Nghiên cứu công nghệ và thiết kế hệ thống xử lý nước thải xưởng in tráng phim ảnh – Viện Phim Việt Nam, công suất 30m3/ngày đêm

không ít người. Có rất nhiều cách để xem một bộ phim: thuê một cuốn băng ở ngoài hàng về xem, ngồi trước ti vi và xem các bộ phim truyền hình, ngồi trước máy vi tính và xem phim trực tuyến. Nhưng có lẽ, đến rạp để xem phim là luôn một lựa chọn rất hấp dẫn bởi tính sốt dẻo của nó, các bộ phim chiếu ở rạp luôn là những bộ phim mới nhất, hấp dẫn nhất. Đặc biệt là khi bạn có một ai đó để chia sẻ. Mọi người đều có những khái niệm nhất định về việc quay một bộ phim, về diễn xuất của các diễn viên, … Tuy nhiên, hầu như không ai chú ý gì đến các công việc diễn ra sau khi quay như việc chọn cảnh diễn đạt yêu cầu, lồng tiếng, tạo các hiệu ứng hình ảnh và âm thanh, và về việc tráng phim sau khi quay (có chăng là chỉ đoán nó cũng giống như tráng một cuộn phim ảnh mà thôi). Đặc biệt, trong thời đại công nghệ số phát triển mạnh mẽ, nhiều người còn không nhận ra những bộ phim hộ đang xem trong các rạp là các bộ phim nhựa, được chiếu với đèn chiếu và phông màn. Cho dù công nghệ có hiện đại, các bộ phim được bổ sung rất nhiều kỹ xảo điện ảnh được thực hiện trên máy vi tính, nhưng các bộ phim chiếu ở rạp vẫn được quay bằng phim nhựa và chiếu bằng đèn chiếu. Việc sử dụng phim nhựa để làm phim sẽ giúp cho phim có được những hình ảnh sắc nét và có chiều sâu, giúp xóa mờ những kỹ xảo được thể hiện trên phim, và đặc biệt là mang lại tính nghệ thuật cao cho bộ phim. Do đó, khi điện ảnh ngày càng phát triển, các bộ phim được sản xuất càng nhiều thì một vấn đề cần được quan tâm đích đáng là nước thải từ công nghệ in tráng phim ảnh vì đây là công đoạn phát sinh nước thải chủ yếu của quá trình sản xuất phim. Với đề tài:”Nghiên cứu công nghệ và thiết kế hệ thống xử lý nước thải xưởng in tráng phim ảnh – Viện Phim Việt Nam, công suất 30m3/ngày đêm”, trong bản đồ án này, em muốn trình bày đôi nét về công nghệ in tráng phim ảnh, đặc trưng của nước thải in tráng và những nghiên cứu của em để tìm ra phương pháp xử lý loại nước thải này, cuối cùng là thiết kế hệ thống xử lý nước thải công suất 30m3/ngày đêm. Phương pháp tiếp cận xử lý nước thải được lựa chọn là phương pháp hóa học và hóa lý do trong nước thải, các điều kiện chủ yếu không đảm bảo cho quá trình xử lý sinh học và vật lý đạt hiệu quả cao. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHIM ẢNH VÀ CÔNG NGHỆ IN TRÁNG PHIM ẢNH 1.1 Đôi nét về phim điện ảnh Việt Nam và thế giới Lịch sử điện ảnh đã bắt đầu từ hơn 100 năm. Điện ảnh ra đời cùng với sự phát triển của công nghệ chụp ảnh. Từ những năm 1880, khi máy móc để chụp ảnh phát triển đủ mạnh, con người có thể chụp liên tiếp những bức ảnh với một tốc độ nhất định, lưu trữ nó trong các cuộn phim, và sau khi xử lý có thể chiếu những hình ảnh đã chụp với tốc độ xác định để thu được những hình ảnh động. Một loạt các hình ảnh động tạo nên các cảnh của một bộ phim; xâu chuỗi các cảnh động, ta thu được một bộ phim ảnh hoàn chỉnh. Trong thời kỳ đầu, các hình ảnh của phim là các hình ảnh đen trắng và chưa có âm thanh đi kèm trên phim. Các âm thanh được thu riêng vào băng và phát cùng với thời điểm bắt đầu chiếu phim. Tốc độ quay cũng như chiếu phim ban đầu là 16 hình/giây. Điều này làm cho động tác của các nhân vật trở nên giật cục, nhưng nó cũng tạo nên những bước đi đặc biệt độc đáo của “Vua hề Sailor Shaplin”. Tốc độ quay phim và chiếu phim được chọn ở giá trị 24 hình/giây từ khi kỹ thuật điện ảnh cho phép ghi tiếng nói, âm thanh lên phim (vì ở tốc độ này, tiếng nói thu được mới chính xác và trung thực nhất). Cũng ở tốc độ này, hình ảnh theo dõi đạt yêu cầu chấp nhận được, các động tác trở nên uyển chuyển và trung thực. Và tốc độ 24 hình/giây vẫn được duy trì cho đến tận ngày nay, trong khi quay phim nhựa và chiếu phim nhựa. Các đạo diễn vẫn có thể điều chỉnh tốc độ quay và chiếu phim trong những cảnh đặc biệt để làm cho tốc độ của hành động trở nên nhanh hơn hoặc chậm lại, giúp cho cảnh phim đạt được những hiệu quả nhất định. Cũng với sự phát triển của kỹ thuật ghi hình, kỹ thuật điện ảnh, các bộ phim ngày càng trở nên hấp dẫn với người xem với nhiều tình tiết hấp dẫn tùy theo từng thể loại phim: các bộ phim hành động thì có các cảnh hành động đến nghẹt thở; phim kinh di thì khiến khán giả đứng tim vì sợ hãi hay phim tình cảm thì khiến khản giả xúc động rơi nước mắt. Ở nhiều nước, điện ảnh đã phát triển mạnh mẽ như là một nền công nghiệp không khói, trong đó không thể không kể dến Mỹ với trung tâm điện ảnh Holywood cũng hàng loạt các bộ phim kinh điển ở mọi lĩnh vực, mọi thể loại. Hàng năm, hàng chục bộ phim được công chiếu, thu hút hàng triệu người theo dõi, và tất nhiên đem lại nguồn thu khổng lồ cho nhà sản xuất cũng như toàn ekip làm phim. Điện ảnh Việt Nam cũng phát triển từ rất sớm. Ngay khi tiếp cận với kỹ thuật điện ảnh, các nhà làm phim, đạo diễn, nhà quay phim, với ống kính máy quay, đã tham gia rất nhiều các trận đánh, các chiến dịch để ghi lại những giờ khắc lịch sử hào hùng của dân tộc. Không chỉ dừng lại ở các bộ phim tài liệu, các bộ phim truyện nhựa đen trắng đầu tiên cũng thu hút được sự quam tâm của khán giả, cũng như sự đánh giá cao của các đồng nghiệp trên thế giới như bộ phim “Vĩ tuyến 17 ngày và đêm”, “Cánh đồng hoang”, … Hiện nay, phim truyện nhựa Việt Nam vẫn tiếp tục phát triển với những thước phim tư liệu bám sát cuộc sống thực tế, ca ngợi những con người dũng cảm hy sinh vì đất nước, hay những bộ phim truyện nhựa với những đề tài khác nhau phản ánh thực tế xã hội được bạn bè đồng nghiệp trên thế giới đánh giá cao, … 1.2 Trung tâm kỹ thuật điện ảnh Việt Nam Trước năm 1998, ở Việt Nam có 4 cơ sở in tráng phim: Một là xưởng in tráng của Hãng phim truyện Việt Nam nằm tại số 4 Thụy Khuê, Quận Tây Hồ, Hà Nội; Hai là xưởng in tráng phim của Hãng phim Tài liệu và Khoa học Trung Ương nằm tại số 465 Hoàng Hoa Thám, Quận Ba Đình, Hà Nội; Ba là xưởng in tráng của Hãng phim quân đội – chỉ gia công phim đen trắng, nằm tại số 17 Lý Nam Đế, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội; Bốn là Xưởng gia công in tráng thuộc Hãng phim Giải phóng nằm ở số 15 Thi Sách, Quận 1, thành phố Hồ Chí Minh. Từ năm 1998, Nhà nước quyết định thành lập Trung tâm kỹ thuật Điện ảnh Việt Nam trên cơ sở sát nhập xưởng in tráng của Hãng phim truyện Việt Nam và xưởng thu thanh của Hãng phim Tài liệu và Khoa học Trung ương với Viện Kỹ thuật Điện ảnh và Video Việt Nam nằm trên đường Hoàng Quốc Việt, Quận Cầu Giấy, Hà Nội. Vì vậy, các cơ sở gia công phim điện ảnh hiện nay có 3 cơ sở: [3] Cơ sở 1: là khu vực xưởng in tráng của Trung tâm kỹ thuật Điện ảnh Việt Nam, nằm tại 465 Hoàng Hoa Thám, Quận Ba Đình, Hà Nội. Cơ sở 2: Xưởng in tráng phim Điện ảnh quân đội, 17 Lý Nam Đế, Hà Nội Cơ sở 3: Xưởng gia công phim của Hãng phim Giải phóng, nằm tại 15 Thi Sách, Quận 1, thành phố Hồ Chí MInh. Các cơ sở này có nhiệm vụ xử lý hầu như toàn bộ các bộ phim quay bằng phim sống tại Việt Nam. Các bộ phim sau khi quay sẽ được bảo quản và đưa về một trong các cơ sở để in tráng và dựng thành một bộ phim hoàn chỉnh. Trung tâm kỹ thuật điện ảnh Việt Nam trực thuộc Viện Phim Việt Nam có nhiệm vụ xử lý kỹ thuật các bộ phim, bao gồm tráng phim, in phim, lồng tiếng, điều chỉnh các hiệu quả hình ảnh và âm thanh theo yêu cầu của đạo diễn. Trung tâm kỹ thuật điện ảnh cơ sở II nằm trên đường Hoàng Hoa Thám bao gồm 2 xưởng chính là xưởng in tráng và xưởng âm thanh, ngoài ra còn bộ phận hành chính-tài vụ, xưởng thiết bị, xưởng cơ điện. Mỗi bộ phận đảm trách các chức năng riêng nhưng đều