Nghiên cứu chế tạo mô hình mô phỏng trực quan hệ thống xử lý nước phục vụ giảng dạy chuyên ngành công nghệ môi trường cho sinh viên ngành Khoa học Môi trường

MỞ ĐẦU
Giữa lý thuyết và thực hành luôn là những nội dung quan trọng trong đào tạo từ
các trƣờng phổ thông tới các trƣờng Đại học. Việc xây dựng các bài thực hành để củng
cố kiến thức đã học là rất cần thiết. Các bài thực hành sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn
các kiến thức lý thuyết cũng nhƣ tích lũy các kỹ năng và kinh nghiệm thực hành của
môn học. Các kỹ năng và kinh nghiệm thực hành đó tạo cho sinh viên có nhiều cơ hội
đƣợc chấp nhận làm việc tại các cơ sở tuyển dụng khi tham gia phỏng vấn.
Tuy nhiên, việc gắn kết giữa lý thuyết và thực hành tại các trƣờng đại học ở
nƣớc ta chƣa thực sự mang lại hiệu quả cao trong cơng tác đào tạo. Sinh viên chƣa có
nhiều kỹ năng thực hành, thực tế nên sau khi tốt nghiệp nhiều sinh viên chƣa đáp ứng
đƣợc nhu cầu của nhà tuyển dụng. Nhiều sinh viên mới tốt nghiệp làm việc tại nhiều
đơn vị đều phải mất thời gian và chi phí để đaò tạo lại kỹ năng từ 3 đến 6 tháng trong
khi họ đều đƣợc học lý thuyết ở các trƣờng đại học [3].
Trong chƣơng trình đào tạo ngành khao học môi trƣờng của Khoa Khoa học
Môi trƣờng và Trái đất có nhiều học phần thuộc chun ngành cơng nghệ môi trƣờng
cần thiết phải trang bị kỹ năng thực hành cho sinh viên. Các học phần nhƣ ô nhiễm
môi trƣờng, công nghệ môi trƣờng, công nghệ xử lý chất thải rắn, kỹ thuật xử lỹ nƣớc
cấp, kỹ thuật xử lý nƣớc thải… đều đã lồng ghép các bài thực hành vào nội dung đào
tạo. Tuy nhiên, các bài thực hành mơ phỏng các thí nghiệm xử lý vẫn chƣa đƣợc thực
hiện do thiếu các mơ hình để tiến hành thí nghiệm. Phịng thí nghiệm của khoa hiện đã
đƣợc trang bị một vài thiết bị phục vụ phân tích nhƣng chƣa có bất kỳ một mơ hình
nào phục vụ thí nghiệm xử lý nƣớc cấp, nƣớc thải. Việc trang bị kỹ năng thực hành xử
lý nƣớc cấp, nƣớc thải cho sinh viên đang gặp khó khăn. Việc đào tạo của khoa hầu
nhƣ mới dừng lại ở việc trang bị cho sinh viên kiến thức lý thuyết và một số kỹ năng
phân tích mà thiếu phần kỹ năng thực hành thí nghiệm.
Từ những lý do trên, bộ môn công nghệ môi trƣờng thuộc Khoa Khoa học Môi
trƣờng và Trái đất thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo mơ hình mơ phỏng trực
quan hệ thống xử lý nƣớc phục vụ giảng dạy chuyên ngành công nghệ môi trƣờng
cho sinh viên ngành Khoa học Môi trƣờng”. Từ kết quả đề tài, một mô hình thí
nghiệm xử lý nƣớc cấp và nƣớc thải đƣợc xây dựng để mơ phỏng và thực hiện các thí
nghiệm phục vụ các học phần đào tạo chuyên ngành công nghệ môi trƣờng cho sinh

1


viên. Đồng thời, mơ hình này cũng có thể đƣợc sử dụng để thực hiện các đề tài nghiên
cứu khoa học, khóa luận tốt nghiệp về xử lý nƣớc và nƣớc thải cho sinh viên.
Mục tiêu:
Thiết kế mơ hình cơng nghệ xử lý nƣớc (nƣớc cấp sinh hoạt, nƣớc thải). Các bộ
phận của mơ hình đảm bảo linh động trong việc sắp xếp và ghép nối, phục vụ cho
nhiều bài giảng khác nhau cho các học phần công nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý
nƣớc cấp, kỹ thuật xử lý nƣớc thải…
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu lựa chọn hệ thống xử lý nƣớc phù hợp với nội dung thí nghiệm
thực hành của sinh viên ngành Khoa học Môi trƣờng.
- Thiết kế mơ hình mơ phỏng hệ thống xử lý nƣớc phù hợp với nội dung thí
nghiệm thực hành của sinh viên ngành Khoa học Môi trƣờng.
- Đánh giá hiệu quả hoạt động mơ hình mơ phỏng hệ thống xử lý nƣớc phù hợp
với nội dung thí nghiệm thực hành của sinh viên ngành Khoa học Mơi trƣờng thơng
qua thí nghiệm thử nghiệm xử lý sắt trong nƣớc cấp bằng giàn mƣa và lọc.

2


I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Một trong những sự đổi mới của giáo dục là đổi mới phƣơng pháp dạy học theo
hƣớng hoạt động hóa ngƣời học trong việc tổ chức quá trình lĩnh hội tri thức lấy ngời
học làm trung tâm, theo hƣớng này giáo viên đóng vai trò tổ chức và điều khiển sinh
viên chiếm lĩnh tri thức, tự lực hoạt động tìm kiếm kiến thức mới [1]. Trong đào tạo
đại học bên cạnh những phƣơng pháp dạy học mới nhƣ: vấn đáp tìm tịi, dạy và học
phát hiện giải quyết vấn đề, dạy và học hợp tác theo nhóm nhỏ…. thì việc tăng cƣờng

sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu kết hợp với thí nghiệm cũng là phƣơng pháp đổi mới
dạy học theo hƣớng tích cực. Sinh viên ngoài việc am hiểu kiến thức qua lý thuyết cần
đƣợc hiểu sâu sắc và rèn luyện kỹ năng bằng thực nghiệm để có thể áp dụng kiến thức
đã học vào thực tế. Chính vì vậy trong việc đổi mới phƣơng pháp dạy học theo hƣớng
hoạt động hóa ngƣời học thì phƣơng pháp dạy học sử dụng dụng cụ trực quan và thí
nghiệm sẽ mang lại hiệu quả cao trong việc dạy và học. Phƣơng pháp dạy học bằng thí
nghiệm có ƣu điểm nữa là có thể kết hợp chặt chẽ và góp phần nâng cao hiệu quả của
các phƣơng pháp dạy học mới khác nhƣ phát hiện tìm tịi và giải quyết vấn đề, hợp tác
theo nhóm nhỏ, đàm thoại….
Công nghệ môi trƣờng là một ngành khoa học coi trọng kỹ năng thực hành,
thực nghiệm và ứng dụng, bởi vậy đòi hỏi trƣớc hết giảng viên phải thành thạo và có
kinh nghiệm trong thiết kế và thực hiện các kỹ năng thực hành, thí nghiệm và sinh
viên phải đƣợc đào tạo các kỹ năng thực hành thí nghiệm. Điều đó sẽ góp phần tích
cực vào đổi mới phƣơng pháp giảng dạy và nâng cao hiểu biết và kỹ năng thực hành,
thực tế cho sinh viên theo hƣớng tích cực hóa nhận thức của ngƣời học.
Hầu hết các trƣờng Đại học có các ngành đào tạo về cơng nghệ mơi trƣờng nhƣ
Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đều có các mơ hình thí nghiệm xử lý nƣớc cấp,
nƣớc thải, xử lý chất thải rắn. Các hệ thống điển hình: pilot xử lý nƣớc thải chứa các
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học bằng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao; pilot xử lý
nƣớc thải bằng quá trình vi sinh gồm bể Aerotank, UASB, SBR, AAO hay các hệ
thống xử lý chất thải rắn điện tử…. Một số pilot do trƣờng trang bị, một số pilot là sản
phẩm của các đề tài nghiên cứu khoa học của các thầy cô giáo. Sinh viên học tại viện
Khoa học và Công nghệ môi trƣờng, trƣờng Đại học Bách khoa đƣợc đào tạo nhiều kỹ
năng thực hành thí nghiệm. Do đó, sau khi tốt nghiệp những sinh viên này vừa nắm

3


vững kiến thức lý thuyết vừa có kỹ năng và kinh nghiệm thực hành thí nghiệm nên rất
tự tin khi đi phỏng vấn xin việc.

Chuyên ngành công nghệ môi trƣờng của Khoa Khoa học Môi trƣờng và Trái
đất – trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên cũng đƣợc xây dựng mang tính
thực nghiệm cao. Một số học phần điển hình của chun ngành nhƣ cơng nghệ mơi
trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc cấp, kỹ thuật xử lý nƣớc thải, phân tích mơi trƣờng, cơng
nghệ xử lý chất thải rắn, kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí, quản lý chất thải nguy hại…
đều là các học phần có ít nhất 1 tín chỉ thực hành thí nghiệm. Việc phân bổ các tín chỉ
thực hành cho các học phần này là cần thiết để bổ trợ và giúp sinh viên vừa hiểu sâu
sắc kiến thức lý thuyết, vừa trang bị cho sinh viên các kỹ năng thực hành thí nghiệm.
Hiện nay, phịng thí nghiệm của khoa đã đƣợc trang bị một số thiết bị phục vụ
phân tích một số chỉ tiêu mơi trƣờng. Các thiết bị này cũng đã góp phần tích cực cho
việc thực hiện các bài thực hành của một số học phần nhƣ kỹ thuật môi trƣờng và quan
trắc mơi trƣờng.
Bảng 1. Các thiết bị phân tích mơi trƣờng của phịng thí nghiệm Khoa Khoa học
Mơi trƣờng và Trái đất
STT

Tên thiết bị

Xuất xứ

Năm bắt đầu
sử dụng

Tình trạng hoạt động

1

Cân phân tích điện
tử

Boeco Đức

2009

tốt

2

Máy định vị vệ tinh

Garmin - Đài loan

2009

Tốt

5

Máy đo bụi tổng số

Casella - USA

2009

Tốt

7

Máy đo độ ẩm

Hana - Italia

2009

Tốt

8

Máy đo độ đục

Lamotte USA

2009

Tốt

13

Máy so màu cầm tay
ĐT

Hana - Italia

2009

Tốt

15

Thiết bị đo nhiệt độ

Hana - Italia

2009

Tốt

Extech -USA

2009

Tốt

Wildlife USA

2009

Tốt

Trung Quốc

2009

Tốt

16
17

Thiết bị do tốc độ
gió

Thiết bị lấy mẫu
nƣớc

18

Kính lúp

19

Điều hồ nhiệt độ

LG 12000BTU

2011

Tốt

20

Máy lấy mẫu khí
hiện trƣờng Model
MP500N

Nhật

2011

Tốt

4

STT

Tên thiết bị

Xuất xứ

Năm bắt đầu
sử dụng

Tình trạng hoạt động

21

Máy quang phổ tử
ngoại khả kiến UVIS
Model U29000

Nhật

2011

Tốt

22

Bộ rây khô

Trung Quốc

2011

Tốt

Bảng 1 cho thấy một số thiết bị có thể sử dung tốt cho phân tích một vài chỉ tiêu
trong mơi trƣờng đất, môi trƣờng nƣớc và một vài chỉ tiêu mơi trƣờng khơng khí nhƣ
độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ gió. Tuy nhiên, từ khi thành lập đến nay, Khoa Khoa học
Mơi trƣờng và Trái đất chƣa có bất cứ mơ hình mơ phỏng trực quan phục vụ các bài
thí nghiệm cho các học phần của cơng nghệ mơi trƣờng. Do đó, các bài giảng chủ yếu
mới dừng lại ở mức trang bị cho sinh viên các kiến lý thuyết mà chƣa gắn với thực
hành thí nghiệm. Đó là một thiếu sót lớn trong q trình đào tạo đại học gây khó khăn
cho việc nâng cao chất lƣợng đào tạo chuyên ngành công nghệ môi trƣờng.
Trên thị trƣờng hiện nay, có rất nhiều các mơ hình mơ phỏng đã đƣợc bán sẵn
nhƣng thƣờng với giá rất cao (trung bình từ 50 - 100 triệu đồng). Với chi phí nhƣ vậy,
việc đầu tƣ mua những sản phẩm thƣơng mại này sẽ rất tốn kém. Ngoài ra, các sản
phẩm thƣơng mại thƣờng đƣợc thiết kế cho một mục đích cụ thể, ví dụ, lọc nƣớc cấp;
lọc nƣớc thải sinh hoạt. Do đó, các mơ hình này chỉ có tính mơ phỏng cho một bài
giảng cụ thể nên khả năng mở rộng ứng dụng không cao.
Trong điều kiện hiện nay, việc tự thiết kế mơ hình mơ phỏng trực quan trên cơ
sở nội dung bài giảng hiện có của Bộ mơn Cơng nghệ Mơi trƣờng có ý nghĩa vơ cùng
thiết thực. Đặc biệt, một mơ hình có thể thiết kế nhiều bài thực hành thí nghiệm khác
nhau sẽ tạo điều kiện cho giảng viên và sinh viên có nhiều sáng tạo trong học tập và
nghiên cứu khoa học. Mơ hình này sẽ là sản phẩm hiện vật phục vụ hoạt động giảng
dạy qua nhiều năm với nhiều thế hệ sinh viên của khoa.

