Tải bản đầy đủ

Bao cao thi nghim moi trng

Bài 1. XÁC ĐỊNH LƯỢNG CHẤT KEO TỤ TỐI ƯU
I. Mục đích thí nghiệm
- Hướng dẫn sinh viên xác định lượng chất keo tụ tối ưu.
- Nắm vững bản chất của phương pháp keo tụ.
- Nhận biết khả năng ứng dụng để phân hủy nước thải khó phân hủy sinh học.
II. Giới thiệu chung
1. Ý nghĩa môi trường của phương pháp keo tụ
Trong kỹ thuật xử lý nước thải sử dụng rộng dãi những chất điện ly có khả
năng liên kết với những chất bẩn bằng lực hút tĩnh điện, cho phép tách chúng ra
khỏi nước dễ dàng bằng các phương pháp lắng, lọc hay quay ly tâm.Những chất
điện ly này gọi là các chất keo tụ.
Phương pháp keo tụ trong xử lý nước thải có nhiều ưu điểm so với các phương
pháp khác như đơn giản, rẻ, cho phép làm sạch nước thải ở mức sơ cấp và thân
thiện với môi trường.Việc xác định hàm lượng tối ưu chất keo tụ cho phép giảm
thời gian, chi phí, đồng thời tăng hiệu suất làm sạch.
2. Nguyên tắc của phương pháp keo tụ
Bản chất của quá trình là hấp phụ.Các hạt chất bẩn trong nước là các hạt rắn
hữu cơ, vô cơ mang điện. Lực hấp phụ phụ thuộc vào lực tương tác tĩnh điện của
các chất trong dung dịch. Các hiđroxit tạo ra trở thành các trung tâm hút bắt chất
bẩn trong nước.Các trung tâm này lớn dần lên tạo thành các bông. Các bông này va
chạm với nhau và với các hạt chất bẩn khác trong dung dịch, kích thước tăng lên

và lắng xuống đáy.
Để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao nhất, keo tụ phải được tiến hành ở những
vùng pH tối ưu.Ngoài ra, hiệu suất xử lý bằng keo tụ còn có thể được nâng lên
bằng cách sử dụng sữa vôi hoặc các chất trợ keo.
3. Phạm vi áp dụng của phương pháp keo tụ


Phương pháp keo tụ được ứng dụng để xử lý nước thải khó phân huỷ sinh
học, đặc biệt là nước thải ngành dệt nhuộm, ngoài ra còn được sử dụng để xử lý
nước cấp.
III. Dụng cụ và hóa chất
1. Dụng cụ
- Bộ khuấy trộn
- Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD
- Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác
2. Hóa chất
Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan 25g Al2(SO4)3.18H2O
trong bình định mức 250 ml với 100-200 ml nước cất, định mức thành 250ml.
Dung dịch thu được có nồng độ Al3+ 0,3M.
Đối tượng tiến hành xử lý là dung dịch phẩm nhuộm màu đỏ nồng độ 0,1g/l:
Hòa tan 0,1g phẩm nhuộm màu đỏ vào trong 1 lít nước cất.
IV. Cách tiến hành
- Xác định COD ban đầu của dung dịch phẩm nhuộm.
- Cho 100 ml dung dịch phẩm nhuộm lần lượt vào 5 cốc thủy tinh (dung tích 200
ml). Bổ sung dung dịch keo tụ Al3+ vào từng cốc với hàm lượng lần lượt ; 1; 2; 3;
4ml khuấy nhanh trong 5 phút rồi khuấy chậm trong 2 phút.
- Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng 15 phút và quan sát quá trình tạo bông.
- Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD.
* Xác định COD:
- Lấy 2,5 ml mẫu trong từng cốc vào bộ phá mẫu COD.
- Sau đó cho thêm 2 ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N.
- Cho thêm 3,5 ml hỗn hợp dung dịch Ag2SO4 + H2SO4.
- Cuối cùng đem đi phá mẫu trong 1h30 phút để xác định COD.
V. Tính toán kết quả
* Đo COD bằng phương pháp chuẩn độ:
- Sau khi xác định được COD ta tiến hành chuẩn độ.


- Sử dụng dung dịch Fe2+ 0,01N để tiến hành chuẩn độ lượng COD xác định
được trên thiết bị đo.
- Đổ từng dung dịch trong ống đo COD vào bình tam giác, tráng rửa ống đo và
bình tam giác bằng nước cất.
- Cho 2 giọt chỉ thị feroin vào bình tam giác, lắc đều.
- Chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ cam thì dừng
lại. Ghi thể tích dung dịch Fe2+ 0,01N tiêu tốn.
* Tính toán:
Nồng độ muối sắt đem chuẩn độ: 0,01 N
Thể tích mẫu: 2,5 ml
Công thức tính toán:
V1: thể tích muối sắt (II) chuẩn độ môi trường sau khi phá mẫu
V2: thể tích muối sắt (II) chuẩn độ mẫu trắng sau khi phá mẫu
Hiệu suất xử lý:
COD1: COD mẫu trước xử lý, mg/l
COD2: COD mẫu sau khi xử lý, mg/l
* Kết quả thí nghiệm:
V2=19,2 ml: thể tích muối sắt (II) chuẩn độ mẫu trắng sau khi phá mẫu
STT

