Luận văn thạc sĩ hóa học: Nghiên Cứu Áp Dụng Phương Pháp Hấp Phụ Và Điện Keo Tụ Để Xử Lý Nước Nhiễm Bẩn

Bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
------------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu áp dụng phương pháp hấp phụ
và điện keo tụ để xử lý nước nhiễm bẩn
nghành: hoá lý thuyết và hoá lý

Tô thị chuyên

Người hướng dẫn khoa học : ts trần thị thanh thuỷ

Hà nội 2005


1

Lời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại khoa Công nghệ Hoá học trường Đại học
Bách khoa Hà nội.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc Tiến sĩ Trần Thị
Thanh Thuỷ đã hướng dẫn tận tình chu đáo, chỉ đạo sâu sắc về mặt khoa học
trong suốt thời gian học tập và làm việc để hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ về mọi mặt của các thầy,
các cô khoa Công nghệ Hoá học, đặc biệt tổ bộ môn Hoá lý và trung tâm Đào
tạo và Bồi dưỡng Sau đại học trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tạo điều
kiện cho tôi hoàn thành nhiệm vụ trong học tập và làm luận án.
Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, các cô giáo và toàn thể các bạn

bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành
luận án này.

Hà Nội ngày 25 tháng 10 năm 2005
Học viên
Tô Thị Chuyên


2

Mục lục
Trang
Lời cảm ơn .................................................................................................... 1
Mục lục .......................................................................................................... 2
Danh mục các bảng ...................................................................................... 3
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................ 4
Mở đầu ...................................................................................................... 5
Tổng quan
Chương 1: Tổng quan tài liệu ................................................................... 6
1.1.Nước và nước thải ..................................................................................... 6

1.2.Các phương pháp xử lý nước thải .......................................................... 17
Thực nghiệm và kết quả
chương 2:Các phương pháp thực nghiệm .......................................... 42
2.1.Các phương pháp kiểm tra chất lượng nước .......................................... 42
2.2.Các phương pháp làm sạch nước ........................................................... 48
chương 3:Kết quả và thảo luận........................................................... 60
3.1 Kết quả kiểm tra chất lượng nước ......................................................... 60
3.2.Kết quả xử lý nước thải bằng phương pháp điện keo tụ ........................ 62
3.3.Kết quả xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ sử dụng khoáng

Diatomit đã biến tính ................................................................................... 69
3.4.Kết quả xử lý nước bằng phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính.... 82
Kết luận ................................................................................................ 91
Tài liệu tham khảo ....................................................................................... 92


3

Danh mục CáC BảNG
Số
bảng
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12

3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20

TÊN BảNG

Trang

Lượng nước thải của các khu công nghiệp
Độ đục theo thang silic và theo chiều cao lớp nước
Bảng độ màu chuẩn Coban
Giá trị mật độ quang đo được từ dung dịch màu chuẩn Bicromat
Coban
Các thông số cấu trúc của khoáng Diatomit
Mối liên hệ mật độ quang và nồng độ Niken trong dung dịch chuẩn
Mối liên hệ mật độ quang và nồng độ Mangan trong dung dịch
chuẩn
Kết quả kiểm tra mẫu nước hồ Bảy Mẫu (năm 2005)
Kết quả kiểm tra mẫu nước Sông Sét (năm 2005)
Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và đô thị công
nghiệp
ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu quả xử lý
ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến hiệu quả xử lý
ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu quả xử lý
ảnh hưởng của pH môi trường đến hiệu quả xử lý

ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ của khoángDa5(HCl)
ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ của khoáng
Da5(H2O)
ảnh hưởng nhiệt độ nung tới độ hấp phụ của khoáng Da5(HCl)
ảnh hưởng nhiệt độ nung đến độ hấp phụ của khoáng Da5(H2O)
Độ hấp phụ của khoáng ở các nồng độ H2C2O4 khác nhau
Độ hấp phụ của khoáng ở các nồng độ Niken khác nhau
Độ hấp phụ của khoáng ở các nồng độ Mangan khác nhau

8
9
46
47

ảnh hưởng của khối lượng khoáng đến nồng độ cân bằng Niken
Sự thay đổi độ hấp phụ Niken theo thời gian xử lý than bằng HNO3
Sự phụ thuộc độ hấp phụ Niken than Ht1 theo thời gian hấp phụ
Sự phụ thuộc độ hấp phụ Niken than Ht6 theo thời gian hấp phụ
Độ hấp phụ của than ở các nồng độ H2C2O4 khác nhau
Độ hấp phụ của than ở các nồng độ Niken khác nhau

53
57
58
60
60
61
62
64
66

67
72
72
74
74
77
79
81
82
83
85
85
87
89


4

Danh mục các hình vẽ đồ thị
Số
hình
1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
3.2

3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14

TÊN HìNH
Sơ đồ thiết bị làm sạch nước thải bằng đông tụ
Hệ thống hấp phụ làm việc liên tục
Hệ thống thiết bị điện phân anôt tan
Phổ hấp thụ ánh sáng của dung dịch chất mầu
Đường chuẩn A theo độ mầu
Đường chuẩn mật độ quang theo nồng độ Niken
Đường chuẩn mật độ quang theo nồng độ Mangan
ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu quả xử lý TOC
ảnh hưởng của mật độ dòng đến TOC/i
ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến hiệu quả xử lý TOC
ảnh hưởng của thời gian điện phân đến độ khử TOC
ảnh hưởng của pH môi trường đến độ khử TOC
Phổ hồng ngoại mẫu khoáng Da
Phổ hồng ngoại mẫu khoáng Da5
Phổ hồng ngoại mẫu khoáng Da6

ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ của khoáng
ảnh hưởng của nhiệt độ nung khoáng đến độ hấp phụ
Sự phụ thuộc độ hấp phụ của khoáng vào nồng độ H2C2O4
Sự phụ thuộc độ hấp phụ của khoáng vào nồng độ Niken
Sự phụ thuộc độ hấp phụ của khoáng vào nồng độ Mangan
Sự phụ thuộc độ hấp phụ của than vào thời gian xử lý bằng
HNO3
3.15 Sự phụ thuộc độ hấp phụ của than vào thời gian hấp phụ
3.16 Sự phụ thuộc độ hấp phụ của than vào nồng độ H2C2O4
3.17 Sự phụ thuộc độ hấp phụ của than vào nồng độ Niken

Trang
26
28
40
46
47
57
59
63
63
65
66
68
69
70
70
73
75
78

80
81
84
86
88
90


5

Mở đầu
Nước là tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu được
cho mọi hoạt động sống trên Trái Đất. Nước tham gia vào thành phần cấu trúc
sinh quyển và điều hoà yếu tố khí hậu, đất đai và sinh vật thông qua chu trình
vận động của nó. Nước còn chứa đựng những tiềm năng khác đáp ứng nhu cầu
đa dạng của con người .
Hiện nay, nước ta tuy là xứ sở nhiệt đới, mưa gió tương đối thuận hoà,
nhưng các nguồn nước thiên nhiên ngày càng cạn kiệt vì nhiều lý do khác
nhau. Quá trình đô thị hoá và nông nghiệp thâm canh ngày càng phát triển thì
vấn đề ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm ở nước ta ngày càng trở lên
nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khoẻ con người. Sự ô
nhiễm nước không chỉ đơn thuần là ô nhiễm do vi sinh vật và các chất hữu cơ
dễ phân huỷ mà còn do nhiều loại chất hữu cơ khác, chất vô cơ độc hại, các
sản phẩm dầu, chất tẩy rửa, chất phóng xạ...Đó là những chất độc hại, gây huy
hiểm đối với sức khoẻ con người và sinh vật. Do đó việc cung cấp nước cho
sinh hoạt, cho công nghiệp, nông nghiệp và ngành kinh tế quốc dân khác càng
trở lên khó khăn phức tạp.
ở nước ta, trước nhu cầu rất lớn về nước sinh hoạt cho con người, đặc biệt
là những khu dân cư xa thành phố chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước
bị ô nhiễm, nước thải bằng phương pháp điện keo tụ và phương pháp hấp phụ.

Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Xây dựng các phương pháp xác định các chỉ tiêu chất lượng nước.
- Xây dựng mô hình thực nghiệm xử lý nước thải bằng phương pháp
điện keo tụ và phương pháp hấp phụ.
- Nghiên cứu phương pháp hoạt hoá và than hoạt tính sử dụng làm
chất hấp phụ.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện keo tụ, hấp phụ.


6

Tổng quan
Chương 1
Tổng quan tài liệu
1.1.Nước và nước thải
1.1.1- Nước và tình trạng ô nhiễm nước:
Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là nguồn gốc của sự
sống, là môi trường diễn ra các quá trình sống. Nước chiếm 3/4 diện tích bề
mặt trái đất, chiếm gần 70% cơ thể người, là yếu tố không thể thiếu được để
duy trì sự sống .
Phân tử nước là một phân tử có độ phân cực mạnh với mômen lưỡng
cực :
à = 1,870 .

O
H

H

Do tính phân cực mạnh của nước nên nó là dung môi tốt để hoà tan

nhiều chất. Chính vì vậy nước dễ bị nhiễm bẩn các chất vô cơ, vi sinh vật, gây
ảnh hưởng xấu đến vấn đề sử dụng nước cho sinh hoạt và sản xuất .
Sự ô nhiễm nước là sự có mặt của một hay nhiều chất lạ trong môi
trường nước dù chất đó có hại hay không. Khi vượt quá ngưỡng chịu đựng của
cơ thể sinh vật thì chất đó trở lên độc hại.
Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể tự nhiên hoặc nhân tạo .
- Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan. Nước mưa rơi
xuống kéo theo các chất bẩn xuống sông hồ, hoặc các sản phẩm của sự hoạt
động phát triển của vi sinh vật, sinh vật kể cả xác chết của chúng.
- Sự ô nhiễm nhân tạo: chủ yếu do xả nước sinh hoạt, công nhiệp, giao
thông vận tải, thuốc trừ sâu diệt cỏ ...