5


II. CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.1. Cách tiếp cận
Sử dụng giàn phun mƣa để xử lý nƣớc ô nhiễm sắt kết hợp với bể lọc. Mơ hình
có thể thực hiện thí nghiệm xử lý nƣớc thải khi lắp ghép cột lọc hình trụ.
Mơ hình có thể thực hiện các bài thực hành độc lập (xử lý nƣớc thải bằng
phƣơng pháp lắng, lọc hoặc oxy hóa bằng giàn mƣa) và các bài phối hợp.
Minh họa một trong các thực hành (Xử lý nƣớc thải ôn nhiễm sắt) qua mơ hình
sau[2]:

Hình 1. Mơ hình xử lý nƣớc cấp bằng phƣơng pháp lọc
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập tài liệu:
Thu thập các tài liệu về nguyên lý hoạt động, cấu tạo của các hệ thống xử lý
nƣớc và nƣớc thải thông dụng hiện nay để lựa chọn và thiết kế mơ hình thí nghiệm phù
hợp với các bài thực hành phục vụ các học phần hƣớng công nghệ môi trƣờng nƣớc và
nƣớc thải.

6


- Phương pháp đánh giá, kiểm tra:
Vận hành hệ thống xử lý theo nội dung một số bài thực hành của học phần công
nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc cấp, kỹ thuật xử lý nƣớc thải và đánh giá hiệu
quả xử lý của mơ hình đối với chất rắn lơ lửng và sắt.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Mơ hình đƣợc thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm để xử lý nƣớc ơ nhiễm sắt
bằng phƣơng pháp oxy hóa hoặc làm thống bằng giàn mƣa; xử lý nƣớc ơ nhiễm sắt
bằng phƣơng pháp lọc và xử lý nƣớc bằng phƣơng pháp lắng.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Lựa chọn hệ thống xử lý nƣớc phù hợp với nội dung thí nghiệm thực hành
của sinh viên ngành Khoa học Môi trƣờng
Các học phần công nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc thải, kỹ thuật xử lý
nƣớc cấp đang đƣợc giảng dạy cho sinh viên ngành khoa học môi trƣờng đều cần các
hệ xử lý để thực hiện các bài thực hành. Các nội dung thực hành cần bổ trợ để mô
phỏng nội dung giảng dậy nhƣ xử lý nƣớc bằng cơng nghệ vật lý (lọc, lắng..), cơng
nghệ hóa lý (kết tủa, keo tụ, fenton, oxi hóa, hấp phụ…), các cơng nghệ sinh học (bể
lọc sinh học, bể sinh học kỵ khí, bể sinh học hiếu khí, bể sinh học kết hợp kỵ khí với
thiếu khí và hiếu khí (AAO)….), kỹ thuật xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính theo mẻ
(SBR) và nhiều nội dung thực hành khác.
Mơ hình hệ thống xử lý nƣớc và nƣớc thải bằng công nghệ sinh học:
Mơ hình bể phản ứng sinh học hiếu khí – aerotank là hơ hinhd hình khối chữ
nhật hoặc hình trịn, cũng có trƣờng hợp ngƣời ta chế tạo các bể Aerotan hình khối trụ.
Thơng dụng nhất hiện nay là các bể Aeroten hình khối chữ nhật. Nƣớc thải chảy qua
suốt chiều dài của bể và đƣợc sục khí, khuấy nhằm tăng cƣờng lƣợng khí oxy hịa tan
và tăng cƣờng q trình oxy hóa chất hữu cơ có trong nƣớc. Các vật liệu cần để xây
dựng bể là thép hoặc nhựa, bể lắng, máy thổi khí, bơm định lƣợng để bơm nƣớc thải,
bơm định lƣợng bơm tuần hoàn bùn hoạt tính, máy khuấy, thiết bị điều chỉnh pH tự
động.
Tƣơng tự mơ hình bề phản ứng sinh học kỵ khí (UASB) đƣợc thiết kế cho nƣớc
thải có nồng độ ơ nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Cấu tạo của bể
UASB thông thƣờng bao gồm: hệ thống phân phối nƣớc đáy bể, tầng xử lý và hệ thống
tách pha. Để thiết kế mơ hình này cũng cần phải có bể phản ứng vững chắc, bể lắng,
bơm phân phối nƣớc thải, máy khuấy, bơm tuần hoàn bùn, thiết bị điểu chỉnh pH tự
động.
Nói chung, các mơ hình hệ thống sinh học xử lý nƣớc và nƣớc thải cần nhiều
thiết bị đắt tiền nhƣ máy khuấy, máy điều chỉnh pH tự động, bơm định lƣợng, nhiều bể
7

xử lý nhƣ bể phản ứng, bể lắng. Các mô hình này chỉ thích hợp cho xử lý nƣớc thải với
thời gian vận hành lớn và chỉ mô phỏng đƣợc một bài giảng cụ thể về công nghệ sinh
học trong xử lý nƣớc và nƣớc thải.
Mơ hình xử lý nƣớc và nƣớc thải bằng vật lý và hóa lý:
Mơ hình xử lý nƣớc và nƣớc thải bằng biện pháp vật lý và hóa lý nhƣ lắng, keo
tụ, oxy hóa bằng oxy khơng khí, lọc bằng cát, hấp phụ bằng than hoạt tính, fenton…
Đây là các cơng nghệ xử lý đƣợc giảng dạy trong các học phần công nghệ môi trƣờng,
kỹ thuật xử lý nƣớc cấp, kỹ thuật xử lý nƣớc thải. Ƣu điểm của các cơng nghệ vật lý và
hóa lý là thời gian xử lý nhanh, phản ứng xảy ra nhanh nên tiêu tốn ít diện tích và
khơng cần hệ thống xử lý lớn.
Nhƣ vậy, nếu thiết kế mô hình xử lý sinh học thì cần chi phí lớn vì phải trang bị
nhiều thiết bị đắt tiền nhƣng mỗi mơ hình cũng chỉ mơ phỏng đƣợc một bài học cụ thể
bằng các biện pháp sinh học trong xử lý nƣớc thải. Mơ hình này khơng linh động để
chuyển đổi sang các bài thực hành thí nghiệm bằng các biện pháp khác. Trong khí đó
một mơ hình xử lý nƣớc và nƣớc thải bằng biện pháp vật lý và hóa học có chi phí thấp
và thuận tiện để thay đổi thực hiện nhiều bài thực hành thí nghiệm mơ phỏng các nội
dung học tập của học phần công nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc cấp, kỹ thuật xử
lý nƣớc thải. Việc thiết kế và xây dựng mơ hình xử lý bằng công nghệ này cũng đơn
giản hơn mô hình sinh học. Trên hệ thống xử lý này có thể sử dụng đƣợc nhiều biện
pháp để xử lý nƣớc và nƣớc thải nhƣ có thể mơ phỏng và thực hiện thí nghiệm cho các
bài giảng về lọc, hấp phụ, lắng, fenton… thậm chí cũng có thể linh động cho nội dung
thực hành bằng biện pháp sinh học (kỹ thuật xử lý nƣớc thải bằng bể bùn hoạt tính
theo mẻ - SBR).
Vì những lý do trên, trong đề tài này, mơ hình xử lý nƣớc và nƣớc thải bằng vật
lý và hóa lý đƣợc lựa chọn để thiết kế phục vụ nhiều bài thực hành thí nghiệm cho các
học phần công nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc thải và kỹ thuật xử lý nƣớc cấp.
3.2. Thiết kế mô hình mơ phỏng hệ thống xử lý nƣớc phù hợp với nội dung thí
nghiệm thực hành của sinh viên ngành Khoa học Mơi trƣờng
Mơ hình hệ thống xử lý nƣớc và nƣớc thải bằng biện pháp vật lý và hóa lý đƣợc
thiết kế và xây dựng cho các bài thực hành của sinh viên ngành Khoa học Môi trƣờng,

