Keo tử và PP Bentonit sử lý nước thải nhà máy nhuộm

ơn chân thành và sâu sắc nhất. Hà Nội ngày 25/5/2006. Sinh viên: Nguyễn Thế Hùng. MỤC LỤC ------------eYf------------ LỜI MỞ ĐẦU ------------eYf------------ Như chúng ta đã biết, nước là một dạng vất chất phổ biến nhất trên trái đất. Nước chiếm tới 3/4 diện tích bề mặt trái đất. Do nhiệt bay hơi lớn nên nước đóng vai trò quan trọng trong việc điều hoà khí hậu trên trái đất. Không những thế, nước còn là dung môi để thực hiện các phản ứng hoá sinh trong cơ thể sinh vật. Vì vậy nước là vật chất quan trọng bậc nhất trên trái đất. Có thể nói nơi nào có nước là nơi đó có sự sống. Ngày nay với sự phát triển của khoa học cùng với sự bùng nổ về dân số, con người đang làm ô nhiễm và suy kiệt nguồn nước trên trái đất. Trong quá trình sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt con người đã thải ra môi trường những chất độc hại. Chính những chất đó đã và đang ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của con người và toàn bộ hệ sinh thái trên trái đất. Trước thực trạng nguồn nước đang suy thoái, chúng ta đang tìm mọi cách để giảm thiểu sự ô nhiễm, ngăn chặn sự cạn kiệt nguồn nước. Đây là một vấn đề thực tiễn mang tính cấp bách và lâu dài. Trong bản đồ án này,em đã nghiên cứu phương pháp keo tụ và phương pháp sử dụng khoáng Bentonit, than hoạt tính làm chất hấp phụ trong việc xử lý nước thải của nhà máy dệt nhuộm. Nội dung chủ yếu của bản đồ án bao gồm: Nghiên cứu sử dụng chất đông tụ là phèn sắt để xử lý nước thải nhuộm.Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình từ đó tìm ra điều kiện tối ưu của quá trình nghiên cứu. Nghiên cứu chuyển hoá khoáng tự nhiên thành chất có bề mặt riêng, độ xốp cao và tăng khả năng hấp phụ của khoáng Bentonit. Sử dụng các khoáng đã biến tính để làm sạch nước thải. Kiểm tra và theo dõi chất lượng nước trước và sau khi sử dụng khoáng hấp phụ. Từ đó so sánh kết quả và lựa chọn chế độ tối ưu để xử lý khoáng. Sử dụng than hoạt tính đã được biến tính để hấp phụ kim loại nặng có trong nước là Mn2+ . Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm thu được, đề xuất phương hướng ứng dụng các phương pháp trên vào công việc xử lý nước thải. PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ------------eYf------------ CHƯƠNG I: NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC I. Nước và các tính chất của nước Phân tử nước (H2O) đựơc tạo bởi hai nguyên tử H và một nguyên tử oxy (O). Các phân tử nước lên kết với nhau bằng lực liên kết hydro. Nước có thể tồn tại ở thể rắn, thể lỏng hoặc thể hơi. Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4oC. Ở 0oC nước đóng băng, ở trạng thái này nó nhẹ hơn nước. Do đó băng có thể nổi lên trên mặt nước. Phân tử nước có độ phân cực mạnh với momen lưỡng cực µ= 1.87D, do đó nó là dung môi tốt để hoà tan nhiều chất. Đấy chính là tính chất quan trọng khiến nước không thể thiếu được trong cuộc sống cũng như trong sản xuất. Nhưng cũng chính vì tính chất này mà nước rất dễ bị nhiễm bẩn bởi các chất vô cơ, hữu cơ, vi sinh vật…gây ảnh hưởng xấu đến vấn đề sử dụng nước cho sinh hoạt và cho sản xuất. Nhiệt bay hơi của nước lớn hơn các chất lỏng khác cho nên nước có thể sử dụng rộng rãi trong các quá trình truyền nhiệt. Nhiệt dung riêng của nước rất lớn (4184J/Kg.oC) vì vậy nước được đun nóng hoặc là lạnh chậm hơn hầu hết các chất lỏng khác. Nhờ đó nước có tác dụng làm ôn hoà khí hậu các vùng gần nguồn nước và có chức năng bảo vệ sự sống khỏi biến đổi đột ngột về nhiệt độ [1]. II. Nước tự nhiên và nước thải 1. Nước trong tự nhiên: Nước trong tự nhiên bao gồm các đại dương, biển, vịnh, sông, suối, ao, hồ, nước ngầm, băng tuyết…Nước đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều hoà khí hậu cho sự sống trên trái đất. Nước là dung môi lý tưởng để hoà tan, phân bố các chất vô cơ, hữu cơ, làm nguồn dinh dưỡng cho giới thuỷ sinh cũng như động thực vật trên cạn trong đó có cả con người. Nước giúp cho các tế bào sinh vật trao đổi chất dinh dưỡng, tham gia vào các phản ứng hoá sinh cấu tạo nên các tế bào mới [5]. Nước trong tự nhiên được tuần hoàn trong một chu trình khép kín. Với chu trình này lượng nước được bảo toàn, nhưng nước được biến từ dạng lỏng sang hơi và rắn, hoặc từ nơi này sang nơi khác ở các thuỷ vực: biển và đại dương, nước mặt (ao, hồ, suối…), nước ngầm [5]. 2. Nước thải: Nước thải là nước đã được thải ra sau quá trình sự dụng của con người và chúng đã bị thay đổi tính chất so với lúc ban đầu [1]. Trong quá trình phát triển của nền nông nghiệp, công nghiệp hiện đại cũng như tốc độ đô thị hoá như vũ bão hiện nay dẫn tới việc sử dụng nước ngày càng nhiều và lượng nước thải ngày càng lớn. Trong nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ và thành phần vi sinh vật. Nếu lượng nước thải đó không được kiểm soát, xử lý thích hợp thì nó sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường sống nói chung. Xét cho cùng ô nhiễm môi trường nước hiện nay đều là do hoạt động của con người, trong đó chủ yếu là do nước thải . Thông thường nước thải được phân chia theo nguồn gốc phát sinh ra chúng, tuy nhiên nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp chiếm tỷ trọng rất lớn trong toàn bộ nước thải đổ vào môi trường nên ở đây ta chỉ xét đến hai loại nước thải này: 2.1. Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt này được thải ra từ các hộ ra đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, các khu vui chơi giải trí… Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng lớn các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ (hidrat cacbon, protein, chất béo…), các chất vô cơ sinh dưỡng (Nitơ, phosphate…), cùng với các loại vi khuẩn... Hàm lượng của các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước thải. Để đánh giá chính xác, cần phải khảo sát đặc điểm nước thải của từng vùng dân cư như ở các đô thị, nông thôn, miền núi, đồng bằng…[5]. 2.2. Nước thải công nghiệp: Nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp giao thông vận tải nói chung là nước thải công nghiệp. Nước thải loại này không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào quy trình công nghệ của từng loại sản phẩm . Ví dụ: nước thải từ các cơ sở chế biến nông sản, thực phẩm và thuỷ sản (đường, bột, tôm, cá..) có chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ. Nước thải của nhà máy thuộc da chứa nhiều kim loại nặng. Nước thải của các xí nghiệp làm ắc quy có nồng độ chì và axít cao… Ngoài ra, trình độ công nghệ sản xuất và khối lượng sản xuất của các xí nghiệp cũng có ý nghĩa quan trọng. Lưu lượng tính cho một đơn vị sản phẩm là rất khác nhau.Lưu lượng nước sản xuất lại dao động rất lớn. Bởi vậy các số liệu nêu trong các tài liệu thường không ổn định và ở nhiều xí nghiệp lại có khả năng tiết kiệm nước do sử dụng hệ thống tuần hoàn nước trong sản xuất [5]. Bảng 1: Thành phần nước thải của một số nghành công nghiệp. Các chỉ tiêu Chế biến Sữa Sản xuất thịt hộp Dệt sợi Tổng hợp Sản xuất clorophenol BOD5; mg/l 100 1400 1500 4300 COD; mg/l 1900 2100 3300 5400 Tổng chẩt rắn; mg/l 1600 3300 8000 5300 Chất rắn lơ lửng; mg/l 300 1000 2000 1200 Nitơ; mgN/l 50 1500 30 0 Photpho; mgP/l 12 16 0 0 Ph 7 7 5 7 Nhiệt độ oC 29 28 5 17 Dầu mỡ 29 500 5 17 Clorua; mg/l 29 500 5 2700 Phenol; mg/l 29 500 5 140 Qua bảng số liệu trên ta thấy nước thải của các nghành công nghiệp hoặc các xí nghiệp khác nhau có thành phần hoá học và hoá sinh là rất khác nhau [4]. 