Tên mẫu

VAl3+ 0,3M

VFe2+ 0,01N COD (mg/l)

(ml)
(ml)
1
Mẫu phân tích
1
17,90
2
Mẫu phân tích
2
18,20
3
Mẫu phân tích
3
18,30
4
Mẫu phân tích
4
18,40
5
Mẫu trắng
19,20
6
CODo
15,70
* Sự phụ thuộc của COD vào hàm lượng chất keo tụ:
V(dd Al2(SO4)3.18H2O)

1

(ml)
CAl3+ (mg/l)
COD1, mg/l ( trước xử lí )

8,10

2

41,60
32,00
28,80
25,60
112,00
3

16,20 24,30
112,00

4
32,40


COD2 , mg/l ( sau xử lí )
Hiệu suất xử lý theo

41,60
62,86

32,00
71,43

28,80
74,29

25,60
77,14

COD, %
* Đồ thị sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý theo COD vào hàm lượng chất keo tụ:

* Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Từ kết quả và đồ thị ta thấy khi tăng nồng độ chất keo tụ phèn nhôm từ 8,10 32,40 mg/l thì hiệu suất sử lý COD tăng từ 62,86 - 77,14% và đạt hiệu suất cao
nhất tại 32,40 mg/l.
VII. Trả lời câu hỏi
Câu 1: Dựa trên lượng hóa chất sử dụng (axit hoặc kiềm, phèn), tính lượng hóa
chất cần thiết để xử lý 1m3 nước thải?
TL:
* Dựa vào thực nghiệm, xét trên 100 ml nước thải:
Hiệu suất sử lý COD đạt cao nhất là 77,14% khi hàm lượng Al3+ tối ưu là 32,40
mg/l. Vậy khối lượng phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O cần dùng là:

m phèn =
666 = 0,3996 (g)
Lượng NaOH 1M cần dùng để chỉnh pH là 1ml tương ứng với 40 (mg).
* Xét trên 1m3 nước thải:
Lượng phèn nhôm cần dùng là: 0,3996

104 = 3,996 (kg)


Lượng NaOH cần dùng để chỉnh pH là 40

104 = 0,4 (kg)

Câu 2: Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình keo tụ?
TL:
 Nhiệt độ:
- Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình keo tụ, khi nhiệt độ nước tăng, sự
chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên làm tăng tần số va chạm và hiệu quả
kết dính tăng lên.
- Thực tế cho thấy khi nhiệt độ nước tăng lượng phèn cần để keo tụ giảm, thời
gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm theo.
- Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm là: 20 – 40 oC, tốt nhất là 35
– 45oC. Phèn Fe khi thủy phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ, vì vậy nhiệt độ của
nước ở 0oC vẫn có thể dùng phèn Fe làm chất keo tụ.
 Lượng và tính chất của cặn
- Khi hàm lượng cặn trong nước tăng lên, lượng phèn cần thiết cũng tăng lên,
nhưng hiệu quả keo tụ lại phụ thuộc vào tính chất của cặn tự nhiên như kích thước,
diện tích và mức độ phân tán …
 pH:
- Đối với phèn Al: Khi pH < 4,5 thì không xảy ra phản ứng thủy phân. Khi pH >
7,5 làm cho muối kiềm kém tan và hiệu quả keo tụ bị hạn chế. Phèn nhôm đạt hiệu
quả cao nhất khi pH = 5,5 – 7,5.
- Đối với phèn Fe: Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa
sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 – 6,5.
Ở pH < 3 thì Fe(III) không bị thủy phân , SiO 2 keo tụ do ion Fe(III). Ở pH cao hơn,
chỉ cần liều lượng Fe(III) thấp có thể keo tụ SiO2.
 Mật độ các hạt keo:
- Mật độ các hạt keo ảnh hưởng đến liều lượng chất keo tụ sử dụng và hiệu quả
quá trình keo tụ . Trong quá trình keo tụ, nếu mật độ các chất keo tụ lớn thì lượng
chất keo tụ cho vào cũng phải lớn để có thể trung hòa hết điện tích của các hạt keo


trong nước thải. Nhưng nếu mật độ các hạt thấp, quá trình keo tụ sẽ diễn ra rất
chậm, vì các hạt keo sẽ ít có cơ hội tiếp xúc với nhau.
 Tốc độ khuấy
- Quan độ tốc độ khuấy của hỗn hợp nước và chất keo tụ đến sự phân bổ của
các hạt keo khả năng va chạm giữa các hạt keo.
- Tốc độ khuấy tốt nhất là chuyển từ nhanh sang chậm. Lúc đầu ta khuấy nhanh
nhằm khuếch tán nhanh chất keo tụ. Sau khi hình thành bông phèn ta khuấy chậm
để tránh vỡ các hạt bông.
Câu 3: So sánh ưu, nhược điểm của các chất keo tụ?
TL:

Tên chất keo tụ
Phèn nhôm sunfat
Al2(SO4)3.18H2O

Ưu điểm

Nhược điểm

- Muối nhôm ít độc, sẵn
- Làm giảm đáng kể độ pH,
có trên thị trường và khá phải dùng NaOH để hiệu chỉnh
rẻ.
lại độ pH dẫn đến chi phí sản
xuất tăng.
- Công nghệ keo tụ bằng
phèn nhôm là công nghệ
-Phải dùng thêm một số phụ
tương đối đơn giản dễ gia trợ kéo tụ và trợ lắng.
kiểm soát, phổ biến rộng
- Khi quá liều lượng cần thiết
rãi.
thì hiện tượng keo tụ bị phá hủy
làm nước đục trở lại.
- Hàm lượng Al dư trong
nước lớn hơn so với khi dùng
chất keo tụ khác và có thể lớn
hơn tiêu chuẩn với (0,2mg/lít).
- Khả năng loại bỏ các chất
hữu cơ tan và không tan cùng
các kim loại nặng thường hạn
chế.
- Ngoài ra có thể làm tăng
lượng SO42- trong nước thải sau
sử lý là loại có độc tính đối với
VSV.


Phèn sắt
- Liều lượng phèn sắt - Có thể ăn mòn đường ống
Fe2(SO4)3.nH2O hoặc (III) dùng để kết tủa chỉ mạnh hơn phèn nhôm.
FeCl3.nH2O
bằng 1/3 - 1/2 liều lượng
- Có thể gây ra ô nhiễm thứ cấp
phèn nhôm.
do lượng sắt dư.
- Phèn sắt ít bị ảnh
- Phải xử lý bùn sau khi xử lý.
hưởng của nhiệt độ và
giới hạn pH rộng.
Poly aluminium
chloride(PAC)
- Công thức phân tử
[Al2(OH)nCl6-n]m

- PAC tăng độ trong của
nước, kéo dài chu kỳ lọc
và tăng chất lượng nước
sau lọc một cách hiệu
quả.

- PAC có hiệu quả mạnh, chỉ
cần sử dụng liều lượng thấp đã
có thể xử lý khối lượng lớn
nước thải, nên khi sử dụng quá
liều lượng sẽ gây hiện tượng tái
ổn định của hạt keo.

- Nhôm Cloride có
trong hợp chất PAC đã có
- Lượng Cloride trong hóa
một phần phản ứng với chất keo tụ PAC sẽ thúc đẩy
kiềm do đó khi hòa tan quá trình ăn mòn ở những nơi
vào nước thì PAC sẽ có đóng cặn bùn.
tính acid thấp hơn nghĩa
là độ pH sẽ không bị
giảm đột ngột thuận tiện
cho việc điều chỉnh pH,
tiết kiệm được hóa chất
dùng để tăng độ kiềm và
các thiết bị đi kèm như
bơm định lượng và thùng
hóa chất so với khi sử
dụng phèn nhôm.
- PAC hoạt động tốt
nhất trong khoảng PH từ
6.5 - 8.5, lúc này các ion
kim lại nặng đều bị kết
tủa và chìm xuống đáy
hoặc bám vào các hạt keo
tạo thành.
- Sử dụng hóa chất keo
tụ PAC sẽ giảm thiểu sự
ăn mòn thiết bị.
- PAC có thể hoàn tan
vào nước với bất kỳ tỷ lệ


nào.
- Hiệu quả lắng trong
cao hơn phèn nhôm từ 4 5 lần.
- Thời gian keo tụ
nhanh.
- Liều lượng sử dụng
hóa chất PAC thấp, bông
cặn to, dễ lắng.

Câu 4: Trong xử lý nước cấp bằng phương pháp keo tụ thường sử dụng phèn sắt
hơn là phèn nhôm. Giải thích?
TL:
Trong xử lý nước cấp bằng phương pháp keo tụ thường sử dụng phèn sắt hơn
phèn nhôm vì độ hòa tan của keo Fe(OH) 3 trong nước nhỏ hơn Al(OH)3. Tỉ trọng
của Fe(OH)3 = 1,5Al(OH)3 do vậy keo sắt tạo thành vẫn lắng được khi trong nước
có ít chất huyền phù (mà nước cấp sẽ ít chất bẩn hơn rất nhiều so với nước thải).
Mặt khác, với những nhược điểm của phèn nhôm được nêu ở câu trên, sau khi sử
lý bằng phen nhôm sẽ gây ô nhiễm thứ cấp và việc sử lý ô nhiễm thứ cấp này khó
khăn hơn rất nhiều so với việc sử lý ô nhiễm thứ cấp do phèn sắt gây ra.