Quản lý Tài ngun và Mơi trƣờng. Các bài thí nghiệm có thể đƣợc thiết kế để thực
hành thí nghiệm bằng mơ hình này gồm: kỹ thuật xử lý nƣớc thải bằng biện pháp lắng
(mô phỏng nội dung học phần kỹ thuật xử lý nƣớc cấp, công nghệ môi trƣờng và kỹ
thuật xử lý nƣớc thải); kỹ thuật oxy hóa sắt và asen bằng giàn phun mƣa để xử lý nƣớc
cấp; kỹ thuật lọc và hấp phụ để xử lý chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, vô cơ trong
nƣớc và nƣớc thải. Mơ hình này cũng có thể đƣợc sử dụng để thiết kế các bài thực
hành hấp phụ màu trong nƣớc thải bằng các vật liệu hấp phụ khác nhau nhƣ than hoạt
8


tính, hạt cilicagel, than các bon hóa. Có thể mở rộng ứng dụng hệ thống này cho thiết
kế các bài thực hành khác nhƣ phản ứng fenton, phản ứng ozon, phản ứng SBR…
trong xử lý nƣớc và nƣớc thải.
a. Cấu tạo hệ thống xử lý
3
4

2

1

5

Hình 2. Sơ đồ hệ thống giàn phun mƣa oxy hóa sắt và asen trong nƣớc
(1. Bình chứa nƣớc chƣa xử lý, 2. Bơm định lƣợng, 3. Ống giàn mƣa, 4. Giàn mƣa, 5. Bình chứa nƣớc sau
xử lý)

3

2

4

1

Hình 3. Sơ đồ hệ thống lọc kết hợp cát và than hoạt tính
(1. Bình chứa nƣớc chƣa xử lý, 2. Bơm định lƣợng, 3. Cột lọc hình trụ, 4. Bình chứa nƣớc sau xử lý)

Sơ đồ cấu tạo của mơ hình hệ thống xử lý nƣớc và nƣớc thải đƣợc thể hiện ở
hình 2 và hình 3. Hệ thống gồm các bộ phận chính sau:
(1). 01 cột lọc
(2). 01 bơm định lƣợng
9


(3). 01 ống giàn mƣa
(4). 02 bình chứa nƣớc trƣớc và sau xử lý
(5). 01 giá đỡ cột lọc
Thiết kế các bộ phận cụ thể của mơ hình:
- Giá đỡ cột lọc:
Lựa chọn vật liệu: vật liệu đƣợc sử dụng để thiết kế và xây dựng giá đỡ là Inox
có độ bền cao, khơng bị oxi hóa nên có thể sử dụng trong một thời gian dài.
Giá đỡ có tác dụng giữ và cố định cột lọc, đồng thời trên giá có gắn giàn phun
mƣa để thực hành thí nghiệm oxy hóa sắt trong xử lý nƣớc bằng biện pháp làm thống.
Kích thƣớc giá đỡ nhƣ sau: chiều cao 50 cm, chiều rộng 50 cm và chiều ngang 40 cm.
Trên giá đỡ có các thanh nganh và thanh dọc ở giữa và ở mặt trên để giữ cột lọc thẳng
đứng ở giữa giá và có đai để có thể dễ dàng tháo lắp trong quá trình chuẩn bị cột lọc và
vệ sinh cột lọc sau thí nghiệm (hình 4).
- Cột lọc:
Cột lọc là bộ phận chính của mơ hình nên độ bền và khả năng linh động có vai

trị vơ cùng quan trọng.
Lựa chọn vật liệu: vật liệu đƣợc lựa chọn để thiết kế cột là loại nhựa trắng và trong
suốt để có thể quan sát thấy các lớp vật liệu lọc phía trong giúp giáo viên dễ dàng mơ phỏng
thí nghiệm và sinh viên dễ hiểu bài hơn. Cột lọc trong suốt giúp giáo viên và sinh viên có
thể quan sát thấy sự di chuyển của lớp chất lỏng bên trong hệ lọc cũng nhƣ dễ dàng quan sát
quá trình lắng cặn trong thí nghiệm mơ phỏng phƣơng pháp lắng.
Hệ thống có 01 cột lọc bằng nhựa trắng trong có thể dễ dàng quan sát vật liệu lọc
bên trong cũng nhƣ quá trình lọc nƣớc và nƣớc thải. Cột lọc hình trụ, chiều cao 100
cm, đƣờng kính trong 5,4 cm, bề dày thành cột 0,3 cm, thể tích cột lọc 2,289 lít. Trên
thành cột gắn 2 van ở phía trên có thể dùng để xả nƣớc chống tràn hoặc lấy mẫu nƣớc
(lọc ngƣợc) ở các mức nƣớc khác nhau, 1 van ở phía dƣới để thải nƣớc đầu ra sau lọc
(lọc xuôi) hoặc dẫn nƣớc đầu vào (lọc ngƣợc). Ở đáy cột có gắn van để xả hết nƣớc ở
trong cột ra. Trên đỉnh cột gắn van có thể nối với bơm định lƣợng (hình 5).
Đặc biệt, đáy cột gắn cút nối có thể dễ dàng tháo lắp để vệ sinh cũng nhƣ thay
đổi chế độ thí nghiệm. Trong mơ hình đƣợc thiết kế 2 cút nối đáy. Một cút đƣợc thiết
kế với van xả ở đáy để thực hiện các bài thí nghiệm lọc nƣớc và nƣớc thải. Một cút
đƣợc thiết kế với van một chiều để có thể mở rộng thí nghiệm. Cút này có thể kết nối
với máy thổi khí thực hiện các bài thực hành cần cấp khí hay cần nƣớc và nƣớc thải
trong cột đảo trộn nhƣ phản ứng fenton hay thực hiện các thí nghiệm xử lý nƣớc thải
bằng kỹ thuật bùn hoạt tính theo mẻ (SBR).
- Bơm định lượng:
Hệ thí nghiệm sử dụng 01 bơm định lƣợng HANNA BL 15-2 (hình 6).
10


Model: BL 15-2
Lƣu lƣợng (lít/h): 15,2
Cột áp (bar): 1
Điện năng tiêu thụ max (W): 200
Trọng lƣợng (kg): 3

Kích thƣớc 194 x 165 x 121 mm
Nguồn cung cấp: 220VAC
Vỏ bọc sợi gia cố polypropylene
Vật liệu đầu bơm PVDF, màng ngăn trong PTFE,
Hãng sản xuất: Hanna - Ý
Xuất xứ: Rumania
- Giàn phun mưa:
Hệ thí nghiệm có 01 giàn mƣa bằng ống nhựa PVC có đƣờng kính 2,1 cm. Trên
ống có khoan lỗ kính thƣớc 2mm làm giàn mƣa. Các lỗ cách nhau 1cm. (hình 7)
- Bình chứa nước và nước thải:
Hệ thí nghiện chứa 02 xơ nhựa có thể tích 160 lít và 120 lít để chứa nƣớc hoặc
nuowcsc thải trƣớc xử lý và nƣớc sau xử lý (hình 8).