nhằm một mục tiêu là đảm bảo cho các bộ phim được xử lý một cách tốt nhất theo yêu cầu của đạo diễn. Xưởng in tráng là một trong hai xưởng chính tại trung tâm. Xưởng có chức năng in tráng phim và xử lý các hiệu quả về mặt hình ảnh theo ý đồ đạo diễn. Xưởng in tráng bao gồm các bộ phận như: hóa, lý, in, tráng, tu sửa, âm bản, định sáng, so lọc, KCS. 1.3 Quy trình xử lý phim tại xưởng in tráng Quy trình xử lý phim sau khi quay về được trình bày trên hình 1.1. Phim Neg sau khi quay về được giao cho xưởng in tráng. Xưởng trưởng lên kế hoạch in tráng và thông báo cho tất cả các bộ phận được biết. Bộ phận hóa và lý có chức năng kiểm tra chất lượng các hóa chất đảm bảo cho quá trình in tráng tốt nhất. Phòng tráng phim tiến hành tráng thử để kiểm tra chất lượng phim ra để các bộ phận hóa lý có những điều chỉnh thích hợp. Sau khi các bước chuẩn bị hoàn tất, phòng in tráng tiến hành tráng toàn bộ các cuộn phim theo kế hoạch. Phim sau khi tráng được qua các bộ phận so lọc, âm bản, định sáng để kiểm tra chất lượng phim cũng như xác định chế độ hoạt động của máy in phim. Từ phim Neg, máy in tiến hành in lên phim Pos, phim Pos này sẽ được chuyển cho đạo diễn để chọn lọc các cảnh quay, phim Neg gốc được lưu giữ lại để in bản phim chiếu sau này. Phim Pos sau khi in, tráng chuyển sang bộ phận tu sửa và KCS để kiểm tra lần cuối và đóng gói sản phẩm để gửi cho khách hàng. Đạo diễn tiến hành chọn lọc các cảnh phim thích hợp, lắp ghép thành một bản phim hình hoàn chỉnh, sau đó chuyển cho xưởng âm thanh thu thanh, lồng tiếng cho ra bản phim tiếng. Bản phim tiếng sau khi được tráng, cùng với bản phim Neg (đã chọn lấy các cảnh thích hợp) được dùng để in bản phim màu hoàn chỉnh với cả âm thanh và hình ảnh. Phim Negative KCS Tu sửa Tráng phim Pos In phim So lọc Định sáng Âm bản So lọc Tráng phim Hình 1.1: Sơ đồ quy trình phim tại xưởng in tráng Tu sửa Phim sản phẩm CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ IN TRÁNG PHIM ẢNH 2.1 Phim và nguyên lý hiện hình trên phim 2.1.1 Phim và cấu tạo của phim [1],[2] Phim là một tấm băng dài, mềm và trong suốt, thường làm bằng xenllulo, polyeste hoặc hợp chất của axit acetic, trên có phủ một lớp nhũ tương có chứa các hợp chất nhạy sáng, trong đó Bromua Bạc là chất bắt sáng chủ yếu. Tính bắt sáng cũng như đặc tính hình ảnh tạo thành tùy thuộc vào thành phần cấu tạo và việc chế tạo lớp nhũ tương này. Nghiên cứu bằng kính hiển vi lớp nhữ tương chưa lộ sáng cho thấy: các tinh thể bắt sáng thường có dạng những thanh nhỏ hình tam giác hoặc lục giác. Tinh thể càng to thì càng nhạy sáng.[1] Phim dùng trong công nghiệp điện ảnh có 2 loại: phim màu và phim đen trắng. Cả 2 loại phim này đều có 2 loại là: phim Negative, phim Positive. Mặc dù trong điện ảnh vẫn sử dụng cả 2 loại phim là phim màu và phim đen trắng, tuy nhiên phim đen trắng ít gặp hơn và thường sử dụng khi đạo diễn có ý đồ nào đó về hiệu quả hình ảnh hoặc tạo các đoạn phim giả tư liệu. Vì vậy, em không đi sâu vào phân tích công nghệ in tráng phim đen trắng mà tập trung chủ yếu vào phim màu. Phim màu Negative (phim Neg) là loại phim sống, dùng để quay trực tiếp diễn xuất của diễn viên trong các cảnh của bộ phim (hay là phim dùng để ghi lại trực tiếp các cảnh diễn xuất theo ý đồ của đạo diễn). Cấu tạo của phim màu Neg theo thứ tụ gồm các lớp như sau:[2] Lớp galetin bảo vệ. Lớp Emulsion nhạy ánh sáng lam: lớp này chứa cấu tử không màu, trong quá trình hiện hình sẽ chuyển thành màu vàng, tỷ lệ với quang lượng ánh sáng lam. Lớp kính lọc vàng: có tác dụng ngăn chặn ánh sáng lam đi xuống hai lớp dưới do chúng cũng nhạy đối với ánh sáng lam). Lớp Emulsion nhạy ánh sáng lục: lớp này chứa cấu tử không màu và cấu tử màu vàng, cả hai trong quá trình hiện hình tạo thành màu hồng, tỷ lệ với quang lượng ánh sáng lục. Cấu tử màu vàng còn dư trở thành chất che để chỉnh sự bắt sai ánh sáng lam của lớp màu hồng. Lớp gelatin cách giữa. Lớp Emulsion nhạy ánh sáng đỏ: lớp này chứa cấu tử không màu và cấu tử màu hồng, cả hai trong quá trình hiện hình sẽ chuyển thành màu xanh, tỷ lệ với quang lượng ánh sáng đỏ. Cấu tử màu hồn dư trở thành chất che để chỉnh sự bắt sai ánh sáng lam và lục của lớp màu xanh. Đế phim an toàn. Lớp than đen chống phản xạ. Phim màu Positive (phim Pos) là loại phim sống, dùng để in lại các cảnh phim từ phim Negative sau khi đạo diễn xem xét, chọn lựa; hoặc để in các bộ phim hoàn chỉnh từ phim Neg hoặc phim Pos đã có. Phim màu Pos gồm các lớp theo thứ tự như sau:[2] Lớp gelatin bảo vệ. Lớp thuốc nhạy ánh sáng lục: lớp này chứa cấu tử không màu, chuyển thành màu hồn trong quá trình hiện hình, tỷ lệ với quang lượng ánh sáng lục. Lớp gelatin trong ngăn cách giữa. Lớp thuốc nhạy đỏ: lớp này có cấu tử không màu, tạo màu xanh trong quá trình hiện hình, tỷ lệ với quang lượng ánh sáng đỏ. Lớp gelatin trong ngăn cách giữa. Lớp thuốc nhạy ánh sáng lam: lớp này có cấu tử không màu, chuyển thành màu vàng trong quá trình hiện hình, tỷ lệ với quang lượng ánh sáng lam. Đế phim an toàn. Trước đây, phim Pos cũng có lớp phủ đế than chống phản xạ, nhưng hiện nay không cần nữa do kỹ thuật đã phát triển hơn. 2.1.2 Nguyên lý quá trình hiện hình trên phim [1],[2],[10] Màu sắc của hình ảnh trên phim màu tạo bởi 3 màu chủ đạo là: lục, lam, đỏ. Sự phối trộn các màu đó theo tỷ lệ nhất định sẽ tạo thành tất cả các màu khác. Do đó, trên phim màu luôn có 3 lớp thuốc màu tương ứng. Ánh sáng từ vật thể tác động lên các lớp thuốc, hình thành nên ảnh của vật thể trên cả 3 lớp thuốc với mức độ đậm nhạt phù hợp để sau khi tráng rửa, hình ảnh tổng hợp thu được cuối cùng giống như vật thể. Khi lộ sáng (khi có ánh sáng chiếu vào phim), chỉ có một số các phân tử chất bắt sáng (là các muối halogenua bạc (AgHal), thường là AgBr) bị ánh sáng kích thích tùy thuộc vào quang lượng ánh sáng và màu sắc ánh sáng. Lúc này, ảnh của vật thể tồn tại trên phim ở dạng tiền ẩn, dưới dạng tổ hợp của các phân tử muối AgBr bắt sáng ở mỗi lớp thuốc, mà chưa thể quan sát được hình ảnh. Nếu lúc này, phim bị lộ sáng lần nữa thì hình ảnh thu được là hình ảnh chồng nhau của hai lần lộ sáng. Trong trường hợp phim bị lộ sáng nhiều lần thì hình ảnh cuối cùng là hỗn hợp của các hình ảnh khi lộ sáng, nếu lộ sáng quá nhiều hoặc quá lâu thì phim sẽ bị “cháy”, không thể rửa ra ảnh của vật thể. Do đó, phim sau khi quay phải được bảo quản trong bóng tối (thường là hộp chuyên dụng bảo quản phim sau khi quay). Trong quá trình hiện hình, các phân tử AgHal đã bắt sáng phản ứng với thuốc hiện hình tạo thành bạc kim loại và một sản phẩm oxy hóa. Sản phẩm oxy hóa này phản ứng với chất màu lớp phim tạo thành sản phẩm có màu tương ứng trong các lớp phim. Sau quá trình hiện hình, trên mỗi lớp phim tồn tại hai loại hình ảnh: hình ảnh màu và hình ảnh đen trắng tạo nên bởi sự phân bố khác nhau của các nguyên tử bạc tạo thành. Độ đậm nhạt hay màu sắc của hình ảnh thu được do sự phân bố của các phân tử AgHal đã bắt sáng quy định, nếu tại một điểm số phân tử AgHal bắt sáng càng nhiều và càng tập trung thì màu của điểm đó càng đậm. Ảnh của vật thể có mặt ở cả ba lớp thuốc với độ đậm nhạt thích hợp để thu được hình ảnh trung thực nhất. Để thu được hình ảnh màu, cần phải loại bỏ ảnh đen trắng gây ra bởi bạc kim loại cũng như loại bỏ các hợp chất không cần thiết khác trên phim. Quá trình loại bỏ này được loại bỏ nhờ quá trình tẩy và quá trình hãm hình. 2.1.3 Một số quá trình chính trong công nghệ in tráng a) Quá trình hiện hình [2] Quá trình hiện hình là quá trình hoàn nguyên các halogenua bạc đã lộ sáng thành bạc kim loại và hình thành hình ảnh màu. Quá trình này diễn