3. Hiện tượng nước bị ô nhiễm: Nước bị ô nhiễm hay nước bị nhiễm bẩn có thể quan sát được bằng cảm quan qua các hiện tượng khác thường như: thay đổi màu sắc, có mùi vị lạ, đục… 3.1. Màu sắc: Nước tự nhiên sạch không màu, nước có rong tảo phát triển thì có màu xanh đậm. Nước có màu vàng là do nhiễm sắt. Nước thải có màu đen hoặc nâu đen. Mỗi loại nước thải đều có màu sắc khá đặc trưng, nhưng đa số các trường hợp nước nhiễm bẩn nặng đều có màu đen. 3.2. Mùi vị: Nước sạch không có mùi vị nhưng khi nhiễm bẩn sẽ có mùi vị lạ.Các mùi vị lạ là do các tạp chất hoá học có trong nước gây nên. Ví dụ: mùi thối, vị tanh, chát… 3.3. Độ trong: Nước tự nhiên sạch không có tạp chất thường rất trong, khi bị nhiễm bẩn các loại nước thải thường bị đục. Độ đục do các chất lơ lửng gây ra, các chất lơ lửng có kích thước khác nhau ở dạng keo hoặc phân tán thô. Độ đục càng lớn thì khả năng ánh sáng truyền qua nước sẽ bị giảm dẫn đến quá trình quang hợp trong nước bị yếu, nồng độ oxy hoà tan trong nước nhỏ và môi trường trong nước trở nên kị khí ảnh hưởng đến đời sống của nhiều động thực vật thuỷ sinh. 3.4. Một số hiện tượng bất thường: Trong một số trường hợp nước vẫn bình thường, nhưng lại quan sát thấy có những cánh hoa nở trong nước. Đó là do nước giàu chất dinh dưỡng, đặc biệt là hàm lượng phospho cao làm cho tảo phát triển mạnh.Nhiều trường hợp khác còn thấy tôm cá đờ đẫn, thở ngáp trên mặt nước, thậm chí chết hàng loạt. Những trường hợp này có thể là do nước đã bị nhiễm độc cao, các khí hoà tan, các ion kim loại nặng, các hợp chất phenol,các chất bảo vệ thực vật…hoặc cũng có thể là do hàm lượng quá cao các chất hữu cơ, oxy hoà tan nhỏ hoặc không có trong môi trường nước [5]. CHƯƠNG II: NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC ------------eYf------------ I.Các thông số cơ bản của nước Để đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm cần dựa vào một số thông số cơ bản rồi so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hoá học và sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau. 1. Các chỉ tiêu vật lý: 1.1. Độ đục: Nước nguyên chất là môi trường trong suốt và có khả năng truyền ánh sáng tốt, nhưng khi trong nước có các tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng, các vi sinh vật và cả các chất hoà ta+n thì khả năng truyền ánh sáng của nước bị giảm đi. Lúc đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng làm giảm chất lượng của nước khi sử dụng [5]. Có nhiều phương pháp để xác định độ đục của nước do vậy kết quả thường biểu thị bằng các đơn vị khác nhau. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, độ đục được xác định bằng chiều sâu lớp nước thấy được, gọi là độ trong, ở độ sâu đó người ta có thể đọc được hàng chữ tiêu chuẩn. Đối với nước sinh hoạt, độ đục phải lớn hơn 30 cm. Bảng 2: Độ đục theo thang đục silic và chiều cao lớp nước thấy được. Thang đo theo chiều sâu lớp nước, cm Độ đục theo thang đục silic,mg/l Ghi chú 2 1000 Nhanh tắc bể lọc 4 360 Nhanh tắc bể lọc 6 190 Nhanh tắc bể lọc 8 130 Nhanh tắc bể lọc 10 100 Nhanh tắc bể lọc 15 65 Vận hành khó khăn 30 30 Vận hành có điều kiện 45 18 Vận hành riêng 80 10 Giới hạn trên của nước 1.2. Độ màu: Nước nguyên chất không có màu, nước có màu là do các chất bẩn hoà trong nước tạo nên [1]. Ví dụ: các chất sắt không hoà tan làm trong nước có màu nâu đỏ, các loài rong tảo làm cho nước có màu xanh… Màu sắc của nước làm ảnh hưởng đến thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến sản phẩm khi sử dụng nước có màu trong sản xuất. Trong thực tế người ta xác định mầu thực của nước, nghĩa là sau khi lọc bỏ các chất không tan. Có nhiều phương pháp xác định màu của nước, nhưng thường dùng ở đây là phương pháp so mầu với các dung dịch chuẩn Coban [5]. 1.3.Độ cứng: Độ cứng của nước thải được biểu thị bằng hàm lượng của ion Ca2+ và Mg2+. Trong xử lý nước thải người ta thường phân ba loại độ cứng: độ cứng toàn phần, độ cứng tạm thời, và độ cững vĩnh cửu [1]. Độ cứng tạm thời: là do các muối hidro cacbonnat (HCO3-) của hai kim loại Ca và Mg gây ra. Độ cững vĩnh cửu: là do các muối Sunfat (SO42-) hoặc clorua (Cl-) của hai kim loại đó gây nên. Độ cứng toàn phần: là do tổng hợp của các loại muối đó tạo ra. Khi tính theo hàm lượng của lượng CaCO3 trong nước, người ta chia thành 3 loại: Nước mềm chứa ít hơn 50mg CaCO3/l. Nước thường có chứa đến 150mg CaCO3/l. Nước cứng có chứa trên 300mg CaCO3/l. Độ cứng của nước tuy không bị coi là ô nhiễm vì nó không gây hại sức khoẻ con người. Nhưng độ cứng lại gây nên ảnh hưởng đến công nghệ, như là cáu cặn lò hơi, các thiết bị có gia nhiệt bằng nước…[5] Nó sẽ làm hao phí nhiên liệu và phá huỷ bề mặt trong của thiết bị có sử dụng nước cứng để gia nhiệt. Khi dùng nước có độ cứng cao còn có tác hại là các ion canxi và magiê phản ứng với các axít béo tạo ra các chất khó hoà tan, trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng… 1.4. Hàm lượng chất rắn: Các chất rắn có trong nước thải là: - Các chất vô cơ là dạng các muối hoà tan hoặc không tan như đất đá ở dạng huyền phù lơ lửng. - Các chất hữu cơ như xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động vật phù du…,các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp. Các chất rắn ở trong nước sẽ làm trở ngại cho việc sử dụng và lưu chuyển nước, làm giảm chất lượng sinh hoạt và sản xuất, gây trở ngại cho việc nuôi trồng thuỷ sản. Trong xử lý nước thải, khi nói đến hàm lượng chất rắn người ta thường dùng đến các khái niệm [1,4,5]: 1.4.1.Tổng chất rắn TSS (Total Suspended Solid) : được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi một lít mẫu nước trên bếp cách thuỷ rồi sấy khô ở 103oC cho đến khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng (mg) hoặc (g/l). 1.4.2.Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù SS (Suspended Solid): hàm lượng các chất huyền phù là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc, khi lọc một lít nước qua phễu lọc rồi sấy khô ở 103oC tới khi có trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng (mg/l) hoặc (g/l). 1.4.3.Chất rắn hoà tan DS (Dissolved Solid): hàm lượng chất rắn hoà tan chính là hiệu số của tổng chất rắn với huyền phù : DS= TSS – SS Đơn vị tính bằng (mg/l) hoặc (g/l). 1.4.4.Chất rắn bay hơi VS (Volatile Solid): hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù SS ở 550oC trong khoảng thời gian xác định. Thời gian này phụ thuộc vào mẫu nước (nước cống, nước thải, hoặc nước biển…). Đơn vị tính bằng (mg/l) hoặc (%). Phần mất đi khi nung là chất rắn bay hơi, phần còn lại là chất rắn không bay hơi. 1.5. Mùi vị của nước: Các chất khí và các chất hoà tan trong nước làm cho nước có mùi vị khác. + Các chất gây mùi vị có nguồn gốc vô cơ: - NaCl, MgSO4: gây ra vị mặn trong nước. - Muối đồng, sắt: gây mùi tanh. - Mùi Cl2: do các chất NaClO, CaOCl2 tạo ra. + Các chất gây mùi vị có nguồn gốc hữu cơ: đó là các chất thải công nghiệp, dầu mỡ, hợp chất của phenol. + Các chất gây mùi từ các quá trình sinh hoá, các hoạt động của vi khuẩn, rong tảo như CH3-S-CH3 cho mùi tanh cá, C12H22O2 cho mùi tanh bùn… Các chất gây mùi trong nước phần lớn có thể khử bằng cách làm thoáng khi chúng là các chất hoà tan dễ bay hơi. Sử dụng quá trình oxy hoá trong quá trình lọc nhanh, lọc chậm cũng có thể khử được nhiều chất gây mùi. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào khả năng bị oxy hoá của các chất đó. Thường sử dụng các chất oxy hoá như: Cl2, O3, KMnO4…Khi lọc nước qua than hoạt tính với thời gian 10 đến 15 phút cũng có khả năng khử mùi tốt. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi chi phí cao [4]. 1.6. Độ phóng xạ trong nước: Nước nhiễm phóng xạ do sự phân huỷ phóng xạ trong nước thường có nguồn gốc từ các loại nước thải. Phóng xạ gây nguy hại cho sự sống nên độ phóng xạ trong nước thường được xem là một trong những chỉ tiêu quan trọng về chất lượng nước [9]. 2. Các chỉ tiêu hoá học: 2.1. Hàm lượng oxy hòa tan DO (Dissolved Oxigel): Hàm lượng oxy hoà tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất. Lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho tất cả các sinh vật sống dưới nước. Mức oxy hoà tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm, vào hoạt động của các giới thuỷ sinh, các hoạt động hoá sinh…Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxy được dùng nhiều cho các quá trình hoá sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxy trầm trọng. Oxy hoà tan trong nước không tác dụng với nước về mặt hoá học. Khi nhiệt độ tăng thì lượng oxy hoà tan trong nước sẽ giảm, còn khi áp suất tăng thì khả năng hoà tan oxy trong nước lại tăng lên. Các nguồn nước bề mặt do có bề mặt tiếp xúc trực tiếp với không khí nên thường có hàm lượng oxy hoà tan cao. Do đó các sinh vật thường sống ở tầng nước mặt và đồng thời các quá trình sống của các loài này như quá trình quang hợp, hô hấp cũng làm thay đổi hàm lượng oxy hoà tan trong nước.Trái ngược lại, nguồn nước ngầm thường có hàm lượng oxy hoà tan thấp hoặc hầu như không có do các phản ứng oxy hoá khử ngay trong lòng đất [1]. 2.2. Nhu cầu oxy hoá học COD (Chemical Oxigel Demand): Chỉ số COD được sử dụng rộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên [1]. COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá toàn bộ các chất hữu cơ có trong mẫu nước thành CO2 và nước [1]. Để xác định COD người ta sử dụng một tác nhân oxy hoá mạnh trong môi trường axít.Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp bicromat và cơ chế của nó theo phương trình phản ứng sau: Các chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ CO2 + H2O + 2Cr3+ Lượng Cr2O72- dư đựoc chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr Fe(SO4)2(NH4)2.6H2O và sử dụng dung dịch dyphenyl amin làm chất chỉ thị. Điểm kết thúc chuẩn độ là điểm khi dung dịch chuyển từ màu xanh đen sang màu xanh lơ [4]. 6Fe + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O. 2.3. Nhu cầu oxy sinh hoá BOD (Biochemical Oxigel Demand): Nhu cầu oxy sinh hoá hay là nhu cầu oxy sinh học là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật. Quá trình này được gọi là quá trình oxy hoá sinh học [5]. Tóm tắt quá trình: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O Vi sinh vật tế bào mới (tăng sinh khối). 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 là công việc quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của sự ô nhiễm. Quá trình oxy hoá đòi hỏi thời gian dài vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước, cũng như một số chất độc có trong nước. Tóm lại cần phải xác định lượng BOD trong nước để: Xác định kích thước thiết bị xử lý. Xác định hiệu xuất xử lý của một số quá trình. Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý. Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ bằng vi sinh vật vì như thế mất quá nhiều thời gian mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ ủ 20oC, kí hiệu là BOD5 [1]. 2.4. Độ pH của nước: Độ pH của nước là một trong những chỉ tiêu cần xác định đối với nước thải. Độ pH dùng để đánh giá tính axít cũng như tính kiềm của nước và được tính : pH = -lg [H+] . Chỉ số này cho thấy cần thiết phải trung hoà hay không và tính lượng hoá chất cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn…[5] Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH. Khi pH= 7, nước có tính trung tính; khi pH> 7, nước có tính kiềm; khi pH< 7, nước có tính axít [4]. Sự thay đổi trị số của pH có thể làm tăng hoặc giảm vận tốc của các phản ứng hoá sinh có trong nước. 3.Các chỉ tiêu vi sinh: Trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải của các khu chăn nuôi thường nhiễm nhiều loại vi khuẩn gây bệnh, đáng chú ý là một số bệnh về đường tiêu hoá như tả, lị, thương hàn…[5] Việc xác định các loại vi khuẩn gây bệnh này là rất khó khăn, vì vậy trong thực tế người ta thường áp dụng phương pháp xác định chỉ số vi trùng đặc trưng. Ví dụ: nguồn gốc của các vi trùng gây bệnh có trong nước là các nguồn nhiễm bẩn phân rác, chất thải của người và động vật. Trong chất thải của người và động vật luôn có loại vi khuẩn E.coli sinh sống và phát triển. Sự có mặt của E.coli trong nước chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn phân rác và tồn tại các vi trùng gây bệnh.Số lượng E.coli nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ ô nhiễm của nguồn nước. Đặc tính của vi khuẩn E.coli là có khả năng tồn tại cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác nên chỉ cẩn xử lý nước khỏi sự có mặt của E.coli tức là đã loại bỏ tất cả các vi khuẩn gây bệnh khác. Mặt khác, việc xác định số lượng vi khuẩn E.coli thường đơn giản và nhanh chóng nên loại vi khuẩn này chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn bởi các vi khuẩn có trong nước [1]. II. Các chất gây ô nhiễm nguồn nước Có rất nhiều chất gây ô nhiễm nguồn nước, ta có thể phân chúng thành các loại sau: Các chất hữu cơ bền vững, khó bị phân huỷ. Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ. Các kim loại nặng. Các ion vô cơ. Các chất dầu mỡ, chất hoạt động bề măt. Các chất có mùi hoặc mầu. Các chất rắn. Các chất phóng xạ. Các vi sinh vật. Sau đây ta sẽ xét đến một số nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước: 1. Ô nhiễm do các chất hữu cơ: Quá trình công nghiệp hoá và phát triển công nghệ đã dẫn đến số lượng các tạp chất hữu cơ thải vào môi trường ngày càng tăng. Trong hầu hết các hợp chất đó, chúng ta còn biết ít rất ít về tác động của chúng đối với con người và môi trường [5]. 1.1. Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ: Đó là các hợp chất protein, chất béo có nguồn gốc động vật và thực vật. Đây là các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm. Các chất này chủ yếu làm suy giảm lượng oxy hoà tan trong nước gây ảnh hưởng đến sự sống của các loài thuỷ sinh. 1.2. Các chất hữu cơ khó bị phân huỷ: Các chất này thuộc các chất hữu cơ có vòng thơm, các hợp chất Clo hữu cơ, phosphor hữu cơ…Trong các chất này có nhiều nhất là các chất hữu cơ tổng hợp. Hầu hết chúng gây độc tính cho sinh vật và con người. Chúng tồn tại một thời gian khá dài trong môi trường và cơ thể sinh vật làm ảnh hưởng nguy hại đến quá trình sống . Trong nguồn nước tự nhiên, hàm lượng các chất này rất thấp, ít có ảnh hưởng đến nước sinh hoạt, nuôi trồng tưới tiêu. Khi bị ô nhiễm thì hàm lượng các chất này sẽ tăng rất cao. 2. Ô nhiễm do các chất vô cơ: Các ion vô cơ có nồng độ cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là nước biển. Trong nước thải có một lượng khá lớn các chất vô cơ tuỳ thuộc vào nguồn nước thải. Ngoài ra, trong nước thải còn có thể chứa các ion vô cơ có độc tính cao như: Hg, Pb, Cd, Ni, Mn…[5] 2.1. Các chất chứa Nitơ: Trong nước hợp chất chứa nitơ thường tồn tại ở ba dạng: hợp chất hữu cơ, ammoniac và các dạng oxi hoá (nitrat, nitrit). Các dạng này là các khâu trong chuỗi phân huỷ hợp chất chứa nitơ hữu cơ. Ví dụ: protein, và hợp phần của protein. Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất nitơ hữu cơ, ammoniac hoặc NH4OH thì chứng tỏ nước mới bị ô nhiễm. NH3 trong nước sẽ gây độc với cá và các sinh vật khác. Nếu nước có hợp chất N chủ yếu là nitrit (NO2-) là nước đã bị ô nhiễm một thời gian dài hơn. Nếu nước chứa chủ yếu là các hợp chất chứa nitơ ở dạng nitrat (NO3-) chứng tỏ quá trình phân huỷ đã kết thúc [5]. 2.2. Hợp chất chứa phospho: Phospho có trong nước thường ở các dạng muối phosphate của axít phosphoric H2PO4-, HPO42-, PO43- từ các loại phân bón hoặc cơ thể động vật.Nồng độ phosphate trong nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏ hơn 0,01 mg/l, ở vùng sông ngòi nhiễm nước thải sinh hoạt và nông nghiệp có thể lên đến hơn 0,5 mg/l. Phosphat có nhiều trong phân người và động vật, trong nước thải của nhà máy chế biến phân lân, các xí nghiệp chế biến thực phẩm, đặc biệt là chế biến thuỷ sản. Bản thân phosphate không phải là chất gây độc nhưng khi có hàm lượng cao trong nước nó sẽ là chất dinh dưỡng cho các loài thực vật phát triển làm giảm chất lượng nước [5]. 3. Ô nhiễm do các kim loại nặng: Hầu hết các kim loại nặng đều có tính độc đối với người và động vật. Trong nước thải công nghiệp thường chứa các kim loại nặng như chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), Mangan (Mn), Niken (Ni)… 3.1. Chì (Pb): Chì tồn tại ở hai dạng ion có hoá trị +2 và +4. Trong đó muối chì +2 là hay gặp nhất và có độ bền nhất. Chì là kim loại có độc tính đối với não và có khả năng tích luỹ lâu dài trong cơ thể. Nhiễm độc có thể gây chết người. Các hợp chất hữu cơ chứa chì độc hơn rất nhiều so với hợp chất vô cơ chứa chì. Chì được thâm nhập vào cơ thể qua thức ăn nước uống và hít thở. Chúng có thể tích luỹ với liều lượng nhỏ trong một thời gian dài. Cơ chế tác dụng độc là chúng kìm hãm hoạt động của các emzym trong quá trình trao đổi chất của hồng cầu. Chì có trong nước thải các xí nghiệp sản xuất pin, acqui, luyện kim, hoá dầu, trong khí xăng có pha chì [5]. 3.2. Thuỷ ngân (Hg): Thuỷ ngân vô cơ và hữu cơ đều là chất độc mạnh đốí với sinh vật. Thuỷ ngân tạo muối ở ion Hg+ và Hg2+. Thuỷ ngân được sử dụng làm vật liệu điện cực, nhiệt kế, áp kế và trong một số thiết bị khác. Trong một vài trường hợp, muối của thuỷ ngân được là xúc tác sản xuất PVC, xúc tác thuỷ ngân trên chất mang than hoạt tính, chế tạo pin, trong công nghiệp điện hoá, bột giấy. Thuỷ ngân kìm hãm khả năng tự làm sạch ngay ở mức nồng độ 18µg/l. Quá trình trao đổi chất của cơ thể vi sinh vật bị rối loạn do sự kìm hãm hoạt động enzym khi có mặt thuỷ ngân.Một số vi sinh vật có khả năng chuyển hoá hợp chất thuỷ ngân vô cơ thành dạng methyl, làm tăng thêm tính độc của nó. Thuỷ ngân có thể bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng và sa lắng.Tảo và một số vi sinh vật có trong nước biển có khả năng tích luỹ thuỷ ngân với hệ số 500÷10000 lần. Độc tính của thuỷ ngân phụ thuộc vào dạng hợp chất hoá học: thuỷ ngân hoá trị 2 độc hơn hoá trị 1, hợp chất hữu cơ độc hơn chất vô cơ và phụ thuộc vào độ tan, tức là sự phân bố của chúng trong môi trường nước. Độc tính của thuỷ ngân là do tác dụng kìm hãm hoạt động của enzym, vì nó kết hợp với nhóm sulfhydryl của protein. Ngoài ra nó còn phá hoại màng sinh học và làm giảm lượng axít ribonucleic trong tế bào. Đối tượng thuỷ ngân gây hại là thận và hệ thần kinh trung ương, có thể gây chết người trong một số trường hợp đặc biệt [5]. 3.3. Mangan (Mn): Mangan là nguyên tố hay gặp trong nước ngầm, thường tồn tại cùng với sắt. Trong đất đá chúng thường ở dạng ít tan, được chuyển hoá thành dạng tan do phản ứng khử và vi sinh vật thâm nhập vào nước ngầm. Về tính chất hoá học, chúng có nhiều điểm tương đồng với sắt: oxi hoá tạo kết tủa, làm ố bẩn quần áo, dụng cụ sinh hoạt. Sự có mặt của mangan trong nước sẽ gây ra màu và mùi khó chịu như đối với sắt nhưng đối với mức độ tệ hại hơn. 3.4. Niken (Ni): Trong hợp chất niken tồn tại ở hoá trị 2. Niken kim loại được dùng làm chất xúc tác cho các phản ứng hoá học, hợp chất niken được sử dụng trong công nghệ mạ. Niken là kim loại có tính linh động cao trong môi trường nước, có khả năng tạo phức chất khá bền với các chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp. Nó được tích tụ trong các chất sa lắng, trong cơ thể động vật bậc cao và một số loài thuỷ sinh. Niken có tính độc cao đối với cá, phụ thuộc vào chất lượng nước ở đó.Nồng độ trên 30µg/l gây tác hại cho các cơ thể sống bậc thấp trong nước. Đối với gia súc, thực vật, vi sinh vật, niken được xem là nguyên tố vi lượng.Tiếp xúc lâu dài với niken gây hiện tượng viêm da và có thể xuất hiện dị ứng ở một số người. Ngộ độc niken qua đường hô hấp gây khó chịu,buồn nôn, đau đầu nếu kéo dài sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan và thận. Chất hữu cơ niken cacbonyl có độc tính cao và gây ung thư phổi [5]. CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ------------eYf------------ I. Khái quát về các phương pháp xử lý nước thải Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, con người không ngừng tìm tòi, nghiên cứu và chế tạo ra những vật liệu, những sản phẩm mới…để đáp ứng cho nhu cầu ngày càng tăng của cuộc sống. Đồng nghĩa với việc đó là các sản phẩm phế thải của con người tại các nhà máy, các khu đô thị cũng ngày càng tăng. Chúng ta đã và đang gây ra sự ô nhiêm nặng nề đối với chính môi trường của chúng ta. Đứng trước tình trạng đó, việc xử lý nước thải trước khi đưa ra môi trường tự nhiên hoặc tái sử dụng là vô cùng quan trọng. Mục đích của việc xử lý nước thải là phải loại bỏ các chất hay sinh vật gây hại cho con người hoặc môi trường sinh thải. Việc phân loại các phương pháp xử lý nước thải có thể dựa vào đặc tính của quá trình. Người ta có thể chia các phương pháp xử lý nước thải như sau: + Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học: lắng, lọc, làm thoáng khuấy trộn và pha loãng v.v. + Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý: đông tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, các phương pháp điện hoá… + Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học: trung hoà, oxy hoá khử… + Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: hiếu khí, kị khí… [5]. II. Xử lý nước thải bằng các phương pháp cơ học Song chắn và lưới lọc: Đây là bước xử lý sơ bộ. Mục đích của quá trình này nhằm loại bỏ các tạp chất, các vật cản thô như giẻ, giấy, vỏ hộp, mẩu đất đá có thể làm tắc đường ống, gây sự cố trong quá trình sử lý nước thải. Có thể nói quá trình này là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống . + Nước thải đưa tới công trình làm sạch nước trước hết phải qua song chắn rác. Tại song chắn, các tạp chất có kích thước lớn sẽ bị giữ lại. + Sau song chắn rác, để loại bỏ các chất rắn có kích thước nhỏ hơn, mịn hơn ta có thể đặt thêm lưới lọc. Các vật thải được giữ lại trên mặt lọc và phải được thường xuyên lấy ra để tránh làm tắc dòng chảy [5]. Phương pháp lắng: Lắng là phương pháp dựa chủ yếu vào tác dụng của trọng lực. Nó là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước. Nước cần xử lý được đưa vào bể lắng và giữ lại tại đó trong suốt quá trình làm việc. Nhờ diện tích tiết diện bể lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá trình xảy ra trong bể gần như ở trạng thái tĩnh. Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt có khối lượng riêng lớn hơn của chất lỏng bao quanh nó sẽ tự lắng xuống.Trong khi đó các hạt cặn có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng sẽ nổi dần lên trên bề mặt. Bằng cách đó, các hạt cặn lơ lửng trong nước hoặc là di chuyển xuống đáy tạo thành lớp bùn cặn, hoặc là di chuyển lên trên bề mặt tạo thành lớp váng bọt, phần nước ở giữa sẽ được đưa ra ngoài [4]. Phương pháp lọc: Lọc được dùng trong xử lý nước thải để tách các tạp chất phân tán nhỏ khỏi nước mà phương pháp lắng không làm được. Trong các loại thiết bị lọc thường có loại thiết bị dùng vật liệu lọc dạng tấm và loại hạt.Vật liệu lọc dạng tấm có thể làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ,nhôm, niken…và tất cả các loại vải khác nhau (thuỷ tinh, amiăng, bông, len, sợi tổ._.ng hợp ).Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học về mặt vật lý và hoá học. Vật liệu lọc dạng hạt cát tự nhiên, thạch anh, đá hoa nghiền, than cốc, sỏi… Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặt riêng. Quá trình lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp xuất tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách vật liệu lọc hoặc chân không sau lớp lọc. Các thiết bị lọc sẽ tách các phân tử tạp chất phân tán hoặc lơ lửng khó lắng khỏi nước. Các thiết bị lọc sau một thời gian làm việc sẽ bị các chất bám vào vật liệu lọc dần dần bít khe hở của lớp lọc làm cho dòng chảy bị chậm lại hoặc ngừng chảy. Trong quá trình làm việc người ta phải rửa thiết bị lọc, lấy bớt chất lỏng và cho nước rửa đi từ dưới lên trên để lấy các chất bẩn ra khỏi vật liệu lọc. Trong xử lý nước thải thường dùng loại thiết bị lọc chậm, lọc nhanh, lọc kín, lọc hở. Ngoài ra con dùng loại lọc ép khung bản, lọc chân không thùng quay, các máy vi lọc hiện đại. Việc lựa chọn thiết bị lọc để lọc nước thải tuỳ thuộc vào lượng nước cần xử lý, hàm lượng chất bẩn và mức độ phân tán của chúng [1,5]. III. Xử lý nước thải bằng các phương pháp hoá lý Đây là những 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 cao vì phải sử dụng nhiều hòa chất và nó tạo ra lượng cặn quá nhiều [1]. Đông tụ và keo tụ: Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo thì không thể lắng được. Ta có thể làm tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được. Muốn vậy, trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hoà điện tích các hạt được gọi là đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ [1]. Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương. VD: Các hạt có nguồn gốc silic và các hợp chất hữu cơ mang điện tích âm, còn các hạt hidroxit của sắt và nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành tổ hợp các phân tử, nguyên tử hay các ion tự do.Các tổ hợp này chính là các hạt bông keo. Có hai loại bông keo: loại kị nước và loại ưa nước trong đó loại kị nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước còn loại ưa nước thì ngược lại vì nó thường ngậm thêm các phân tử nước cùng các loại vi khuẩn, vi rút…làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải. Cơ chế của quá đông tụ được giải thích như sau: Hình 1: Điện tích trên hạt chất rắn lơ lửng Những hạt chất rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào các hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng 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, nhưng chúng bị hút bám một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bớt 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 nhau nữa bằng cách thêm vào các ion có 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 hoá trị của ion, chất đông tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt. Hoá trị của ion càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao. Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc là muối nhôm hoặc hỗn hợp của chúng, các muối nhôm gồm có: Al2(SO4)3.18H2O,NaAlO2,Al2(OH)5Cl,KAl(SO4)2.12H2O,NH4Al(SO4)2.12H2O. Các muối sắt dùng làm chất keo tụ là: Fe2(SO4)3.H20, Fe(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3 Các muối sắt có ưu điểm hơn so với muối nhôm trong việc làm đông tụ các chất rắn lơ lửng trong nước vì: + Tác dụng tốt hơn nhiệt độ thấp. + Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn. + Tạo kích thước và độ bền bông keo lớn hơn. + Có thể khử được mùi vị khi có H2S. Tuy vậy muối sắt cũng có nhược điểm: chúng tạo thành phức hoà tan làm cho nước có màu. Trong quá trình tạo thành bông keo của hidroxit nhôm hoặc sắt, người ta thường thêm chất trợ đông tụ. Các chất trợ đông tụ này là tinh bột, xenlulôzơ, ete, dioxit Silic hoạt tính…Ngoài ra người ta còn dùng các chất trợ đông tụ tổng hợp. Chất hay dùng nhất là polyacryamit.Việc dùng các chất trợ đông tụ làm giảm liều lượng các chất đông tụ, giảm thời gian quá trình đông tụ và đẩy nhanh được tốc độ lắng của các bông keo [1,4,5]. Tuyển nổi: Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc : các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước. Sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính theo ra khỏi mặt nước. Thực chất đây là quá trình tách bọt hoặc làm đặc bọt. Trong một số trường hợp, quá trình này cũng được dùng để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động bề mặt. Phương pháp tuyển nổi được dùng rộng rãi trong luyện kim, thu hồi các khoáng sản quý và cũng được dùng trong lĩnh vực sử lý nước thải. Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các khí đó kết dính với các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên mặt nước. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều cặn bẩn. Tuyển nổi bọt nhằm tách các chất lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hoà tan ra khỏi pha lỏng. Kỹ thuật này có thể dùng xử lý cho nước thải đô thị, nhiều lĩnh vực công nghiệp chế biến có chứa hàm lượng chất béo trong nước thải, công nghiệp thuộc da, dệt nhuộm… Trong trường hợp cần tách các hạt rắn kị nước, các bọt khí sẽ dính chặt vào chúng tạo thành một đường bao là biên giới của pha rắn-lỏng-khí, giới hạn diện tích dính của bọt khí. Đường tiếp tuyến với mặt bọt khí tại điểm tiếp xúc và bề mặt của hạt rắn tạo thành một góc θ.Góc đó gọi là góc thấm ướt. Hình 2: sự kết dính của hạt rắn và bọt khí. Xác suất kết dính của hạt với bọt khí phụ thuộc vào độ thấm ướt của hạt. Độ thấm ướt đó được đặc trưng bởi đại lượng góc thấm ướt θ.Góc thấm ướt càng lớn thì xác suất kết dính càng cao và độ bền vững của mối dính kết trên bề mặt lớn. Hiệu suất của quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào các bọt khí. Kích thước tối ưu của chúng khoảng 15 ÷ 30.10-6m, tuỳ thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu.Quá trình tuyển nổi có hiệu quả tách cao đối với các hạt có kích thước từ 0,2÷15 mm. Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt có ý nghĩa quan trọng. Để đạt mục đích đó, đôi khi người ta bổ xung thêm vào nước các chất tạo bọt như cresol, phenol… *Phương pháp tuyển nổi có những ưu điểm nổi bật : + Quá trình thực hiện liên tục có phạm vị ứng dụng rộng rãi. + Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp. + Thiết bị đơn giản. + Có độ lựa chọn tách các tạp chất. + Tốc độ quá trình tuyển nổi nhanh và có khả năng cho bùn cặn có độ ẩm thấp hơn (90-95%) [4]. Hấp phụ: Phương pháp hấp phụ được dùng để loại hết các chất bẩn hoà tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc là chất có mùi vị hoặc mầu, Tốc độ của quá trình hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất và cấu trúc của các chất tan, nhiệt độ của nước, loại và tính chất của các chất hấp phụ. Trong trường hợp tổng quát quá trình hấp phụ gồm ba giai đoạn: + Di chuyển chất cần hấp thụ từ nước thải tới bề mặt chất hấp phụ (vùng khuếch tán ngoài). + Thực hiện quá trình hấp phụ. + Di chuyển chất vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuyếch tán trong). Trong đó tốc độ của chính quá trình hấp phụ là lớn và không hạn định tốc độ chung của quá trình. Do đó giai đoạn quyết định vận tốc quá trình ở đây có thể là giai đoạn khuếch tán ngoài hay khuếch tán trong. Trong một số trường hợp, quá trình hấp phụ được hạn định bởi hai giai đoạn này. Trong vùng khuyếch tán ngoài, tốc độ chuyển khối phụ thuộc chủ yếu do cường độ xoáy của dòng quyết định. Nghĩa là trước hết phụ thuộc vào vận tốc dòng chất lỏng. Trong vùng khuyếch tán trong, cường độ chuyển khối phụ thuộc vào loại, kích thước mao quản của chất hấp phụ, hình dạng và kích thước hạt của nó, kích thước phân tử của chất bị hấp phụ, hệ số dẫn khối. Khi xác định chế độ tối ưu cho quá trình hấp phụ làm sạch nước thải, cần tính đến tất cả các điều kiện trên. Các chất thường dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, keo nhôm, khoáng diatomit, bentonit, một số chất tổng hợp… Sau đây ta xét đến tính hấp phụ của ba loại chất được dùng phổ biến: 3.1.Than hoạt tính: Than hoạt tính được chế tạo bằng các nguyên liệu ban đầu có chứa thành phần cacbon: than, xenlulozơ, gỗ, sọ dừa, tre. Tuy có thể xuất phát từ các nguyên liệu khác nhau nhưng khi chế tạo người ta có thể qui về hai phương pháp chính trong giai đoạn hoạt hoá và giai đoạn phát triển độ xốp của than. Đó chính là hoạt hoá hoá học và hoạt hoá vật lý: +Thông thường than hoạt tính được sản xuất theo phương pháp hoạt hoá hoá học bằng cách trộn hay tẩm nguyên liệu với các hoá chất và đốt yếm khí từ 500÷900oC. Các hoá chất vô cơ khi đốt sẽ phân huỷ ra các khí có tính oxy hoá hoặc phân huỷ các phân tử chất hữu cơ qua các phản ứng dehydrate hoá. +Phương pháp hoạt hoá vậy lý thường tiến hành theo hai giai đoạn: than hoá và hoạt hoá. Giai đoạn than hoá là giai đoạn đốt yếm khí tại 400÷500oC nhằm loại bỏ các thành phần bay hơi trong nguyên liệu, đưa nguyên liệu trở về dạng cacbon. Bước hoạt hoá là phát triển độ xốp của nguyên liệu thông qua phản ứng oxy hoá ở nhiệt độ cao( 800÷11000C). Trong quá trình oxy hoá, một số nguyên tử cacbon bị đốt cháy thành khí (CO, CO2), khí này bay đi để lại lỗ trống, đó chính là cơ chế tạo nên độ xốp. Than hoạt tính có thể được phân chia theo dạng hạt hay dạng bột. Tuỳ thuộc vào các yếu tố như điều kiện, công nghệ … mà người ta có thể sử dụng loại nào cho phù hợp [6]. Hấp phụ trên than bột: Mặc dù hiện nay xu hướng dùng than hạt là phổ biến nhưng than bột vẫn còn được dùng ở những nơi mà quá trình xử lý nước không đòi hỏi liên tục, chất lượng nước đầu vào biến động theo thời gian hay ô nhiễm do hoá chất. Quy trình sử dụng than bột như sau: hoà tan than vào nước cần xử lý, tạo điều kiện cho khả năng tiếp xúc giữa than và nước. Sau khi than đã hấp phụ các chất gây ô nhiễm có thể tách than ra khỏi nước bằng phương pháp keo tụ, lắng, lọc đơn lẻ hay kết hợp giữa các phương pháp. Liều lượng than dùng khác nhau tuỳ thuộc vào lượng nước đòi hỏi xử lý và tạp chất nhiễm trong đó, nó nằm trong khoảng từ vài chục đến vài trăm g/m3, thông dụng là 25÷30 g/m3. Đối với một số có khả năng hấp phụ trên than với hiệu suất thấp như hợp chất hữu cơ chứa clo, chất hữu cơ dễ bay hơi…để tăng cường loại bỏ các hợp chất trên cần phải tăng liều lượng than sử dụng, có thể lên tới 150÷200 g/m3. + Ưu điểm của than bột: giá thành thiết bị thấp, đơn giản, dễ thay đổi liều lượng cần thiết khi chất lượng nước biến động. + Nhược điểm của than bột: giá thành của than cao, không có khả năng tái sinh, khả năng loại bỏ chất hữu cơ thấp và không thể loại bỏ than một cách triệt để ra khỏi nước sau khi hấp phụ. 3.1.2. Hấp phụ trên than hạt: Trong thực tế, người ta sắp xếp than hạt trong cột lọc và cho nước cần xử lý chảy qua. Việc xử lý nước bằng cách cho nước thải đi qua cột lọc chứa than hạt có những lợi thế sau: + Cột than bột hoạt động chính xác thì hiệu quả sử dụng sẽ cao hơn so với than bột vì nồng độ của chất hấp phụ cao khi tiếp xúc với than. Trong quá trình hấp phụ trên than bột nồng độ của chất hấp phụ luôn giảm dần và trạng thái cân bằng đạt đựơc ở vùng nồng độ thấp. Điều đó có nghĩa là để đạt được cùng hiệu suất, loại bỏ các chất hữu cơ thì cần lượng than nhỏ hơn so với than bột. + Sử dụng than hạt có giá thành thiết bị cao hơn, tuy nhiên nó được bù lại bởi giá thành tiêu hao thấp và than hạt có thể tái sinh được. Sự hao hụt than trong khi sử dụng thấp cho phép dùng than đắt tiền, chất lượng cao và hiệu quả cuối cùng là kinh tế hơn. + Than hạt dễ sử dụng, chỉ cần có thiết bị dỡ than ra khỏi cột khi nó bão hoà hấp phụ. Thời gian sử dụng dài, thường từ 3÷12 tháng. Nếu than được sử dụng vào mục đích làm trong nước thì cần có thiết bị rửa ngược. Để than cột than hoạt động hữu hiệu cần phải xác định được tính năng thoát nồng độ ở cuối cột. Ban đầu than hoạt động rất tốt và hiệu quả giảm dần, khi đến một giai đoạn nào đó cần phải hoạt hoá lại than. Kích thước của than hạt dùng xử lý chất hữu cơ nằm trong khoảng 0,4÷1,7 mm. Độ cao của tầng than thường lớn hơn 70 cm. Cũng giống như than bột, yếu tố động học thường bị không chế bởi quá trình khuếch tán trong đó hạt càng nhỏ càng đều càng tốt. Tuy nhiên nếu hạt than quá nhỏ sẽ gây tắc dòng chảy. Than hạt có kích thước lớn là tăng độ lớn của tầng chuyển khối, giảm hiệu quả sử dụng than [7]. 3.2. Khoáng Diatomit (Da): Diatomit (Da) là loại có nguồn gốc từ tảo diamome đã từng tồn tại ở cả nước ngọt và nước mặn. Da có cấu trúc xốp, thành phần chủ yếu là oxít silic (SiO2), oxít nhôm (Al2O3) và một số oxít khác với hàm lượng nhỏ như Fe2O3, MgO, TiO2…Về phương diện hóa học, Da là loại vật liệu khá trơ với tác dụng của hoá chất. Về phương diện cấu trúc vật lý Da có thể tạo nên một tập hợp hạt có độ xốp cao 80÷85%. Mặt khác, nhờ tính đa dạng của các phân tử có cấu trúc rỗng của khung Da nên các chất hấp phụ chế tạo từ Diatomit có thể lưu giữ một lượng khá lớn chất khí, lỏng… Những kết quả phân tích hoá học, nhiệt động và phổ hồng ngoại đã chỉ ra rằng Da là loại SiO2 vô định hình đã hidrat hoá và lẫn một ít tạp chất oxít kim loại. Da là loại đá trắng, xám hơi vàng và rất nhẹ, có cấu trúc gồm các hạt được gắn kết yếu. Số lớn áo giáp nguyên vẹn của tảo cát diatome trong đá rất biến động. Các áo giáp của tảo cát là cá tiểu thể opan vô cùng bé (0.03÷0.15nm) là cho đá nhẹ và xốp. Các tạp chất khoáng vật trong Da có thạch anh , glauconit, fotforit, montmorilonit, tro núi lửa và đất sét. Như đã nói ở trên, Da là loại khoáng có cấu trúc xốp với lượng lỗ xốp lớn nhưng ở trạng thái tự nhiên độ hấp phụ của khoáng không được cao. Để nâng cao tính hấp phụ đó cần xử lý chuyển hoá khoáng sao cho độ xốp, bề mặt riêng và hoạt tính hấp phụ tăng lên. Bột khoáng Diatomit có bộ khung tương đối trơ, sau khi đã chuyển hoá sẽ tạo bộ khung mới với sự thay đổi tới độ rỗng xốp ổn định, cấu trúc bề mặt của khoáng bị biến đổi, làm xuất hiện nhiều trung tâm hấp phụ mạnh. Sự thay hoạt tính hấp phụ được thể hiện rõ nét sau khi cho các loại khoáng đã biến tính này hấp phụ nước thải [7]. 