Bài 2. XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA pH LÊN HIỆU SUẤT KEO TỤ
I. Mục đích thí nghiệm
- Hướng dẫn sinh viên xác định sự ảnh hưởng của pH lên hiệu suất keo tụ.
- Nắm vững bản chất của phương pháp keo tụ.
- Nhận biết khả năng ứng dụng để phân hủy nước thải khó phân hủy sinh học.
II. Giới thiệu chung
1. Ý nghĩa môi trường của phương pháp keo tụ


Trong kỹ thuật xử lý nước thải sử dụng rộng dãi những chất điện ly có khả
năng liên kết với những chất bẩn bằng lực hút tĩnh điện, cho phép tách chúng ra
khỏi nước dễ dàng bằng các phương pháp lắng, lọc hay quay ly tâm.Những chất
điện ly này gọi là các chất keo tụ.
Phương pháp keo tụ trong xử lý nước thải có nhiều ưu điểm so với các
phương pháp khác như đơn giản, rẻ, cho phép làm sạch nước thải ở mức sơ cấp và
thân thiện với môi trường.Việc xác định hàm lượng tối ưu chất keo tụ cho phép
giảm thời gian, chi phí, đồng thời tăng hiệu suất làm sạch.
2. Nguyên tắc của phương pháp keo tụ
Bản chất của quá trình là hấp phụ.Các hạt chất bẩn trong nước là các hạt rắn
hữu cơ, vô cơ mang điện. Lực hấp phụ phụ thuộc vào lực tương tác tĩnh điện của
các chất trong dung dịch. Các hiđroxit tạo ra trở thành các trung tâm hút bắt chất
bẩn trong nước.Các trung tâm này lớn dần lên tạo thành các bông. Các bông này va
chạm với nhau và với các hạt chất bẩn khác trong dung dịch, kích thước tăng lên
và lắng xuống đáy.
Để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao nhất, keo tụ phải được tiến hành ở những
vùng pH tối ưu.Ngoài ra, hiệu suất xử lý bằng keo tụ còn có thể được nâng lên
bằng cách sử dụng sữa vôi hoặc các chất trợ keo.
3. Phạm vi áp dụng của phương pháp keo tụ
Phương pháp keo tụ được ứng dụng để xử lý nước thải khó phân huỷ sinh
học, đặc biệt là nước thải ngành dệt nhuộm, ngoài ra còn được sử dụng để xử lý
nước cấp.
III. Hóa chất và dụng cụ
1. Dụng cụ
- Bộ khuấy trộn
- Đồ dùng thí nghiệm để xác định COD
- Pipet, cốc thuỷ tinh, bình tam giác
2. Hóa chất


Chất keo tụ sử dụng ở đây là phèn nhôm: Hoà tan 25g Al2(SO4)3.18H2O
trong bình định mức 250 ml với 100 - 200 ml nước cất, định mức thành 250ml.
Dung dịch thu được có nồng độ Al3+ 0,3M.
Đối tượng tiến hành xử lý là dung dịch phẩm nhuộm màu đỏ nồng độ 0,1g/l:
Hòa tan 0,1g phẩm nhuộm màu đỏ vào trong 1 lít nước cất.
IV. Cách tiến hành
- Xác định COD ban đầu của dung dịch phẩm nhuộm.
- Cho100 ml dung dịch phẩm nhuộm lần lượt vào 4 cốc thủy tinh (dung tích 200
ml). Bổ sung dung dịch keo tụ 3ml dung dịch Al 3+ vào từng cốc sử dụng dung dịch
H2SO4 1M và dung dịch NaOH 1M để điều chỉnh dung dịch trong các cốc cho đến
các giá trị pH lần lượt là 4; 6; 8 và COD o, khuấy nhanh trong 5 phút rồi khuấy
chậm trong 2 phút.
- Ngừng khuấy trộn, để dung dịch lắng 15 phút và quan sát quá trình tạo bông.
- Lấy mẫu trong từng cốc của thiết bị khuấy trộn để xác định COD.
- Riêng mẫu CODo không cho dung dịch Al3+.
* Xác định COD:
- Lấy 2,5 ml mẫu trong từng cốc vào bộ phá mẫu COD.
- Sau đó cho thêm 2 ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N.
- Cho thêm 3,5 ml hỗn hợp dung dịch Ag2SO4 + H2SO4.
- Cuối cùng đem đi phá mẫu trong 1h30 phút để xác định COD.
V. Tính toán kết quả
* Đo COD bằng phương pháp chuẩn độ:
- Sau khi xác định được COD ta tiến hành chuẩn độ.
- Sử dụng dung dịch Fe2+ 0,01N để tiến hành chuẩn độ lượng COD xác định
được trên thiết bị đo.
- Đổ từng dung dịch trong ống đo COD vào bình tam giác, tráng rửa ống đo và
bình tam giác bằng nước cất.
- Cho 2 giọt chỉ thị feroin vào bình tam giác.
- Chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ cam thì
dừng lại. Ghi thể tích dung dịch Fe2+ 0,01N tiêu tốn.


