Báo cáo môn Hóa kĩ thuật môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH

--------*-------

BÁO CÁO

MÔN HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

TP HCM, Tháng 03/2014

MÔN HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Trường Đại học Bách Khoa TP HCM

TP.HCM --- 2014

Đề tài : Sulphide and phosphorus

Khoa: Môi trường

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh

Nhóm trưởng: Hoàng Anh Trung

Thành viên nhóm:

Họ Và Tên:

MSSV

1. Hoàng Anh Trung

91304407

91303391

91304126

91304315

91302909

91204708

2. Võ Quốc Sĩ

3. Trần Việt Tiến

4. Lê Thái Triều

5. Trần Tấn Phát

6. Trương Thị Xuân

I. Sulfur

Trong xử lý nước thải, ta thường gặp nhiều nhất hai dạng của lưu huỳnh là sulfide (S^2-) và sulfate

2-

(SO₄).

1. Sulfide (S^2-):

1.1 Nguồn gốc:

Sulfide là một anion của lưu huỳnh với công thức S^2-phổ biến nhiều trong nước là H₂S. Khí H₂S

(hiđro sunfua) là khí không màu, mùi trứng thối, H₂S dễ bay hơi hơn so với nước.

H₂S xuất hiện trong nước từ những nguồn tự nhiên (vi khuẩn khử sulfate, một số suối nước nóng

cũng thải ra H₂S) hoặc được thải ra từ các hoạt động công nghiệp mà phần lớn là hoạt động sản xuất dầu

khí.

H₂S trong đất trầm tích có thể khuếch tán vào trong lớp nước mặt bên trên, cũng có thể được trộn

vào cột nước bởi hoạt động sinh học và xáo trộn trầm tích do kéo lưới và các dòng nước mạnh, do gió

hoặc thông khí cơ học. Trong nước, sắt, mangan và các kim loại khác phản ứng với H₂S một cách

nhanh chóng để tạo thành sulfide kim loại không tan và kết tủa.

Quan hệ giữa các dạng H₂S, HS^-, S^2-tại các pH khác nhau của dung dịch chứa 10^-3M H₂S:

1.2 Tác hại:

Trong không khí, khí H₂S rất độc, chỉ cần 0,05 mg H₂S trong 1 lít không khí đã gây ngộ độc, chóng

mặt, nhức đầu thậm chí chết nếu thở lâu trong H₂S.

Trong nước H₂S không có nhiều tác hại với con người, mức H₂S trong nước vào khoảng 0.05mg/L

do vậy thường không thể nhận biết được mùi H₂S trong nước uống.

1.3Cách xử lý:

Phương pháp xử lý bằng Clo và lọc liên tục:

Oxi hóa là cách thông dụng nhất để để loại bỏ H₂S. Trong quá trình này, hóa chất được sử dụng để

phân giải khí H₂S thành dạng lưu huỳnh có thể lọc được khỏi nước. Clo thường được sử dụng để làm

chất oxi hóa, chuyển khí H₂S sang dạng lưu huỳnh kết tủa (chất rắn màu vàng). Mặc dù không cần thiết

nhưng chất kết tủa này có thể được lọc ra khỏi nước bằng cát hoặc sỏi. Clo có thể được dùng để xử lí

H₂S ở bất cứ nồng độ nào nhưng phổ biến nhất là ở nồng độ lớn hơn 6.0 mg/L. Một ống nhỏ được dùng

để bơm một hợp chất của clo (thường là NaClO) ngược dòng nước từ thùng trộn hoặc hệ thống ống dẫn.

Thùng trộn hoặc ống phải có kích cỡ vừa đủ để sự oxi hóa H₂S diễn ra trong ít nhất 20 phút. Một bộ lọc

cacbon có thể được dùng để lọc lượng clo dư trong nước đã được xử lí hoặc lượng khí H₂S chưa được

oxi hóa.

2-

2. Sulfate (SO₄):

2.1Nguồn gốc:

Ion Sulfate là một trong những anion thường gặp trong nước tự nhiên. Nó là chỉ tiêu quan trọng

2-

trong nước cấp vì khi hàm lượng SO₄trong nước cao sẽ gây ảnh hưởng đến con người do tính chất tẩy

rửa của Sulfate. Nồng độ giới hạn trong nước là 250 mg/L.

