Đồ án Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC-Al13 (polyaluminium chloride) từ nguồn nhôm phế liệu ứng dụng trong xử lý nước mặt và nước thải

MỤC LỤC  LỜI MỞ ĐẦU Trang 1ĐẶT VẤN ĐỀ1. Cơ sở khoa học đề tài 32. Mục tiêu đề tài 33. Địa điểm thực hiện đề tài 44. Giới hạn đề tài 45. Phương pháp nghiên cứu đề tài 46. Ý nghĩa khoa học đề tài 57. Đánh giá kết quả 5 A.TỔNG QUANCHƯƠNG 1 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI1.1 Phương pháp xử lý cơ học 71.2 Phương pháp xử lý hóa lý 71.2.1 Keo tụ 8 1.2.2 Tuyển nổi 8 1.2.3 Hấp phụ 9   1.2.4 Trao đổi ion 91.2.5 Màng bán thấm 91.2.6 Trích ly 91.2.7 Chưng bay hơi 101.2.8 Phương pháp trung hòa 101.2.9 Phương pháp oxy hóa khử 101.2.10 Kết tủa hóa học 111.3 Phương pháp xử lý sinh học 111.3.1 Phương pháp sinh học nhân tạo 111.3.2 Phương pháp sinh học tự nhiên 12CHƯƠNG 2 : KHÁI QUÁT VỀ CHẤT KEO TỤ VÀ HIỆN TƯỢNG KEO TỤ2.1 Hệ keo và hiện tượng keo tụ 132.1.1 Chất phân tán trong môi trường nước 13 2.1.2 Hệ keo – cấu tạo và tính chất 142.1.3 Độ bền của hệ keo và hiện tượng keo tụ 15 2.1.4 Phá bền của các huyền phù keo 172.1.5 Sự cần thiết của các chất keo tụ 17 2.1.6 Các biện pháp hóa học dùng để keo tụ 19 2.1.6.1 Tăng lực ion 192.1.6.2 Thay đổi pH 19  2.1.6.3 Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III 192.1.6.4 Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp 20 2.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông 20 2.1.7.1 Trị số pH của nước 20 2.1.7.2 Lượng dùng chất keo tụ 20 2.1.7.3 Nhiệt độ nước 21 2.1.7.4 Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ 21 2.1.7.5 Tạp chất trong nước 21 2.1.7.6 Môi chất tiếp xúc 22 2.2 Các chất keo tụ vô cơ 222.2.1 Cơ sở lý thuyết chất keo tụ 222.2.2 Sản phẩm truyền thống 232.2.3 Sản phẩm keo tụ mới 25 2.2.4 Một số công trình điều chế chất keo tụ 292.2.4.1 Điều chế phèn nhôm truyền thống 29 2.2.4.2 Điều chế polyaluminium chloride (PAC) 30 2.2.4.3 Điều chế polyaluminium sulfat (PAS) 31 2.2.4.4 Điều chế các polyferric 32 CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3.1 Phương pháp phân