Đang tải... (xem toàn văn)
Khi nền văn minh nhân loại phát triển, các đô thị mọc lên và được mở rộng một cách nhanh chóng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NƯỚC VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Người thực hiện: Phạm Duy Anh Mã số sinh viên: 08892711 Lớp: ĐHPT2TLT Người hướng dẫn: Ts.Nguyễn Văn Vinh Tp. Hồ Chí Minh - 2010 MỤC LỤC Lời mở đầu 2 Nội dung 3 1. Cấu tạo và tính chất của nước .3 1.1.Hình học của phân tử nước 3 1.2. Tính lưỡng cực .3 1.3. Liên kết hydro .4 2. Các tính chất hóa lý của nước .5 3. Vai trò của nước trong công nghiệp hóa chất .7 4. Các yêu cầu về chất lượng nước .8 5. Công nghệ xử lý nước trong công nghiệp 9 5.1 Quá trình lắng, lọc nước 10 5.2 Quá trình làm mềm nước .10 5.3 Làm sạch nước thải công nghiệp .12 6. Kiểm soát ô nhiễm môi trường nước 15 Kết kuận .18 Tài liệu tham khảo .19 1 LỜI MỞ ĐẦU Khi nền văn minh nhân loại phát triển, các đô thị mọc lên và được mở rộng một cách nhanh chóng. Vì vậy nước thải sinh hoạt và công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp hóa chất từ các thành phố gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với môi trường nước và ngày càng trở thành vấn đề cấp bách mang tính xã hội và chính trị cộng đồng. Ngay từ những ngày sơ khai của kỹ thuật xây dựng, ở Anh, Mỹ và một số nước châu Âu khác, kỹ thuật vệ sinh đã phát triển ở những nơi có thể thực hiện được về mặt kinh tế, xã hội và chính trị để xử lý nước thải, sao cho giảm ảnh hưởng tiêu cực đối với việc thải nước thải nước nói chung và nước thải công nghiệp nói riêng. Vậy làm thế nào để có một nguồn nước sạch và công nghệ xử lý nước thải như thế nào mới là phù hợp.Bài tiểu luận này sẽ giúp chúng ta giải đáp những thắc mắc đó. Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu về môi trường nước và qui trình làm sạch nước thải. Em đã viết nên bài tiểu luận này bao gồm những tính chất hóa lý, cấu tạo, vai trò, những yêu cầu về chất lượng nước, công nghệ xử lý nước và làm sạch nước thải… Mặc dù rất cố gắng nhưng bài tiểu luận này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy và các bạn xây dựng và đóng góp ý kiến cho bài tiểu luận được hoàn thiện hơn. Em xin ghi nhận và chân thành cám ơn! 2 NỘI DUNG 1. Cấu tạo và tính chất của phân tử nước 1.1. Hình học của phân tử nước Hình 1 - Phân tử nước Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hiđrô và một nguyên tử ôxy. Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picômét. 3 1.2. Tính lưỡng cực Hình 2- Tính lưỡng cực Ôxy có độ âm điện cao hơn hiđrô. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử ôxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo thành moment lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.[3] 1.3. Liên kết hyđrô Hình 3 - Liên kết hiđrô Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hiđrô chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác. 4 Đường kính nhỏ của nguyên tử hiđrô đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hiđrô, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hiđrô mới có thể đến gần nguyên tử ôxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, thí dụ như đihiđrô sulfua (H 2 S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hiđrô là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H 2 S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng nhỏ nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô.[4] 2. Các tính chất hóa lý của nước Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô. Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là ở 4°C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4°C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4°C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4°C, nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng. [1] 5 Hình 4 – Liên kết tinh thể lục giác mở của phân tử nước Khi đông lạnh dưới 4°C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở. Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nước. Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua. Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH - ) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H 3 O + ). Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm: HCl + H 2 O ↔ H 3 O + + Cl - Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit: NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH - 3. Vai trò nước trong công nghiệp hóa chất. 6 Nước là 1 trong những loại nguyên liệu thiên nhiên dùng nhiều trong công nghiệp hóa chất. Các cơ sở hóa chất không những dùng nhiều nước mà còn thải ra nhiều nước bẩn (xem bảng 3.2). Sản phẩm Nước dùng Nước thải Axit Sunfuric 70 8 Xôđa 115 10 Amoniac 800 20 Axetilen 2800 330 Sợi hóa học 6000 300 Bảng 1- Lượng nước dùng và thải ra tính cho 1 tấn sản phẩm các loại (m 3 /tấn sản phẩm ) Trong công nghiệp hóa chất nước dùng vào nhiều mục đích khác nhau: - Dùng như một chất phản ứng, tham gia trực tiếp vào phản ứng tạo ra sản phẩm. Ví dụ nước tham gia vào các phản ứng tạo axit sunfuric, axit nitric, tạo thành rượu etylic từ etylen; thực hiện quá trình phân hủy, tham gia vào quá trình điện phân như điện phân dung dịch muối tạo thành sút ăn da; là nguyên liệu điều chế hydro và oxy bằng điện phân . - Dùng làm dung môi. Nó dùng phổ biến để làm dung môi cho nhiều axit, kiềm, muối và hóa chất khác…Nó được dùng có hiệu quả để rửa xả, làm sạch các chất khí và chất rắn. - Dùng làm môi trường tạo bọt trong quá trình tuyển nổi hoặc tuyển bằng các phương pháp ướt; dùng làm môi trường tạo huyền phù và nhũ tương. Đó là những trường hợp dùng nước vào mục đích công nghệ. Còn với mục đích kỹ thuật, người ta dùng nước với số lượng lớn để làm chất tải nhiệt. Người ta dùng nước để làm lạnh trong các thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị lạnh, dùng hơi nước để đốt nóng trong thiết bị gia nhiệt. 4. Các yêu cầu về chất lượng nước Chất lượng của nước quyết định bởi các đặc trưng hóa học và vật lý của nó như: - Màu, mùi, độ trong, nhiệt độ. - Tổng hàm lượng muối, độ cứng, tính oxy hóa và độ pH. 7 Tổng hàm lượng muối tính bằng số miligam kết tủa khô còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít nước vá sấy ở 110 o C cho đến khi khối lượng không thay đổi. Lượng kết tủa này là các tạp chất chất khoáng và chất hữu cơ; nó cho biết mức độ tạp chất hòa tan trong nước. Độ cứng của nước tạo bởi muối canxi và magiê. Độ cứng tính bằng số mili đương lượng gam ion canxi va magiê có trong 1 lít nước. Có 3 loại độ cứng: - Độ cứng tạm thời (còn gọi là độ cứng cacbonat) tính bằng nồng độ mili đương lượng gam của hidro cacbonnat, canxi và magiê trong nước. Khi nước sôi, các chất này chuyển thành muối cacbonat không hòa tan và bị kết tủa theo phản ứng: Ca(HCO 3 ) 2 = CaCO 3 + H 2 O + CO 2 2Mg(HCO 3 ) 2 = MgCO 3 .Mg(OH) 2 + H 2 O + 3CO 2 - Độ cứng vĩnh viễn (độ cứng không cacbonat) tính bằng nồng độ mili đương lượng gam của các loại muối canxi và magiê khác (clorua,sunfat…) trong nước. Chúng vẫn còn lại trong nước sôi ở trạng thái tan. - Độ cứng toàn phần là tổng hai độ cứng trên. Nước có hàm lượng ion canxi vả magiê dưới 3 mili đương lượng gam/lít được gọi là nước mềm; từ 3 – 6 mili đương lượng gam/lít là nước trung bình; còn trên 6 mili đương lượng gam/lít còn gọi là nước cứng.