ra qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1: phản ứng giữa thuốc hiện hình và muối halogenua bạc đã lộ sáng tạo sản phẩm oxy hóa và bạc kim loại: AgHal + thuốc hiện hình => Ag + sản phẩm oxy hóa Giai đoạn 2: sản phẩm oxy hóa tạo thành phản ứng với chất tạo màu trong phim tạo thành chất mang màu: sản phẩm oxy hóa + chất tạo màu => chất mang màu Chất mang màu gần như được tạo thành trực tiếp từ lúc khôi phục tinh thể halogenua bạc. Khác với hiện hình đen trắng, quá trình hiện màu không cần sự có mặt ở nồng độ cao của Na2CO3, nếu nồng độ Na2CO3 có thể dẫn tới mất màu phim. Trong quá trình hiện hình, dung dịch hiện hình rất dễ bị nhiễm bẩn do trong thuốc hiện hiènh có những hợp chất không tan (hydrochinon phân hủy tạo ra chinon và diamin). Các hợp chất không tan này tồn tại ở dạng huyền phù lơ lửng trong hồ, đặc biệt là khi tạo thành oxit chinon, nó làm cho dung dịch hiện hình biến màu làm ảnh hưởng đến đế phim và giảm độ trong sáng của phim. Các hợp chất này khi thải khỏi hồ hiện hình đi vào nước thải sẽ đóng góp vào thành phần chất lơ lửng của nước thải. b) Quá trình tẩy bạc [2] Quá trình tẩy bạc là quá trình chuyển hóa các nguyên tử bạc kim loại tạo thành trong quá trình hiện hình trở về dạng có thể hòa tan được trong quá trình hãm hình sau này, ở đây bạc kim loại sẽ chuyển về dạng haloganua bạc Quá trình này dựa trên cơ sở oxy hóa bạc kim loại bằng chất oxy hóa thích hợp. Người ta thường dùng các dung dịch không phá hủy chất tạo màu, không phản ứng với muối halogenua bạc nhưng có khả năng làm cho bạc kim loại dễ dàng hòa tan được. Hiện tại, xưởng in tráng sử dụng dung dịch hỗn hợp muối sắt II và muối sắt III với tỷ lệ thích hợp, phản ứng diễn ra như sau: Ag + Fe3+ => Ag+ + Fe2+ Dung dịch tẩy sau khi thực hiện phản ứng tẩy được đưa về bể chứa để sục không khí, hoàn nguyên dung dịch trước khi tuần hoàn về hồ tẩy. Fe3+ + ½ O2 + 2 H+ => Fe2+ + H2O c) Quá trình hãm hình [2] Chức năng của quá trình hãm hình là tẩy toàn bộ halogenua bạc trong emulsion chưa được lộ sáng ra khỏi emulsion sau khi hiện hình, đẩy ra khỏi emulsion những muối bạc mà chúng xuất hiện sau quá trình oxy hóa bạc kim loại (sau quá trình tẩy). Quá trình hãm hình xảy ra dưới tác nhân là Natrithiosulfat Na2S2O3 tạo thành muối phức bạc tan: Na3[Ag(S2O3)2].H2O và Na5[Ag3(S2O3)4].2H2O. Tuy nhiên, khi nồng độ Ag+ quá lớn thì có hiện tượng kết tủa, làm giảm mức độ hòa tan của halogenua bạc, làm cho quá trình hãm hình không thực hiện được. Thực tế, trong phim sau khi tráng, bạc tham gia rất ít vào việc tạo hình ảnh và cũng hầu như không tồn tại trong phim. Người ta thống kê được như sau: [2] Loại phim Hàm lượng Ag ban đầu Hàm lượng Ag tạo hình ảnh Pos đen trắng 15mm 100÷120 g/1000m 34 g/1000m Neg đen trắng 15mm 165 g/1000m 11÷14 g/1000m Pos màu 175÷230 g/1000m 3 g/1000m Neg màu 220÷240 g/1000m 0 g/1000m Do đó, người ta phải thực hiện quá trình khử bạc trong thuốc hãm hình. Dung dịch thuốc hãm hình từ hồ hãm được chảy vào bình điện phân để thực hiện quá trình điện phân thu hồi lại bạc kim loại, hoàn nguyên lại tính chất của dung dịch hãm hình. Dung dịch sau khi điện phân đi vào thùng bổ sung trước khi quay trở lại hồ hãm hình. 2.2 Công nghệ tráng rửa phim màu [2],[3] 2.2.1 Công nghệ tráng rửa phim màu Negative Sơ đồ công nghệ rửa phim màu Negative được trình bày trên hình 2.1. Phim cần tráng được dẫn qua các hồ nhờ các gale gai nhựa và gale lõm. Các gale này có tác dụng định hướng chuyển động của phim, tránh làm xước phim trong quá trình chuyển động, đồng thời giúp phim chuyển động dễ dàng hơn trong các hồ. Trong quá trình chuyển động, phim được lưu trong mỗi hồ một khoảng thời gian nhất định. Tại các hồ, quá trình tráng rửa phim lần lượt được thực hiện, nhiệm vụ của các hồ như sau: Hồ đầu: có chức năng làm mềm lớp than đế, giúp cho quá trình rửa đế than phía sau dễ dàng được thực hiện Đánh đế và rửa phim: có chức năng làm sạch đế than, tránh bụi than bám vào mặt thuốc của phim, làm hỏng phim. Hiện hình: có chức năng khử các hạt halogenua bạc đã lộ sáng ở 3 lớp thuốc nhạy sáng. Chất hiện hình bị oxy hóa bởi các phân tử halogenua bạc đã lộ sáng tạo thành bạc kim loại và sản phẩm oxy hóa. Sản phẩm oxy hóa này kết hợp với cấu tử màu trong mỗi lớp thuốc tạo nên hình ảnh màu. Hình ảnh bạc kim loại được tạo thành đồng thời tại nơi muối halogenua bạc lộ sáng. Ngưng hình: có chức năng dừng sự hiện hình của các hạt halogenua bạc và rửa chất hiện hình màu CD-3 ra khỏi phim. Kích tẩy: có chức năng rửa bớt thuốc ngưng acid và chuẩn bị hiện diện bạc kim loại cho phản ứng tẩy tiếp theo. Tẩy bạc: có chức năng chuyển hóa bạc kim loại ở lớp kính lọc và hình ảnh bạc được tạo thành trong quá trình hiện hình thành muối halogenua bạc, mà nó có thể bị tẩy nhờ thuốc hãm hình. Rửa nước: có chức năng rửa lấy thuốc tẩy dư ra khỏi phim, ngăn chặn nó làm bẩn thuốc hãm hình. Hãm hình: có chức năng chuyển muối halogenua bạc tạo thành muối phức hòa tan dạng thiosulfat bạc. Nó được lấy ra khỏi phim ngay trong thuốc hãm và công đoạn rửa nước tiếp theo. Rửa nước: có chức năng rửa lấy muối phức hòa tan Thiosulfat bạc cùng thuốc hãm hình không sử dụng ra khỏi phim. Ổn định: có chức năng ngăn tạo bọt nước trên phim, giảm sức căng bề mặt của các hạt nước cho phim chóng khô, làm đanh mặt thuốc, chống phai màu và kiểm soát sự phát triển của vi sinh vật. Sấy phim: có chức năng làm khô phim cho bước tiếp theo. Phim sau khi sấy được làm nguội về nhiệt độ phòng và độ ẩm tương đối khoảng 50%. Hồ đầu Rửa nước Ổn định Ngưng hình Hiện hình Đánh đế phim và rửa phim Rửa nước Kích tẩy Tẩy Hãm hình Sấy phim Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ rửa phim màu Negative Sục O2 Khử bạc Nước sạch Nước sạch Nước sạch Nước thải 2.2.2 Công nghệ rửa phim màu Positive Công nghệ in tráng phim Positive được trình bày trên hình 2.2. Hiện hình: có chức năng khử các hạt halogenua bạc đã lộ sáng ở 3 lớp thuốc nhạy sáng. Chất hiện hình bị oxy hóa bởi các phân tử halogenua bạc đã lộ sáng tạo thành bạc kim loại và sản phẩm oxy hóa. Sản phẩm oxy hóa này kết hợp với cấu tử màu trong mỗi lớp thuốc tạo nên hình ảnh màu. Hình ảnh bạc kim loại được tạo thành đồng thời tại nơi muối halogenua bạc lộ sáng. Ngưng hình: có chức năng dừng sự hiện hình của các hạt halogenua bạc và rửa chất hiện hình màu CD-2 ra khỏi phim. Rửa nước: có chức năng rửa bớt acid kéo theo từ hồ ngưng. Hãm hình 1: Có chức năng chuyển hóa halogenua bạc không lộ sáng và chưa hiện hình thành hợp chất phức hòa tan dạng Thiosulfat bạc, chúng được loại ra ở hồ hãm hình và hồ rửa nước tiếp sau. Rửa nước: có chức năng loại bỏ muối phức Thiosulfat bạc còn dư, chưa bị loại bỏ trong hồ hãm hình 1. Kích tẩy: có chức năng rửa bớt thuốc ngưng acid và chuẩn bị hiện diện bạc kim loại cho phản ứng tẩy tiếp theo. Tẩy bạc: có chức năng chuyển hóa bạc kim loại ở phần đường tiếng và phần hình ảnh bạc được tạo ra do quá trình hiện hình màu thành muối halogenua bạc, chúng bị tẩy nhờ thuốc hãm hình. Hình ảnh đường tiếng được tạo ra trong quá trình hiện hình chuyển hóa thành halogenua bạc nhờ thuốc tẩy, nó lại được tái hiện thành hình ảnh bạc nhờ thuốc tái hiện tiếng phía sau. Rửa nước: có chức năng rửa lấy thuốc tẩy dư ra khỏi phim, ngăn chặn nó làm bẩn thuốc hãm hình. Sấy khô đường tiếng: Sấy khô bề mặt của phim cho thuốc tại hiện đường tiếng không bị loang ra phần hình ảnh màu. Hiện hình đường tiếng: có chức năng hiện hình trở lại lớp halogenua bạc ở phạm vi đường tiếng thành hình ảnh bạc kim loại. Rửa phun đường tiếng: có chức năng loại bỏ thuốc tái hiện đường tiếng nhằm tránh làm bẩn thuốc hãm hình 2 hoặc gây hiện hình ở ngoài pham vi đường tiếng. Hãm hình 2: có chức năng chuyển muối halogenua bạc được tạo ra ở vùng hình ảnh trong quá trình tẩy thành muối phức hòa tan dạng thiosulfat bạc. Nó được lấy ra khỏi phim ngay trong thuốc hãm và công đoạn rửa nước tiếp theo. Rửa nước: có chức năng rửa lấy muối phức hòa tan Thiosulfat bạc cùng thuốc hãm hình không sử dụng ra khỏi phim. Hiện hình Ngưng hình Rửa nước Hãm hình 1 Rửa phim đường tiếng Sấy khô đường tiếng Rửa nước Hiện hình đường tiếng Hãm hình 2 Tẩy bạc Kích tẩy Rửa nước Sấy phim Rửa nước Ổn định bền Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ tráng phim Positive Khử bạc Khử bạc Sục O2  Ổn định bền: có chức năng làm tăng độ bền màu hồng và hỗ trợ hiệu quả vuốt nước trên lá phim trước khi vào sấy, đồng thời làm tăng tuổi thọ của phim, làm đanh lá phim. Sấy: có chức năng làm khô phim cho các công việc tiếp theo, tránh cho phim bị dính sau khi cuộn. Phim sau khi sấy được làm nguội về nhiệt độ phòng và độ ẩm tương đối đạt khoảng 50%. 