* Tính toán:
Nồng độ muối sắt đem chuẩn độ : 0,01 N
Thể tích mẫu: 2,5 ml
Công thức tính toán:
V1: thể tích muối sắt (II) chuẩn độ môi trường sau khi phá mẫu
V2: thể tích muối sắt (II) chuẩn độ mẫu trắng sau khi phá mẫu
Hiệu suất xử lý:
COD1: COD mẫu trước xử lý, mg/l
COD2: COD mẫu sau khi xử lý, mg/l
* Kết quả thí nghiệm:
STT
1
2
3
4
5

Tên mẫu
Mấu phân tích
Mấu phân tích
Mấu phân tích
Mẫu trắng
CODo

pH

VFe2+ 0,01N

COD

HCOD

4
6
8
-

(ml)
17,20
19,10
18,80
19,20
15,70

(mg/l)
64,00
3,20
12,80
112,00

(%)
42,86
97,14
88,57
-

* Sự phụ thuộc của hiệu suất keo tụ vào pH:
pH
COD1 mẫu trước xử lý

4

(mg/l)
COD2 mẫu sau khi xử lý 64,00
(mg/l)
Hiệu suất xử lý %

6
112

8

3,20

12,80

42,86 97,14

88,57

* Đồ thị sự phụ thuộc hiệu xuất xử lý vào pH:


* Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Từ đồ thị ta thấy, pH tối ưu bằng 6 cho hiệu suất sử lý COD cao nhất 97,14%. Khi
tiếp tục tăng pH của nước thải tải thấy hiệu suất sử lý có xu hướng giảm rõ rệt.
Nguyên nhân là do trị số pH trong nước quá cao hay quá thấp đều làm cho Al(OH) 3
hòa tan, làm tăng hàm lượng nhôm dư trong nước.
VII. Trả lời câu hỏi
Câu 1: pH ảnh hưởng thế nào đến quá trình keo tụ?
TL:
pH của nước có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình keo tụ.
Trị số pH trong nước quá cao hay quá thấp đều làm cho Al(OH) 3 hòa tan, làm
tăng hàm lượng nhôm dư trong nước.
pH < 5,5 Al(OH)3 có tác dụng như một chất kiềm làm tăng hàm lượng Al 3+
trong nước.
Al(OH)3 + 3H+  Al3+ + 3H2O
Khi pH > 7,5, Al(OH) 3 đóng vai trò như một axit làm cho gốc AlO 2- , lúc này
Al3+ giảm dẫn đến hiệu suất sử lý giảm.
Nên vậy, đối với phèn nhôm thì độ pH= 6 - 6,5 là tối ưu.
Câu 2: pH càng lớn thì hiệu suất keo tụ càng cao có đúng không? Tại sao?
TL:


Khi pH càng lớn thì hiệu suất keo tụ càng giảm do hàm lương Al 3+ trong nước
giảm mà Al(OH)3 hình thành chủ yếu gốc AlO2- làm tăng hàm lượng nhôm dư
trong nước.

Bài 3. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HẤP PHỤ ĐỘNG
I. Mục đích thí nghiệm
- Hướng dẫn sinh viên xây dựng đường cong hấp phụ động.
- Nắm vững bản chất của phương pháp hấp phụ động.
- Nhận biết khả năng ứng dụng để phân hủy nước thải khó phân hủy sinh học.
II. Giới thiệu chung
1. Ý nghĩa môi trường của phương pháp hấp phụ
Phẩm màu nhuộm hữu cơ là một trong những hóa chất gây độc môi trường
sống của sinh vật dưới nước làm ô nhiễm nặng nguồn nước. Các ngành công
nghiệp dệt nhuộm, giấy, chất dẻo, da, thực phẩm, mỹphẩm thường sử dụng các
phẩm màu. Do vậy, nước thải công nghiệp từ các xí nghiệp nhà máy này thường
chứa ít nhiều các hóa chất phẩm màu nhuộm. Hấp phụ là một trong những phương
pháp hóa lý phổ biến và hiệu quả để khử màu nhuộm. Nhiều loại chất hấp phụ
khác nhau được biết đến trong ứng dụng này như than hoạt tính, zeolit, tro than,
chitin và chitosan.
2. Nguyên tắc của phương pháp hấp phụ động
Hấp phụ là quá trình lưu giữ các chất trên bề mặt phân chia giữa hai pha:
pha rắn (chất hấp phụ) và pha lỏng hoặc pha khí (chứa chất bị hấp phụ). Chất hấp
phụ thường là chất có diện tích bề mặt lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động có
khả năng giữ các phân tử của chất bị hấp phụ. Hấp phụ động là quá trình hấp phụ
xảy ra khi cho dung dịch chứa chất bị hấp phụ chảy qua cột chứa chất hấp phụ (cột
hấp phụ).