7

ở nước ta tình trạng ô nhiễm nước ngày càng trở lên nghiêm trọng và
có nguy cơ gia tăng. Do đó cần đặt ra vấn đề quản lý nước bề mặt, kiểm tra
các thành phần hoá học, kết hợp với các biện pháp công nghệ xử lý nước thải
trước khi thải ra môi trường .
1.1.2- Phân loại nước ô nhiễm và nước thải:
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới
ảnh hưởng của các quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh .
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người
và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Thông thường người ta phân
loại nước thải theo nguồn gốc phát sinh ra chúng bao gồm[24]:
- Nước thải sinh hoạt
- Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất)
- Nước thải tự nhiên
- Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống
thoát của một thành phố. Đó là hỗn hợp các loại nước thải đổ vào môi trường.

1.1.2.1- Nước thải sinh hoạt:
Lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào mức sống của người dân.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều tạp chất khác nhau trong đó khoảng 52% là
chất hữu cơ; 48% là chất vô cơ và các vi sinh vật. Các vi sinh vật của nước thải
thường ở dạng virut và vi khuẩn gây bệnh như: tả, thương hàn... đồng thời
cũng chứa các vi khuẩn không có hại, có tác dụng phân huỷ các chất thải.
Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau[24]:
COD = 500mg/l; BOD5 = 250mg/l;
Nitơ (NH3) và Nitơ hữu cơ = 40mg/l; pH = 6,8; TS = 750mg/l .


8

Như vậy nước thải sinh hoạt có các chất dinh dưỡng khá cao, một phần
các chất hữu cơ không thể bị phân huỷ hết bằng vi sinh vật đôi khi vượt cả yêu
cầu cho quá trình xử lý sinh học .
1.1.2.2- Nước thải công nghiệp:
Do ngành công nghiệp ngày càng phát triển kéo theo lượng nước thải
công nghiệp cũng tăng lên mạnh. Hàng năm, lượng nước thải từ nhà máy thải
trực tiếp vào hệ thống sông ngòi là rất lớn, hầu hết chưa qua xử lý hoặc xử lý
sơ bộ trước khi thải ra môi trường. Theo thống kê, lượng nước thải trung bình
của các khu công nghiệp ở nước ta như sau [36]:
Bảng 1.1: Lượng nước thải của các khu công nghiệp
STT
1
2
3
4
5
6

7

Khu công nghiệp
Hà Nội
TP Hồ Chí Minh
Hải Phòng
Đà nẵng
Nam Định
Hải Dương
Việt Trì

Lượng nước thải (m3/ngày)
300.000-330.000
500.000
137.000
30.000
30.000-35.000
24.000
60.000

Lưu lượng nước thải công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính
sản phẩm được sản xuất. Việc xử lý nước thải công nghiệp phải dựa vào đặc
điểm và thành phần của nước thải sản xuất từng nhà máy. Do đó căn cứ vào
thành phần của khối lượng nước thải mà lựa chọn các biện pháp công nghệ
thích hợp để xử lý sao cho hiệu quả và chi phí ở mức thấp nhất .
1.1.3- Các thông số đánh giá chất lượng nước:
Nước thải là một hệ dị thể phức tạp nên việc nghiên cứu về nước và
nước thải, nước bị ô nhiễm cần được xem xét toàn diện cả thành phần lẫn tính
chất cũng như sự biến đổi đặc tính lý hoá - sinh học của nước do các loại tạp
chất có trong nước gây ra. ở các nước trên thế giới cũng như ở nước ta đã sử

9

dụng các chỉ tiêu về chất lượng nước bao gồm các chỉ tiêu vật lý, chỉ tiêu hoá
học và chỉ tiêu vi sinh của nước. Sau đây là một số chỉ tiêu cơ bản[35].
1.1.3.1- Độ đục:
Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng. Các hạt lơ
lửng có thể là đất sét, mùn, vi sinh vật. Độ đục làm giảm cường độ ánh sáng
chiếu qua và khả năng sử dụng nước. Dựa trên nguyên tắc đó, người ta xác
định độ đục của nước. Theo tiêu chuẩn Việt Nam độ đục được xác định bằng
chiều sâu lớp nước thấy được gọi là độ trong. Tại độ sâu đó người ta có thể
đọc được hàng chữ tiêu chuẩn. Đối với nước sinh hoạt thì độ đục phải lớn hơn
30cm.Đơn vị độ đục theo thang đục silic và thang đo độ đục theo chiều cao
lớp nước thấy được thể hiện ở bảng 1.2.
Bảng 1.2: .Đơn vị độ đục theo thang đục silic và theo chiều cao lớp nước.
Thang đo theo
chiều sâu lớp nước
(cm)
2
4
6
8
10
15
30
45
80

Độ đục

theo thang đục
silic (mg/l)
1000
360
190
130
100
65
30
18
10

Ghi chú
Nhanh tắc bể lọc
Nhanh tắc bể lọc
Nhanh tắc bể lọc
Nhanh tắc bể lọc
Nhanh tắc bể lọc
Vận hành bể lọc khó khăn
Vận hành bể lọc có điều kiện
Vận hành riêng
Giới hạn trên của nước đưa vào

1.1.3.2- Độ màu của nước:
Màu sắc nước cũng là biểu hiện của sự ô nhiễm. Nước tự nhiên sạch
không màu và nếu nhìn sâu vào bề dày nước cho ta cảm giác màu xanh nhẹ đó
là do sự hấp thụ chọn lọc các bước sóng nhất định của ánh sáng mặt trời .
Quá trình phân huỷ của các chất hữu cơ sẽ làm xuất hiện axit humic
hoà tan và nước có màu vàng bẩn. Nhiều loại nước thải của các nhà máy,