2.3 Nước thải từ công nghệ in tráng phim ảnh Từ sơ đồ công nghệ của quá trình in tráng phim ảnh, có thể nhận thấy nước thải của công nghệ in tráng phim ảnh bắt nguồn từ: hồ hiện hình, hồ tẩy, hồ hãm hình và các hồ rửa. Đặc tính cụ thể của từng loại nước thải được trình bày bên dưới. 2.3.1 Nước thải từ các hồ rửa Nước thải từ công nghệ in tráng phim chủ yếu đến từ các hồ rửa. Đặc tính của loại nước thải này như sau:[2] Nước thải từ hồ rửa sau ngưng: Nước thải này có độ pH rất thấp, có khi pH = 3 do dung dịch ngưng là dung dịch acid có pH < 1, thường là dung dịch acid H2SO4 pha từ dung dịch H2SO4 98%. Ngoài chứa acid H2SO4, nước rửa này còn chứa một lượng nhỏ các hóa chất kéo theo từ hồ hãm hình. Nước thải từ hồ rửa sau tẩy: Nước thải này có độ pH tương đối trung tính. Nó chứa chủ yếu là các muối vô cơ của sắt, acid acetic,... Nước thải từ hồ rửa sau hãm hình: Nước thải này có độ pH tương đối trung tính. Nó chứa chủ yếu là muối Thiosulfat bạc chưa được tẩy hết trong hồ hãm hình, ngoài ra còn một số muối vô cơ khác có trong hồ hãm hình. Nước thải từ hồ đánh đế và rửa phim (chỉ có khi tráng phim Neg): Nước thải này chứa rất nhiều hạt than tồn tại ở dạng lơ lửng, và các muối vô cơ khác của dung dịch tẩy đế. Nước thải từ máy rửa phụ đề: Hiện tại, xưởng có nhận tạo phụ đề cho phim. Sau khi bắn tia lazer để tạo phụ đề trên phim, phim cần được rửa để làm sạch phần bụi tạo ra. Nước thải từ máy rửa phụ đề chứa chủ yếu là các bụi phim và gần như không có chứa bất kỳ loại hóa chất nào khác. 2.3.2 Nước thải từ hồ hiện hình Nước thải từ hồ hiện hình là loại nước thải có tính độc hại lớn nhất trong công nghệ in tráng phim ảnh. Thành phần gây độc chủ yếu là thuốc hiện hình CD-2, CD-3. Loại thuốc này gây ra các hiện tượng bỏng rát da khi tiếp xúc, đặc biệt là các vùng da nhạy cảm như niêm mạc mắt. pH của loại nước thải này cũng khá cao, pH ~ 10,5. Bên cạnh thuốc hiện hình, nước thải từ hồ hãm hình còn chứa một số muối vô cơ, chất làm mềm nước, chất chống mờ phim. Tuy nhiên, ảnh hưởng của các chất này là không đáng kể. Lưu lượng thuốc hiện hình thải ra cũng rất nhỏ, khoảng 300ml/1000m phim. Do đó, nó cũng bị pha loãng đi rất nhiều. Một điểm cần lưu ý là: để đảm bảo cho chất lượng phim Neg sau khi tráng là tốt, đạt yêu cầu của khách hàng và tránh làm hỏng phim Neg, xưởng phải thường xuyên thay thuốc hiện hình mới hoàn toàn cho máy tráng (với lượng thải khoảng 450 lít thuốc/lần) do lượng phim Neg tráng không nhiều và không liên tục nên thuốc hiện hình bị oxy hóa, không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Khi đó, lượng chất ô nhiễm trong nước thải tăng lên đột biến. Sau một thời gian sử dụng, dung dịch thuốc hiện hình của máy tráng Pos cũng không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nên cũng được thay thế toàn bộ. Khi đó, ngoài các chất ô nhiễm nêu trên, trong nước thải còn có thêm một số chất huyền phù khác như chinon, diamin. Các chất này có thể tách ra dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc đơn giản. 2.3.3 Nước thải từ hồ tẩy bạc Như đã trình bày ở trên, xưởng hiện sử dụng dung dịch sắt sulfat để thực hiện quá trình tẩy bạc, dung dịch này được tuần hoàn lại hoàn toàn, bổ sung thêm các hóa chất cần thiết để đảm bảo nồng độ hóa chất đúng yêu cầu kỹ thuật. Chu kỳ thải thường rất lâu, khoảng 1÷2 tháng, có thể lâu hơn nữa. Do đó, nước thải từ hồ tẩy bạc rất nhỏ, chủ yếu là nước tràn từ các hồ, lưu lượng chỉ vào khoảng 0,5÷1 lít/ngày. Nước thải loại này chứa chủ yếu là các loại muối sắt sulfat, acid acetic,... Ngoài ra, sau một thời gian sử dụng, dung dịch tẩy bạc cũng được thay thế mới hoàn toàn. Khi đó, lượng hóa chất trong nước thải mới đáng kể, lưu lượng khoảng 300 lít/lần thay. 2.3.4 Nước thải từ hồ hãm hình Cũng như hồ tẩy bạc, nước thải của hồ hãm hình được tuần hoàn toàn phần, được bổ sung hóa chất cần thiết trước khi trở lại hồ hãm hình. Do đó, nước thải của hồ hãm hình cũng rất ít. Điểm cần lưu ý là: nước từ hồ hãm hình được đưa đến bể khử bạc (dùng phương pháp điện phân). Trong quá trình điện phân, ngoài bạc kim loại tạo thành bám vào các điện cực thì còn có phản ứng hình thành bạc sulfua Ag2S kết tủa lắng xuống đáy bình điện phân. Nếu xả thẳng phần cặn này vào nước thải thì hàm lượng cặn lơ lửng sẽ rất lớn. Tuy nhiên, chu kỳ xả thường rất dài nên không ảnh hưởng nhiều đến nước thải hằng ngày. Lượng xả trong mỗi chu kỳ từ 0,3-0,5 m3. 2.4 Đặc trưng nước thải từ công nghệ in tráng phim ảnh Đặc trưng nước thải hàng ngày của công nghệ in tráng phim ảnh được trình bày trong bảng 2.1, bảng 2.2 và hình 2.1. Bảng 2.1: Nguồn thải và tỷ lệ đóng góp của các nguồn khác nhau vào dòng thải STT Nguồn thải Tỷ lệ đóng góp vào dòng thải chung 1 Hồ hiện hình 3% 2 Hồ tẩy bạc 2% 3 Hồ hãm hình 2-4% 4 Hồ ngưng hình 1% 5 Nước rửa 90-92% Bảng 2.2: Đặc trưng nước thải in tráng phim ảnh STT Thông số Đơn vị Giá trị thấp Giá trị cao Giá trị giới hạn 1 pH 6 – 7 2,5 – 3 5,5 – 9 2 Độ màu Pt-Co 380 380 50 3 COD mg/l 150 – 200 350 – 400 80 4 BOD5 (20OC) mg/l 25 – 30 45 – 50 50 5 Chất rắn lơ lửng mg/l 200 200 100 6 Tổng sắt ∑Fe mg/l 1,2 3 5 Trong đó, giá trị giới hạn lấy theo tiêu chuẩn TCVN 5945-2005. Giá trị thấp là nồng độ nước thải hàng ngày khi xưởng hoạt động ở mức độ thấp, lượng phim tráng khoảng 4000-5000m phim. Giá trị cao là nồng độ nước thải hàng ngày khi xưởng hoạt động ở công suất lớn hơn, lượng phim tráng khoảng 8000-9000m phim. Tuy nhiên, lượng phim tráng bình thường của xưởng nằm trong khoảng 4000 – 5000m phim/ngày. Nước thải có giá trị ô nhiễm thấp sẽ là nước thải chủ yếu của xưởng. Ngoài nước thải hàng ngày, sau một thời gian nhất định, xưởng in tráng phải xả thay thế hóa chất tại tất cả các hồ để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Khi đó, nồng độ chất ô nhiễm trong dòng thải chung tăng lên đột ngột. Đặc trưng nước thải khi thay thế hóa chất được thể hiện trong bảng 2.3 và bảng 2.4. Bảng 2.3: Nguồn thải và tỷ lệ đóng góp của các nguồn khác nhau vào dòng thải khi thay thế hóa chất STT Nguồn thải Tỷ lệ đóng góp vào dòng thải chung 1 Hồ hiện hình 18% 2 Hồ tẩy bạc 12% 3 Hồ hãm hình 12-18% 4 Hồ ngưng hình 6% 5 Nước rửa 46-52% Bảng 2.2: Đặc trưng nước thải in tráng phim ảnh khi thay thế hóa chất STT Thông số Đơn vị Giá trị đo đạc Giá trị giới hạn 1 pH 7-7,3 5,5-9 2 Độ màu Pt-Co 2350 50 3 COD mg/l 12800 80 4 BOD5 (20OC) mg/l 2200 50 5 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 6 Tổng sắt ∑Fe mg/l 18 5 Ghi chú: CD2: 4– N,N – Diethyl – 2 – Methylphenylenediamine Monohydrochloride. CD2 là chất hiện hình dùng trong tráng