11


Hình 4. Giá đỡ cột lọc thí nghiệm

Cột chƣa nhồi vật liệu lọc

Cột đã nhồi vật liệu lọc

Hinh 5. Cột lọc thí nghiệm

Hình 6. Bơm định lƣợng
Hình 7. Giàn mƣa
Hình 8. Bình nhựa chứa
nƣớc

12

Cút đáy cột gắn van 1 chiều có thể kết nối với máy sục khí

Cút đáy cột lọc có thể tháo ra và lắp vào dễ dàng

Đáy cột lọc có thể dễ dàng tháo lắp và chuyển đổi mục đính
thí nghiệm

Đỉnh cột lọc có thể tháo lắp dễ dàng và có đầu kết nối với
máy bơm

Hình 9. Một số bộ phận khác của mơ hình thí nghiệm

Oxi hóa sắt (II) bằng giàn mƣa

Lọc xử lý nƣớc nhiễm sắt

Thử nghiệm lọc khử màu nƣớc thải

Thí nghiệm mơ phỏng q
trình lắng

Nƣớc sau quá trình lắng

Màu nƣớc thải sau và trƣớc lọc

Hình 10. Một số hình ảnh thử nghiệm thí nghiệm trên mơ hìh thiết kế

13

b. Quy trình vận hành hệ thiết bị
Mơ hình thí nghiệm có thể hoạt động kết hợp oxy hóa sắt (II) thành sắt 3 bằng
giàn mƣa với lọc để loại bỏ sắt (III) bằng cát và hấp phụ sắt bằng than hoạt tính. Các
bài thí nghiệm lọc cũng có thể thực hiện độc lập để xử lý các loại nƣớc thải chứa nhiều
chất rắn lơ lửng, kim loại cũng nhƣ chất hữu cơ. Cột lọc cũng có thể thay đổi vật liệu
lọc hoặc vật liệu hấp phụ để thực hiện các thí nghiệm theo các nội dung khác. Thí
nghiệm mơ tả quá trình lắng đƣợc thực hiện khi bỏ lớp vật liệu lọc khỏi cột lọc.
Ngoài ra, hệ thiết bị này có thể thay thế cút đáy lọc bằng cút đáy có van một
chiều nối với máy thổi khí để thực hiện các thí nghiệm cần cấp khí cho phản ứng nhƣ
thí nghiệm xử lý sinh học (bùn hoạt tính theo mẻ - SBR) và phản ứng fenton.
Dƣới đây, một số quy trình vận hành giàn mƣa, lọc và lắng đƣợc mô tả để minh
họa cho các bài thực hành xử lý nƣớc và nƣớc thải bằng mơ hình này.
- Quy trình vận hành giàn phun mưa xử lý sắt trong nước:
(1). Nƣớc chứa sắt (II) đƣợc chứa ở bình nhựa 160 lít.
(2). Nối đầu hút bơm định lƣợng với bình nƣớc chứa sắt (II) chƣa xử lý, đầu ra
nối với bình trống.
(3). Bật bơm định lƣợng và điều chỉnh vận tốc bơm để có thể tạo thành giàn mƣa.
Mức trung bình nên để 40 – 50% lƣu lƣợng bơm.
(4). Quan sát quá trình hoạt động của giàn mƣa để thấy sắt (III) kết tủa.
(5). Lấy mẫu nƣớc chứa sắt (II) và nƣớc sau giàn mƣa để phân tích kết quả và
đánh giá hiệu suất xử lý.
- Quy trình vận hành hệ thống lắng:
(1). Bơm thể tích nƣớc cần lắng (chú ý thể tích nƣớc bơm vào phải nhỏ hơn thể
tích của cột) vào cột khơng chứa vật liệu lọc.
(2). Quan sát quá trình lắng để thấy cặn ở đáy phân tầng và chờ một thời gian để
chất rắn trong nƣớc lắng hết (chú ý thời gian lắng có thể lên đến 24 giờ tùy từng loại
nƣớc hay nƣớc thải).
(3). Khi quan sát thấy q trình lắng hồn thành thì quan sát và lấy mẫu phân tích

chất rắn lơ lửng hoặc đo độ đục và đánh giá kết quả.
- Quy trình vận hành hệ thống lọc theo nguyên lý lọc xuôi:
(1). Nhồi vật liệu lọc vào cột lọc: nhồi sỏi nhỏ sạch vào đáy cột lọc với chiều cao
10 cm; tiếp theo nhồi cát thô sạch với chiều cao 10 cm; tiếp đến nhồi than hoạt tính (20
cm); cuối cùng nhồi cát mịn sạch (20 cm).
(2). Nối đầu hút bơm định lƣợng với bình chứa nƣớc hay nƣớc thải chƣa xử lý,
đầu ra nối với đầu trên của cột lọc.

14


(3). Bật bơm định lƣợng và điều chỉnh vận tốc bơm để có thể khơng tràn nƣớc
trong cột lọc, tức là không để vận tốc bơm lớn hơn vận tốc lọc. Mức trung bình nên để
15 – 40% lƣu lƣợng bơm.
(4). Quan sát quá trình hoạt động của hệ lọc.
(5). Lấy mẫu nƣớc hay nƣớc thải trƣớc và sau lọc để phân tích kết quả và đánh
giá hiệu suất xử lý.
3.3. Đánh giá hiệu quả hoạt động mơ hình mơ phỏng hệ thống xử lý nƣớc
Kết quả hoạt động của mơ hình có thể đƣợc đánh giá thơng qua việc đáp ứng
đƣợc việc mô phỏng các bài thực hành liên quan đến các nội dung học phần công nghệ
môi trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc cấp và kỹ thuật xử lý nƣớc thải. Các bài thực hành
đƣợc thiết kế phù hợp với mơ hình và phù hợp với nội dung học tập của sinh viên
ngành Khoa học Môi trƣờng và ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng.
Trong đề tài này, hai bài thực hành thí nghiệm đã đƣợc thực hiện để đánh giá hoạt
động của mơ hình. Đó là bài thực hành về kết hợp giàn mƣa và lọc để xử lý nƣớc ô nhiễm
sắt và bài thực hành mơ phỏng q trình lắng nƣớc chứa nhiều chất rắn lơ lửng.
*. Kết quả đánh giá hiệu suất xử lý sắt bằng giàn mƣa và lọc đã đƣợc thực hiện
với nƣớc có pha sắt với nồng độ sắt (II) khoảng 15 mg/l, sắt tổng khoảng 20 mg/l.
Cột lọc chứa vật liệu gồm lớp sỏi, cát thơ, than hoạt tính và trên cùng là cát mịn
có đƣờng kính ≤ 2mm. Quy trình xử lý theo đúng quy trình thí nghiệm đã mô tả ở trên.