Trong thí nghiệm này chất hấp phụ được sử dụng là than hoạt tính. Chất bị
hấp phụ là chất có trong pha lỏng hoặc pha khí có khả năng bị giữ trên bề mặt của
chất hấp phụ. Trong thí nghiệm này chất bị hấp phụ là xanh metylen.
3. Phạm vi áp dụng của phương pháp hấp phụ động
Phương pháp phương pháp hấp phụ động được ứng dụng để xử lý nhiều loại
nước thải khác nhau chứa các chất hữu cơ hòa tan khó bị phân hủy sinh học tự
nhiên, các chất vi ô nhiễm, các chất định mùi vị, kim loại nặng,...
III. Hóa chất và dụng cụ
1. Dụng cụ
- Cột chứa chất hấp phụ bằng thủy tinh đường kính 10 mm có màng xốp (bông
thủy tinh) chặn dưới đáy và có khóa để điều chỉnh tốc độ dòng chảy.
- Pipet.
- Máy đo quang.
- Bình chứa dung dịch dung tích khoảng 2 L.
- Cốc hứng dung dịch 100 mL.
- Ống đong 100 mL.
- Cốc 50 mL.
- Ống PE ф 4 – 6 mm nối từ bình chứa xuống cột hấp phụ.
2. Hóa chất
- Than hoạt tính làm từ vỏ dừa dạng hạt kích thước 0,5 – 1,5 mm, khối lượng
riêng 1,2 g/ml.
- Dung dịch xanh metylen 50 mg/L.

IV. Cách tiến hành
- Cho 25g than vỏ dừa vào cột, vỗ nhẹ cho than xếp khít nhau.
- Nối cột hấp phụ với bình chứa chất bị hấp phụ và mở khóa bình cho dung dịch
chảy vào cột. Mở khóa cột, đợi khi dung dịch bắt đầu chảy ra khỏi cột thì đóng
khóa cột, chờ trong 2-3 phút, mở khóa cột và bắt đầu hứng dung dịch chảy ra từ
cuối cột. Tốc độ dòng chảy là 15 mL/phút. Khi nào nồng độ chất màu đi ra từ cuối
cột có nồng độ xấp xỉ bằng nồng độ đầu vào thì dừng thí nghiệm.


- Ghi số thể tích dung dịch thu được từ cuối cột tương ứng với các giá trị hấp thụ
quang đo được trên máy.
V. Tính kết quả
* Tính toán:
Co = 50, d= 4cm, h = 5cm , v = 15ml/phút, m = 25g , 15 phút hứng đo 1 lần.
Tính lượng xanh metylen đã bị hấp phụ:
C0 và C là nồng độ xanh metylen lúc trước và lúc sau khi đạt cân bằng hấp phụ.
m= 25g là khối lượng than hoạt tính.
V thể tích dung dịch.
Khi áp vào phương trình đường chuẩn để tính nồng độ ta có kết quả theo bảng
như sau:
Hệ số pha

Nồng độ

loãng

tương ứng

9,3

10

9,943

1,04

108,8

10

10,40

0,248

1,413

168,8

10

14,13

4

0,340

1,937

208,8

10

19,37

5

0,370

2,108

232,8

10

21,08

6

0,497

2,834

288,8

10

28,34

7

0,525

2,993

317,8

10

29,93

8

0,545

3,108

367,8

10

31,08

9

0,598

3,410

427,8

10

34,10

10

0,665

3,793

490,8

10

37,93

11

0,694

3,958

557,8

10

39,58

12

0,731

4,167

624,8

10

41,67

13

0,722

4,119

694,8

10

41,19

14

0,776

4,425

765,8

10

44,25

STT

A

C

V(ml)

1

0,174

0,9943

2

0,182

3


15

0,783

4,463

840,8

10

44,63

16

0,793

4,520

914,8

10

45,20

* Đồ thị nồng độ xanh metylen và là thể tích dung dịch:

* Nhận xét kết quả thí nghiệm:
- Xác định điểm đánh thủng cột - tại thể tích mà xanh metylen bắt đầu xuất hiện ở
cuối cột. Điểm đánh thủng cột: điểm tại thể tích dung dịch đạt 765,8 ml và nồng độ
xanh metylen khi đó là 44,25 mg/l.
- Lượng hấp phụ động của than trên cột (mg xanh metylen / g than)
765,8
= 176,134 (mg xanh metylen / g than)
- Khả năng ứng dụng của loại hình hấp phụ này trong nghiên cứu khoa học và
trong thực tế: để sử lý nhiều loại nước thải khác nhau chứa các chất hữu cơ hòa tan
khó bị phân hủy sinh học tự nhiên, các chất vi ô nhiễm, các chất định mùi vị, kim
loại nặng,..
* Lượng xanh metylen đã bị hấp phụ trên than hoạt tính:

q =xanh metylen
V (mg
xanh
than)
Lập bảng tính lượng
đã bị
hấpmetylen
phụ: m /=g25
(g)
STT Co (mg/l) C (mg/l)