3.3. Khoáng Bentonit (Bt): Bentonit là Aluminosilicat tự nhiên, mà thành phần hoá học chính là: Montmorillionit có công thức tổng quát là Al2O3.mSiO2.nH2O. Ngoài ra trong Bentonit còn có một số khoáng như kaolinit, clorit, mica, và các khoáng phi sét như canxi, pirit, manhetit, biolit…, các muối kiềm và các chất hữu cơ. Khoáng Bentonit được sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nhiệp khác nhau .Nó mang những tính chất đặc trưng như tính chất trao đổi ion, tính trương nở và tính hấp phụ. Trong kỹ thuật xử lý nước thải, ta chỉ xét đến tính hấp phụ của Bentonit. Tính chất hấp phụ của Bentonit được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc xốp của chúng quy định. Với kích thước hạt nhỏ và do đặc điểm cấu trúc mạng lưới tinh thể nên Bentonit có bề mặt riêng lớn. Bề mặt Bentonitbao gồm bề mặt ngoài và trong. Bề mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cấu trúc tinh thể. Như ta đã biết khoảng cách cơ bản giữa các lớp bị thay đổi phụ thuộc vào loại cation trao đổi giữa các lớp. Phụ thuộc và tính chất của chất bị hấp phụ mà bề mặt trong của Bt cũng bị thay đổi trong quá trình hấp phụ. Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt của các mao quản chuyển tiếp. Các mao quản này tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt Bentonit. Diện tích bề mặt ngoài và kích thước mao quản chuyển tiếp phụ thuộc vào kích thước hạt Bentonit. Hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn và kích thước mao quản chuyển tiếp càng nhỏ. Quá trình hấp phụ xảy trên cả bề mặt trong và ngoài của Bentonit. Sự hấp phụ ở bề mặt trong của Bt chỉ xảy ra khi chất hấp phụ là chất hữu cơ ở dạng ion hoặc hợp chất hữu cơ phân cực. Còn đối với hợp chất hữu cơ không phân cực, các chất polime và đặc biệt là vi khuẩn thì sự hấp phụ chỉ xảy ra trên bề mặt ngoài của Bentonit. Cũng như Diatomit, để tăng khả năng hấp phụ của khoáng Bentonit, người ta phải thực hiện thực hiện quá trình làm biến tính khoáng Bt. Các phương pháp điện hoá: Người ta sử dụng các quá trình oxi hoá cực anot và khử cực catot, đông tụ điện, tuyển nổi bằng điện để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hoà tan và phân tán. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải. Ưu điểm của phương pháp này là sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản và tự động hoá, không cần sử dụng các tác nhân hoá học, nhưng ngược lại nhược điểm của nó là lượng điện năng sử dụng rất lớn. 4.1. Phương pháp oxi hoá cực anot và khử cực catot: Các quá trình này đã được sử dụng để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xianua, các amin, alcol, aldehit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm…Trong quá trình oxi hoá điện hoá, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, NH3,và nước hay tạo thành các chất không độc hại và đơn giản hơn để có thể tách ra bằng các phương pháp khác. Quá trình này có thể làm sạch nước thải ra khỏi ion các kim loại nặng như Pb2+, Cu2+, Hg2+, As3+… Ta có sơ đồ bình điện phân đơn giản như sau: Hình 3: Sơ đồ bể điện phân + Anot thường làm từ các vật liệu không hoà tan khác nhau có tính chất điện phân như: graphit, manetit(Fe3O4), dioxyt mangan … + Catot được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken… Quá trình được tiến hành trong bể điện phân với màng hoặc không có màng. Đây là phương pháp có hiệu quả rất cao. Trong một số trường hợp với điều kiện tối ưu hiệu suất làm sạch có thể gần đạt tới 100% [1]. 4.2. Phương pháp đông tụ điện: Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra quá trình đông tụ do hiện tượng sinh điện và phóng điện của các hạt mang điện trên các điện cực, tạo thành trong dung dịch các chất có tác dụng phá vỡ các muối của solvat (clo, oxy) trên bề mặt hạt. Quá trình như vậy có thể sử dụng để làm sạch nước chứa hàm lượng các hạt keo không cao và độ bền vững thấp của các chất gây ô nhiễm. Để làm sạch các nước thải công nghiệp chứa các tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử dụng các anot hoà tan bằng nhôm và thép. Dưới tác dụng của dòng điện, xảy ra quá trình hoà tan của các kim loại, dẫn đến các cation sắt hoặc nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydroxyt của các kim loại ở dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra mãnh liệt. Ưu điểm của phương pháp đông tụ bằng điện là thiết bị gọn và điều khiển đơn giản, không sử dụng các tác nhân hoá học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến hành quá trình làm sạch, không có các chất độc. Tuy vậy phương pháp này cũng có nhược điểm là tiêu tốn kim loại, chi phí điện năng cao. Phương pháp đông tụ bằng điện được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, hoá chất, giấy và bột giấy [1]. 4.3. Phương pháp tuyển nổi bằng điện: Nguyên tắc của phương pháp tuyển nổi bằng điện là làm sạch nước thải bằng cách tách các hạt lơ lửng trong nước nhờ các bọt khí được tạo thành trong quá trình điện phân nước. Ở anot các bóng khí oxy và ở catot là hydro .Khi các bóng khí này nổi lên gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên mặt nước. Sử dụng các điện cực hoà tan trong quá trình điện phân sẽ tạo ra đồng thời việc tạo bóng khí và đông tụ, hiệu quả quá trình làm sạch sẽ tăng lên [1]. Phương pháp trao đổi ion: Phương pháp này được dùng để làm sạch nước nói chung, trong đó có nước thải, loại ra khỏi nước các ion kim loại nặng như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Mg, Cd…Cũng như các hợp chất chứa asen, phospho, xianra và các chất phóng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước cứng. Đồng thời nó cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được độ làm sạch cao [1]. Trao đổi ion là quá trình trong đó trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionít (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất có khả năng hút ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit. Những chất này mang tính axit. Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cationit lẫn anionit thị gọi chúng là các ionit lưỡng tính. Quá trình trao đổi ion được xem như gồm các giai đoạn: + Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất lỏng tới bề mặt ngoài của lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion. + Khuyếch tán các ion qua lớp biên giới . + Chuyển ion đã qua biên giới phân chia pha vào hạt nhựa trao đổi + Khuyếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi ion. + Phản ứng hoá học trao đổi hai ion A và B. + Khuếch tán các ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân chia pha. + Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng. + Khuyếch tán các ion B qua màng. + Khuyếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng. Tốc độ quá trình trao đổi ion được quyết định bởi quá trình chậm nhất trong các giai đoạn trên. Đó là quá trình khuyếch tán trong màng chất lỏng hay khuyếch tán trong hạt trao đổi, còn quá trình phản ứng hoá học trao đổi ion xảy ra rất nhanh [1]. IV. Xử lý nước thải bằng các phương pháp hoá học Phương pháp hoá học là phương pháp xử dụng các hoá chất để xử lý nước bị ô nhiễm. Đây là phương pháp khá tốn kém về kinh tế, do đó nó chỉ áp dụng cho việc xử lý sơ bộ của giai đoạn đầu hay là cho việc xử lý lần cuối trước khi thải ra môi trường. Phương pháp trung hoà: Nước thải từ các nhà máy, các khu công nghiệp, các khu dân cư thường có những pH khác nhau. Lượng pH trong nước mất ổn định sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các loài thuỷ sinh sống trong nước, vì vậy trước khi được thải vào môi trường thì các nguồn nước phải được trung hoà đưa PH về vùng 6,6÷7,6. Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: + Trộn lẫn nước thải axít với nước thải kiềm. + Bổ xung các tác nhân hoá học. + Lọc nước chứa axít qua vật liệu có tác dụng trung hoà. + Hấp thụ khí axít bằng kiềm hoặc hấp phụ ammoniac bằng nước axít… Việc lựa chọn phương pháp trung hoà, các hoá chất được sử dụng phải tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các hoá chất đó [1,4,5]. Phương pháp oxi hoá: Để làm sạch nước thải, người ta có thể sử dụng các chất oxy hoá ở dạng khí và hoá lỏng như clo, nước javel, clorua vôi, pemanganat kali, ozon, dioxytelo… Trong quá trình oxi hoá, các chất độc hại có trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn hoá chất nên nó chỉ dùng trong những trường hợp các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách ra bằng phương pháp khác. VD: khử xyanua hay hợp chất hoà tan của asen. Phương pháp oxi hoá này không những dùng để tách các tạp chất mà nó còn được dùng để khử khuẩn. Dùng các hoá chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo…như các chất có tính oxi hoá là clo, nước javel, kali pemaganat…để làm sạch nước, để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn nước [5]. Phương pháp khử: Phương pháp này được ứng dụng trong các trường hợp nước thải chứa các chất dễ bị khử . Phương pháp khử được dùng rộng rãi để tách các hợp chất thuỷ ngân, crôm, asen…ra khỏi nước thải .Trong xử lý nước thải chứa hợp chất thuỷ ngân ở dạng vô cơ, người ta khử thành thuỷ ngân kim loại và tách ra khỏi nước bằng quá trình lắng, lọc, tuyển nổi. Còn các chất thuỷ ngân hữu cơ thì được oxi hoá để phá vỡ hợp chất trước, sau đó khử ion Hg thành Hg kim loại [5]. V. Xử lý nước thải bằng sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng (là vi khuẩn sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng tế bào, phát triển…) có trong nước thải. Quá trình hoạt động sống của chúng làm cho các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn bị khoáng hoá và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản. Cho đến nay, người ta đã xác định được rằng, các vi sinh vật có thể phân huỷ được tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo. Mức độ phân huỷ và thời gian phân huỷ phụ thuộc vào các yếu tố như: cấu tạo chất hữu cơ, nồng độ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của dòng nước thải… Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hoà tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do vậy trong xử lý sinh học người ta thường loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải trong thời gian xử lý sơ bộ. Các quá trình sinh học dùng trong xử lý nước thải đều có xuất xứ trong tự nhiên . Nhờ thực hiện các biện pháp tăng cường hoạt động của các vi sinh vật mà quá trình làm sạch các chất bẩn diễn ra nhanh hơn. Hiện nay trong thực tế, người ta tiến hành xử lý sinh học ở điều kiện tự nhiên hay nhân tạo là tuỳ vào kinh phí, yêu cầu công nghệ hoặc mức độ xử lý. Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau. Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau: + Phương pháp hiếu khí : là phương pháp sử dụng các vi sinh vật hiếu khí. Đó là vi sinh vật cần oxi để sống, oxi cung cấp cho quá trình oxi hoá các chất hữu cơ theo phản ứng. VD: chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + năng lượng Vi khuẩn hiếu khí + Phương pháp yếm khí ( kị khí): là phương pháp sử -dụng các vi sinh vật yếm khí. Đó là vi sinh vật có thể sống và hoạt động kị khí (không cần oxi của không khí), mà sử dụng oxi trong những hợp chất hoá học để oxi hoá các chất hữu cơ VD: chất hữu cơ + NO3- → CO2 + N2 + năng lượng chất hữu cơ + SO42- → CO2 + H2S + năng lượng Trong xử lý nước thải, các phương pháp hiếu khí được ứng dụng rộng rãi hơn vì thời gian xử lý nhanh và xử lý triệt để hơn. Với phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, chất lượng nước có thể tăng lên rất nhiều như giảm chất rắn lơ lửng, giảm độ dục của nước, giảm mùi, mầu của nước. Tuy vậy phương pháp này còn có những nhược điểm sau: không tiêu diệt được các vi sinh vật có hại trong nước, diện tích để thực hiện các quá trình xử lý phải lớn, và nói chung hiệu quả xử lý để tách các chất bẩn cũng không cao .Do đó phương pháp này chỉ sử dụng để xử lý các nguồn nước có các chất dễ phân huỷ, ít chứa các chất gây hại cho các vi sinh vật làm sạch nước…. [5]. PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ------------eYf------------ CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NƯỚC I. Phương pháp đo độ màu của nước 1. Cơ sở phương pháp: Màu của nước được biểu thị bằng độ coban và được xác định bằng phương pháp so màu.Màu của nước tỷ lệ với nồng độ chất tạo ra màu trong nước theo định luật Lambert_Beer Nội dung định luật như sau: Khi chiếu chùm ánh sáng đơn sắc qua dung dịch chất màu có bề dày là l(cm), nồng độ là C(mol/l) thì giá trị mật độ quang sẽ là: A= lg(I0/I) = ع .l.C Trong đó: ع: hệ số tắt phân tử. Io,I1: Cường độ ánh sáng tới và ánh sáng ló. l: bề dày cuvét. C: nồng độ dung dịch. Từ công thức trên ta thấy mật độ quang tỷ lệ với độ màu trong nước. 2. Dụng cụ và hoá chất: +Kali bicromat(K2Cr2O7). Coban sunfat(CoSO4.7H2O). H2SO4 đặc. Máy đo quang. Pipét, bình định mức. 3. Các bước tiến hành: 3.1. Chuẩn bị dung dịch: Chuẩn bị dung dịch Coban bicromat từ 2 dung dịch: +Dung dịch 1: 0,175 gam K2Cr2O7; 4 gam CoSO4.7H2O; 2 ml H2SO4 đặc được cho vào bình định mức 1000 ml và được định mức chính xác bằng nước cất. +Dung dịch 2: 2 ml H2SO4 đặc cho vào bình định mức 1000 ml. Tiến hành pha dung dịch màu chuẩn và ứng với mỗi lượng thể tích chất màu Coban bicromat ta có một giá trị về độ màu. Bảng 3: Bảng độ màu chuẩn. Mẫu V1 V2 Độ màu Mẫu V1 V2 Độ màu 0 0 100 0 9 45 55 450 1 5 95 50 10 55 45 550 2 10 90 100 11 60 40 600 3 15 85 150 12 65 35 650 4 20 80 200 13 70 30 700 5 25 75 250 14 75 25 750 6 30 70 300 15 80 20 800 7 35 65 350 16 85 15 850 8 40 60 400 17 100 0 1000 * Chú ý: dung dịch trống dùng để so sánh chính là mẫu số 0 3.2. Khảo sát tìm bước sóng cực đại ( λmax): Với mỗi giá trị bước sóng λ khác nhau chất hấp phụ khác nhau sẽ cho giá trị mật độ quang khác nhau. Tiến hành khảo sát sự hấp phụ ánh sáng của dung dịch chất màu theo λ ta xây dựng được đồ thị hấp phụ ánh sáng của dung dịch chất màu. Từ đó tìm ra được giá trị cực đại λmax mà tại đó đó dung dịch hấp phụ ánh sáng tốt nhất. Bảng4: Sự phụ thuộc mật độ quang vào bước sóng. λ (nm) 428 432 434 436 438 440 442 446 450 A 0.25 0.252 0.253 0.254 0.257 0.258 0.257 0.254 0.252 Từ bảng trên ta xây dựng đồ thị đồ thị biểu thị mối quan hệ mật độ quang và bước sóng: Hình 4: phổ hấp thụ ánh sáng của dung dịch chất màu. Vậy giá trị bước sóng mà tại đó giá trị mật độ quang đạt cực đại là λmax = 440 nm 3.3. Xây dựng đường chuẩn tại λ =440 nm: Tiến hành đo mật độ quang của dung dịch mẫu chuẩn tại bước sóng λ =440 nm trong điều kiện ngoài không đổi. Với mỗi lượng dung dịch màu chuẩn Coban bicromat khác nhau ta được các giá trị mật độ quang tương ứng như bảng sau. Bảng 5: Giá trị mật độ quang đo được từ dung dịch màu chuẩn Coban bicromat. Mẫu V1 V2 A Mẫu V1 V2 Â 0 0 100 0 9 45 55 0.119 1 5 95 0.01 10 55 45 0.138 2 10 90 0.019 ._.