Kết quả sau xử lý bằng giàn mƣa và lọc thu đƣợc nhƣ sau:
Bảng 2. Kết quả xử lý nƣớc nhiễm sắt bằng giàn mƣa và lọc
Mẫu
Sắt tổng (mg/l)
Fe2+ (mg/l)
Nƣớc thải ban đầu

19,938

15,681

Nƣớc thải sau làm thoáng

10,699

11,016

Nƣớc thải sau xử lý (lọc)

0,186

0,107

Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc
sạch 09/2005/QĐ-BYT

0,5

Kết quả sau xử lý nƣớc nhiễm sắt cho thấy, sau giàn mƣa làm thống thì một
phần sắt (II) đã bị oxi hóa và chuyển thành sắt (III) kết tủa và lắng xuống. Hiệu suất xử

lý sắt (II) đạt 29% và loại bỏ đƣợc 50% sắt tổng. Hiệu suất xử lý đạt rất cao sau quá
trình lọc bằng lớp vật liệu cát và than hoạt tính. Hàm lƣợng sắt tổng và sắt (II) đã giảm
gần nhƣ triệt để và thấp hơn tiêu chuẩn cho phép. Sau lọc, hiệu suất xử lý sắt tổng và
sắt (II) so với sau làm thoáng bằng giàn mƣa đạt tƣơng ứng là 98% và 99%. Hiệu suất
xử lý cao nhƣ vậy là do sắt (III) sau kết tủa bằng làm thoáng đã đƣợc lớp cát giữ lại và

15


lƣợng sắt (II) cùng với sắt (III) còn lại bị than hoạt tính hấp phụ nên sau khi qua lớp
than hoạt tính thì sắt đã đƣợc loại bỏ.
Bảng 3. Kết quả phân tích độ đục sau xử lý nƣớc nhiễm sắt bằng lọc
Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc
sạch 09/2005/QĐ-BYT

Trƣớc lọc (NTU)

Sau lọc (NTU)

42,1

16,4

(NTU)
5

Tƣơng tự hiệu suất xử lý sắt, độ đục trong nƣớc do sắt (III) và các chất rắn lơ
lửng trong nƣớc gây ra cũng đƣợc loại bỏ đáng kể sau khi lọc bằng cát và than hoạt
tính. Hiệu suất xử lý độ đục đạt 61%.
*. Bài thí nghiệm mơ phỏng quá trình lắng cũng đƣợc thực hiện để đánh giá

hoạt động của mơ hình. Kết quả cho thấy, q trình lắng trên cột thí nghiệm này rất dễ
dàng quan sát do cột màu trắng và trong suốt nên quá trình lắng các chất rắn đƣợc
quan sát dễ dàng và nhìn rõ cặn lắng, sự phân lớp theo kính thƣớc của hạt rắn.
Nhƣ vậy, có thể thấy mơ hình thiết bị thí nghiệm đƣợc thiết kế có khả năng xử
lý tốt sắt trong nƣớc. Mơ hình mơ phỏng hệ thống xử lý nƣớc và nƣớc thải nhƣ vậy là
phù hợp với thực hành thí nghiệm các học phần hƣớng cơng nghệ môi tƣờng và nghiên
cứu khoa học.
IV. THIẾT KẾ CÁC BÀI THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
Các bài thí nghiệm đƣợc thiết kế dƣới đây đều có thể thực hiện đƣợc trên mơ
hình hệ thống xử lý nƣớc và nƣớc thải đã đƣợc thiết kế và xây dựng trong đề tài này.
Nội dung các bài thực hành đều phù hợp với nội dung giảng dạy các học phần công
nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc cấp hoặc kỹ thuật xử lý nƣớc thải.
BÀI THỰC HÀNH SỐ 1.
XỬ LÝ NƢỚC Ô NHIỄM SẮT BẰNG GIÀN MƢA KẾT HỢP LỌC CÁT VÀ
THAN HOẠT TÍNH
I/ Mục tiêu
-Nghiên cứu khả năng khử sắt trong nƣớc cấp sau khi làm thoáng.
-Nghiên cứu khả năng khử sắt bằng biện pháp lọc và hấp phụ.
II/ Cơ sở lý thuyết
Trong nƣớc tự nhiên, kể cả nƣớc mặt lẫn nƣớc ngầm đều có chứa sắt. Hàm
lƣợng sắt và dạng tồn tại của chúng tùy thuộc vào từng loại nguồn nƣớc, điều kiện môi
16


trƣờng và nguồn gốc tạo thành. Trong nƣớc mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp chất sắt Fe3+
thông thƣờng 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 lƣợng sắt có trong nƣớc mặt khơng lớn và sẽ đƣợc
khử trong quá trình làm trong nƣớc bằng giàn mƣa. Trong nƣớcngầm sắt tồn tại dạng
ion, sắt có hóa trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hoà tan nhƣ: bicacbonat
Fe(HCO3)2, sunfat FeSO4. Hàm lƣợng sắt trong nƣớc ngầm thƣờng cao và phân bố

không đồng đều trong các trầm tích dƣới sâu.
Nƣớc có hàm lƣợng sắt cao thì có mùi tanh và có nhiều cặn bẩn màu vàng, gây
ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng nƣớc ăn uống và cho sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy khi
trong nƣớc có hàm lƣợng sắt lớn hơn giới hạn cho phép thì phải tiến hành khử sắt.
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp khử sắt ở nƣớc ngầm, có thể chia thành các
nhóm chính sau:
-Khử sắt bằng phƣơng pháp làm thống (giàn mƣa).
-Khử sắt bằng phƣơng pháp dung hoá chất.
- Khử sắt bằng phƣơng pháp khác.
Thực chất của phƣơng pháp khử sắt bằng phƣơng pháp làm thoáng là làm giàu
oxi cho nƣớc tạo điều kiện để oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ thực hiện q trình thuỷ phân tạo
thành hợp chất ít tan Fe(OH)3, rồi dùng bể lọc giữ lại. Làm thống có thể là: làm
thoáng tự nhiên hay làm thoáng nhân tạo. Sau khi làm thống, q trình oxi hố Fe2+
và thủy phân Fe3+ có thể xảy ra trong mơi trƣờng tự do.
Trong nƣớc ngầm, sắt (II) bicacbonat là muối không bền vững, thƣờng phân ly
theo dạng sau: Fe(HCO3)2 = 2HCO3- + Fe2+
Nếu trong nƣớc có oxi hồ tan, q trình oxi hóa diễn ra nhƣ sau :
4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+
Đồng thời xảy ra phản ứng phụ: H+ + HCO3 - = H2O + CO2
Khi toàn bộ các ion Fe2+ hồ tan trong nƣớc đã chuyển hóa thành bông cặn
Fe(OH)3. Việc loại bỏ các bông cặn ra khỏi nƣớc đuợc thực hiện ở bể lọc chủ yếu theo
cơ chế giữ cặn cơ học.
III/ Hóa chất và dụng cụ
1. Hóa chất
- (NH4)2Fe(SO4)2
- o-Phenanthrolin: Hịa tan 0,28g o- Phenanthroline trong nƣớc cất thành 100 ml
17


