Đề tài Đặc điểm chất rắn trong nước

Mục lục I. Đại cương về chất rắn trong nước……………………………………………………..trang3 II. Ảnh hưởng của chất rắn trong nước…………………………………………………trang7 III. Phương pháp loại bỏ chất rắn trong nước………………………………………….trang8 Lời nói đầu Để xác định chất lượng của một mẫu nước, ta có thể dựa vào nhiều chỉ số như: BOD, COD, độ pH…ngoài ra chúng ta còn có thể dựa vào hàm lượng chất rắn trong nước. Chất rắn trong nước có ảnh hưởng đến tính chất của nước cả về tính chất vật lý cũng như hóa học như độ đục,hàm lượng oxy…. Vì thế việc nghiên cứu cách xác định hàm lượng chất rắn trong nước là rất cần thiết để có thể biết được tính chất của nước từ đó đưa ra những phương pháp cải tạo xử lí nước. Để có thể hiểu rõ hơn, chúng ta đi vào phần nội dung chính. Phần nội dung I. Đại cương về chất rắn trong nước I.1 Tổng hàm lượng các chất rắn (TS)     Các chất rắn là một phần của mẫu nước không bị mất đi do quá trình bay hơi. Chất rắn trong nước bao gồm các dạng lơ lửng và dạng hoà tan.     Chất rắn tổng cộng (Total Solids – TS): là lượng chất còn lại trong cốc sau khi làm bay hơi nước trong mẫu và làm khô trong tủ sấy ở  nhiệt độ xác định. Chất rắn tổng cộng bao gồm tổng hàm lượng  các chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids) là phần tổng chất rắn còn lại trên giấy lọc và hàm lượng chất rắn hoà tan  (Total Dissolved Solids ) là phần chất rắn hòa tan đi qua giấy lọc. Chất rắn tổng cộng = Tổng chất rắn hoà tan + tổng chất rắn lơ lửng     Mẫu đã khuấy trộn đều được làm bay hơi trong cốc đã cân và làm khô đến khối lượng không đổi trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 -105o C. Độ tăng khối lượng cốc chính là khối lượng chất rắn tổng cộng.    Thiết bị sử dụng: Tủ sấy, cân điện tử, cốc thuỷ tinh (beaker). I.2. Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (TSS)     Là tổng lượng vật chất hữu cơ và vô cơ lơ lửng (phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo) lơ lửng trong nước (có kích thước 10 –5 - 10 –6 m). Một phần các chất lơ lửng có kích thước lớn hơn 10 –5 m sẽ lắng xuống đáy.     Hàm lượng chất rắn lơ lửng tổng hoặc hàm lượng chất rắn có khả năng lắng tụ là chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải từ các cơ sở nuôi thủy sản. Phương pháp xác định: Hàm lượng các chất lơ lửng (SS : Suspended Solids) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 1050C cho tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/L. TSS được xác định theo phương pháp khối lượng. Tiến hành định lượng: Sấy giấy lọc ở nhiệt độ 105oC  trong 8 giờ Cân giấy lọc vừa sấy xong (m1) Lọc 100mL mẫu nước qua giấy lọc đã xác định khối lượng Để ráo Dùng kẹp (không dùng tay) đưa miếng giấy lọc vào sấy ở nhiệt độ 105oC trong 8 giờ. Làm  nguội, rồi cân giấy lọc (m2, ) Thiết bị và dụng cụ: Thiết bị lọc chân không, tủ sấy, cân điện tử, giấy lọc thủy tinh, bình hút ẩm (dessicater) Giấy lọc thuỷ tinh hiệu Whatman, loại GF/C, 47mm -Tủ sấy hiệu: MEMMERT_ĐỨC Model UI 40 Đặc tính kỹ thuật: Tủ có đèn báo hiệu và điều chỉnh nhiệt độ Nhiệt độ:  max 2000C - Cân điện tử: Cân điện tử hiệu SARTORIUS_ĐỨC I.3 Tổng hàm lượng các chất hòa tan (TDS) Các chất rắn hòa tan là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ. Hàm lượng các chất hòa tan DS (Dissolved Solids) là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/L. Lượng chất rắn hoà tan (TDS) bao gồm các thành phần chủ yếu là cacbon, bicacbonnat, clorua, sulfat, photphat, nitrat, canxi, magiê, natri, kali, sắt, mangan