tích 333.1.1 Phương pháp Complexon (phương pháp chuẩn độ ngược) 33    3.1.1.1 Xác định tổng Al3+, Fe3+ bằng phương pháp chuẩn độ ngược 333.1.1.2 Xác định Al3+ bằng phương pháp chuẩn độ thay thế 343.1.2 Thực hành phương pháp Complexol 343.1.2.1 Xác định nồng độ Zn2+ 343.1.2.2 Xác định lượng tổng Al3+và Fe3+ 344.1.2.3 Xác định lượng Al3+ 353.2 Phương pháp Jar – Test 363.2.1 Cơ sở lý thuyết 36 3.2.2 Cách sử dụng 36 B.THỰC NGHIỆMCHƯƠNG 4 : HÓA CHẤT – DỤNG CỤ – THIẾT BỊ4.1 Hóa chất 384.1.1 Hóa chất 384.1.2 Chuẩn bị các dung dịch 394.2 Dụng cụ 404.3 Thiết bị 41CHƯƠNG 5 : TIẾN HÀNH ĐIỀU CHẾ HỢP CHẤT KEO TỤ TỪ NHÔM PHẾ LIỆU5.1 Điều chế dung dịch AlCl3 từ nhôm phế liệu 42 51.1 Hệ thống dụng cụ 42 5.1.2 Phương pháp tiến hành 43 5.2 Điều chế hợp chất keo tụ PAC-Al13 44 5.2.1 Điều kiện thực nghiệm chế tạo PAC-Al13 44 5.2.2 Quy trình công nghệ chế tạo PAC-Al13 từ nhôm phế liệu 445.3 Xác định tỷ trọng của dung dịch PAC-Al13 465.4 Xác định độ ẩm của sản phẩm PAC-Al13 47 C.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNCHƯƠNG 6 : KẾT QUẢ ĐIỀU CHẾ HỢP CHẤT KEO TỤ PAC-Al136.1 Kết quả điều chế dung dịch AlCl3 486.2 Kết quả điều chế chất keo tụ PAC-Al13 496.2.1 Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của PAC-Al13 dạng dung dịch 496.2.2 Kết quả đo tỷ trọng dung dịch PAC-Al13 496.2.3 Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của PAC-Al13 dạng rắn 506.2.4 Kết quả xác định cấu trúc vật liệu PAC-Al13 506.2.5 Kết quả xác định độ ẩm của PAC-Al13 516.3 Ứng dụng chất keo tụ PAC-Al13 trong xử lý nước 526.3.1 Ứng dụng trong xử lý nước mặt 526.3.1.1 Nguyên tắc thử nghiệm 52 6.3.1.2 Môi trường nước đục 53 6.3.1.3 Môi trường nước chứa huyền phù 56 6.3.1.4 Môi trường nước sông 59  6.3.2 Ứng dụng trong xử lý nước thải 626.3.2.1 Nước thải dệt nhuộm 626.3.2.2 Nước thải sản xuất giấy Vĩnh Huê 65 D.TỔNG KẾTCHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ7.1 Kết luận 69 7.2 Kiến nghị 70TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU Trang 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1. Cơ sở khoa học đề tài 3