- Hidroxilamin 10%: Hòa tan 10 g hidroxilamin trong nƣớc cất thành 100ml

- HCl: Dung dịch loãng (1:9)
- CH3COONa 1M: hòa tan 68g CH3COONa.3H2O trong 500ml nƣớc, thêm
25ml CH3COOH 6M sau đó thêm nƣớc cất đến 1 lít.
- Pha nƣớc nhiễm sắt nồng độ 10 mg/l: Cân 0,277 g (NH4)2Fe(SO4)2 pha thành 4lít
- Lập đƣờng chuẩn để xác định sắt
TT

1

2

3

4

5

6

DD sắt chuẩn (ml)

0

5

10

15

20

25

Nƣớc cất (ml)

25

20

15

10

5

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 dd ở bƣớc sóng 510 nm

2. Dụng cụ

- Bình định mức 25ml, 50ml
- Pipet 1ml. 5ml. 10ml

- Giấy lọc
- Cốc thủy tinh
- Máy so mầu
- Cân phân tích
IV/ Trình tự thí nghiệm
Bƣớc 1: Pha nƣớc cất nhiễm sắt nồng độ 10 mg/l: Cân 0,277 g
(NH4)2Fe(SO4)2 pha thành 4l
Bƣớc 2: Lập đƣờng chuẩn để xác định sắt
TT

1

2

3

4

5

6

Dung dich sắt chuẩn (ml)

0

5

10

15

20

25

Nƣớc cất (ml)

25

20

15

10

5

0

Dung dich đệm axetat

5 ml mỗi ống

Dung dich

2 ml mỗi ống, lắc đều, đợi 10 phút

Phenanthroline
Đo độ hấp thu A của dd ở bƣớc sóng 510 nm

Bƣớc 3: Chạy mơ hình thí nghiệm
18


- Quy trình vận hành giàn phun mưa xử lý sắt trong nước:
(1). Lấy 4 lít nƣớc cất và cân sắt (II) từ Fe(SO4) để đạt nồng độ 10 mg/l vào bình chứa.
(2). Nối đầu hút bơm định lƣợng với bình nƣớc chứa sắt (II) chƣa xử lý, đầu ra
nối với bình trống.
(3). Bật bơm định lƣợng và điều chỉnh vận tốc bơm để có thể tạo thành giàn mƣa.
Mức trung bình 40 – 50% lƣu lƣợng bơm.
(4). Quan sát quá trình hoạt động của giàn mƣa để thấy sắt (III) kết tủa.
(5). Lấy mẫu nƣớc chứa sắt (II) và nƣớc sau giàn mƣa để phân tích kết quả và
đánh giá hiệu suất xử lý.
- Quy trình vận hành hệ thống lọc theo nguyên lý lọc xuôi:
(1). Nhồi vật liệu lọc vào cột lọc: nhồi sỏi nhỏ sạch vào đáy cột lọc với chiều cao
10 cm; tiếp theo nhồi cát thô sạch với chiều cao 10 cm; tiếp đến nhồi than hoạt tính (20
cm); cuối cùng nhồi cát mịn sạch (20 cm).
(2). Nối đầu hút bơm định lƣợng với bình chứa nƣớc sau xử lý bằng giàn mƣa,
đầu ra nối với đầu trên của cột lọc.
(3). Bật bơm định lƣợng và điều chỉnh vận tốc bơm để có thể khơng tràn nƣớc
trong cột lọc, tức là không để vận tốc bơm lớn hơn vận tốc lọc. Mức trung bình nên để
15 – 30% lƣu lƣợng bơm.
(4). Quan sát quá trình hoạt động của hệ lọc.
(5). Lấy mẫu nƣớc trƣớc và sau lọc để phân tích kết quả và đánh giá hiệu suất xử
lý.
Bƣớc 4. Phân tích
a. Sắt tổng
- Lấy 50 ml mẫu cho vào bình kín + 1 ml NH2OH.HCl
- Thêm 5 ml dd đệm + 2 ml Phenanthroline
- Đậy nút, lắc, đợi 10 phút

- Đo độ hấp thu A tại bước sóng 510 nm
- Mẫu trắng: làm tương tự nhưng thay mẫu bằng nước cất
b. Sắt II
- Lấy 50 ml mẫu cho vào bình kín
- Thêm 5 ml dd đệm + 2 ml Phenanthroline
- Đậy nút, lắc, đợi 10 phút
- Đo độ hấp thu A tại bƣớc sóng 510 nm
- Mẫu trắng: làm tương tự nhưng thay mẫu bằng nước cất
V/ Kết quả và đánh giá
19


Ghi lại và so sánh các kết quả hành phân tích sắt tổng và sắt II trong mẫu trƣớc
và sau khi chạy mơ hình. Từ đó rút đƣợc ra kết luận:
-Khả năng khử sắt trong nƣớc cấp sau khi làm thoáng
-Khả năng khử sắt sau khi lọc
BÀI THỰC HÀNH SỐ 2.
XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG
I/ Mục tiêu
Sinh viên nắm đƣợc phƣơng pháp xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp lắng
II/ Cơ sở lý thuyết
Những hạt lơ lửng (huyền phù) là những hạt có kích thƣớc lớn hơn 10-4 mm.
Những chất lƣo lửng trong nƣớc thải gồm những hạt hoặc tập hợp các hạt có kích
thƣớc khác nhau về hình dạng, kích thƣớc, trọng lƣợng riêng và cấu tạo. Tính chất cơ
bản của các chất dạng huyền phù là khơng có khả năng giữ ngun trạng thái ở dạng lơ
lửng.
Thời gian tồn tại của chúng tùy thuộc vào kích thƣớc hạt. Các hạt lớn sẽ lắng
xuống hoặc nổi lên mặt nƣớc dƣới tác dụng của trọng lực
Các bể lắng thì đƣợc dung để xử lý sơ bộ nƣớc thải (xử lý bậc 1) trƣớc khi xử lý
sinh học hoặc nhƣ một cơng trình xử lý độc lập nếu chỉ cần tách các loại cạn lắng khỏi

nƣớc thải trƣớc khi xả ra nguồn nƣớc mặt
III/ Nƣớc thải, dụng cụ
1. Nƣớc thải
Nƣớc thải có hàm lƣợng các chất lơ lửng cao.
2. Dụng cụ
Máy đo độ đục
IV/ Trình tự thí nghiệm
(1). Bơm 1,5 lít nƣớc có chứa hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cao vào cột nhựa trắng
trong có thể tích 2 lít
(2). Quan sát q trình lắng để thấy cặn ở đáy phân tầng và chờ một thời gian để
chất rắn trong nƣớc lắng hết (chú ý thời gian lắng có thể lên đến 24 giờ tùy từng loại
nƣớc hay nƣớc thải).
(3). Sau khi quan sát thấy lắng hết thì lấy quan sát và lấy mẫu phân tích chất rắn
lơ lửng hoặc đo độ đục và đánh giá kết quả.
20