10

công xưởng... có màu sắc khác nhau. Nước thải sinh hoạt và nước thải công
nghiệp thường tạo ra màu xám hoặc đen cho nguồn nước. Theo tiêu chuẩn
Việt Nam màu của nước sạch phải dưới 10 độ coban (theo thang màu chuẩn
Co)[24]
1.1.3.3- Độ cứng của nước:
Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng của các ion magiê,
canxi có trong nước. Dùng nước có độ cứng cao có tác hại là do các ion Ca2+;
Mg2+ phản ứng với các axit béo tạo ra các hợp chất khó hoà tan. Khi tính
theo hàm lượng CaCO3 trong nước, người ta có thể chia làm 3 loại:
+ Nước mềm có chứa ít hơn 50mg CaCO3/l
+ Nước thường có chứa đến 150mg CaCO3/l
+ Nước cứng có chứa trên 300mg CaCO3/l .
1.1.3.4- Hàm lượng chất rắn trong nước:
Hàm lượng chất rắn trong nước gồm chất rắn vô cơ (các muối hoà tan,
chất rắn không tan như huyền phù, đất cát ...), các chất rắn hữu cơ (gồm các
vi sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các chất hữu cơ vô sinh như
phân, rác, chất thải công nghiệp ...). Nước có hàm lượng chất rắn hoà tan
cao, thực chất là bị ô nhiễm. Môi trường nước ô nhiễm sẽ không sử dụng cho
sinh hoạt, tắm rửa... trong xử lý nước, khi nói đến hàm lượng chất rắn, người
ta đưa ra những khái niệm sau:
+ Tổng hàm lượng cặn lơ lửng TSS (Total Suspended Slid) đơn vị là mg/l
+ Cặn lơ lửng SS (Suspended Solid) đơn vị là mg/l
+ Chất rắn hoà tan DS (Dissolved Solid) bằng hiệu giữa tổng lượng
cặn lơ lửng TSS và cặn lơ lửng SS .
DS = TSS SS

11

+ Chất rắn bay hơi VS (Volatile Solid) là phần mất đi khi nung ở
5500C trong một thời gian nhất định. Phần mất đi là phần rắn bay hơi, phần
còn lại là phần rắn không bay hơi .
1.1.3.5- Mùi, vị của nước:
Nước cất không có mùi, còn vị tự nhiên là do sự hiện diện của các chất
hoà tan ở lượng nhỏ. Các chất gây mùi vị của nước có thể chia làm 3 nhóm:
- Các chất gây mùi có nguồn gốc vô cơ như NaCl, MgSO4 gây vị mặn,
muối đồng gây tanh, các chất gây tính kiềm tính axit của nước; mùi do Cl2,
ClO2 hoặc mùi trứng thối của H2S .
- Các chất gây mùi vị có nguồn gốc hữu cơ trong nước thải công
nghiệp, chất thải dầu mỡ, phenol .
- Chất gây mùi từ quá trình sinh hoá, các hoạt động của vi khuẩn, của
rong tảo .
1.1.3.6- Độ phóng xạ của nước:
Nhiễm phóng xạ là do sự phân huỷ phóng xạ trong nước thường có
nguồn gốc từ các nguồn nước thải phóng xạ gây ra. Nó gây nguy hại cho sự
sống nên độ phóng xạ trong nước thường được xem như là một trong những
chỉ tiêu quan trọng về chất lượng của nước .
1.1.3.7- Nhu cầu oxy

hoá học BOD (Biochemical Oxygen

Demand):
Nhu cầu sinh hoá là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô
nhiễm của nước đô thị và chất thải trong nước thải của công nghiệp .
BOD được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình
oxy hoá các chất hữu cơ. Phương trình tổng quát của phản ứng này như sau:

12

VK
Chất hữu cơ + O 2 CO 2 + H 2 O + tế bào mới + sản phẩm

cố định.
Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các
vi sinh vật sử dụng oxy hoà tan. Vì vậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần
thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là công việc quan trọng để đánh giá
ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước .
BOD biểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ
bằng các vi sinh vật .
Trong kỹ thuật môi trường chỉ tiêu BOD được dùng rộng rãi để:
- Xác định gần đúng lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học các chất
hữu cơ có trong nước thải .
- Xác định kích thước thiết bị xử lý .
- Xác định hiệu suất xử lý của một số quá trình .
- Xác định sự chấp thuận tuân theo những quy định cho phép thải chất
thải .
Trong thực tế người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân
huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì như thế tốn quá nhiều thời gian mà chỉ xác định
lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ ủ 200C, ký hiệu BOD5. Chỉ
tiêu này đã được chuẩn hoá và sử dụng hầu khắp các nước trên thế giới. Thí
nghiệm xác định BOD5 tiến hành như sau:
Cho một lượng nhất định mẫu nước thải vào chai phân tích oxy hoà tan
có thể tích bằng 300ml, pha loãng với thể tích trên bằng dung dịch pha loãng
(nước cất có bổ sung một số nguyên tố dinh dưỡng như N, P, K, Fe ... và bão
hoà oxy) đóng nút kín. ủ chai mẫu trong tủ hoặc phòng tối 200C. Xác định