và một vài loại khác. Chúng không bao gồm các loại khí, các chất keo hay cặn. TDS có thể được xác định bằng cách đo độ dẫn nhất định của nước. Lượng các chất rắn hoà tan trong nước tự nhiên vào khoảng dưới 10 mg/l trong nước mưa tới trên 100.000 mg/l trong nước biển. Do TDS là tổng hợp của toàn bộ các chất hoà tan trong nước nên nó có rất nhiều nguồn gốc. Bảng dưới đây thể hiện TDS từ một vài nguồn nước: Nguồn nước TDS (mg/l) Nước chưng cất 0 Nước được ion hoá 2 cực 8 Mưa và tuyết 10 Hồ Michigan 170 Nước sông bình thường của Mỹ 210 Sông Missouri 360 Sông Pecos 2,600 Biển 35,000 Giếng nước mặn 125,000 Biển chết 250,000     Tổng lượng vật chất hữu cơ và vô cơ hòa tan trong nước (có kích thước nhỏ hơn 1nm =10 –9 m). Và phương pháp xác định là:   TDS (mg/l) = k x EC (mS / cm) Trong đó: k: hệ số dẫn điện = 0,50 – 0,85 (tùy vùng) EC: độ dẫn điện riêng, là giá trị nghịch đảo của điện trở riêng của dung dịch.    Đơn vị tính: mS/ cm (microsiemen/cm)  Thiết bị và dụng cụ trong quá trình xác định: Thiết bị lọc chân không, tủ sấy, cân điện tử, giấy lọc thủy tinh, bình hút ẩm (dessicater). Bình hút ẩm (dessicater) Đo tổng lượng chất hoà tan bao gồm chất khoáng và các chất khác trong nước như: II. Ảnh hưởng của chất rắn trong nước: Tổng chất rắn nói chung có ảnh hưởng đến chất lượng nước trên nhiều phương diện. Hàm lượng chất rắn hoà tan trong nước thấp làm hạn chế sự sinh trưởng hoặc ngăn cản sự sống của thuỷ sinh. Hàm lượng chất rắn hoà tan trong nước cao thường có vị. Hàm lượng chất rắn lơ lửng phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước sử dụng hàng ngày của một người. Lượng nước tiêu thụ càng lớn thì hàm lượng các chất rắn lơ lửng nói riêng và các chất gây ô nhiễm nói chung càng nhỏ và ngược lại. Tùy theo kích thước hạt, trọng lượng riêng của chúng, tốc độ dòng chảy và các tác nhân hóa học mà các chất lơ lửng có thể lắng xuống đáy, nổi lên mặt nước hoặc ở trạng thái lơ lửng. Ngoài ra, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước cao gây nên cảm quan không tốt cho nhiều mục đích sử dụng; ví dụ như làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, do vậy ảnh hưởng đến quá trình quang hợp dưới nước, gây cạn kiệt tầng ô xy trong nước nên ảnh hưởng đến đời sống thuỷ sinh như cá, tôm. Chất rắn lơ lửng có thể làm tắc nghẽn mang cá, cản trở sự hô hấp dẫn tới làm giảm khả năng sinh trưởng của cá, ngăn cản sự phát triển của trứng và ấu trùng. Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải. Khi vận tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục (turbidity) của nước. Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy làm giảm DO của nguồn nước. Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa làm giảm thể tích hữu dụng của các bể này. Phân biệt các chất rắn lơ lửng của nước để kiểm soát các hoạt động sinh học, đánh giá quá trình xử lý vật lý nước thải, đánh giá sự phù hợp của nước thải với tiêu chuẩn giới hạn cho phép. Khi xả nước thải chưa xử lý vào nguồn nước, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống đáy nguồn và khi tốc độ dòng chảy trong nguồn không lớn lắm thì các chất đó sẽ lắng ở ngay cạnh cống xả. Các chất hữu cơ của cặn lắng bị phân hủy bởi vi khuẩn. Nếu lượng cặn lắng lớn và lượng oxy trong nước nguồn không đủ cho quá trình phân hủy hiếu khí thì oxy hoà tan của nước nguồn cạn kiệt (DO = 0). Lúc đó quá trình phân giải yếm khí sẽ xảy ra và sản phẩm của nó là chất khí H2S, CO2, CH4. Các chất khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy, đồng