[5] 5. Công nghệ xử lý nước trong công nghiệp. Mỗi ngành công nghiệp có những yêu cầu nhất định về chất lượng nước. Do đó, trước khi sử dụng, nước phải qua một quá trình xử lý nhằm bảo đảm các yêu cầu đề ra. Thông thường, quá trình xử lý nước bao gồm các giai đoạn: - Lắng, lọc để loại tạp chất cơ học trong nước. - Làm mềm nước. Trong trường hợp cần thiết còn tiến hành khử muối, làm trung hòa… 8 5.1. Quá trình lắng, lọc nước. Cho nước vào các bể lắng, để dưới tác dụng của trọng trường, các tạp chất phân tán,lơ lửng trong nước lắng xuống đáy bể. Quá trình này được tiến hành liên tục. Sau đó, tiến hành lọc trong bằng cách đông tụ các hạt đất sét, protein và các loại chất rắn rất nhỏ khác trong các thiết bị lọc. Các chất làm đông tụ thường là các chất điện ly như muối, nhôm sunfat Al 2 (SO 4 ) 3 lưỡng tính bị thủy phân tạo thành Al(OH) 3 theo phản ứng: Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 Axit Sunfuric tạo thành sau phản ứng, tác dụng với Ca(HCO 3 ) 2 có trong nước: H 2 SO 4 + Ca(HCO 3 ) 2 CaSO 4 + 2H 2 O + 2CO 2 Keo Al(OH) 3 mang điện dương tác dụng với các tạp chất mang điện âm (các hạt đất sét ) trở thành hạt keo không mang điện, kết tủa nhanh. Đồng thời, còn có quá trình hấp thụ các chất hữu cơ mang màu lên mặt chất kết tủa.[3] 5.2. Quá trình làm mềm nước Đó là quá trình tách các ion Ca 2+ , Mg 2+ . Có nhiều phương pháp: dùng chất trao đổi ion (phương pháp hóa lý), dùng các hóa chất (phương pháp hóa học). Phương pháp hóa học được dùng tương đối rộng rãi trong công nghiệp. Thực chất của phương pháp này là tạo thành các hợp chất không tan, kết tủa nhanh của canxi, magiê. Có nhiều phương pháp làm mềm nước bằng hóa chất; phương pháp vôi (dùng vôi tôi): phương pháp xođa (dùng xoda khan); phương pháp xút (dùng xút ăn da); phương pháp photphat (dùng trinatriphotphat).[1] Kinh tế nhất và toàn diện nhất là phương pháp kết hợp, vừa loại được độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh viễn, vừa cố định được CO 2 vừa tách được ion sắt, lại đông tụ được các hợp chất hữu cơ và các tạp chất khác. Đó là phương pháp vôi – xoda – photphat. Tiến hành quá trình này như sau: - Đầu tiên xử lý nước bẳng vôi tôi, để khử độ cứng tạm thời: Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3 ) 2 = 2CaCO 3 + 2H 2 O 2 Ca(OH) 2 + Mg(HCO 3 ) 2 = 2CaCO 3 + Mg(OH) 2 + 2H 2 O 9 [...]... Làm sạch nước thải công nghiệp Hình 5 – Hệ thống xử lý nước thải tại chỗ[1] Công nghiệp hóa chất là một ngành tạo ra nhiều nước thải chứa nhiều chất độc đối với môi trường xung quanh Cần phải làm sạch nước thải nhằm: - Bảo vệ nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn Hiện nay, sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất cũng như sự tăng nhanh chóng số lượng các mặt hàng hóa chất đã làm cho các nguồn nước bị nhiễm... trình có nhiều ưu điểm hơn, hiện đại hơn về mặt kinh tế, công nghệ và môi trường…Như là xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hoc hiếu khí, kị khí, O3… Để nhằm cải thiện môi trường nước và trả về cho môi trường một nguồn tài nguyên nước trong và sạch trong tương lai 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 2006, Công nghệ xử lý nước thải, NXB KH & KT, Hà Nội [2] Nguyễn Như Thịnh, Phan Sĩ... người, đô thị hóa, công nghiệp hóa ngày càng phát triển đã ảnh hưởng xấu đến nguồn tài nguyên này.