V/ Kết quả và đánh giá
Quan sát khả năng lắng của các hạt huyền phù trong nƣớc thải theo thời gian.
Từ đó rút đƣợc ra kết luận: Khả năng xử lý nƣớc bằng phƣơng pháp lắng
BÀI THỰC HÀNH SỐ 3.
XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP LỌC
1. Mục tiêu
Sinh viên nắm đƣợc phƣơng pháp xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp lọc
2. Cơ sở lý thuyết
Lọc là quá trình tách các lơ lửng, hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc pha khí bằng
cách cho dịng khí hoặc lỏng có chứa các lơ lửng, hạt rắn đi qua lớp vật ngăn xốp (vật
liệu lọc). Các hạt rắn sẽ bị giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu lọc cịn khí hoặc chất lỏng sẽ
đi qua.
3. Nƣớc thải, dụng cụ

- Nƣớc thải: nƣớc ao, nƣớc thải sinh hoạt
- Dụng cụ: Máy đo độ đục
4. Tiến hành
(1). Nhồi vật liệu lọc vào cột lọc: nhồi sỏi nhỏ sạch vào đáy cột lọc với chiều cao
10 cm; tiếp theo nhồi cát thô sạch với chiều cao 10 cm; tiếp đến nhồi than hoạt tính (20
cm); cuối cùng nhồi cát mịn sạch (20 cm).
(2). Nối đầu hút bơm định lƣợng với bình chứa nƣớc thải, đầu ra nối với đầu trên
của cột lọc.
(3). Bật bơm định lƣợng và điều chỉnh vận tốc bơm để có thể không tràn nƣớc
trong cột lọc, tức là không để vận tốc bơm lớn hơn vận tốc lọc. Mức trung bình nên để
15 – 30% lƣu lƣợng bơm.
(4). Quan sát quá trình hoạt động của hệ lọc.
(5). Lấy mẫu nƣớc trƣớc và sau lọc để phân tích kết quả và đánh giá hiệu suất xử
lý.
- Bơm nƣớc thải vào cột lọc
5. Kết quả và đánh giá
Đo độ đục của nƣớc thải trƣớc và sau khi đi qua cột lọc. Từ đó rút đƣợc ra kết
luận: Khả năng xử lý nƣớc bằng phƣơng pháp lắng

21


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
1. Mơ hình mơ phỏng thí nghiệm xử lý đã đƣợc thiết kế là phù hợp để thực hiện
nhiều bài thực hành xử lý nƣớc hay nƣớc thải vật lý và hóa lý .
2. Mơ hình thí nghiệm này phù hợp để giảng dạy phần thực hành cho các học
phần công nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý nƣớc cấp, kỹ thuật xử lý nƣớc thải của
Khoa Khoa học Môi trƣờng và Trái đất.
3. Kết quả thử nghiệm thí nghiệm xử lý sắt trong nƣớc bằng mơ hình này đã đạt

đƣợc hiệu suất xử lý sắt tổng và sắt (II) tƣơng ứng là 98% và 99%, hiệu suất xử lý độ
đục đạt 61%. Mơ hình cũng giúp mơ phỏng q trình lắng tốt, dễ quan sát q trình.
4. Từ mơ hình này, ba bài thí nghiệm mô phỏng nội dung các học phần trên đã
đƣợc xây dựng là xử lý nƣớc cấp nhiễm sắt bằng giàn mƣa kết hợp lọc, xử lý nƣớc thải
chứa hàm lƣợng cao các chất rắn lơ lửng bằng biện pháp lắng và hấp phụ nƣớc thải ô
nhiễm phẩm nhuộn bằng than hoạt tính.
Kiến nghị:
1. Mơ hình này và các bài thực hành nên đƣợc sử dụng để phục vụ thực hành thí
nghiệm trong q trình giảng dạy các học phần công nghệ môi trƣờng, kỹ thuật xử lý
nƣớc cấp, kỹ thuật xử lý nƣớc thải.
2. Các bài thực hành thí nghiệm hóa lý, sinh học khác nên đƣợc thiết kế để thực
hiện trên mơ hình mơ phỏng này.
3. Cần xây dựng thêm các mơ hình mơ phỏng thí nghiệm khác để phục vụ việc
thực hành thí nghiệm cho các học phần hƣớng công nghệ môi trƣờng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Quang Lạc, Nguyễn Thanh Nguyên (2011). Một số biện pháp b i dưỡng
n ng lực giảng dạy thực nghiệm cho sinh viên trong q trình đào tạo giáo viên
vật lí. Tạp chí Đại học Sài Gịn, Quyển số 5, trang 21 - 28.
2. Trịnh Thị Thanh (chủ biên) (2000). Công nghệ Môi trường, NXB Đại học Quốc gia
Hà Nội.
3. Đinh Văn Hƣơng (2014). Sự gắn kết giữa lý thuyết và thực hành trong chƣơng trình
đào tạo đại học hiện nay.
/>
22


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...............................................................................3
II. CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU .6

2.1. Cách tiếp cận ................................................................................................................... 6
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................. 6
2.3. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................................... 7

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................................................7
3.1. Lựa chọn hệ thống xử lý nƣớc phù hợp với nội dung thí nghiệm thực hành của sinh
viên ngành Khoa học Môi trƣờng ........................................................................................... 7
3.2. Thiết kế mơ hình mơ phỏng hệ thống xử lý nƣớc phù hợp với nội dung thí nghiệm thực
hành của sinh viên ngành Khoa học Môi trƣờng .................................................................... 8
3.3. Đánh giá hiệu quả hoạt động mơ hình mơ phỏng hệ thống xử lý nƣớc ........................ 15

IV. THIẾT KẾ CÁC BÀI THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM ............................................16
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................22
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................22

23


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Các thiết bị phân tích mơi trƣờng của phịng thí nghiệm Khoa Khoa học Mơi
trƣờng và Trái đất ............................................................................................................4
Bảng 2. Kết quả xử lý nƣớc nhiễm sắt bằng giàn mƣa và lọc .......................................15
Bảng 3. Kết quả phân tích độ đục sau xử lý nƣớc nhiễm sắt bằng lọc ..........................16
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Mơ hình xử lý nƣớc cấp bằng phƣơng pháp lọc .................................................6
Hình 2. Sơ đồ hệ thống giàn phun mƣa oxy hóa sắt và asen trong nƣớc ........................9
Hình 3. Sơ đồ hệ thống lọc kết hợp cát và than hoạt tính ...............................................9
Hình 4. Giá đỡ cột lọc thí nghiệm .................................................................................12
Hinh 5. Cột lọc thí nghiệm ............................................................................................12
Hình 6. Bơm định lƣợng ................................................................................................12

Hình 7. Giàn mƣa ..........................................................................................................12
Hình 8. Bình nhựa chứa nƣớc ........................................................................................12
Hình 9. Một số bộ phận khác của mơ hình thí nghiệm .................................................13
Hình 10. Một số hình ảnh thử nghiệm thí nghiệm trên mơ hìh thiết kế ........................13

24