Khi nước chảy qua đất và đá có chứa Sulfate, một phần Sulfate bị hòa tan vào nước. Những loại

2-

khoáng có chứa SO₄gồm MgSO₄, Na₂SO₄, CaSO₄.

2.2Tác hại của Sulfate:

2-

Uống nước có hàm lượng SO₄cao có thể làm ta bị tiêu chảy và mất nước. Trẻ sơ sinh thường

nhạy cảm với Sulfate hơn người lớn. Nước có chứa hàm lượng Sulfate lớn hơn 400mg/L không được

dùng cho trẻ sơ sinh.

Nếu nồng độ Sulfate trong nước vượt quá 250mg/L, nước sẽ có vị chát gây khó chịu. Nồng độ

Sulfate cao còn có thể ăn mòn ống nước, cụ thể là ống đồng. Trong khai thác khoáng sản, nước thải

hoặc nước rò rỉ có pH thấp và nồng độ Sulfate cao, do hoạt động của các vi khuẩn và các tác nhân hóa

học, Sulfate sẽ bị oxy hóa thành Acid Sulfuric, đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra một lương SO_xvào

không khí, khi thủy phân trong nước mưa sẽ hình thành Acid Sulfuric và gây mưa acid.

2.3Cách xử lý:

Có ba cách loại bỏ sulfate khỏi nước uống: thẩm thấu ngược (Reverse osmosis), chưng cất nước

(Distillation), trao đổi ion (Ion exchange). Các loại máy lọc carbon, máy làm mềm nước sẽ không thể

loại bỏ sulfate ra khỏi nước.

Trong đó, phương pháp trao đổi ion là cách thường dùng nhất để loại bỏ sulfate ra khỏi nước

nhưng không thường dùng để xử lí nước uống trong gia đình.

Nhiều người quen với việc làm mềm nước cứng - một loại hệ thống trao đổi ion. Quá trình này bao

gồm việc đưa nước cứng (nước chứa ion Ca^2-và Mg^2-) qua một bình chứa loại nhựa đặc biệt được thấm

ion Na^-. Các ion gây cứng nước sẽ dính vào nhựa, và ion Na^-được thấm vào nước. Quá trình trao đổi

ion để loại bỏ sulfate sử dụng một loại nhựa khác nhưng cũng hoạt động tương tự. Ion sulfate trong

nước đổi chỗ với ion khác trong nhựa, thường là Cl^-. Khi nhựa đã đầy sulfate, nó cần được làm sạch

bằng một dung dịch muối.

Hệ thống làm mềm nước không thể loại bỏ sulfate, trong khi hệ thống lọc sulfate lại không thể làm

mềm nước. Một số đơn vị kinh doanh nước dùng cả 2 loại nhựa để loại cả sulfate và làm mềm nước.

Trong trường hợp cả 2 hệ thống được dùng, hệ thống làm mềm nước thường được dùng sau hệ thống

lọc sulfate, và cả 2 đều cần bảo trì sau một thời gian sử dụng

II. Phosphorus

Trong tự nhiên, phosphorus thường ko tồn tại ở dạng đơn chất mà tồn tại ở dạng phosphate

3-

(PO₄)

1. Phosphate

1.1Nguồn gốc

Phosphate thường tồn tại ở các loại quặng hoặc trong cơ thể hữu cơ

Lượng phosphorus trong thức ăn có thể cao đến mức 370mg/100g trong gan, hoặc thấp như trong

dầu ăn thực vật. Một số loại thức ăn giàu phosphorus bao gồm: cá ngừ, cá hồi, gan, trứng, gà, phô

mai…

Ở dạng quặng, phosphate thường tồn tại dưới dặng quặng apatite (tên gọi của một nhóm các loại

quặng phosphate bao gồm hydroxylapatite (Ca₅(PO₄)₃(OH)), fluorapatite (Ca₅(PO₄)₃F) và

chlorapatite (Ca₅(PO₄)₃Cl), trong đó quặng fluorapatite cung cấp nhiều phosphate nhất