13

nồng độ oxy hoà tan cuối cùng ở ngày thứ 5 lớn hơn 0. Khi đó kết quả thí
nghiệm mới có nghĩa. Giá trị BOD5 đươc tính theo công thức sau:
BOD5 =

D1 D2
(mg/l)
P

Trong đó: D1- nồng độ oxy hoà tan của mẫu nước thải pha loãng
trước khi ủ, mg/l .
D2- nồng độ oxy hoà tan của mẫu nước thải pha loãng
sau 5 ngày ủ ở 200C, mg/l
P- Tỷ số pha loãng và được tính như sau:
P =

Thể tích mẫu nước thải đem phân tích
Tổng thể tích nước thải đem phân tích và nước pha loãng

Trong một vài trường hợp cần bổ sung thêm vi sinh vật vào nước pha
loãng để đảm bảo chắc chắn đủ mật độ vi sinh vật cho quá trình phân huỷ.
Trong trường hợp đó, BOD5 được tính theo công thức sau:
BOD5 =

( D1 D2 ) ( B1 B2 ).F
(mg/l)
P

Trong đó:
D1- nồng độ oxy hoà tan của mẫu nước thải pha loãng có cấy vi khuẩn
ngay sau khi chuẩn bị mẫu xong để ủ, mg/l ;
D2- nồng độ oxy hoà tan cỉa mẫu nước thải pha loãng có cấy vi khuẩn
sau 5 ngày ủ ở 200C, mg/l ;
B1- nồng độ oxy hoà tan của nước pha loãng có cấy vi khuẩn
trước khi đem ủ, mg/l;
B2- nồng độ oxy hoà tan của nước pha loãng có cấy vi khuẩn sau
khi ủ, mg/l


14

F- tỷ số giữa thể tích chất lỏng bổ sung vi khuẩn trong mẫu và
trong đối chứng nghĩa là bằng:
F=

% hay ml chất lỏng bổ xung vi khuẩn trong D1
% hay ml chất lỏng bổ xung trong vi khuẩn B1

Hiện nay người ta đã sản xuất được máy đo BOD để phân tích nhanh.
Do quá trình oxy hoá sinh học xảy ra rất chậm và kéo dài, trong khoảng thời
gian 20 ngày, khoảng 95-99% các chất hữu cơ cacbon bị oxy hoá và trong 5
ngày đầu tiên xác định BOD có khoảng 60-70% các chất hữu cơ này bị oxy
hoá. Nhiệt độ 200C là nhiệt độ trung bình trong năm ở các nước có khí hậu ôn
hoà và nó dễ được tái diễn lại trong tủ ủ. nếu tiến hành ủ mẫu ở nhiệt độ khác
nhau sẽ cho kết quả BOD5 khác nhau vì tốc độ phản ứng sinh học phụ thuộc
vào nhiệt độ. Do vậy, một số nước ở khu vực nhiệt đới đã dùng thông số BOD3
(nhĩa là mẫu phân tích được ủ ở 300C trong 3 ngày) .
1.1.3.8- Nhu cầu oxi hoá học COD (Chemical Oxygen Demand):

Chỉ số này được dùng rộng rãi để biểu thị hoá hàm lượng chất hữu cơ
trong nước thải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên. COD được định nghĩa là
lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong mẫu
nước thành CO2 và H2O. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất
hữu cơ có thể bị oxy hoá được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hoá
hoá học mạnh trong môi trường axit. Phương pháp phổ biến nhất để xác định
COD là phương pháp dùng bicromat và cơ chế của phương pháp này theo
phương trình phản ứng sau:
Ag SO
Các chất hữu cơ + Cr2O72- + 8H+
CO2 + 4H2O +2Cr3+
2

4

Lượng Cr2O72- dư được chuẩn độ bằng dung dịch FAS (Fe(NH4)2(SO4)2
và sử dụng dung dịch ferroin làm chất chỉ thị. Điểm kết thúc chuẩn độ là


15

điểm khi dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu nâu đỏ nhạt theo
phản ứng sau:
6Fe2+ + Cr2O72- + 14 H+

