Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng i
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô truờng đại học Công
Nghiệp Thực Phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt chúng em tận
tình, đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong
suốt thời gian chúng em học tập tại trường.
Chúng em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô khoa Công nghệ
Sinh học & Kỹ Thuật Môi Trường nói chung và bộ môn Kỹ Thuật Môi trường nói
riêng, đặc biệt là Cô NGÔ THỊ THANH DIỄM đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo
mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này.
Chúng em xin cảm ơn quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện
tốt nhất để chúng em hoàn thành tốt bài nghiên cứu này.
Cám ơn bạn bè và những người thân đã ủng hộ và quan tâm chúng em trong
suốt thời gian nghiên cứu.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô, chúc thầy cô
luôn vui khỏe và luôn thành công trong cuộc sống.
Sinh viên
Lê Thị Lệ Nguyên
Nguyễn Văn Tùng
Nguyễn Thị Phương Duyên
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng ii
LỜI CAM ĐOAN
1.4. Ý nghĩa của đề tài 2
CHƯƠNG 2 3
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 3
2.1. Tổng quan nước thải COD 3
2.1.1. Thành phần và tính chất nước thải COD 3
2.1.2. Tác động đến môi trường 4
2.1.3. Hiện trạng quản lý nước thải COD từ các phòng thí nghiệm 7
2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp hoá học xử lý nước thải 8
2.2.1. Tổng quan phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng 8
2.2.2. Phương pháp hoá học xử lý nước thải 9
2.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải COD trong và ngoài nước 12
2.3.1. Trong nước 12
2.3.2. Ngoài nước 13
CHƯƠNG 3 14
MÔ HÌNH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14
3.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu 14
3.2 Nội dung nghiên cứu 14
3.2.1 Xác định đặc tính nước thải COD 14
3.2.2 Thí nghiệm khảo sát hiệu quả khử KLN xử lý nước thải COD 14
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng iv
CHƯƠNG 4 17
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 17
4.1. Kết quả khảo sát thành phần, tính chất nước thải COD 17
4.2.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả khử KLN xử lý nước thải COD 17
4.2.2. Ảnh hưởng của chất khử đến quá trình loại bỏ KLN xử lý nước thải COD
21
Bảng 4.6. Thể tích dung dịch NaOH 40% khi hiệu chỉnh pH bằng 7.5 Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4.7. Hàm lượng KLN nước sau xử lý bằng KI kết hợp hiệu chỉnh pH bằng
NaOH Error! Bookmark not defined.
Bảng 4.8. Chi phí xử lý cho 1 L nước thải COD Error! Bookmark not defined.
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng vi
DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 3.1. Mô hình thí nghiệm. Error! Bookmark not defined.1
Hình 4.1. Nước thải COD ban đầu chưa xử lý. Error! Bookmark not defined.6
Hình 4.2. Nước thải khi điều chỉnh pH bằng NaOH. Error! Bookmark not
defined.6
Hình 4.3. Nước thải khi điều chỉnh pH bằng Ca(OH)
2
Error! Bookmark not
defined.
Hình 4.4 .Nước thải sau lọc khi điều chỉnh bằng NaOH. Error! Bookmark not
defined.
Hình 4.5. Biểu đồ thể hiện hiệu quả khử KLN sau khi hiệu chỉnh pH bằng NaOH. 27
Hình 4.6. Mẫu nước thải khi cho Na
2
S sau lắng 15 phút. 28
Hình 4.7. Mẫu nước thải khi cho Na
2
S sau khi lọc. 29
Hình 4.8. Mẫu xử lý bằng Na
triển của thành phố ngày càng gia tăng.
Cùng với sự phát triển về kinh tế, xã hội, thì sự phát triển giáo dục cũng đang là
một tiêu chí chung của thành phố. Bên cạnh các hoạt động giáo dục thì công tác
nghiên cứu khoa học và giảng dạy tại các phòng thí nghiệm đã và đang sử dụng một
lượng hóa chất và sau đó thải vào môi trường mà chưa có sự kiểm soát thích đáng
gây nên mối nguy hiểm tiềm tàng đe dọa đến sức khỏe và môi trường.
Trên toàn thành phố hiện nay có gần 400 phòng thí nghiệm thuộc các lĩnh vực
khoa học khác nhau về vật lý, hóa học, sinh học. Nếu chỉ xét đến các phòng thí
nghiệm hóa học và sinh học thuộc các trường đại học trong thành phố hiện nay thì
con số khoảng hơn 100 phòng thí nghiệm trên tổng số hơn 200 phòng thí nghiệm đó
là chưa kể đến các phòng thí nghiệm thuộc các trung tâm nghiên cứu khoa học. Với
nhu cầu giảng dạy và nghiên cứu học tập – hoạt động nghiên cứu thí nghiệm ngày
càng gia tăng, và việc quản lý nước thải phát sinh từ phòng thí nghiệm hiện nay thật
sự là một thử thách lớn và là mối đe dọa đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Trong các thành phần gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động nghiên cứu thí
nghiệm thì kim loại nặng là thành phần cần được quan tâm đặc biệt do khả năng tồn
tại bền vững trong môi trường và khả năng tích tụ sinh học rất cao, thông qua con
đường thực phẩm, các kim loại nặng sẽ đi vào và tích tụ lại trong các loài động thực
vật, là nguyên nhân gián tiếp gây ra các tác động nghiêm trọng ảnh hưởng đến môi
trường và sức khỏe con người.
Hoạt động nghiên cứu thí nghiệm môi trường, có hai thông số cơ bản để xác
định nồng độ chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước và nước thải trước và sau khi xử
lý đó là BOD và COD. BOD là lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật sử dụng để oxy
hoá các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học, trong khi đó COD là lượng oxy
cần thiết để oxy hoá các hợp chất hữu cơ có trong nước. Do đó, COD không chỉ
thay thế cho chỉ tiêu BOD mà còn được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra chất
lượng nước của tất cả các giai đoạn trong một hệ thống xử lý để xác định hiệu quả
xử lý qua mỗi giai đoạn. Tuy số lượng phát sinh không lớn nhưng nước thải sau khi
được phân tích chỉ tiêu COD có nồng độ acid đậm đặc và hàm lượng kim loại nặng
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 3
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan nước thải COD
2.1.1. Thành phần và tính chất nước thải COD
Thí nghiệm kiểm tra chỉ tiêu COD liên quan đến việc sử dụng các tác nhân hoá
học như acid sulfuric (H
2
SO
4
), dichromate (Cr
2
O
7
2-
), bạc (Ag
+
) và thuỷ ngân (Hg
2+
)
cho vào trong mẫu nước thải cần phân tích với thể tích mẫu cần phân tích và các
hoá chất thêm vào trong thí nghiệm kiểm tra nồng độ COD được trình bày trong
Bảng 2.1, sau đó đun hoàn lưu và xác định lượng Cr
2
O
7
2-
còn lại bằng cách chuẩn
độ với ion Fe
30,0
Trong thí nghiệm phân tích chỉ tiêu COD để K
2
Cr
2
O
7
có thể oxy hóa hoàn toàn
các chất hữu cơ, thì K
2
Cr
2
O
7
phải dư và dung dịch phải có tính acid mạnh nên pH
trong dung dịch mẫu rất thấp (pH < 1).
Các hợp chất acid béo có phân tử lượng thấp, không bị oxy hóa nếu không có
chất xúc tác. Ag
+
(Ag
2
SO
4
) là tác nhân xúc tác rất hiệu quả được dùng (Ag
2
SO
4
được thêm vào khi pha chế acid sulfuric).
Để khắc phục ảnh hưởng của ion Cl
-
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 4
Bảng 2.2: Thành phần KLN trong nước thải COD
Chỉ
tiêu
Hàm
lượng
(mg/l)
Quy chuẩn so sánh
QCVN
07:2009/
BTNMT
(c)
QCVN
40:2011/
BTNMT
(a)
QCVN
08:2008/
BTNMT
(b)
QCVN
09:2008/
BTNMT
Hg
3.068
2
0,01
0,002
Theo các tiêu chuẩn quy định, nồng độ không vượt quá 2 mg/l và bắt buộc phải
đạt 0,01 mg/l khi xả thải ra nguồn nước đối với Hg, không vuợt quá 5 mg/l và tiêu
chuẩn xả thải bắt buộc là 0,1 mg/l với Cr
6+
và 1 mg/l với Cr
3+
. Ag không được liệt
kê trong danh sách các tiêu chuẩn quy định, tuy nhiên giới hạn nguy hại được quy
định tại ngưỡng nguy hại QCVN 07/2009/BTNMT không được vượt quá 5 mg/l. Từ
kết quả bảng 2.2 cho thấy, nồng độ các KLN trong nước thải COD đều vượt rất
nhiều lần so với các quy chuẩn cho phép xả thải, do đó nước thải COD phát sinh
cần phải thu gom và có biện pháp xử lý triệt để trước khi thải ra ngoài môi trường.
2.1.2. Tác động đến môi trường
Như đã trình bày ở phần trên, nước thải COD chứa hàm lượng acid sulfuric đậm
đặc (pH 0), các kim loại nặng độc hại gồm Cr, Hg, Ag, Fe, … chúng là những
kim loại nặng có phân tử lượng lớn hơn 52 gam. Các kim loại này khi thải vào nước
làm cho nước bị nhiễm bẩn, mất đi một số tính chất hoá lý cũng như những tính
chất và thành phần của nước thay đổi làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái
và sức khoẻ con người.
pH
Khi độ pH của môi trường vượt quá giới hạn sinh lý (quá kiềm hay quá acid) thì
mô rễ đặc biệt là lông hút bị thương tổn và sự hút khoáng bị ức chế. Xét về mặt môi
trường (đất và nước) cũng thấy trong điều kiện pH đất chua (pH < 4), môi trường dễ
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 5
bị ô nhiễm kim loại nặng, cây trồng bị ngộ độc kim loại nặng. Do vậy, trên đất chua
quá, cây phát triển còi cọc do hầu như thiếu mọi chất dinh dưỡng, cũng dễ mắc
tích lũy cao trong một số loại cá như cá ngừ.
Thuỷ ngân trong nước ít khi vượt quá 0,1 mg/l, trung bình nước biển khoảng
0,03 mg/l. Trong đất đá tự nhiên thuỷ ngân dao động từ 5 – 1000 µg/kg. Hầu hết các
nhóm vi khuẩn kháng thủy ngân đều thuộc nhóm Pseudomonas, Vibrio, Aeromonas
và Bacillus.
Trong lớp bùn đáy ao thuỷ ngân có thể tồn tại từ 10–100 năm. Thuỷ ngân vô cơ
có các dạng: Hg, Hg
+
, và Hg
2+
, ở dạng hữu cơ thì thuỷ ngân liên kết với nhóm
sulfhydryl (-SH) từ các acid amin có chứa S trong cơ thể sinh vật chết. Ngoài ra,
thuỷ ngân còn liên kết với các gốc hydrocarbon như là CH
3
HgCl, CH
3
Hg
+
và
CH
3
HgCH
3
.
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 6
Ở động vật thủy sản, thuỷ ngân được tích lũy trong cơ thể cá thông qua chuỗi
Ảnh hưởng của bạc đối với sức khỏe con người là vấn đề gây tranh cãi. Bạc có
hiệu ứng và khả năng giết chết nhiều loại vi khuẩn, vi trùng mà không để lại ảnh
hưởng rõ ràng tới sức khỏe và sự sống của các động vật bậc cao. Hippocrates, cha
đẻ của y học hiện đại, đã viết rằng bạc có các thuộc tính có lợi cho sức khỏe và
phòng chống bệnh tật. Nhiều dân tộc thiểu số ở Việt Nam đã biết áp dụng hiệu ứng
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 7
này khi đeo bạc để "kỵ gió", "phòng bệnh". Nhiều đồ dùng bằng bạc tương truyền
có thể giải độc cho một số loại thức ăn. Theo những nghiên cứu gần đây, sữa mẹ để
trong bình sữa tráng bạc lâu hỏng hơn là đựng trong đồ dùng thông thường.