V (ml)

q (mg/g)

1

50

9,943

9,3

14,90

2

50

10,40

108,8

172,34

3

50

14,13

168,8

242,19


4

50

19,37

208,8

255,82

5

50

21,08

232,8

269,30

6

50

28,34

288,8

250,22

7

50

29,93

317,8

255,13

8

50

31,08

367,8

278,35

9

50

34,10

427,8

272,08

10

50

37,93

490,8

236,96

11

50

39,58

557,8

232,49

12

50

41,67

624,8

208,18

13

50

41,19

694,8

244,85

14

50

44,25

765,8

176,14

15

50

44,63

840,8

180,60

16

50

45,20

914,8

175,64

VII. Trả lời câu hỏi
Câu 1: Hấp phụ là gì? Cơ chế hấp phụ động là gì?
TL:
Hấp phụ là quá trình lưu giữ các chất trên bề mặt phân chia giữa hai pha: pha rắn
(chất hấp phụ) và pha lỏng hoặc pha khí (chất bị hấp phụ).
Cơ chế hấp phụ động: Hấp phụ động là quá trình hấp phụ xảy ra khi cho dung
dịch chứa chất bị hấp phụ chảy qua cột chứa chất hấp phụ (cột hấp phụ). Khi đó
trên cột hấp phụ sẽ hình thành 3 vùng:
+ Vùng 1: Vùng bão hòa chất bị hấp phụ (ứng với đầu vào của cột hấp phụ) tại
đây chất hấp phụ đã hấp phụ bão hòa chất bị hấp phụ. Nồng độ chất bị hấp phụ
trong dung dịch bằng nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch ở lối vào.
+ Vùng 2: Vùng chuyển tiếp (vùng trao đổi chất). Tại đây nồng độ chất bị hấp
phụ trong dung dịch thay đổi từ nồng độ ban đầu đến 0.


+ Vùng 3: Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ (ứng với đầu ra của cột hấp phụ). Tại đây
sự hấp phụ chưa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch bằng 0.
Câu 2: Ý nghĩa của việc xác định điểm đánh thủng cột?
Điểm đánh thủng cột là điểm mà chất bị hấp phụ bắt đầu xuất hiện ở cuối cột.

BÀI 4. HẤP PHỤ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG
NƯỚC - QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ TĨNH
I. Mục đính thí nghiệm
- Hướng dẫn sinh viên xây dựng đường cong hấp phụ tĩnh.
- Nắm vững bản chất của phương pháp hấp phụ tĩnh.
- Nhận biết khả năng ứng dụng để phân hủy nước thải khó phân hủy sinh học.
II. Giới thiệu chung
1. Ý nghĩa môi trường của phương pháp hấp phụ
Phẩm màu nhuộm hữu cơ là một trong những hóa chất gây độc môi trường
sống của sinh vật dưới nước làm ô nhiễm nặng nguồn nước. Các ngành công
nghiệp dệt nhuộm, giấy, chất dẻo, da, thực phẩm, mỹ phẩm thường sử dụng các
phẩm màu. Do vậy, nước thải công nghiệp từ các xí nghiệp nhà máy này thường
chứa ít nhiều các hóa chất phẩm màu nhuộm. Hấp phụ là một trong những phương
pháp hóa lý phổ biến và hiệu quả để khử màu nhuộm. Nhiều loại chất hấp phụ
khác nhau được biết đến trong ứng dụng này như than hoạt tính, zeolit, tro than,
chitin và chitosan.
2. Nguyên tắc của phương pháp hấp phụ tĩnh
Hấp phụ là quá trình lưu giữ các chất trên bề mặt phân chia giữa hai pha:
pha rắn (chất hấp phụ) và pha lỏng hoặc pha khí (chứa chất bị hấp phụ). Chất hấp


phụ thường là chất có diện tích bề mặt lớn, trên đó có các trung tâm hoạt động có
khả năng giữ các phân tử của chất bị hấp phụ. Trong thí nghiệm này chất hấp phụ
được sử dụng là than hoạt tính. Chất bị hấp phụ là chất có trong pha lỏng hoặc pha
khí có khả năng bị giữ trên bề mặt của chất hấp phụ. Trong thí nghiệm này chất bị
hấp phụ là xanh metylen.
Hấp phụ có thể xảy ra theo hai cơ chế: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ vật lý: quá trình hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phân tử (lực
Van der Waals).
- Hấp phụ hóa học: quá trình hấp phụ xảy ra do sự tạo thành liên kết hóa học giữa
các phân tử trên bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Khả năng hấp phụ của một chất hấp phụ đối với một chất bị hấp phụ nào đó phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất, cấu tạo của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
pH, nồng độ của chất bị hấp phụ trong dung dịch…Để đánh giá khả năng hấp phụ
của một chất hấp phụ đối với một chất bị hấp phụ người ta thường sử dụng các
phương trình hấp phụ đẳng nhiệt.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
q = qmax(bC/1+bC)
C
1
C
=
+
q bqmax qmax

hoặc:
Trong đó:
q:

lượng chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
C: nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch (mg/L)
b: hằng số đặc trưng cho quá trình hấp phụ
Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa

C
và C, từ đó tính được qmax và b.
q

- Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich:
q= Kf C1/n
Trong đó:
K: hằng số biểu thị dung lượng hấp phụ


1/n: hằng số biểu thị cường độ hấp phụ
C: nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch (mg/L)
q: lượng chất bị hấp phụ ứng với nồng độ cân bằng C (mg/g)
3. Phạm vi áp dụng của phương pháp hấp phụ tĩnh
Phương pháp phương pháp hấp phụ tĩnh được ứng dụng để xử lý nhiều loại
nước thải khác nhau chứa các chất hữu cơ hòa tan khó bị phân hủy sinh học tự
nhiên, các chất vi ô nhiễm, các chất định mùi vị, kim loại nặng,...
III. Hóa chất và dụng cụ
1. Dụng cụ
- Máy lắc
- Bình nón 250mL
- Máy trắc quang
2. Hóa chất
- Than hoạt tính kích thước hạt 0,5 – 1,18 mm
- Xanh metylen
IV. Cách tiến hành
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính đối với
xanh metylen bằng phương pháp tĩnh như thời gian đạt cân bằng hấp phụ, nồng độ
chất bị hấp phụ, xác định dung lượng hấp phụ cực đại.
- Xây dựng đường chuẩn:
+ Pha dung dịch xanh metylen có nồng độ 100 mg/L
+ Từ dung dịch xanh metylen trên pha thành các dung dịch có nồng độ lần lượt
là: 0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 mg/L. Đo mật độ quang của các dung dịch trên
ở bước sóng λmax = 665 nm. Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của mật độ quang
(A) vào nồng độ (C) của xanh metylen.
- Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ:
Cho vào bình nón 5 g than hoạt tính và 100ml dung dịch có nồng độ là
100mg/L. Lắc đều dung dịch, sau các khoảng thời gian 10, 30, 60, 90,100,110, 120
phút, lấy 1ml dung dịch ra (pha loãng 10 lần) xác định nồng độ xanh metylen còn


lại trong dung dịch. Vẽ đồ thị sự phụ thuộc giữa lượng chất bị hấp phụ vào thời
gian. Xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ tcb.
- Khảo sát dung lượng hấp phụ của than hoạt tính đối với xanh metylen theo
phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
Lấy 5 bình nón, cho vào mỗi bình 5g than hoạt tính và 100ml dung dịch có nồng
độ Xanh Metylen ban đầu Ci khác nhau từ 10, 20, 50, 75, 100 mg/L. Lắc dung dịch
trong khoảng thời gian tcb. Lấy 1ml dung dịch (Từ C50 đến C100 pha loãng 10 lần. C10
đến C20 lấy 10ml để lắng mang đi đo mật độ quang ở bước sóng 665 nm) xác định
nồng độ cân bằng của xanh metylen. Vẽ đồ thị sự phụ thuộc.
V. Tính kết quả
* Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ:
STT

t ( phút)

A

C

Hệ số pha

Nồng độ xanh

loãng

metylen tương
ứng

1

10

1,243

7,088

10

70,88

2

30

1,128

6,435

10

64,35

3

60

1,042

5,942

10

59,42

4

90

1,010

5,76

10

57,60

5

100

0,97

5,533

10

55,33

6

110

0,958

5,461

10

54,61

7

120

0,954

5,438

10

54,38

* Đồ thị sự phụ thuộc giữa lượng chất bị hấp phụ vào thời gian:


- Từ đồ thị ta xác định được tcb là 110 phút.
- Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính đối với xanh metylen: than hoạt
tính có dung lượng hấp phụ xanh metylen cao nên được sử dụng phổ biến, rộng rãi.
Nồng độ chất màu càng cao thì khả năng hấp phụ của xanh metylen càng giảm.
* Khảo sát dung lượng hấp phụ:
STT

Co

A

Ci

q

logC

Log q

C/q

1

10

0,352

2,008

159,84

0,303

2,203

0,01

2

20

0,642

3,659

326,82

0,563

2,514

0,011

3

50

0,292

16,64

667,2

1,221

2,824

0,025

4

75

0,566

32,28

854,4

1,509

2,932

0,038

5

100

0,958

54,61

907,8

1,737

2,958

0,060

* Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa

C
và C:
q


Ta có phương trình y=0,0009x + 0,0081
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
C
1
C
=
+
q bqmax qmax

Ta có:

= 0,0009 => qmax=1111(mg/g)
= 0,0081=>b= 0,11

* Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của log q và log C:



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×