phim màu Positive. CD3: 4 – (N – ethyl – N – 2 – Methanesulfonylaminoethyl) – 2 – methylphenylenedi._.amine Sesquisulface Monohydrate. CD3 là chất hiện hình dùng trong tráng phim màu Negative. Stabilizer Addition: polyoxyethylen – 1,2 tridecylalcolhol. Chất này có tác dụng làm tăng độ nhớt của nước, làm cho nước dàn đều trên bề mặt phim trước khi sấy, giúp phim sau khi sấy không có vết nước loang. Formalin (HCHO) có tác dụng diệt khuẩn, bảo vệ phim khỏi sự tấn công của các vi sinh vật, giúp phim bền hơn, bảo quản được lâu hơn. Formalin là một khí độc, có khả năng gây tử vong ở nồng độ cao, ở nồng độ thấp, nó có thể gây chóng mặt, nhức đầu, nôn mửa, … CD2, CD3 là những chất độc, gây bỏng rát khi tiếp xúc với da, niêm mạc phổi và mắt; gây buồn nôn, chóng mặt, mệt mỏi khi nuốt phải; nhiễm độc mãn tính làm cho cơ thể suy nhược, thần kinh kém, v.v.. Nhận thấy, nước thải hàng ngày của xưởng in tráng phụ thuộc rất nhiều vào công suất tráng phim hay lượng phim được tráng trong ngày. Mức độ ô nhiễm của loại nước thải này được thể hiện thông qua các chỉ số như COD, độ màu, chất rắn lơ lửng. Do đó, việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải trong quá trình thí nghiệm sẽ dựa trên hiệu quả khử các yếu tố này. Đối với nước thải hàng ngày, có thể sử dụng phương pháp đông keo tụ để khử độ màu, chất keo tụ sử dụng là phèn nhôm có sự tham gia của sữa vôi để điều chỉnh pH đồng thời là chất trợ keo. Ngoài ra, ion Ca2+ có thể kết tủa thêm một số gốc acid có trong nước thải như CO32-, SO32-, SO42- (cần chú ý để các kết tủa này không lắng đọng trong các đường ống dẫn nước thải tới nguồn thải, tránh gây tắc đường ống). Trong quá trình đông keo tụ, phèn sắt cũng có thể được sử dụng. Tuy nhiên, giá thành của phèn sắt tương đối đắt so với phèn nhôm. Thực tế, phèn nhôm được sử dụng khá nhiều ở quy mô hộ gia đình cũng như trạm xử lý nước cỡ nhỏ. Do đó, em lựa chọn phèn nhôm làm chất keo tụ để xử lý nước thải. Nước thải hàng ngày có giá trị lớn có thể sẽ không thể được xử lý về giới hạn thải cho phép sau quá trình đông keo tụ, nên sau khi đông keo tụ, nước thải tiếp tục được oxy hóa bằng dung dịch Kali Pemanganat KMnO4 trong môi trường acid mạnh. Đối với quá trình oxy hóa nước thải, có rất nhiều chất oxy hóa khác có thể được sử dụng như: ozon, H2O2, clo và các hợp chất khác của clo, oxy không khí,.... Em nhận thấy, sử dụng Ozon cũng như H2O2 khiến giá thành xử lý tăng lên nhiều lần; việc sử dung clo hoặc các hợp chất có tính oxy hóa khác của clo không có hiệu quả khi xử lý nước thải in tráng phim ảnh do chúng có thể tạo hợp chất AOX rất độc, clo còn có thể tác dụng với các gốc amin trong thuốc hiện hình ảnh tạo thành các hợp chất cloramin có tính độc và năng lực oxy hóa thấp. Mặt khác, việc sử dụng các chất oxy hóa nêu trên còn làm cản trở cũng như gây phức tạp trong quá trình phân tích các thông số ô nhiễm, vì vậy, em lựa chọn KMnO4 là chất oxy hóa để xử lý nước thải. Đối với nước thải khi thay hóa chất, có thể xử lý bằng cách hạ pH của dung dịch để khử gốc thiosulfat S2O32-, sau đó thực hiện quá trình oxy hóa và hấp phụ bằng than hoạt tính. Nước xả này cũng có thể được đưa đi cô đặc, thu hồi hóa chất để giảm mức độ ảnh hưởng tới môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này không nằm trong khuôn khổ bản đồ án nên em không xem xét. Tẩy đế Hiện hình Ngưng hình Kích tẩy Tẩy bạc Rửa nước Hãm hình Rửa nước Ổn định Sấy khô Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ in tráng phim ảnh kèm dòng thải NaHCO3, Na2CO3, nước NaHCO3, Na2CO3, nước CD2, CD3, NaHCO3, Na2CO3 CD2, CD3, NaHCO3, Na2CO3 H2SO4 H2SO4 Nước Nước FeSO4, NaBr, CH3COOH, NH4Br FeSO4, Fe2(SO4)3 NaBr, CH3COOH, NH4Br Nước Nước Na2S2O3, Na2SO3, NaHSO3 Na3[Ag(S2O3)2], NaBr, Na2S2O3, Na2SO3, NaHSO3 Nước Nước Stabilizer Addition, Formalin Stabilizer Addition, Formalin Nước thải 2.5 Cơ sở lý thuyết các quá trình trong xử lý nước thải 2.5.1 Quá trình đông keo tụ [4] Đông keo tụ là một phương pháp xử lý nước thải tương đối thông dụng để tách các hạt cặn dạng keo và dạng hòa tan trong nước, các hạt cặn này thể tách được bằng quá trình lắng thông thường. Quá trình đông keo tụ làm cho kích thước các hạt cặn này lớn lên, tốc độ lắng tăng lên và có thể lắng được trong các bể lắng thông thường. Quá trình đông keo tụ bao gồm hai quá trình chính: quá trình đông tụ và quá trình keo tụ. Quá trình đông tụ là quá trình trung hòa điện tích của các hạt cặn mang điện có trong nước thải. Quá trình keo tụ là quá trình liên kết các hạt cặn đã trung hòa điện tích tạo thành các bông lớn hơn. Cơ sở của quá trình đông keo tụ là: các hạt cặn tồn tại lơ lửng trong nước thải đều mang điện tích âm hoặc dương tùy theo nguồn gốc xuất xứ cũng như thành phần hóa học. Khi thế cân bằng điện động trong nước thải bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết với nhau tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do. Các tổ hợp này được gọi là các hạt “bông keo” (flocs). Tùy theo thành phần cấu tạo, người ta chia các bông keo thành hai loại: Keo kỵ nước (hydropholic): là loại không hấp phụ các phân tử nước như keo hydroxýt kim loại, sulfua kim loại, … Nó đóng vai trò chủ yếu trong xử lý nước và nước thải. Keo ưa nước (hydrophylic): là loại hấp phụ các phân tử nước tạo lớp vỏ hydrat dày bao bọc hạt keo như vi khuẩn, virus, … Hình 2.2: Cấu tạo hạt keo trong nước thải Trong nước thải thường chứa các hạt rắn mang điện tích âm, chúng sẽ hút các ion trái dấu có trong môi trường. Các ion trái dấu ở gần bề mặt hạt rắn bị hút chặt tới mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, tạo thành một mặt trượt; các ion ở xa hơn liên kết lỏng lẻo với nhân, có thể dễ dàng bị trượt ra. Giữa lớp ion trái dấu bên trong và lớp ion trái dấu bên ngoài tồn tại một hiệu điện thế, gọi là thế điện đông zeta (hay thế zeta). Thế zeta phụ thuộc vào thế nhiệt động và chiều dài hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực đẩy tĩnh điện của các hạt rắn (lực gây cản trở sự kính kết các hạt rắn với nhau). Cấu tạo của hạt keo được mô tả trên hình 2.2 và hình 2.3. HÌnh 2.3: Mô tả điện thế trên bề mặt hạt keo Như vậy, giữa các hạt keo trong nước thải, tồn tại hai tương tác: lực đẩy tĩnh điện EA quy đinh bởi thế zeta và lực hút Van der Waals EB quy định bới cấu trúc phân tử của các hạt. Tổng lực tác dụng lên hạt keo là: E = EA + EB. Lực này thay đổi phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hạt keo và cường độ ion trong dung dịch (hình 2.4). Để các hạt có thể tiến tới gần và kết dính với nhau thì phải giảm thế zeta tới giá trị tới hạn sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau, thường giảm tới xấp xĩ giá trị không, bằng cách cho thêm các ion mang điện tích dương. Trong quá trình đông tụ, diễn ra quá trình phá vỡ trạng thái ổn định của hạt keo nhờ trung hòa điện tích. a) Khi cường độ ion thấp b) Khi cường độ ion cao Hình 2.4: Tương tác lực trên bề mặt hạt keo khi cường độ ion của dung dịch thay đổi Trong xử lý nước thải, quá trình đông keo tụ thường được thực hiện nhờ cho thêm chất keo tụ vào nước thải và điều chỉnh pH của nước thải tới giá trị thích hợp (giá trị này tùy thuộc vào loại chất keo tụ sử dụng). Hiệu suất của quá trình đông keo tụ phụ thuộc vào loại chất keo tụ, loại chất trợ keo và liều lượng sử dụng, cường độ khuấy trộn, thời gian khuấy trộn, … Chất keo tụ thường là muối của các kim loại hóa trị 3 như Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)2Cl, KAl(SO4)2.12H2O, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3. Đôi khi, trong trường hợp đặc biệt có thể sử dụng CaCl2, Ca(OH)2 hoặc MgSO4. Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)3 + H+------------------------------------------- Me3+ + 3HOH ↔ Me(OH)3 + 3H+ Để tăng cường quá trình tạo bông keo hydroxyt nhôm và sắt, tăng tốc độ lắng cũng như kích thước bông keo, người ta cho thêm vào nước trong quá trình keo tụ các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ đông tụ. Việc sử dụng chất trợ đông tụ giúp giảm thời gian đông tụ, thời gian lắng cũng như nâng cao hiệu suất lắng các bông keo. Các chất trợ đông tụ thường dùng là polyacrylamit, polyacrylic acid, polydiallydimetyl-amon, … 2.5.2 Quá trình khử gốc thiosulfat bằng acid [8],[9],[10] Gốc thiosulfat S2O32- được điều chế trong dung dịch nước theo phản ứng sau: SO32- + S → S2O32- Hoặc: 4HSO3- + 2HS- → 3S2O32- + 3H2O Khi acid hóa dung dịch thiosulfat thì tạo ra kết tủa lưu huỳnh do hình thành thiosulfuric acid H2S2O3 ít bền, nhanh chóng bị phân hủy thành lưu huỳnh và khí SO2 theo phản ứng sau: S2O32- + 2H+ → H2S2O3 → S ↓ + SO2 + H2O Nếu trong dung dịch có ion Ag+ thì sản phẩm tạo ra còn có Ag2S và gốc sulfat SO42-. Nếu trong dung dịch có chứa các ion kim loại thích hợp thì sẽ xuất hiện kết tủa của các sulfua kim loại. Các kết tủa hydrosulfua cũng có thể được hình thành do ion S2- phản ứng với lưu huỳnh nguyên tố có trong dung dịch theo phản ứng sau: S2O32- + 2Ag+ + H2O → Ag2S + SO42- + 2H+- Fe3+ + 2S → FeS2 ↓ S + S2- → S22- Fe2+ + S22- → FeS2 ↓ Như vậy, quá trình khử gốc thiosulfat diễn ra qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1: hình thành kết tủa lưu huỳnh và khí SO2 Giai đoạn 2: hình thành các kết tủa sulfua kim loại (nếu trong dung dịch có chứa các ion kim loại mà muối sulfua của nó không tan) Để quá trình khử gốc thiosulfat đạt hiệu quả cao thì môi trường phải rất acid, pH của môi trường phải nhỏ hơn 1. Ngoài ra, để phản ứng diễn ra theo đúng chiều và tốc độ phản ứng nhanh hơn thì cần tiến hành khuấy trộn để đuổi SO2 ra khỏi dung dịch (nếu SO2 vẫn còn tồn tại trong dung dịch thì nó có thể tham gia phản ứng nghịch hoặc các phản ứng khác trong nước). Trong thực tế, quá trình khử gốc thiosulfat có thể thực hiện với lượng acid nhỏ ban đầu để khởi động quá trình. Khi đó, ban đầu sẽ diễn ra phản ứng giống như trong giai đoạn 1. Sau đó, các phản ứng đồng thời diễn ra đến khi đạt trạng thái cân bằng cuối cùng. 2.5.3 Quá trình oxy hóa bằng KMnO4 [8],[9] Acid pemanganic HMnO4 là acid mạnh, có thể thu được dung dịch chứa nó không qúa 20%. Muối kali pemanganat KMnO4 bền hơn và được sử dụng rộng rãi. Ở dạng khan, kali pemanganat là tinh thể màu tím sẫm, dễ tan trong nước. Dạng dung dịch, nó có màu tím sẫm do ion MnO4-. [8] Ion MnO4- có tính oxy hóa mạnh, sản phẩm khử hầu như chỉ phụ thuộc vào pH của môi trường: Trong môi trường acid mạnh, không dư MnO4-, sản phẩm tạo thành là Mn2+ hầu như không màu Trong môi trường acid mạnh, dư MnO4- thì sản phẩm oxy hóa sẽ có kết tủa màu nâu MnO2 do MnO4- phản ứng với ion Mn2+ Trong môi trường trung tính, acid yếu, kiềm yếu, sản phẩm của sự khử MnO4- là kết tủa MnO2 màu nâu Trong môi trường kiềm mạnh, sản phẩm là MnO42- màu xanh Trong xử lý nước thải, ban đầu, quá trình diễn ra theo phản ứng oxy hóa chất ô nhiễm thành CO2 và H2O dưới tác dụng của KMnO4: KMnO4 + chất ô nhiễm + H+ → CO2 + H2O + Mn2+ Sau một khoảng thời gian nhất định, lượng Mn2+ tạo thành đủ lớn, trong nước còn dư KMnO4, xuất hiện sự tranh chấp phản ứng với KMnO4 giữa chất ô nhiễm và ion Mn2+. Sản phẩm của phản ứng lúc này có thêm kết tủa MnO2 màu nâu, hiệu suất của quá trình giảm xuống. CHƯƠNG III: THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Các thông số phân tích 3.1.1 Nhu cầu oxy hóa hóa học của nước-COD Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD-Chemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ có thể oxy hóa hóa học được ở điều kiện tiêu chuẩn. Thông số này có ý nghĩa trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải, của các sông hồ cũng như độ sạch của nước đã qua xử lý. Phương pháp phân tích: phương pháp hồi lưu đóng Nguyên tắc phân tích: sử dụng chất oxy hóa mạnh (dung dịch K2Cr2O7 trong môi trường acid mạnh) để oxy hóa toàn bộ các hợp chất có trong nước thải, sau đó xác định lượng chất oxy hóa mạnh còn dư để suy ra nhu cầu oxy hóa học. Các loại hóa chất sử dụng: Dung dịch chuẩn Kali Bicromat K2Cr2O7 0,25N Dung dịch acid H2SO4: hòa tan 5,5g Ag2SO4 tinh khiết vào 1kg acid H2SO4 đậm đặc Tinh thể hoặc bột muối HgSO4 (loại tinh khiết phân tích) Dung dịch chuẩn muối amoni sắt sulfat (NH4)2Fe(SO4)2 0,025N (dung dịch FAS) Chất chỉ thị Feroin: Hòa tan 0,7g FeSO4 trong nước, thêm 1,5g 1,10-phanalthrolin, lắc cho đến tan hết, pha loãng thành 100ml Dung dịch hỗn hợp: pha acid H2SO4 đã có Ag2SO4 và dung dịch K2Cr2O7 0,25N theo tỷ lệ thể tích 3:1 Dung dịch chuẩn KHP: hòa tan 0,4251g kali hidro phtalat đã được sấy khô ở 105OC vào trong nước và định mức đến 100ml. Dung dịch này có giá trị COD lý thuyết là 500mg/l Dụng cụ: Pipet 2ml, 5ml. Bình định mức 50ml, 100ml Thiết bị đun mẫu Tubetests Heater Ống đun mẫu chịu nhiệt 16x100mm Bình nón chuẩn độ cớ 50ml Cách tiến hành: Cho vào ống đun chịu nhiệt chuyên dụng: 1ml dung dịch K2Cr2O7 0,25N, 3ml dung dịch H2SO4 đậm đặc đã bổ sung lượng thích hợp Ag2SO4. Cho thêm vào ống đun một lượng HgSO4 một lượng tùy thuộc vào lượng Cl-, Br- có trong nước thải cần phân tích (tỷ lệ thường là 1:10). Cho thêm 2ml mẫu cần phân tích vào ống đun và lắc đều (chú ý: cần pha loãng mẫu nếu cần để giá trị COD của mẫu không vượt quá 1000ml/l). Đun ống trong vòng 2 giờ ở 150OC, sau đó để nguội về nhiệt độ phòng. Chuẩn lượng K2Cr2O7 dư bằng dung dịch FAS 0,025N. Làm tương tự với mẫu trắng, thay 2ml mẫu bằng 2ml nước cất. Xử lý kết quả: COD = , mg/l Trong đó: Vo: Thể tích FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng, ml Vm: Thể tích FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu phân tích, ml N: Nồng độ dung dịch FAS, được chuẩn lại hàng ngày, N 8: Đương lượng gam của oxy, đlg 2: Thể tích mẫu đã lấy, ml k: Hệ số pha loãng 3.1.2 Nhu cầu oxy hóa sinh hóa của nước-BOD Nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD-Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ có thể oxy hóa sinh hóa được ở điều kiện chuẩn. Phương pháp phân tích: phương pháp dùng bình Oxytop Nguyên tắc của phương pháp: Quá trình oxy hóa sinh học nước thải tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CO2, sensor điện tử gắn trên bình Oxytop có chức năng xử lý tín hiệu giảm áp do khí CO2 bị hấp thụ bởi hạt kiềm mạnh để đưa ra giá trị BOD của nước thải. Các loại hóa chất cần thiết: Dung dịch muối phốtphát với pH = 7,2 Dung dịch MgSO4.7H2O (2,25g/100ml) Dung dịch CaCl2 (2,75g/100ml) Dung dịch FeCl3.6H2O (0,025g/100ml) Hạt kiềm NaOH Dụng cụ: Bình Oxytop Con khuấy từ, máy khuấy từ Tủ điều nhiệt Cách tiến hành: Lấy vào bình Oxytop một lượng mẫu thích hợp (lựa chọn theo bảng kèm theo), cho con khuấy từ vào trong bình, đặt lẵng cao su và cho thêm 2-3 hạt kiềm NaOH, rồi vặn nắp có chứa bộ vi xử lý. Giữ mẫu ở nhiệt độ 20OC trong thời gian 5 ngày. Sau 5 ngày, đọc giá trị trên máy. Chú ý: Điều chỉnh pH của nước thải (nếu cần thiết) về khoảng tối ưu cho quá trình phân tích, pH=6,5-7,5 Bổ sung thêm vi sinh vật cho nước thải nếu trong nước thải không đủ vi sinh vật để thực hiện quá trình oxy hóa (vi sinh vật bổ sung nên lấy ở nguồn nước sông, nước hồ có nước thải sinh hoạt hoặc nước thải sinh hoạt lấy ở cống thải chính hoặc nơi thải không bị ô nhiễm nước thải công nghiệp) Nếu trong nước thải không đủ dinh dưỡng cho vi sinh vật thì tiến hành bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết Xử lý số liệu: BOD = (BODm – BODo) x f x k, mg/l Trong đó: BODm: Giá trị BOD đọc đươc ứng với mẫu cần phân tích, mg/l BODo: Giá trị BOD đọc được ứng với mẫu trắng, mg/l f: Hệ số pha loãng (ứng với lượng mẫu cho vào bình, chọn theo bảng) k: Hệ số pha loãng của mẫu (nếu không pha loãng thì k = 1) 3.1.3 Chất rắn lơ lửng SS Chất rắn lơ lửng (SS-Suspended Solid) là đại lượng biểu thị thành phần các hạt cặn tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước thải, nó không thể lắng được trong các bể lắng thông thường. Chất rắn lơ lửng là phần tổng chất rắn còn lại sau khi lọc với kích thước lỗ lọc nhất định và sấy khô tới khối lượng không đổi. Phương pháp xác định: phương pháp khối lượng Nguyên tắc của phương pháp: lọc một thể tích nước thải nhất định trên giấy lọc, sau đó xác định phần khối lượng giấy lọc tăng thêm do phần cặn lơ lửng bị giữ lại, từ đó suy ra giá trị “Chất rắn lơ lửng”. Dụng cụ: Bình định mức 25ml, 50ml, 100ml Giấy lọc kích thước lỗ lọc 0,45μm Tủ sấy Cân phân tích Phễu lọc Whatman Cách thực hiện: Sấy giấy lọc ở 150OC đến khối lượng không đổi, cân giấy lọc để xác định khối lượng giấy lọc ban đầu. Lọc một thể tích nhất định nước thải cần phân tích qua giấy lọc. Sấy và cân giấy đã lọc đến khối lượng không đổi, cân giấy lọc để xác định khối lượng giấy lọc sau khi lọc. Xử lý số liệu: SS = , mg/l Trong đó: m1: Khối lượng giấy lọc sau khi lọc, mg m0: Khối lượng giấy lọc trước khi lọc, mg V: Thể tích nước thải đã lọc, ml 3.1.4 Tổng sắt ∑Fe Sắt là một kim loại khá phổ biến trong vỏ Trái đất. Trong môi trường nước, đặc tính và dạng dung dịch của sắt phụ thuộc rất nhiều vào pH và thế oxy hóa khử của nước. Tổng sắt là đại lượng biểu thị hàm lượng sắt có trong nước ở dạng sắt (II) và sắt (III) tồn tại ở dạng muối tan và phức chất. Phương pháp phân tích: Phương pháp so màu Nguyên tắc của phương pháp: Dùng chất oxy hóa mạnh để chuyển toàn bộ sắt (II) về dạng sắt (III), dùng thuốc thử thiocyanat SCN- tạo phức màu đỏ máu trong môi trường acid. Đo độ hấp thụ quang để suy ra nồng độ sắt (III) trong mẫu. Cách tiến hành: Dựng đường chuẩn độ hấp phụ quang đối với mẫu chuẩn có nồng độ thay đổi từ 0-0,2mg/l. Lấy một thể tích mẫu thích hợp cho vào bình nón chịu nhiệt 250ml (thể tích mẫu sao cho nồng độ sắt không vượt quá 0,2mg/l), cho thêm 2,5ml dung dịch H2SO4 (tỷ lệ 1:2) và 2,5ml dung dịch KMnO4 0,1N. Đun sôi hỗn hợp từ 5-10 phút, rồi nhỏ từ từ từng giọt dung dịch acid Oxalic H2C2O2 20% cho đến khi dung dịch mất màu tím, nhỏ từng giọt dung dịch KMnO4 0,1N cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt. Chuyển tất cả hỗn hợp vào bình định mức 100ml, cho vào bình 2,5ml dung dịch HCl (tỷ lệ 1:1) và 2,5ml dung dịch NH4SCN, định mức bằng nước cất tới vạch. Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 477nm, từ đó suy ra nồng độ sắt có trong nước thải. Xử lý kết quả: ∑Fe = , mg/l Trong đó: m: Nồng độ sắt suy ra từ đồ thị đường chuẩn, mg/l V: Thể tích mẫu sắt đem phân tích, ml f: Hệ số pha loãng mẫu (nếu mẫu không pha loãng thì f = 1) 3.1.5 Độ màu Pt-Co Độ màu là đại lượng biểu thị màu sắc của nước thải. Màu trong nước thải do thành phần chất rắn lơ lửng, các hợp chất mang màu và các hợp chất hòa tan khác. Màu gây ra bởi thành phần chất rắn lơ lửng gọi là màu biểu kiến, có thể loại bỏ dễ dàng bằng phương pháp lọc. Màu thực do các hợp chất mang màu và các hợp chất hòa tan gây ra cần dùng các biện pháp hóa lý kết hợp để xử lý. Phương pháp xác định: Phương pháp so màu Nguyên tắc của phương pháp: Đo độ hấp thụ quang của dung dịch tại bước sóng 456,8nm, dựa vào đường chuẩn hấp thụ quang của dung dịch Pt-Co để suy ra độ màu của nước thải. Cách tiến hành: Lập đường chuẩn độ hấp thụ quang của dung dịch Pt-Co. Đo độ hấp thụ quang của nước thải ở bước sóng 456,8nm, dựa vào đường chuẩn hấp thụ quang để suy ra độ màu Pt-Co. Xử lý số liệu: Độ màu Pt-Co được suy trực tiếp dựa vào kết quả đo độ hấp thụ quang của dung dịch cần phân tích và đồ thị đường chuẩn. 3.2 Các thí nghiệm xử lý nước thải Để thuận lợi cho quá trình thí nghiệm, em chỉ khảo sát hiệu xử lý nước thải theo hiệu quả khử COD và khảo sát thêm hiệu quả khử độ màu đối với quá trình keo tụ. Các thông số khác được coi như có hiệu quả xử lý tương tụ do giá trị ô nhiễm của chúng không lớn. 3.2.1 Thí nghiệm đông keo tụ xử lý nước thải hàng ngày Mục đích của thí nghiệm: xem xét khả năng khử tạp chất lơ lửng và độ màu của nước thải hàng ngày bằng phương pháp đông keo tụ với chất keo tụ là phèn nhôm và chất điều chỉnh pH là sữa vôi; tìm ra nồng độ chất keo tụ tối ưu cho quá trình; xem xét ảnh hưởng của chất trợ keo tới quá trình. Dụng cụ và hóa chất sử dụng: Phèn nhôm 1% Sữa vôi Ca(OH)2 1% Chất trợ keo PAA 0,02% Cốc thủy tinh 250ml Pipet 1ml, 2ml, 5ml Máy khuấy từ có điều chỉnh tốc độ khuấy a) Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của hàm lượng chất keo tụ tới hiệu quả xử lý Mục đích thí nghiệm: xác định ảnh hưởng của hàm lượng chất keo tụ tới hiệu quả xử lý, từ đó xác định hàm lượng chất keo tụ tối ưu. Trong quá trình đông keo tụ hóa học, chất keo tụ đóng vai trò quyết định tới hiệu quả xử lý. Trong một khoảng giới hạn nhất định, khi hàm lượng chất keo tụ sử dụng tăng lên thì hiệu quả keo tụ cũng tăng lên. Nhưng sự tăng hiệu quả keo tụ không tuyến tính, tỷ lệ thuận với lượng chất keo tụ sử dụng. Ban đầu, khi hàm lượng chất keo tụ tăng thì hiệu quả keo tụ tăng rất nhanh. Nhưng đến một giới hạn nào đó, khi tăng hàm lượng chất keo tụ thì hiệu quả xử lý tăng lên không đáng kể và dần đạt trạng thái bão hòa. Nếu hàm lượng chất keo tụ tiếp tục tăng nữa thì hiệu quả xử lý không thay đổi, hơn nữa lại làm tăng chi phí hóa chất sử dụng. Do đó, cần xác định hàm lượng chất keo tụ tối ưu cho quá trình. Để xác định hàm lượng chất keo tụ tối ưu, ta tiến hành keo tụ với lượng chất keo tụ sử dụng thay đổi tương đối rộng để tìm ra giới hạn bão hòa của quá trình. Khi đã có giới hạn bão hòa của quá trình, ta tiến hành thí nghiệm với khoảng keo tụ hẹp hơn xung quanh giới hạn bão hòa tìm được đến khi tìm được giá trị tối ưu cho quá trình. Do quá trình keo tụ có tác dụng xử lý độ màu và tạp chất lơ lửng trong nước thải là chủ yếu nên quá trình phân tích đánh giá hiệu quả của thí nghiệm dựa trên hiệu quả khử độ màu và tạp chất lơ lửng là chủ yếu. Hiệu quả khử COD cũng được xem xét trong một số trường hợp nhất định. Các thông số khác, tạm thời không được đánh giá. Đối với nước thải có giá trị thấp, do nước thải có pH = 6,5 – 7, nằm trong khoảng pH tối ưu cho quá trình đông keo tụ bằng phèn nhôm, nên không sử dụng sữa vôi để điều chỉnh pH của nước thải. Tiến trình thí nghiệm: Lấy vào các cốc 250ml chính xác 200ml nước thải (dùng ống đong 250ml hoặc ống đong 500ml). Cho con khuấy từ vào cốc. Đặt cốc lên máy khuấy từ. Tiến hành khuấy nhanh với tốc độ 300 vg/p. Cho nhanh vào trong cốc lượng chất keo tụ thay đổi sao cho hàm lượng chất keo tụ nằm trong khoảng 50mg/l – 500 mg/l. Tiếp tục khuấy nhanh trong thời gian 90 giây. (Đối với nước thải hàng ngày có giá trị ô nhiễm cao, trước khi cho phèn cần bổ sung 4ml sữa vôi để đưa pH của nước thải về khoảng tối ưu) Sau thời gian khuấy nhanh, giảm tốc độ khuấy xuống khoảng 40 vg/p, thời gian khuấy là 5 phút. Sau 5 phút khuấy chậm, ngừng khuấy và để lắng tự nhiên trong thời gian 2 giờ. Sau thời gian lắng, phân tích các chỉ số: độ màu, COD của nước thải và ghi giá trị vào bảng. Kết quả thí nghiệm với nước thải có giá trị thấp: STT 1 2 3 4 5 6 Nước thải, ml 200 200 200 200 200 200 Phèn nhôm 1%, ml 0 1 2 4 8 10 Hàm lượng phèn, mg/l 0 50 100 200 