Nhiều nhà sản xuất thiết bị điện lạnh như Toshiba, Panasonic, Samsung ứng
dụng công nghệ nano bạc trong tủ lạnh, điều hòa nhiệt độ, máy giặt với mục đích
sát khuẩn. Một số loại hợp chất của bạc được bán như là thuốc điều trị một số bệnh.
Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu y tế đáng tin cậy nào chứng minh rằng liệu pháp
bạc là có ích trong chống vi khuẩn và vi trùng. Việc ăn các loại hợp chất của bạc
như đã nói trên, có thể dẫn đến tình trạng argyria. Bạc được sử dụng cùng với đồng
để loại bỏ các loại tảo trong bể bơi ở Mỹ bằng cách sử dụng các chất điện giải.
Sắt (Fe)
Đối với con người Fe có trong transferin, chất tham gia quá trình vận chuyển Fe
trong huyết tương. Đại bộ phận sắt được hấp thu tập trung vào tuỷ xương, ở đây sắt
đi vào hồng cầu, 60-72% Fe của cơ thể nằm trong huyết sắc tố (hemoglobin). Mỗi
phân tử huyết sắc tố chứa 4 nguyên tử Fe. Trong huyết sắc tố Fe chiếm 0,34%.
Nguồn chính các hợp chất trong nước mặt là quá trình phong hoá hoá học đất đá
kèm theo sự phân huỷ cơ học và hoà tan chúng. Các phức chất của hợp chất sắt nằm
dưới dạng hoà tan, dạng keo lơ lửng được tạo thành trong quá trình tương tác các
chất hữu cơ và vô cơ chứa trong nước tự nhiên. Một lượng lớn sắt tham gia vào
nước mặt từ nước ngầm và nước thải của các nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ
kiểm soát mức độ độc hại và chủ động hơn trong nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên,
thực tế thì chưa trường nào làm được điều đó. Thực tế, tình trạng xả các chất dung
môi, hóa chất từ các phòng thí nghiệm trực tiếp xuống hệ thống ống cống trong các
trường ĐH, các viện, trung tâm nghiên cứu vẫn còn rất phổ biến.
2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp hoá học xử lý nước thải
2.2.1. Tổng quan phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng
Có nhiều phương pháp để xử lý nước thải chứa kim loại bao gồm:
- Phương pháp kết tủa hóa học: phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học
giữa chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành
hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng trọng lượng.
- Phương pháp trao đổi ion: dựa trên nguyên tắc trao đổi ion giữa các ionit là
nhựa hữu cơ tổng hợp với các ion có trong nước thải, được tiến hành trong các cột
cationit và anionit.
- Phương pháp điện hóa: dựa trên cơ sở của quá trình oxy hóa khử để tách
kim loại bằng các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại khi cho dòng điện
một chiều chạy qua. Bằng phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi
nước, không bổ sung hóa chất, thích hợp với loại nước thải có nồng độ kim loại cao
(> 1g/l) nhưng nhược điểm tiêu tốn điện năng khá lớn.
- Phương pháp sinh học: Một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng
kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối như bèo tây, bèo tổ
ong, rong, tảo, … với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng
nhỏ hơn 60 mg/l và bổ sung đủ chất dinh dưỡng như N, P,… và các nguyên tố vi
lượng cần thiết khác. Nhược điểm của phương pháp này là cần diện tích lớn và
nước thải có lẫn nhiều kim loại cho hiệu quả xử lý kém.
Thực tế với điều kiện tại TPHCM không thể áp dụng phương pháp trao đổi ion,
điện hoá và phương pháp sinh học vì chi phí cao, diện tích lớn và vận hành phức
tạp. Phương pháp trung hoà kết tủa hóa học là phù hợp nhất và cũng là phương pháp
thông dụng để xử lý nước thải chứa kim loại nặng hiện nay.
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp này là acid còn
nước thải của xí nghiệp khác là nước thải kiềm. Cả hai loại nước thải này đều không
chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác.
Trong trường hợp này người ta trộn nước acid và nước kiềm trong thùng chứa
có cánh khuấy hoặc khuấy trộn bằng không khí mục đích trung hoà dòng thải trước
khi tiến hành xả thải hoặc qua các bước xử lý kế tiếp.
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 10
Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học
Để trung hòa nước acid có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH,
Na
2
CO
3
, nước ammoniac NH
4
OH, CaCO
3
, đôlômit (CaCO
3
.MgCO
3
) và xi măng.
Việc được chon các tác nhân trung hòa phụ thuộc vào thành phần và nồng độ acid
của nước thải. Ở đây cần tính đến quá trình có tạo ra kết tủa hay không.
Người ta phân chia nước thải acid thành các loại sau: (1) Nước chứa acid yếu
Trung hòa nước thải bằng khí acid
Để trung hòa nước thải kiềm người ta sử dụng khí thải chứa CO
2
, SO
2
, NO
2
,…
Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng
hiệu xuất làm sạch của chính khí đó khỏi các cấu tử độc hại.
2.2.2.2. Phương pháp oxy hóa và khử
Để làm sạch các chất người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như clo ở dạng
khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali,
oxy của không khí, ozon,… Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước
thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu
tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa hóa học chỉ được
dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây bẩn trong nước thải không thể
tách bằng những phương pháp khác.
Phản ứng oxy hóa có thể được ứng dụng để xử lý nước thải nghành công nghiệp
dệt nhuộm, bột giấy để khử độ màu và các chất độc hại khác có trong thành phần
chất thải.
2.2.2.3. Trung hòa và kết tủa các kim loại nặng
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 11
Nước thải của nhiều nghành công nghiệp có thể chứa acid hoặc kiềm. Để ngăn
ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh các quá trình sinh hóa ở các công trình làm
sạch và nguồn nước không bị phá hoại cần phải trung hòa nước thải. Trung hoà còn
kiềm và acid để giảm chi phí hóa chất tiêu hao cho quá trình xử lý nước thải.
Hiệu quả của quá trình tách kim loại nặng ra khỏi nước thải bằng phương pháp
kết tủa hóa học phụ thuộc vào rất nhiều trị số pH được điều chỉnh vào tích số tan
của các hydroxyt kim loại hoặc cacbonate hay sulfat kim loại. Bảng 2.3 thể hiện
phạm vi pH cho quá trình kết tủa của một số kim loại. Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 12
Bảng 2.3. Phạm vi pH kết tủa của một số kim loại
2.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải COD trong và ngoài nước
2.3.1. Trong nước
Hiện nay, nước ta vẫn chưa chú trọng đầu tư vào xử lý nước thải từ phòng thí
nghiệm vì nhiều lý do mà quan trọng có lẽ do chi phí xử lý nước thải của phòng thí
nghiệm quá cao. Hầu hết, trong nước chỉ tập trung vào xử lý toàn bộ lượng nước
thải phát sinh từ phòng thí nghiệm chứ chưa chia ra để xử lý từng loại nước thải.
Các nghiên cứu cũng như đề xuất về xử lý nước thải phòng thí nghiệm cũng chỉ
đề cập đấn vấn đề xứ lý toàn bộ lượng nước thải phát sinh từ phòng thí nghiệm chứ
chưa đơn lẻ tách thành từng nguồn để xử lý.
Trường đại học Lạc Hồng là một trong những trường xây dựng mô hình hệ
thống xử lý nước thải có chứa KLN do Th.S Lê Kiên Cường lắp đặt và vận hành.
Pilot hệ thống xử lý nước thải có nhiều bể chứa: bể thu gom vừa có nhiệm vụ thu
gom nước thải vừa điều hòa lưu lượng, thành phần nước thải; bể khử; bể lắng; bể
điều chỉnh pH nên hệ thống được đánh giá có tính an toàn cao. Pilot hoàn chỉnh
quy trình xử lý nước thải có chứa ion kim loại theo mô hình thực tế công nghiệp,
kích thước 1,4 x 2m bằng vật liệu epoxy composite cốt thép. Pilot cũng được thiết
dụng các phương pháp hoá lý. Nghiên cứu sử dụng các hoá chất kết tủa khác
nhau, các ion Cl-, Br-, I- và S- cho Hg, Ag và NaOH, NH4OH, NaHCO3 cho
Cr và Fe. Hiệu quả thu hồi Ag và Hg tốt nhất với việc sử dụng ion Cl- và S Cr
và Fe được loại bỏ tốt nhất ở dạng kết tủa với dung dịch NaOH.