6Fe3+ + 2Cr3++ 7H2O

Hàm lượng COD được tính theo công thức :
(A-B).N.8000
COD =

( mg/l)
ml mẫu

Trong đó:
A- thể tích dung dịch FAS tiêu tốn cho chuẩn độ dung dịch trắng, ml ;
B- thể tích dung dịch FAS tiêu tốn cho chuẩn độ dung dịch mẫu, ml ;
N- nồng độ đương lượng của dung dịch FAS ;
8000 là hệ số chuyển đổi kết qủa sang mg O2/l
Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không thể bị oxy hoá
bằng vi sinh vật, do đó nó có giá trị cao hơn BOD. Phép phân tích COD có
ưu điểm là kết quả nhanh (hết khoảng 3 giờ) nên đã khắc phục được nhược
điểm của phép đo BOD. Đối với nhiều loại chất thải, giữa chỉ số COD và
BOD có mối tương quan nhất định với nhau. Vì vậy khi thiết lập được mối
quan hệ tương quan này có thể sử dụng phép đo COD để vận hành và kiểm
soát hoạt động của các nhà máy xử lý nước thải.
1.1.3.9-Tổng hàm cacbon lượng hữu cơ (TOC).
Chỉ số tổng hàm lượng cacbon hữu cơ TOC trong nước cũng là một
chỉ tiêu biểu thị lượng chất hữu cơ trong nước. Nguyên tắc xác định TOC là
dùng phương pháp kali pemanganat, được tiến hành như sau:
Cho chất hữu cơ có trong mẫu nước xét nghiệm, tác dụng với một lượng
dư dung dịch KMnO4 ở nhiệt độ sôi trong 10 phút, sau đó chuẩn lại lượng dư
KMnO4 bằng axit oxalic H2C2O4.Từ đó tính ra số lượng KMnO4 đã tiêu tốn
tương đương với số lượng chất hữu cơ có trong mẫu nước ban đầu.


16

Vì KMnO4 phản ứng với chất hữu cơ bằng nguyên tử oxi nên ta biểu thị
giá trị TOC trong nước bằng số mg oxi đã bị tiêu thụ bởi 1 lit nước(mgO2/l).

1.1.3.10- Độ pH:
pH là đại lượng đặc trưng cho độ axit hay bazơ của một mẫu nước, giá
trị của pH được tính: pH = -lg[ H+] .
Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH .
pH = 7 : nước có tính trung tính
pH > 7 : nước có tính kiềm
pH < 7 : nước có tính axit
Độ pH có thể xác định bằng giấy chỉ thị màu hoặc bằng dụng cụ đo pH
điện cực hiđrô hoặc điện cực thuỷ tinh .
1.1.3.11- Các chỉ tiêu vi sinh.
Trong nc t nhiờn cú nhiu loi vi trựng, siờu vi trựng, rong to v
cỏc loi thu sinh khỏc. Tu tớnh cht, cỏc loi vi sinh trong nc c chia
thnh hai nhúm: nhúm vi sinh cú hi v nhúm vi sinh vụ hi. Nhúm vi sinh cú
hi bao gm cỏc vi trựng gõy bnh, cỏc loi rong rờu, to. Nhúm ny cn phi
loi b khi nc trc khi s dng .
+ Vi trựng gõy bnh: vic xỏc nh s cú mt ca cỏc loi vi trựng gõy bnh
thng rt khú v mt nhiu thi gian do s a dng v chng loi . Vỡ vy
trong thc t thng ỏp dng phng phỏp xỏc nh ch s vi trựng c trng.
Loi vi khun E.coli c chn lm vi khun c trng trong vic xỏc nh
mc nhim bn do vi trựng gõy bnh trong nc, vỡ nú cú kh nng tn ti
cao hn cỏc loi vi trựng gõy bnh khỏc ( nu nc sau x lý khụng phỏt hin
thy vi khun E.coli chng t cỏc vi trựng gõy bnh khỏc ó b tiờu dit ht)
v vic xỏc nh s lng vi khun ny thng n gin v nhanh chúng.
+ Cỏc loi rong to: chỳng lm cho nc nhim bn cht hu c v lm cho
nc cú mu xanh. Chỳng phỏt trin cú th lm tc ng ng dn nc,


17

ng thi quỏ trỡnh hụ hp ca chỳng thi ra CO2 lm nc cú tớnh n mũn

hoỏ hc. Ngoi ra, chỳng cũn gõy tỡnh trng tha, thiu oxy trong nc, to ra
cỏc cht gõy mựi trong nc, tng nng cỏc cht hu c, to cỏc cht c
hi trong nc
Nguyờn nhõn ca s phỏt trin to trong cỏc ngun nc mt l do cú s
tn ti ca cỏc cht dinh dng :NH4+, NH3, N2, v nh ỏnh sỏng mt tri
chiu vo ngun nc .
1.2- các phương pháp xử lý nước thải
1.2.1- Giới thiệu chung về các phương pháp xử lý nước thải:
Hiện nay ở nước ta, do sản xuất phát triển nên đa số các nguồn nước
đều bị ô nhiễm. Những khu dân cư xa thành phố đều chưa có nhà máy nước
nên hầu như không có nước sạch để phục vụ cho sinh hoạt. Vì vậy, nhiệm vụ
đặt ra là phải nghiên cứu tìm kiếm những công nghệ, những biện pháp có
hiệu quả nhưng đơn giản để làm sạch nước ở những khu dân cư xa thành phố,
nhằm phục vụ cho sinh hoạt.
Nước thải thường chứa rất nhiều tạp chất bẩn có bản chất khác nhau.
Mục đích của xử lý nước thải là khử các tạp chất đó sao cho nước sau khi xử
lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu đã đề ra.
Đã có nhiều công trình, nhiều phương pháp và quy trình công nghệ xử lý
nước được đưa ra áp dụng trong thực tế.
Có thể phân loại các phương pháp xử lý nước thải theo đặc tính của quy
trình xử lý như sau.
- Làm sạch nước thải bằng phương pháp cơ học
- Xử lý bằng phương pháp sinh học
- Xử lý bằng phương pháp hoá học
- Xử lý bằng phương pháp hoá lý .


