo thời gian