400 500 COD, mg/l 200 148 90 80 78 71 ηCOD, % 0 26 55 60 61 65 Độ màu Pt-Co 350 215 77 60 47 44 ηĐộ màu, % 0 38,5 78 83 86,5 87 Hình 4.1: Hiệu quả xử lý COD và độ màu của nước thải giá trị thấp khi nồng độ chất keo tụ thay đổi Dựa vào hình 4.1, có thể thấy trong khoảng chất keo tụ thay đổi từ 0 – 100mg/l thì hiệu quả xử lý tăng rất nhanh, từ 0% - 80% đối với độ màu và từ 0% - 55% đối với giá trị COD. Khi lượng chất keo tụ >100mg/l, quá trình keo tụ bắt đầu tiến tới trạng thái bão hòa, mặc dù hàm lượng chất keo tụ tăng từ 100 – 500mg/l nhưng hiệu quả xử lý chỉ tăng từ 80% - 87% đối với độ màu và từ 55% - 65% đối với giá trị COD. Khi hàm lượng chất keo tụ khoảng 200mg/l thì hiệu quả xử lý đạt khoảng 60% đối với giá trị COD và khoảng 83% đối với độ màu, nước thải sau xử lý đã đạt tiêu chuẩn thải loại B theo tiêu chuẩn TCVN5945:2005. Hiệu quả xử lý COD cũng tương đối cao so với hiệu quả xử lý độ màu của nước thải. Điều này chứng tỏ, hợp chất mang màu trong nước thải đóng góp một phần không nhỏ vào giá trị COD. Các hợp chất này tồn tại ở dạng keo hoặc dạng hòa tan nhưng có khả năng kết dính hay hấp phụ lên các bông keo và được tách ra khỏi nước thải nhờ quá trình lắng. Kết quả thí nghiệm với nước thải có nồng độ cao: STT 1 2 3 4 5 6 Nước thải, ml 200 200 200 200 200 200 Phèn nhôm 1%, ml 0 1 2 4 8 10 Hàm lượng phèn, mg/l 0 50 100 200 400 500 COD, mg/l 380 348 320 315 308 310 ηCOD, % 0 8.4 15,7 17 19 18,4 Độ màu Pt-Co 350 200 77 40 37 32 ηĐộ màu, % 0 42 78 88,5 89,5 91 Hình 4.2: Hiệu quả xử lý COD và độ màu của nước thải giá trị cao khi nồng độ chất keo tụ thay đổi Dựa vào hình 4.2, ta có thể thấy hiệu quả của việc xử lý độ màu trong nước thải vẫn rất tốt. Trong khoảng chất keo tụ thay đổi từ 0 – 100mg/l thì hiệu quả xử lý độ màu tăng từ 0% - 80%. Khi tiếp tục tăng lượng chất keo tụ tới 200mg/l, hiệu quả xử lý độ màu có tăng nhưng không nhiều, hiệu suất xử lý đạt 88%. Khi hàm lượng chất keo tụ >200mg/l thì hiệu quả xử lý độ màu gần như tăng không đáng kể, quá trình đạt trạng thái bão hòa. So với hiệu quả xử lý COD của nước thải có giá trị thấp, hiệu quả xử lý COD của nước thải có giá trị cao thấp hơn cả về lượng và tỷ trọng. Tại cùng hàm lượng chất keo tụ là 200mg/l, quá trình đông keo tụ có thể làm giảm giá trị COD trong nước thải có giá trị thấp tới 120mg/l, trong khi đó với nước thải có giá trị cao thì con số này dừng lại ở khoảng 65mg/l. Như vậy, có thể nhận thấy: trong nước thải có giá trị ô nhiễm cao, thành phần gây nên độ màu của nước thải chiếm tỷ trọng nhỏ hơn, lượng các chất này cũng ít hơn. Do đó, sau quá trình keo tụ, phần COD được xử lý của nước thải là không nhiều. Nhận xét: Đối với nước thải có giá trị thấp, hiệu quả keo tụ đạt rất tốt đối với cả sự khử độ màu, tạp chất lơ lửng và khử COD: hiệu quả khử độ màu đạt > 80% và hiệu quả khử COD đạt > 50% với hàm lượng phèn >100mg/l. Để có thể thải trực tiếp nước thải có giá trị thấp sau quá trình đông keo tụ vào nguồn tiếp nhận, ta lựa chọn hàm lượng chất keo tụ nằm trong khoảng 150 – 200mg/l, có thể sử dụng thêm sữa vôi với nồng độ 40 – 50 mg/l để tăng hiệu quả xử lý và điều chỉnh pH. Đối với nước thải có giá trị cao, hiệu quả khử độ màu và tạp chất lơ lửng rất tốt (đạt >80%) nhưng hiệu quả khử COD lại kém (100mg/l. Có thể suy đoán: hợp chất gây ra thành phần COD chủ yếu của nước thải tồn tại ở dạng hợp chất hòa tan bền, không có khả năng hấp phụ lên các hạt keo trong quá trình keo tụ. Nguyên nhân có thể do: trong quá trình tráng phim, lượng thuốc hãm bạc trên phim bị đẩy ra ngoài nhiều hơn, làm tăng thành phần muối thiosulfat và một số hợp chất khác trong nước thải. Các hợp chất này không tạo thành màu của nước thải nhưng lại đóng góp rất nhiều vào thành phần COD. Do đó, mặc dù hiệu quả khử độ màu và các tạp chất lơ lửng vẫn cao (tương đương với nước thải có giá trị thấp) nhưng hiệu quả khử COD lại không đáng kể, giá trị COD của nước thải sau đông keo tụ vẫn còn rất cao, cần tiếp tục xử lý ở các công đoạn tiếp theo. Nồng độ chất keo tụ tối ưu để xử lý nước thải nằm trong khoảng 150 – 200mg/l đối với nước thải có giá trị thấp và nằm trong khoảng 100 – 150mg/l đối với nước thải có giá trị cao. b) Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chất trợ keo tụ tới hiệu quả xử lý Mục đích thí nghiệm: xác định ảnh hưởng của chất trợ keo tụ tới hiệu quả quá trình đông keo tụ, từ đó tìm ra liều lượng chất trợ keo tụ. Chất trợ keo, tuy không đóng vai trò quyết định tới hiệu quả quá trình đông keo tụ nhưng nó cũng có vai trò rất lớn. Việc sử dụng chất trợ keo có thể giúp giảm lượng chất keo tụ sử dụng, tăng tốc độ tạo bông keo và do đó tăng tốc độ lắng của bông keo, giảm thời gian lắng cần thiết. Khi tốc độ lắng của các bông keo lớn, thời gian lắng giảm thì bể lắng thiết kế cũng có thể tích nhỏ hơn, chi phí xây dựng cũng giảm bớt. Cách xác định hàm lượng chất trợ keo cần thiết cũng tương tụ như cách xác định hàm lượng chất keo tụ cần thiết. Tuy nhiên, trong quá trình thí nghiệm, lượng chất keo tụ phải nhỏ hơn hàm lượng chất keo tụ tối ưu để có thể quan sát cũng như đánh giá ảnh hưởng của chất trợ keo tới quá trình. Do chất trợ keo tác dụng chủ yếu làm tăng kích thước bông keo, giảm thời gian lắng nên việc đánh giá ảnh hưởng của chất trợ keo chủ yếu dựa vào việc quan sát quá trình hình thành và phát triển của bông keo, quá trình lắng sau khuấy chậm, sau đó mới xem xét tới hiệu quả khử độ màu và tạp chất lơ lửng. Hiệu quả khử COD của nước thải không ảnh hưởng nhiều bởi việc sử dụng hay không chất trợ keo, vì vậy, hiệu quả khử COD trong trường hợp này không phải là yếu tố quan trọng. Tiến trình thí nghiệm: Lấy vào các cốc 250ml chính xác 200ml nước thải (dùng ống đong 250ml hoặc ống đong 500ml). Cho con khuấy từ vào cốc. Đặt cốc lên máy khuấy từ. Tiến hành khuấy nhanh với tốc độ 300 vg/p. Cho nhanh vào trong cốc 2ml phèn nhôm 1%. Tiếp tục khuấy nhanh trong thời gian 90 giây. (Đối với nước thải hàng ngày có giá trị ô nhiễm cao, trước khi cho phèn cần bổ sung 4ml sữa vôi để đưa pH của nước thải về khoảng tối ưu). Trong thời gian khuấy nhanh, tiến hành bổ xung thêm chất trợ keo tụ sao cho hàm lượng chất trợ keo tụ nằm trong khoảng 0 – 1,25 mg/l. Sau thời gian khuấy nhanh, giảm tốc độ khuấy xuống khoảng 40 vg/p, thời gian khuấy là 5 phút. Sau 5 phút khuấy chậm, ngừng khuấy và để lắng tự nhiên trong thời gian 2 giờ. Sau thời gian lắng, phân tích các chỉ số: độ màu, COD của nước thải và ghi giá trị vào bảng. Đối với các cốc cho chất trợ keo tụ thì hàm lượng chất keo tụ sử dụng là 75mg/l ứng với thể tích phèn cho vào là 1,5ml. Như vậy, có thể nhận thấy sự khác biệt của các cốc có cho chất trợ keo tụ với cốc không cho chất trợ keo: vì với lượng chất keo tụ nhỏ hơn nhưng quá trình keo tụ vẫn đạt được hiệu quả xử lý như với hàm lượng chất keo tụ tối ưu thì chứng tỏ chất trợ keo đã có ảnh hưởng tốt đến quá trình đông keo tụ. Nếu việc cho thêm chất trợ keo tụ không làm thay đổi hiệu quả xử lý thì chứng tỏ chất trợ keo tụ không có ảnh hưởng tốt đến quá trình đông keo tụ. Khảo sát ảnh hưởng của chất trợ keo tụ đựợc thực hiện đồng thời với nước thải có độ ô nhiễm thấp và nước thải có độ ô nhiễm cao. Nếu chất trợ keo tụ không có tác dụng tốt với một trong hai loại nuớc thải này thì trong hệ thống xử lý sẽ không cần thiết sử dụng chất trợ keo do bể đông keo tụ phải tối ưu với cả hai loại nước thải này. Kết quả thí nghiệm đối với nước thải có giá trị thấp: STT 1 2 3 4 5 Nước thải, ml 200 200 200 200 200 Phèn nhôm 1%, ml 2 1.5 1.5 1.5 1.5 Hàm lượng phèn, mg/l 100 75 75 75 75 Chất trợ keo tụ 0,02%, ml 0 0.5 0.75 1 1.25 Hàm._.