18

Việc xử lý nước thải bị ô nhiễm là việc loại bỏ hoặc làm giảm nồng độ

các chất, các thành phần, tác nhân gây ô nhiễm có trong nước thải, để không
còn hoặc hạn chế khả năng nhiễm bẩn nguồn nước sau đó. Do nước sử dụng
vào nhiều mục đích khác nhau, nên yêu cầu về chất lượng, mức độ và biện
pháp xử lý, làm sạch nước cũng khác nhau. Để xử lý nước thải, nước bị ô
nhiễm người ta thường dùng các phương pháp xử lý sau.
1.2.1.1- Các phương pháp xử lý cơ học.
Nước thải công nghiệp cũng như nước thải thải sinh hoạt thường chứa
những chất tan và không tan dưới dạng hạt lơ lửng. Các tạp chất lơ lửng có
thể dạng rắn, lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù. Phương pháp cơ
học là phương pháp sử dụng các lực trọng trường, lực li tâm để tách loại các
chất không hoà tan, các chất cặn bã ...ra khỏi nước thải, nước bị ô nhiễm. Các
công trình xử lý nước ô nhiễm, nước thải theo phương pháp này, có thể gồm:
- Công trình lọc nước dùng song chắn rác, lưới chắn hoặc lưới lọc .
- Các công trình điều hoà lưu lượng nước và lắng trong (bể lắng, lọc
trong nước ...)
- Các phương pháp lọc ly tâm, hay dùng các xyclon thuỷ lực ...
- Các loại bể lọc khác (bể lọc chặn đáy, bể lọc cát, bể vớt dầu mỡ...)
Các phương pháp xử lý cơ học thường là phương pháp đơn giản, rẻ tiền,
có hiệu quả khi tách loại các chất không tan lơ lửng trong nước. Phương pháp
thường dùng để tách loại các tạp chất có kích thước lớn và xử lý sơ bộ nguồn
nước ô nhiễm.
1.2.1.2- Phương pháp xử lý sinh học.
Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh
hoạt cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và các chất
vô cơ .


19

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để

phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử
dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo
năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để
xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản lên sinh phối của chúng được tăng
lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy
hoá sinh hoá .
Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên cơ sở khác
nhau. Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau:
+ Phương pháp hiếu khí là phương pháp xử lý sử dụng các vi sinh vật
hiếu khí .
+ Phương pháp yếm khí là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí
.
Trong xử lý công nghiệp, các phương pháp hiếu khí hay được sử dụng
hơn cả.
Quá trình xử lý tuân theo các nguyên lý chung sau:
- Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi
sinh vật do khuếnh tán đối lưu và phân tử .
- Di chuyển chất từ bề ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuyếch
tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào .
- Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản
sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ
năng lượng .
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển
hoá các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải .


20

Ưu điểm của các phương pháp này là việc xử lý được loại nước ô nhiễm
có phổ nhiễm bẩn chất hữu cơ tương đối rộng, với các thiết bị xử lý đơn giản,

dễ làm và có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ như bùn hoạt hoá hoặc khí
đốt ... vào việc khác. Phương pháp được dùng nhiều trong việc bảo vệ và
kiểm soát ô nhiễm môi trường nước, hầu hết các loại nước thải, nước ô nhiễm
đều có thể xử lý bằng phương pháp này .
1.2.1.3- Các phương pháp hoá học xử lý nước thải.
Các phương pháp hoá học để xử lý nước thải gồm các phương pháp
trung hoà và phương pháp ôxy hoá khử. Tất cả các phương pháp này đều
dùng các tác nhân hoá học và bể phản ứng nên đây là phương pháp khá tốn
kém. Phương pháp hoá học dùng để xử lý các chất hoà tan, xử lý sơ bộ nước
thải trước khi đưa vào công đoạn sau .
a) Phương pháp trung hoà:
Được áp dụng đối với nước thải có chứa axit hoặc kiềm để đưa pH về
giá trị 6,5 8 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ
xử lý tiếp theo. Trung hoà nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách :
- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm .
- Bổ xung tác nhân hoá học .
- Lọc nước chứa axit qua vật liệu trung hoà .
- Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniăc bằng nước axit
.
Phương pháp trung hoà áp dụng để xử lý dòng thải mang tính axit của
các ngành công nghiệp như công nghiệp cán thép, thuốc tẩy, nhuộm, thuốc
trừ sâu... trong nước thải có chứa HCl, HNO3, H2SO4, H2CO3 ...


21

b) Phương pháp oxy hoá khử:
Trong phương pháp này người ta sử dụng các chất oxy hoá mạnh như:
Cl2 (lỏng hoặc khí), nước giaven, clorua vôi, permanganat kali, bicromat kali,
ozon, oxy không khí...