1.2. Tác hại

Phosphate là một dưỡng chất thiếu yếu, cơ thể cần lượng phoshphate vào khoảng 800mg/ngày, một

bữa ăn bình thường cung cấp khoảng 1000-2000mg/ngày, tùy thuộc vào thức ăn có giàu phosphate

hay không

Tuy nhiên, tiêu thụ quá nhiều phosphate có thể gây hại cho thận hoặc gây loãng xương. Hoặc thiếu

phosphate (do tiêu thụ thuốc quá nhiều) cũng gây hại đến sức khỏe

Việc khai thác khoáng sản và sử dụng phân bón trong trồng trọt có thể thải ra một lượng lớn

phosphate ra môi trường, gây ảnh hưởng đến vòng tuần hoàn phosphorus và gây ra hiện tượng phú

dưỡng hóa (hiện tượng tảo và bèo phát triển quá nhiều ở khu vực nước có hàm lượng N và P quá

cao, hấp thụ oxi và chắn ánh mặt trời vào nước khiến các loài sinh vật khác không sống được và

còn có thể gây mùi)

1.2Cách xử lý

PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

Phương pháp kết tủa (Phosphate precipitation)

Phương pháp kết tủa được dùng để loại bỏ phosphate bằng cách thêm các chất gây kết tủa vào nước

thải chứa phosphate. Các ion kim loại thường dùng là nhôm (Al) và canxi (Ca)

Xử lý bằng Canxi:

Người ta thường sử dụng nước vôi (Ca(OH)₂). Nước vôi sẽ phản ứng với lượng kiềm có sẵn trong

nước thải để tạo ra Canxi carbonate – sau đó sẽ đc loại bỏ khỏi nước

Ca(HCO₃)₂+ Ca(OH)₂↔2CaCO₃↓+ 2H₂O

Khi giá trị pH của nước thải vượt quá 10, lượng ion Ca^2-sẽ phản ứng với phosphate để tạo ra

hydroxylapatite

3-

10 Ca²⁺+ 6 PO₄+ 2 OH^-↔ Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂↓

Vì phản ứng là giữa nước vôi và lượng kiềm trong nước nên lượng nước vôi cần thiết sẽ không

phụ thuộc vào lượng phosphate trong nước mà sẽ phụ thuộc chủ yếu vào lượng kiềm. Lượng nước

vôi cần thiết sẽ vào khoảng 1.5 lần lượng kiềm. Trước bước xử lý tiếp theo hoặc trước khi loại bỏ

kết tủa, phải giảm độ pH xuống bằng hệ thống xử lý dùng carbon dioxide (CO₂)

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp loại bỏ phosphorus sinh học tăng cường (EBPR – Enhanced Biological Phosphorous

Removal) là một cơ cấu xử lý nước thải được áp dụng cho hệ thống bùn hoạt hóa để loại bỏ

phosphate.

Nhân tố phổ biến trong triển khai hệ thống EBPR là một bình kỵ khí (không có nitrat và oxy) trước

một bình thoáng khí. Dưới những điều kiện này một nhóm vi khuẩn dị dưỡng, được gọi là sinh vật

tích lũy polyphosphate (PAO - polyphosphate-accumulating organisms) được bổ sung một cách có

chọn lọc trong cộng đồng vi khuẩn trong bùn hoạt hóa. Những vi khuẩn này tích tụ một lượng lớn

polyphosphate trong tế bào và nhờ đó quá trình loại bỏ phosphorus sẽ được tăng cường.

Nói chung, mọi vi khuẩn chứa một phần nhỏ (1-2%) phosphorus trong sinh khối do nó có trong

thành phần của tế bào, ví dụ như màng phospholipid và DNA. Do đó khi vi khuẩn trong một đơn vị

xử lý nước thải tiêu thụ các chất dinh dưỡng trong nước thải, chúng phát triển và phosphorus sẽ

được tích lũy vào sinh khối của vi khuẩn. Khi PAOs lớn chúng không chỉ tiêu thụ phosphorus cho

thành phần tế bào mà còn tích lũy một lượng lớn polyphosphate trong tế bào. Tỉ lệ phosphorus của

sinh khối tích lũy phosphorus là 5-7%. Sinh khối này sau đó được tách ra từ nước đã được xử lý ở

cuối của quá trình và phosphorus do đó được loại bỏ. Vì vậy phương pháp dùng các PAOs được

làm giàu bởi quá trình EBPR có thể loại bỏ được một lượng phosphorus nhiều hơn đáng kể so với

các hệ thống bùn hoạt hóa truyền thống.

Nhận xét: Phương pháp sinh học có lợi thế hơn hóa học là sử dụng ít hóa chất hơn do đó giảm được

chi phí, ít độc hại hơn, nhưng chỉ áp dụng được khi nước chứa lượng phosphorus và các thành phần

dinh dưỡng nhiều nhất định.