Ở nhiều nơi, nguồn nước mặt, nước ngầm đang bị ô nhiễm nghiêm trọng đe dọa đến sức khỏe con người cũng như động, thực vật sống xung quanh Trước tình hình đó chúng ta phải có nhiều phương pháp, qui trình xử lý nước và nước thải khác nhau trong các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp hóa chất nói... trường nước Các giải pháp lựa chọn khác nhau cho thu gom, xử lý và thải để kiểm soát sự ô nhiễm nước được trình bày ở bảng sau:[7] Nguyên lý Phương pháp Ví dụ 1 Tuần hoàn nước trong Thu gom nuớc làm nguội để tuần nhà máy hoàn và tái sử dụng 2 Tách riêng dòng có Khử các chất thải rắn bằng các nồng độ chất gây ô phương tiện thủ công hay cơ khí và nhễm cao thải riêng biệt một cách dễ dàng Sử dụng bã thải. .. người ta không cần xử lý tinh mà chỉ cần làm sạch nước đến một mức độ cần thiết để sử dụng lại Phương pháp tuần hoàn nước này không những đã làm giảm lượng nước tiêu hao mà còn hạ giá thành sản xuất, vì giá thành tuần hoàn nước thấp hơn lấy từ nguồn nước Phương pháp tuần hoàn nước đã làm cho việc cung cấp nước của ngành công nghiệp hóa chất đỡ căng thẳng rất nhiều nó cung cấp cho công nghiệp hóa chất... phương pháp này, căn cứ vào các tính chất hóa lý của chất thải, người ta có thể dùng các phản ứng đặc trưng để thu hồi được nhiều sản phẩm có ích, đồng thời làm sạch nước thải đến độ cần thiết Sử dụng lại nước thải Sự tăng nhanh chóng lượng nước sử dụng trong công nghiệp hóa chất đã làm cho nhiều nước có nguy cơ thiếu nước ngọt Do đó trong 11 thời gian gần đây, vấn đề giảm lượng nước tiêu thụ cho sản... Nội [4] Phùng Tiến Đạt, 1996, Kĩ thuật hóa học, NXB GD, Hà Nội [5].Trần Thị Ngọc Diệu, 2008, Hóa môi trường, NXB ĐHCN TPHCM, TPHCM [6] Google/ nước/ wikipedia tiếng việt [7[ www.congnghexanh.com.vn [8] Google /công nghệ xử lý nước thải /công nghệ và hệ thống xử lý nước 17 ... thái Do đó vấn đề bảo vệ nguồn nước, cải tạo các nguồn nước đã bị nhiễm bẩn là một vấn đề hết sức quan trọng và cấp bách Bảo vệ nguồn nước là nhiệm vụ đầu tiên, quan trọng nhất của công tác làm sạch nước thải - Thu hồi các hóa chất trong nước thải Trong những năm gần đây, người ta đã nghiên cứu phương pháp làm sạch nước thải ngay ở nơi tạo ra chúng, không để các loại chất thải trộn lẫn với nhau Phương... loại thải bỏ sang có thể thu hồi tuần hoàn trong công nghiệp đóng bao và đóng chai Thu gom xơ quả cọ trong công 7 Thu hồi vật liệu nghiệp dầu cọ, phơi khô làm nhiên liệu đốt lò hơi Kết hợp chăn nuôi trồng trọt thành 8 Sản xuất sản phẩm thể thống nhất như hệ chăn nuôi gia phụ cầm, gia súc, sản xuất thực vật thủy sinh và cây trồng Mương oxy hóa, hồ oxy hóa có sục 9 Xử lý chất thải khí, hồ ổn định chất thải. .. động vật ăn cỏ vào ăn cỏ khối nước hay phun thuốc diệt cỏ Bảng 2 – Các giải pháp ô nhiễm môi trường nước Đối với các nuớc đang phát triển, nguyên tác giảm sự phát sinh chất thải và nâng cao hiệu quả, thu hồi chất thải và phương thích hợp và khả thi nhất Trong hầu hết các khảo sát cho thấy, các chất gây ô nhiễm được thải ra nhiều hơn theo tính toán định mức Nếu tiến hành kiểm soát ô nhiễm nước theo phương