- Một nhóm nghiên cứu người Thái Lan - Leong, Muttamara năm 2002 nghiên
cứu các phương pháp xử lý nước thải phân tích COD từ các phòng thí nghiệm
bao gồm phương pháp kết tủa hoá học, trao đổi ion và hấp thụ bằng chitosan.
Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ nước thải COD xử lý bằng phương pháp
kết tủa hóa học từ 375 mg/L giảm xuống còn 2,34 mg/L Cr, 1740 mg/L giảm
xuống 3,65 mg/L Hg và 993 mg/L xuống còn 1,89 mg/L Ag. Với phương pháp
trao đổi ion, vận tốc trao đổi là 20 mL/phút, kết quả đạt được lần lượt là 0,59
mg/L Cr, 3,92 µg/L Hg và 0,65 mg/L Ag với thể tích và thời gian trao đổi là
75,6 L : 63 giờ, 40,8 L : 34 giờ và 33,6 : 28 giờ. Cột chitosan sử dụng trong mô
hình cho kết quả nồng độ kim loại nặng giảm xuống còn 0,76 mg/L Cr, 6,04
mg/L Hg và 0,51 mg/L Ag với thể tích và thời gian lưu nước là 120L : 100 giờ,
60 L : 50 giờ và 48 L : 40 giờ. Kết quả hoá rắn bùn hoá học và lượng chitosan
sau xử lý với các thông số bùn/ximăng theo khối lượng 0,1 : 1,0, nước/ximăng
là 0,5 : 0,6 và cát/ximăng là 0,5 : 3,0 đảm bảo các tiêu chuẩn rò rỉ kim loại nặng
và độ bền nén yêu cầu của Thái Lan.
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 14
CHƯƠNG 3
MÔ HÌNH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu
Mô hình thí nghiệm là 1 hệ gồm:
- Becker có thể tích 200ml (bể phản ứng)
- Thiết bị khuấy từ nhằm khuấy trộn hỗn hợp nước thải với hoá chất thêm vào.
và Fe, do đó khi tiến hành trung hoà sẽ diễn ra đồng
thời quá trình kết tủa các ion kim loại trong nước thải ở các mức pH khác nhau.
Trung hoà bằng cách thêm vào nước thải một lượng vôi bột (CaCO
3
), sữa vôi
(Ca(OH)
2
) hay sút (NaOH) hoặc bất kỳ một dung dịch kiềm nào khác với liều lượng
thích hợp để đạt được trị số pH mong muốn. Tuy nhiên, vì trong nước thải phân tích
chỉ tiêu COD tồn tại hợp chất chrom ở cả hai dạng Cr
6+
và Cr
3+
, Cr
6+
rất độc và
không tạo thành kết tủa với hydroxyt khi hiệu chỉnh pH, do đó trong thí nghiệm này
Becker
200mL
Thiết bị khuấy từ
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
SVTH: Lê Thị Lệ Nguyên – Nguyễn Thị Phương Duyên – Nguyễn Văn Tùng 15
cần khảo sát thêm khi tiến hành thí nghiệm kết hợp chất khử với việc hiệu chỉnh pH
nhằm loại bỏ hoàn toàn các ion KLN có trong nước thải.
Sau đó so sánh hiệu quả khử KLN giữa thí nghiệm chỉ dùng hoá chất trung hoà
để hiệu chỉnh pH tạo kết tủa và thí nghiệm kết hợp thêm chất khử trước khi hiệu
Thí nghiệm 1.2
25 ml
7.5
NaOH
Ca(OH)
2
Thí nghiệm 1.3
25 ml
8.5
NaOH
Ca(OH)
2
Trình tự tiến hành thí nghiệm:
1. Cho một lượng hoá chất (NaOH/ Ca(OH)
2
) vào mẫu nước thải, khuấy đều để
hiệu chỉnh pH đến trị số mong muốn nhằm kết tủa các ion kim loại trong
nước thải khi phản ứng trung hoà diễn ra.