2. Mục tiêu đề tài 3

3. Địa điểm thực hiện đề tài 4

4. Giới hạn đề tài 4

5. Phương pháp nghiên cứu đề tài 4

6. Ý nghĩa khoa học đề tài 5

7. Đánh giá kết quả 5

A.TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1.1 Phương pháp xử lý cơ học 7

1.2 Phương pháp xử lý hóa lý 7

1.2.1 Keo tụ 8

1.2.2 Tuyển nổi 8

1.2.3 Hấp phụ 9

1.2.4 Trao đổi ion 9

1.2.5 Màng bán thấm 9

1.2.6 Trích ly 9

1.2.7 Chưng bay hơi 10

1.2.8 Phương pháp trung hòa 10

1.2.9 Phương pháp oxy hóa khử 10

1.2.10 Kết tủa hóa học 11

1.3 Phương pháp xử lý sinh học 11

1.3.1 Phương pháp sinh học nhân tạo 11

1.3.2 Phương pháp sinh học tự nhiên 12

CHƯƠNG 2 : KHÁI QUÁT VỀ CHẤT KEO TỤ VÀ HIỆN TƯỢNG KEO TỤ

2.1 Hệ keo và hiện tượng keo tụ 13

2.1.1 Chất phân tán trong môi trường nước 13

2.1.2 Hệ keo – cấu tạo và tính chất 14

2.1.3 Độ bền của hệ keo và hiện tượng keo tụ 15

2.1.4 Phá bền của các huyền phù keo 17

2.1.5 Sự cần thiết của các chất keo tụ 17

2.1.6 Các biện pháp hóa học dùng để keo tụ 19

2.1.6.1 Tăng lực ion 19

2.1.6.2 Thay đổi pH 19

2.1.6.3 Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III 19

2.1.6.4 Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp 20

2.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông 20

2.1.7.1 Trị số pH của nước 20

2.1.7.2 Lượng dùng chất keo tụ 20

2.1.7.3 Nhiệt độ nước 21

2.1.7.4 Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ 21

2.1.7.5 Tạp chất trong nước 21

2.1.7.6 Môi chất tiếp xúc 22

2.2 Các chất keo tụ vô cơ 22

2.2.1 Cơ sở lý thuyết chất keo tụ 22

2.2.2 Sản phẩm truyền thống 23

2.2.3 Sản phẩm keo tụ mới 25

2.2.4 Một số công trình điều chế chất keo tụ 29

2.2.4.1 Điều chế phèn nhôm truyền thống 29

2.2.4.2 Điều chế polyaluminium chloride (PAC) 30

2.2.4.3 Điều chế polyaluminium sulfat (PAS) 31

2.2.4.4 Điều chế các polyferric 32

CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương pháp phân tích 33

3.1.1 Phương pháp Complexon (phương pháp chuẩn độ ngược) 33

3.1.1.1 Xác định tổng Al3+, Fe3+ bằng phương pháp chuẩn độ ngược 33

3.1.1.2 Xác định Al3+ bằng phương pháp chuẩn độ thay thế 34

3.1.2 Thực hành phương pháp Complexol 34

3.1.2.1 Xác định nồng độ Zn2+ 34

3.1.2.2 Xác định lượng tổng Al3+và Fe3+ 34

4.1.2.3 Xác định lượng Al3+ 35

3.2 Phương pháp Jar – Test 36

3.2.1 Cơ sở lý thuyết 36

3.2.2 Cách sử dụng 36

B.THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 4 : HÓA CHẤT – DỤNG CỤ – THIẾT BỊ

4.1 Hóa chất 38

4.1.1 Hóa chất 38

4.1.2 Chuẩn bị các dung dịch 39

4.2 Dụng cụ 40

4.3 Thiết bị 41

CHƯƠNG 5 : TIẾN HÀNH ĐIỀU CHẾ HỢP CHẤT KEO TỤ TỪ NHÔM PHẾ LIỆU

5.1 Điều chế dung dịch AlCl3 từ nhôm phế liệu 42

51.1 Hệ thống dụng cụ 42

5.1.2 Phương pháp tiến hành 43

5.2 Điều chế hợp chất keo tụ PAC-Al13 44

5.2.1 Điều kiện thực nghiệm chế tạo PAC-Al13 44

5.2.2 Quy trình công nghệ chế tạo PAC-Al13 từ nhôm phế liệu 44

5.3 Xác định tỷ trọng của dung dịch PAC-Al13 46

5.4 Xác định độ ẩm của sản phẩm PAC-Al13 47

C.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 6 : KẾT QUẢ ĐIỀU CHẾ HỢP CHẤT KEO TỤ PAC-Al13

6.1 Kết quả điều chế dung dịch AlCl3 48

6.2 Kết quả điều chế chất keo tụ PAC-Al13 49

6.2.1 Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của PAC-Al13 dạng dung dịch 49

6.2.2 Kết quả đo tỷ trọng dung dịch PAC-Al13 49

6.2.3 Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của PAC-Al13 dạng rắn 50

6.2.4 Kết quả xác định cấu trúc vật liệu PAC-Al13 50

6.2.5 Kết quả xác định độ ẩm của PAC-Al13 51

6.3 Ứng dụng chất keo tụ PAC-Al13 trong xử lý nước 52

6.3.1 Ứng dụng trong xử lý nước mặt 52

6.3.1.1 Nguyên tắc thử nghiệm 52

6.3.1.2 Môi trường nước đục 53

6.3.1.3 Môi trường nước chứa huyền phù 56

6.3.1.4 Môi trường nước sông 59

6.3.2 Ứng dụng trong xử lý nước thải 62

6.3.2.1 Nước thải dệt nhuộm 62

6.3.2.2 Nước thải sản xuất giấy Vĩnh Huê 65

D.TỔNG KẾT

CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

7.1 Kết luận 69

7.2 Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC