Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC (polyalum inium chloride) từ nguồn nhôm phế liệu ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU BA RIA V U N G TA U UNIVEHSITY C ap saint | ac;(\ịjfv NGHIÊN CỨU KKHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẤT KEO TỤ PAC (POLYALUM INIUM CHLORIDE) TỪ NGUỒN NHÔM PHẾ LIỆU ỨNG DỤNG TRONG X Ử LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN QUANG THÁI Sinh viên thực hiện: HOÀNG ANH VŨ MSSV: 13030094 Lớp: DH13HD Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017 Tôi xin cam đoan nghiên cứu này do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Quang Thái. Các số liệu trong bài thực nghiệm do chính tôi thực hiện là hoàn toàn chính xác và có sự xác nhận của các Cơ Quan Phân Tích được đính kèm ở cuối bài. Các số liệu lý thuyết đã được tôi liệt kê đính kèm trong phần Tài liệu tham khảo và ghi rõ dưới nghiên cứu và không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không được ghi. Tôi xin cam đoan những thông tin trên là đúng sự thật và tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này. Sinh Viên Thực Hiện Hoàng Anh Vũ LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu khoa học là một phần đi cùng của sinh viên trước khi rời xa giảng đường trường đại học. Để hoàn thành nghiên cứu này sinh viên cần phải trang bị những kiến thức về quá trình hóa lý, quá trình thiết bị, mà mình đã được học trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Chính vì vậy những kiến thức mà em đã tiếp thu trong quá trình học tập là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành tốt môn đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô đang làm việc tại Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho em trong quá trình học tập tại Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu. Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Quang Thái, thầy đã giúp em đến với hướng nghiên cứu này đồng thời cũng là người tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt môn đồ án. Và em xin gởi lời cảm ơn các anh chị trong Bộ Phân Xử Lý Nước Thải Công Ty Giấy đã cung cấp môi trường làm việc cho em. Cuối cùng, em xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã quan tâm giúp đở động viên trong suốt quá trình nghiên cứu đồ án của em. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, và cũng như kinh nghiệm còn nhiều thiếu sót nên tròn quá trình nghiên cứu đồ án em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong sự chỉ bảo tận tình, đóng góp ý kiến từ quý thầy cô để em có thể bổ sung cũng như sửa đổi các sai sót mà mình đã phạm phải, nâng cao kiến thức thực tế cho bản thân chuẩn bị hành trang sau khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn DANH MỤC BẢNG........................................................................................................ i DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................ iv LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT............................................................. 5 1.1. Tổng quan về ngành công nghiệp hóa chất........................................................5 1.1.1. Quá trình phát triển ngành công nghiệp hóa chất..................................... 5 1.1.1.1. Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất.............................................5 1.1.1.2. Đặc điểm kinh tế kỹ thuật.................................................................... 6 1.1.1.3. Tình hình sản xuất và phân b ố .............................................................7 1.1.2. Lịch sử và quá trình phát triển của ngành công nghiệp giấy................... 8 1.1.2.1. Nguyên liệu sản xuất giấy....................................................................10 1.1.2.2. Các sản phẩm từ ngành công nghiệp giấy.........................................13 1.2. Nước thải công nghiệp.......................................................................................14 1.2.1. Khái niệm nước, nước thải và nước thải công nghiệp............................14 1.2.1.1. Khái niệm nước.....................................................................................14 1.2.1.2. Khái niệm nước thải............................................................................. 15 1.2.1.3. Khái niệm nước thải công nghiệp..................................................... 17 1.2.2. Khái niệm nước thải giấy...........................................................................18 1.2.2.1. Thành phần và tính chất của nước thải g iấy .................................... 18 1.2.2.2. Ảnh hưởng của nước thải giấy đến môi trường...............................20 1.2.2.3. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp giấy........ 21 1.2.3. Các chỉ tiêu về nước thải công nghiệp..................................................... 23 1.2.3.1. Chỉ tiêu vật lý ...................................................................................... 23 a. Độ pH...........................................................................................................23 b. Nhiệt độ .......................................................................................................24 c. Độ m àu........................................................................................................24 d. Độ đục.........................................................................................................24 e. Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS).................................................... 24 f Tổng hàm lượng các chất hòa tan (DS).................................................. 25 1.2.3.2. Chỉ tiêu hóa h ọ c ..................................................................................25 a. Độ kiềm h ó a ............................................................................................... 25 b. Hàm lượng oxigen hòa tan (D O )............................................................26 c. Nhu cầu oxigen hóa học (COD).............................................................. 27 d. Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD).............................................................27 1.3. Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp............................................ 28 1.3.1. Phương pháp xử lý sinh học..................................................................... 28 1.3.1.1. Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo ................................................28 1.3.1.2. Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên................................................28 1.3.2. Phương pháp xử lý cơ học........................................................................ 29 1.3.3. Phương pháp xử lý hóa lý ........................................................................ 29 1.3.3.1 Tuyển nổi................................................................................................ 29 1.3.3.2. Hấp phụ ................................................................................................. 30 1.3.3.3. Trao đổi Ion...........................................................................................30 1.3.3.4. Màng bán thấm..................................................................................... 30 1.3.3.5. Trích ly .................................................................................................. 30 1.3.3.6. Chưng bay hơi.......................................................................................31 1.3.3.7. Phương pháp trung hòa ........................................................................31 1.3.3.8. Phương pháp oxy hóa k h ử .................................................................. 31 1.3.3.9. Kết tủa hóa học..................................................................................... 32 1.3.3.10. Keo tụ .................................................................................................. 32 1.4. Chất keo tụ và hiện tượng keo tụ ..................................................................... 32 1.4.1. Hệ keo cấu tạo và tính chất........................................................................32 1.4.2. Khái niệm về keo tụ .................................................................................... 33 1.4.3. Sự cần thiết của các chất keo tụ ................................................................ 34 1.4.4. Các phương pháp keo tụ .............................................................................. 35 1.4.4.1. Tăng lực Ion ..........................................................................................35 1.4.4.2. Thay đổi pH...........................................................................................36 1.4.4.3. Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị I II ..........................................36 1.4.4.4. Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp.............. 36 1.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bông .........................................36 1.4.5.1. Trị số pH của nước.............................................................................. 36 1.4.5.2. Lượng dùng chất keo t ụ ..................................................................... 37 1.4.5.3. Nhiệt độ nước........................................................................................37 1.4.5.4. Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ ..........................................37 1.4.5.5. Tạp chất trong nước............................................................................38 1.4.5.6. Môi chất tiếp xúc................................................................................. 38 1.4.6. Một số sản phẩm keo t ụ ............................................................................. 38 1.4.7. Các phương pháp điều chế chất keo tụ ................................................... 41 1.4.7.1. Điều chế phèn nhôm truyền thống.................................................... 41 1.4.7.2. Điều chế Polyaluminium Chloride (PAC)...................................... 42 a. Quy trình tổng hợp PAC từ nhôm phế thả i............................................42 b. Thuyết minh quy trình............................................................................... 43 1.4.7.3. Điều chế Polyaluminium Sulfat (PAS).............................................44 1.4.7.4. Điều chế các Polyferric........................................................................44 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM.................................................................................45 2.1. Tiến hành điều chế P A C ................................................................................... 45 2.1.1. Các hóa chất và trang thiết bị cần th iết.................................................... 45 2.1..1.1. Các hóa chất cần dùng .......................................................................45 2.1.1.2. Các trang thiết bị cần dùng................................................................45 2.1.2. Tiến hành điều chế dung dịch AlCl3........................................................ 47 2.1.2.1. Lắp ráp hệ thống dụng cụ................................................................... 47 2.1.2.2. Phương pháp thực h iện .......................................................................47 2.1.3. Tiến hành điều chế PAC.............................................................................49 2.1.3.1. Điều kiện của quá trình điều chế PAC..............................................49 2.1.3.2. Quá trình công nghệ điều chế PAC từ nhôm phế liệu .................... 50 2.1.3.3. Xác đinh tỷ trọng của dung dịch PA C ..............................................51 2.1.3.4. Xác định độ ẩm của sản phẩm PAC.................................................. 52 2.2. Ứng dụng chất keo tụ PAC vào xử lý nước thải.............................................52 2.2.1. Thu thập mẫu................................................................................................ 52 2.2.1.1. Dụng cụ ................................................................................................. 52 2.2.1.2. Cách lấy mẫu.........................................................................................52 2.2.2. Xác định các thông số đặc trưng của chất lượng nước thải................... 53 2.2.2.1. Các thông số ban đầu của nước thải giấy..........................................53 2.2.2.2. Tiến hành thực nghiệm xử lý nước thải giấy bằng chất keo tụ PAC ......................................................................................................................53 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 55 3.1. Kết quả điều chế chất keo tụ PAC.................................................................... 55 3.1.1. Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của chất keo tụ PAC dạng rắ n ................55 3.1.2. Kết quả đo tỷ trọng dung dịch PAC..........................................................56 3.1.3. Kết quả xác định cấu trúc vật liệu PAC................................................... 57 3.1.4. Kết quả xác định độ ẩm............................................................................... 59 3.1.5. Kết quả xác định cấu trúc siêu hiển v i ..................................................... 59 3.1.6. Kết quả điều chế dung dịch AlCl3..............................................................61 3.2. Kết quả khảo sát chất keo tụ PAC trên nước thải công nghiệp g iấy .............61 3.2.1 Kết quả xử lý độ màu nước thải giấy từ PAC rắn.................................... 61 3.2.2. Kết quả xử lý độ đục nước thải giấy từ PAC rắn..................................... 63 3.2.3. Kết quả xử lý nồng độ COD của nước thải giấy từ PAC rắn..................64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NG H Ị....................................................................................67 Kết luận ........................................................................................................................67 Kiến nghị......................................................................................................................68 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 69 PHỤ LỤC....................................................................................................................... 71 Bảng 1.1. Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho p h ép ................................................................................................................................ 22 Bảng 1.2. Các loại hạt có mặt trong môi trường nước.............................................34 Bảng 1.3. Các sản phẩm keo tụ mới............................................................................40 Bảng 2.1. Bảng hóa chất cần dùng .............................................................................45 Bảng 2.2. Bảng dụng cụ và thiết bị cần dùng ............................................................. 45 Bảng 2.3. Bảng thông số ban đầu của nước thải Giấy.............................................. 53 Bảng 2.4. Bàng thử nghiệm chất keo tụ PAC ...............................................................54 Bàng 3.1. Thành phần phần trăm các cất trong mẫu rắn P A C .................................55 Bảng 3.2. Bảng xác định tỷ trọng của dung dịch P A C .............................................. 56 Bảng 3.3. Bảng xác định độ ẩm của mẫu rắn P A C ....................................................59 Bàng 3.4. Bảng kết quả xác định nồng độ dung dịch AlCl3.......................................61 Bảng 3.5. Kết quả xử lý độ màu của PAC rắn ............................................................ 61 Bảng 3.6. Kết quả xử lý độ đục của PAC rắn ............................................................. 63 Bảng 3.7. Kết quả xử lý nồng độ COD của PAC rắn .................................................64 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh Công Ty Giấy Việt Trì..............................................................9 Hình 1.2. Hình ảnh về một sốt loại cây lấy gỗ...................................................... 11 Hình 1.3. Hình ảnh nguyên liệu từ giấy loại......................................................... 12 Hình 1.4. Hình ảnh về các sản phẩm từ giấy........................................................ 14 Hình 1.5. Hình ảnh về nước thải sinh hoạt............................................................15 Hình 1.6. Hình ảnh về nước thải công nghiệp...................................................... 16 Hình 1.7. Hình ảnh về nước thấm qua ........................................................................16 Hình 1.8. Hình ảnh về nước thải dô thị.................................................................. 17 Hình 1.9. Hình ảnh về nước thải Giấy................................................................... 19 Hình 2.1. Lắp ráp hệ thống điều chế AlCl3.................................................................47 Hình 2.2. Mâu nhôm đã được nung ở 900°C ............................................................. 48 Hình 2.3. Dung dịch AlCl3 sau khi điều ch ế .............................................................. 49 Hình 2.4. Phản ứng xảy ra giữa NaOH và AlCl3.......................................................51 Hình 2.5. Dung dịch nước thải trước và sau khi xử lý.............................................. 53 Hình 2.6. Nước thải Giấy trước và sau khi xử lý .......................................................54 Hình 3.1. Sản phẩm PAC ( Polyaluminium chloride) dạng rắn ................................56 Hình 3.2. Cấu trúc XRD của các mâu PAC trích từ [9]........................................... 57 Hình 3.3. Cấu trúc XRD của phổ chuẩn quốc tế PAC qua các tỉ lệ ........................ 57 Hình 3.4. Cấu trúc XRD của các mâu PAC trích từ [10]......................................... 58 Hình 3.5. Cấu trúc XRD của mâu rắn PAC được điều chế ...................................... 58 Hình 3.6. Ánh chụp SEM của vật liệu PAC trích từ [10] ........................................60 Hình 3.7. Ánh chụp SEM của vật liệu PAC điều chế từ nhôm phế liệu.................. 60 Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý độ màu............................... 62 Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý độ đục................................ 64 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn lượng PAC ứng dụng xử lý nồng độ COD ..................65 iii TS DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Total Solids - Tổng hàm lượng các chất rắn SS Suspended Slids - Tổng hàm lượng các chất lơ lửng QCVN/TCVN Quy chuẩn/Tiêu chuẩn Việt Nam DS Dissolved Solids - Tổng hàm lượng các chất hòa tan DO Dissolved Oxygen - Hàm lượng oxigen hòa tan COD Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxigen hóa học BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BOD Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxigen sinh hóa FC Sắt III Clorua. AS Nhôm III Sunfur. PFC Polyferic Cloride. PAC Polyaluminium Chloride. PAS Poly aluminium sulfat. PASS Poly aluminium silicat sulfat. PFS Poly ferric sulfat. PAFS Poly alumino ferric sulfat. PHAS Pre-Hydrolized Aluminium Sulfat. PASSC Poly Aluminium Cloride Silica Sulfat. AOX Lượng halogen hữu cơ có khả năng hấp thụ được NTU Nephelometric Turbidity Unit DAF Dissolved Air Flotation SEM Scanning Electron Microscope XRD X-ray diffraction: Nhiễu xạ tia X XRF X-Ray Fluorescence: Phát xạ huỳnh quang tia X Tính cấp thiết của đề tài: Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp ở Việt Nam nói chung và Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nói riêng thì các ngành công nghiệp cũng nhanh chóng gây ảnh hưởng đến hoạt động sinh thái của môi trường, các nguồn khí thải, các chất thải rắn, trong đó nước thải là một trong những vấn đề cấp bách được đưa lên hàng đầu, và nó đang xảy ra trên một chiều hướng xấu đi, gây ảnh hưởng đến vấn đề sức khỏe con người. Hiện nay trên cả nước có rất nhiều