Đề tài Nghiên cứu khả năng keo tụ của Alginate - CaCl2 để làm trong nước (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu khả năng keo tụ của Alginate - CaCl2 để làm trong nước (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA ALGINATE - CACL2 ĐỂ LÀM TRONG NƯỚC S K C 0 0 0 2 8 1 MÃ SỐ: SV 2010 - 41 S K C 0 0 2 7 7 9 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM oOo ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN SV: 2010-41 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA ALGINATE – CaCl2 ĐỂ LÀM TRONG NƢỚC GVHD : PGS. TS NGUYỄN VĂN SỨC SVTH : PHAN THỊ MỸ HÒA LÊ THỊ MỸ TRANG TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11/2010
3. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức LỜI CẢM ƠN Sau hơn bốn tháng miệt mài, nay nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu. Bên cạnh sự nỗ lực của cả nhóm, chúng em còn nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của ban lãnh đạo khoa CNHH và TP, các Thầy Cô giáo bộ môn công nghệ môi trƣờng đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm chúng em thực hiện đề tài này. Nhóm nghiên cứu chúng em xin gởi lời cảm ơn thành chân đến: - Thầy Nguyễn Văn Sức, Trƣởng khoa CNHH-TP ngƣời đã định hƣớng cho chúng em chọn lựa đề tài và đã tận tình hƣớng dẫn cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện và cũng là giáo viên hƣớng dẫn trực tiếp, đã luôn nhiệt tình chỉ dẫn, cho nhóm em những ý kiến thật giá trị để nhóm em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. - Cảm ơn cô Lê Thị Bạch Huệ cùng với các Giáo viên bộ môn công nghệ môi trƣờng đã tạo điều kiện cho chúng em sử dụng phòng thí nghiệm và các thiết bị trong quá trình thực hiện đề tài. - Phòng quản lý Khoa học - Hợp tác quốc tế và đào tạo sau đại học và phòng kế hoạch tài chính đã cho phép nhóm chúng em thực hiện đề tài. - Thƣ viện Trƣờng ĐHSPKT-TPHCM đã tạo điều kiện cho chúng em mƣợn tài liệu nghiên cứu. - Xin cảm ơn các nhóm bạn thuộc lớp MT 071150 và các anh, chị đã giúp đỡ nhóm chúng tôi thực hiện đề tài. Trong suốt thời gian nghiên cứu không tránh khỏi những điều thiếu sót, rất mong sự góp ý của thầy, cô và các bạn để đề tài hoàn thành đƣợc tốt hơn. TP.Hồ Chí Minh, tháng 11, năm 2010. Nhóm nghiên cứu 1
4. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI 3 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 5 I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 5 II.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 6 III. VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI 6 PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 6 I. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 6 II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7 III. NỘI DUNG 7 1) Tổng quan về chất lƣợng nƣớc 9 2) Tổng quan về độ đục 10 3) Các phƣơng pháp xử lý độ đục 12 4) Cơ sở lý thuyết về keo tụ 16 5) Cơ chế lý thuyết của quá trình nghiên cứu 19 6) Kết quả nghiên cứu và nhận xét 27 IV.KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 30 1) Tính khoa học 39 2) Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tiễn 39 3) Hiệu quả kinh tế - xã hội 40 PHẦN III: KẾT LUẬN 40 PHỤC LỤC 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 2
5. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức TÓM TẮT ĐỀ TÀI Hiện nay trên thế giới và cả nƣớc ta thì việc tăng dân số đang là vấn đề nghiêm trọng, bên cạnh đó thì việc đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cho con ngƣời cũng đƣợc nâng cao và việc sử dụng nƣớc sinh hoạt thì phải đƣợc đảm bảo vể sức khỏe. Nhƣng hiện nay tình trang nƣớc đang ngày càng xuống cấp và việc sử dụng nƣớc sinh hoạt kém chất lƣợng là vấn đề nan giải cần đƣợc giải quyết ngay. Một trong các vấn đền liên quan đến nƣớc sinh hoạt đó là độ đục của nƣớc. Chính vì nƣớc quá đục làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc và việc sử dung nên nhóm chúng tôi đã khảo sát lƣợng nƣớc tự nhiên và nƣớc nhân tạo để nghiên cứu tìm ra nguyên nhân và xử lý để khắc phục tình trang nƣớc bị nhiễm đục. Vì thời gian có hạn nên chúng tôi chỉ khảo sát nƣớc ở sông Sài Gòn và nƣớc thải ở công ty gốm sứ Thiên Thanh. Qua khảo sát sơ bộ ban đầu thì các mẫu nƣớc có độ đục cao, đặc biệt đối với nƣớc sông Sài Gòn thì độ đục khá cao do những ngày nay trời mƣa to. Nguyên nhân chính là do lƣợng bùn trong nƣớc thải quá nhiều dẫn dến độ đục của nƣớc cao. Đề tài của chúng tôi chỉ xoay quanh vấn đề khả năng keo tụ cua alginate khi có mặt CaCl2 để làm cho nƣớc trong, còn các thành phần, tính chất vật lý hay các yếu tố khác ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc chƣa đề cập đến trong nghiên cứu này. Trên cơ sở kết quả của nghiên cứu đạt đƣợc, chúng tôi đã đƣa ra một số giải pháp và kiến nghị để làm giảm tình trạng nƣớc đục hiện nay. 3
6. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Khi nền kinh tế phát triển, đời sống của ngƣời dân đƣợc nâng cao thì nhu cầu dùng nƣớc sạch càng nhiều. Do đó, vấn đề nƣớc sạch đang là mối quan tâm của ngƣời dân và việc xử lý các nguồn nƣớc ô nhiễm từ nguồn tự nhiên và nƣớc từ các ngành công nghiệp là việc làm cần thiết và cấp bách. Nƣớc trong thiên nhiên đƣợc dùng làm nguồn nƣớc cung cấp cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp có chất lƣợng rất khác nhau. Đối với các nguồn nƣớc mặt, thƣờng có độ đục, độ màu và độ nhiễm vi sinh cao. Đối với nguồn nƣớc ngầm, hàm lƣợng sắt và mangan thƣờng vƣợt quá giới hạn cho phép. Có thể nói, hầu hết các nguồn nƣớc thiên nhiên đều không đáp ứng đƣợc yêu cầu, về mặt chất lƣợng cho các đối tƣợng tiêu dùng. Chính vì vậy, trƣớc khi đƣa vào sử dụng, cần phải tiến hành xử lý loại bỏ độ đục, độ màu và độ nhiễm vi sinh cao trong nƣớc. Nhiều đề tài trƣớc đây đã nghiên cứu, xử lý vấn đề này bằng phƣơng pháp keo tụ - tủa bông để loại bỏ hàm lƣợng cặn các tạp chất có trong nƣớc, và hóa chất thƣờng sử dụng là phèn sắt, phèn nhôm, các polymer và các chất trợ keo tụ khác “Đề tài nghiên cứu keo tụ Alginate –CaCl2 để làm trong nƣớc” cũng trên cơ sở xử lý độ đục bằng phƣơng pháp keo tụ - tủa bông nhƣng chất keo tụ sử dụng là Alginate – CaCl2 để tiến hành quá trình nghiên cứu. Nguồn nƣớc phục vụ cho quá trình nghiên cứu đƣợc lấy ở 2 vị trí khác nhau : đó là nguồn nƣớc lấy từ nhà máy gốm sứ Thiên Thanh và nguồn nƣớc lấy từ sông Sài Gòn để tiến hành thực nghiệm trên máy Jartest cùng với hóa chất sử dụng là Alginate – CaCl2 . Chúng tôi hi vọng với phƣơng pháp trên sẽ tìm ra một chất keo tụ tốt để xử lý nƣớc, và nƣớc sau quá trình xử lý độ đục đạt tiêu chuẩn ăn uống và vệ sinh môi trƣờng. 4
7. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Hiện nay, trong nƣớc chƣa có đề tài nghiên cứu xử lý độ đục của nƣớc bằng phƣơng pháp keo tụ với hóa chất Alginate –CaCl2. Đa số các đề tài nghiên cứu xử lý độ đục bằng phƣơng pháp keo tụ sử dụng các hóa chất là: muối nhôm, muối sắt, các polymer, PAC, chitosan . + Nghiên cứu tìm giá trị tơi ƣu lƣợng trợ lắng PAC (Polyaluminum chloride) trong xử lý nƣớc thải dệt nhuôm, ThS. Lâm Vĩnh Long. + Nghiên cứu phƣơng pháp keo tụ sử dụng chitosan – betonite và đƣa ra giải pháp công nghệ để xử lý nƣớc thải của các cơ sở in ấn, SV: Lê Thị Phƣơng Hạnh, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM. + Tổng hợp và khảo sát mộ t số tính chất của N-(2-Furymetyl) chitosan, Nguyễn Thị Nhuệ , Khiếu Thị Tâm, Nguyễn Thị Hồng Anh_ Khoa Hóa, Trƣờng Đại Học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. 2. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc: Đề tài nghiên cứu: “ Use of calcium alginate as a coagulant in water treatment”, Coruh –H.A, A thesis submitted to the graduate school of natural and applied sciences of middle east technical university, September 2005. III. NHỮNG VẤN ĐỀ CÕN TỒN TẠI Việc khảo sát độ đục cũng nhƣ lƣợng cặn ở nguồn nƣớc đã từng đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu khả năng keo tụ của Alginate - CaCl2 để làm trong nƣớc ”, chúng tôi sẽ xây dựng và trình bày một cách cụ thể qui trình nghiên cứu trên máy jatest cùng với hóa chất sử dụng là Alginate - CaCl2 để tìm hiểu khả năng keo tụ của Alginate- CaCl2 đối với độ đục của một số mẫu nƣớc. Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu 2 mẫu phân tích chỉ tiêu pH và độ đục còn chỉ tiêu khác nhƣ nhu cầu oxy hóa học (COD), chất rắn lơ lửng (SS), độ màu, chƣa nghiên cứu . 5
8. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: - Nghiên cứu khả năng keo tụ của alginate, các số liệu về liều keo tụ, ảnh hƣởng của pH và hàm lƣợng của CaCl2. - Từ đó đƣa ra những kết luận và kiến nghị về xử lý độ đục. II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Phƣơng pháp luận - Tìm hiểu chất keo tụ đƣợc sử dụng trong và ngoài nƣớc. - Tìm hiểu về thí nghiệm jartest và các bƣớc tiến hành. - Các thành phần, tính chất của nƣớc thải từ nhà máy gốm sứ Thiên Thanh và nƣớc lấy từ sông. 2. Phƣơng pháp thực nghiệm Các thông số đo và phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc trình bày theo bảng sau: Bảng 1: Các thông số và phƣơng pháp nghiên cứu Thông số Thiết bị Phƣơng pháp phân tích pH WTW inolab Ph 720 Đo bằng máy Độ đục Máy đo độ đục Đo bằng máy 3. Phƣơng pháp xử lý số liệu - Các số liệu đƣợc biểu diễn trên các bảng biểu. - Các số liệu đƣợc quản lý trên Microsoft word và Microsoft Excel - Văn bản soạn thảo trên chƣơng trình Microsoft word và Microsoft Excel 6
9. Báo cáo nghiên cứu khoa học GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 1. Tổng quan về chất lƣợng nƣớc Để cung cấp nƣớc sạch, có thể khai thác từ các nguồn nƣớc thiên nhiên (thƣờng gọi là nƣớc thô) là nƣớc mặt, nƣớc ngầm và nƣớc biển. Nƣớc mặt bao gồm các nguồn nƣớc trong các hồ chứa, sông suối. Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thƣờng xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trƣng của nƣớc mặt là: + Chứa khí hòa tan, đặc biệt là Oxy. + Chứa nhiều chất rắn lơ lửng (riêng trƣờng hợp nƣớc trong hồ, chứa ít chất rắn lơ lửng và chủ yếu ở dạng keo). + Có hàm lƣợng chất hữu cơ cao. + Có sự hiện diện của tảo. Nƣớc ngầm đƣợc khai thác từ các tầng chứa dƣới đất. Chất lƣợng nƣớc ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa chất mà nƣớc thấm qua. Do vậy nƣớc chảy qua các đại tầng chứa cát hoặc granit thƣờng có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi chảy qua địa tầng chứ đá vôi, nƣớc thƣờng có độ kiềm bicacbonat khá cao. + Độ đục thấp. + Nhiệt độ và thành phần hóa học tƣơng đối ổn định. + Không có oxy, nhƣng có thể chứa nhiều khí H2S, CO2. + Chứa nhiều chất khoáng hòa tan, đáng kể đến là sắt, mangan, flour. + Không có sự hiện diện của vi sinh vật. Nƣớc biển thƣờng có độ mặn rất cao hàm lƣợng muối trong nƣớc biển thay đổi tùy theo vị trí địa lý nhƣ: khu cửa sông, gần hay xa bờ. Ngoài ra nƣớc biển thƣờng có nhiều chất lơ lửng, chủ yếu là các phiêu sinh động – thực vật. Nƣớc lợ : Ở cửa sông và vùng quen biển, nơi gặp nhau của các dòng nƣớc ngọt chảy từ sông ra, các dòng thấm từ đất liền chảy ra hòa trộn với nƣớc biển làm cho độ muối và hàm lƣợng huyền phù trong nƣớc ở khu vực này luôn thay đổi và có trị số cao hơn tiêu chuẩn nƣớc cấp trong sinh hoạt và thấp hơn nhiều so với nƣớc biển thƣờng gọi là nƣớc lợ. 7