Trong qúa trình oxy hoá các chất độc hại trong nước thải chuyển thành
các chất ít độc hại hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một
lượng lớn các tác nhân hoá học nên quá trình oxy hoá chỉ được dùng trong
các trường hợp khi các tạp chất nhiễm bẩn không thể tách bằng các phương
pháp khác .
Ví dụ: Dùng Cl2 để khử H2S, phenol, afenua ...
1.2.1.4- Các phương pháp hoá lý làm sạch nước thải.
Đây là phương pháp được dùng khá phổ biến, phương pháp này có thể
làm giảm 80-90% số lượng huyền phù tạp chất, đảm bảo thích ứng với sự
thay đổi, ngay cả khi có sự thay đổi đột ngột độ nhiễm bẩn của nước thải.
Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là giá thành vận hành còn cao vì
phải sử dụng nhiều hoá chất .Nó tạo ra lượng cặn quá nhiều, chủ yếu sử dụng
các phương pháp đông tụ, keo tụ , tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, các
phương pháp điện hoá .
a) Phương pháp đông tụ và keo tụ:
Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không
thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và tan vì chúng là những
hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn có hiệu qủa là sử dụng
phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ
giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt làm tăng vận tốc lắng của
chúng. Bằng cách cho vào dung dịch một loại hoá chất keo tụ đủ làm cho các
hạt rất nhỏ biến thành các hạt rất lớn rồi lắng xuống .Trong quá trình hình


22

thành các hạt keo, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết với
nhau bằng lực liên kết phân tử và điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử,
nguyên tử hoặc ion tự do. Các tổ hợp trên được gọi là các hạt bông keo.
Tạp chất trong nước thiên nhiên thường đa dạng về chủng loại và kích

thước, chúng có thể là các hạt cát, sét, mùn, sinh vật phù du, sản phẩm hữu cơ
phân huỷ... kích thước các hạt dao động từ vài phần triệu milimet đến vài
milimet. Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng
không thể tách được các chất bẩn ở dạng keo và hoà tan vì chúng là những hạt
rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt đó một cách có hiệu quả bằng
phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ
giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt nhằm làm tăng tốc độ lắng
của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng sa lắng trọng lượng đòi hỏi trước
hết cần trung hoà điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá
trình trung hoà điện tích thường gọi là quá trình đông tụ. Quá trình tạo thành
các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ .
Các hạt cặn lơ lửng trong nước có thể tích điện âm hoặc dương. Khi thế
cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích này sẽ
kết hợp hoặc dính kết với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện từ, tạo thành
một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc ion tự do, gọi là các bông keo .
Cơ chế của quá trình đông tụ được giải thích như sau:
Lp ion trỏi du bờn ngoài
Lp ion trỏi du bờn trong

Cỏc ht mang in tớch õm
Mt trt


23

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các điện
tích trái dấu. Một số các ion trái dấu đó hút chặt vào các hạt rắn đến mức
chúng chuyển động cùng các hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung
quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion
trái dấu, chúng bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi

các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua lớp chất lỏng thì các hạt điện
tích âm đó giảm bởi các ion mang điện tích dương ở lớp bên trong. Hiệu số
điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta hay thế điện
động .
Mục tiêu của đông tụ là giảm thế zeta sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn
nhau bằng cách thêm các ion điện tích dương. Như vậy trong đông tụ diễn ra
quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hoà điện tích.
Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào nồng độ và điện tích của ion chất đông
tụ đưa vào. Nồng độ và điện tích càng cao thì hiệu quả đông tụ càng lớn .
Quá trình thuỷ phân các chất đông tụ thành các bông keo xảy ra như sau:
Me3+ + H2O = Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + H2O = Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + H2O = Me(OH)3 + H+
Me3+ + 3H2O = Me(OH)3 + 3H+
Để xử lý nước thải người ta thường dùng các chất keo tụ có nguồn gốc
thiên nhiên hoặc tổng hợp. Các chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt
hoặc hỗn hợp của chúng như: KAl(SO4)2.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl,
Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3...
+ Dùng phèn sắt: phèn sắt chia làm hai loại: phèn sắt(II) và phèn sắt(III)
.


24

Phèn sắt (II) khi cho vào nước phân li thành Fe2+ và bị phân huỷ thành
Fe(OH)2 theo phương trình:
Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+
Fe(OH)2 vừa tạo được vẫn có khả năng tan trong nước, khi trong nước
có ôxy hoà tan :
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Quá trình ôxy hoá trên chỉ diễn ra tốt khi nước có pH = 8-9 và nước
phải có độ kiềm cao .
Phèn sắt (III) khi cho vào nước bị phân li thành Fe3+ và bị huỷ phân
thành Fe(OH)3:
Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+
Vì phèn sắt (III) không bị oxy hoá nên không cần nâng cao độ pH như
sắt (II). Phản ứng thuỷ phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình
thành nhanh chóng khi pH = 5,5 6,5 .
+ Dùng phèn nhôm: khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân li thành
các ion Al3+, sau đó các ion này bị huỷ phân thành Al(OH)3 :
Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+
Trong phản ứng này, ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả
keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H+. Các ion này sẽ được khử
bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-). Trường hợp độ
kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ trung hoà H+ thì cần phải kiềm hoá
nước. Chất thường dùng để kiềm hoá là: CaO, Na2CO3 hoặc NaOH .
Tuy nhiên phèn FeCl3 ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm (vì
trong quá trình phản ứng tạo ra axit HCl).Do đó, ở nước ta người ta vẫn quen