2. Quan sát phản ứng xảy ra: tạo thành chất kết tủa, khí bay hơi, sinh nhiệt,
mùi, … trong quá trình thí nghiệm.
3. Để lắng 15 phút sau đó đem lọc bỏ kết tủa, nước sau lọc đem xác định giá trị
pH và hàm lượng các kim loại nặng còn lại trong nước thải sau xử lý.
Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của chất khử đến quá trình loại bỏ
KLN xử lý nước thải COD
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
GVHD: Ngô Thị Thanh Diễm
kết hợp với OH
-
tạo thành Cr(OH)
3
↓ không tan. Trong quá trình thí nghiệm,
chú ý không được vượt quá pH = 9, vì ở khoảng pH = 9-11, Cr
3+.
sẽ tan trở lại dung
dịch.
Hoá chất khử nghiên cứu trong thí nghiệm này gồm Na
2
S và KI và từ thí
nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH, lấy kết quả cho hiệu quả khử kim loại nặng
ở giá trị pH tốt nhất ở thí nghiệm 1 để tiến hành thí nghiệm 2.
Thể tích nước thải COD cho mỗi lần thí nghiệm là 25ml. Trình tự thí nghiệm
tương tự thí nghiệm 1.
Hóa chất khử Na
2
S.
Cho V (ml) Na
2
S vào 25 ml mẫu, quan sát hiện tượng (kết tủa, khí, mùi,
nhiệt,…) sau đó điều chỉnh pH về giá trị pH tốt nhất ở thí nghiệm 1 đã xác định,
khuấy đều, để lắng 15 phút sau đó đem lọc lấy kết tủa, nước sau lọc đem xác định
giá trị pH và hàm lượng các kim loại nặng còn lại trong nước thải sau xử lý.
Hóa chất khử KI ( làm tương tự như thí nghiệm với Na
2
S).
Báo cáo Đồ án tốt nghiệp – “Nghiên cứu xử lý nước thải COD phát sinh từ phòng thí nghiệm bằng
phương pháp trung hoà và kết tủa hoá học”
09:2008/
BTNMT
Hg
mg/l
3,068
2
0.01
0.002
0.001
Ag
mg/l
2,247
5
-
-
-
Cr
6+
mg/l
290
5
0,1
0,05
0,05
pH
-
1.6
≤ 2 hoặc ≥
12.5
Vmẫu
(ml)
Cốc 1
Cốc 2
Cốc 3
Cốc 4
Cốc 5
Cốc 6
Giá trị pH điều chỉnh
25
6.5
7.5
8.5
Thể tích NaOH 40%( ml)
29.2
-
29.3
-
29.5
-
Thể tích Ca(OH)
2
20%( ml)
-
51.2
-
51.6
-
51.7
Nước sau lọc đem xác định pH và hàm lượng kim loại nặng trong nước thải sau
Đối với mẫu nước được trung hòa về pH = 7.5, bông bùn tạo thành có màu nâu
đen, bùn lắng ít nhưng to, chắc, lắng nhanh, không có ván nổi lên trên, nước sau
lắng trong.
Đối với mẫu nước thải được trung hòa về pH = 8.5, bông bùn tạo thành có màu
nâu đen, cặn lắng ít, bông bùn tạo thành to, xốp, không chắc. không có ván nổi lên
trên, nước sau lắng trong.
Việc hiệu chỉnh pH bằng Ca(OH)
2
mẫu tạo thành dung dịch đặc sệt không lọc
được qua giấy lọc do Ca
2+
+ SO
4
2-
CaSO
4
↓ ( màu trắng) và Cr(OH)
3
↓ (nâu).
Dựa vào kiến thức đã học và kết quả trên, nước thải khi hiệu chỉnh pH bằng
NaOH cho khối lượng kết tủa tốt nhất ở giá trị pH = 7.5. Việc hiệu chỉnh pH bằng
Copyright: Tài liệu đại học ©