thời các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quyển. Chúng làm ô nhiễm cả nước và không khí xung quanh. Cần chú ý rằng quá trình yếm khí xảy ra chậm hơn nhiều so với quá trình hiếu khí. Bởi vậy khi đưa cặn mới vào nguồn thì quá trình phân giải yếm khí có thể xảy ra liên tục trong một thời gian dài và quá trình tự làm sạch nguồn nước có thể coi như chấm dứt. Nguồn như vậy không thể sử dụng vào mục đích cấp nước, cá sẽ không thể sống và có thể có nhiều thiệt hại khác nữa. Vì vậy trước khi xả vào sông hồ, cần phải loại bỏ bớt chất rắn lơ lửng có trong nước thải. III. Phương pháp loại bỏ chất rắn trong nước: Có rất nhiều phương pháp để loại bỏ chất rắn trong nước, nhưng cách thường thấy nhất là dùng phương pháp kết tủa Cơ chế của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn. Trước đây người ta thường dùng quá trình này để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ và thứ cấp. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng 6.1. Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 ¸ 90% TSS, 40 ¸ 70% BOD5, 30 ¸ 60% COD và 80 ¸ 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại được 50 ¸ 70% TSS, 30 ¸ 40% chất hữu cơ. Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình kết tủa Tên hoá chất Công thức Trọng lượng phân tử Trọng lượng riêng lb/ft3 Khô Dung dịch Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O Al2(SO4)3.14H2O 666,7 594,3 60 ¸ 75 60 ¸ 75 78 ¸ 80 (49%) 83 ¸ 85 (49%) Ferric chloride FeCl3 162,1 84 ¸ 93 Ferric sulfate Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3.3H2O 400 454 70 ¸ 72 Ferric sulfate (copperas) FeSO4.7H2O 278,0 62 ¸ 66 Vôi Ca(OH)2 56 theo CaO 35 ¸ 50 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Ghi chú: lb/ft3 ´ 16,0185 = kg/m3 Sử dụng hóa chất để loại chất rắn lơ lửng Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau: Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 Û 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp. Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra Ca(OH)2 + H2CO3 Û CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 Û 2CaCO3 + 2H2O Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau: FeSO4 + Ca(HCO3)2 Û 2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 Û 2Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O Þ 4Fe(OH)3 Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy. Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau FeCl3 + 3 H2O Û Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl - 3H+ + 3HCO3 - Û 3H2CO3 Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau FeCl3 + Ca(OH)2 Û 3CaCl2 + 2Fe(OH)3 Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2 Û 3CaSO4 + 2Fe(OH)3 Kết luận Hi vọng qua đề tài của nhóm mình thì các bạn sẽ hiểu rõ hơn về sự ảnh hưởng của chất rắn trong nước đến môi trường nước. Và chắc hẳn các bạn cũng sẽ biêt thêm được nhiều thông tin bổ ích từ đề tài của nhóm mình. Bài làm của nhóm mình chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót nhỏ, mong thầy cô và các bạn sẽ đóng góp cho nhóm mình để nhóm mình có thể rút ra được nhiều kinh nghiệm. Để những đề tài sau, nhóm mình sẽ làm hay hơn, thuyết phục hơn. Xin chân thành cảm ơn Thầy Cô và các bạn! Danh sách Nhóm MT_pro: Phan Thị Ánh Lâm 0717048 Nguyễn Thị Luận 0717057 Hoàng Thị Hà My 0717062 Nguyễn Văn Nam 0717064 Phan Như Nguyệt 0717071 Lê Hữu Phước 0717083 Nguyễn Thanh Tùng 0717112 Nguyễn Đỗ Nhật Trường 0717121 Hoàng Mạnh Tuấn 0717129