Nội dung

Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH MÔÛ ÑAÀU Ñeå coù ñöôïc taøi lieäu nhö theá naøy taùc giaû coá gaéng ñuùc keát nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc cuøng tham khaûo moät soá taøi lieäu thöïc taäp moät caùch heát söùc coâ ñoïng. Ñeå coù taøi lieäu lieäu naøy xuaát phaùt töø nhöõng traên trôû cuûa taùc giaû laø laøm sao khi toát nghieäp ra tröôøng sinh vieân ngaønh Kyõ thuaät Moâi tröôøng coù theå töï mình thöïc hieän nhöõng nghieân cöùu vaø cuï theå hoùa nhöõng gì hoïc lyù thuyeát baèng thöïc nghieäm. Taøi lieäu höôùng daãn kyõ thí nghieäm thuaät xöû lyù chaát thaûi duøng cho sinh vieân Khoa Hoïc Moâi Tröôøng ngaønh Kyõ Thuaät Moâi Tröôøng. Caùc baøi thí nghieäm giôùi thieäu quaù trình cô baûn nhaát ñeå xöû lyù caùc loaïi oâ nhieãm tieâu bieåu goàm: ü Phöông phaùp cô hoïc: Phöông phaùp laéng, loïc ü Phöông phaùp hoaù lyù: Trao ñoåi ion, keo tuï, haáp phuï. ü Phöông phaùp hoaù hoïc: Quaù trình oxi hoaù khöû , cheá bieán chaát thaûi raén ñeå saûn xuaát saûn phaåm coù ích. ü Phöông phaùp sinh hoïc: xöû lyù baèng buøn hoaït tính 1. Noäi dung Sinh vieân laàn löôït thöïc hieän 7 baøi thí nghieäm xöû lyù oâ nhieãm, xöû lyù vaø taän duïng chaát thaûi. Baøi 1 : Thí nghieäm khöû saét trong nöôùc caáp. Baøi 2 : Thí nghieäm trao ñoåi ion. Baøi 3 : Thí nghieäm laéng boâng caën. Baøi 4 : Thí nghieäm Jartest. Baøi 5 : Xöû lyù nöôùc thaûi oâ nhieãm phaåm nhuoäm baèng phöông phaùp haáp phuï treân than hoaït tính . Baøi 6 : Xöû lyù vaø taùi söû duïng xæ keõm. Baøi 7 : Thöïc haønh xaùc ñònh hieäu xuaát xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp buøn hoaït tính 2. Muïc ñích thí nghieäm. Giuùp sinh vieân laøm quen vôùi caùc kyõ naêng caàn thieát cuaû moät kyõ sö töông lai. Ø Coâng ngheä xöû lyù, thieát bò xöû lyù oâ nhieãm vaø xöû lyù chaát thaûi. Ø Vaän haønh caùc thieát bò xöû lyù oâ nhieãm moâi tröôøng . Ø Ñieàu haønh moät nhoùm sinh vieân cuøng thöïc hieän moät coâng vieäc. Ø Luyeän taäp khaû naêng vieát baùo caùo kyõ thuaät. 3. Yeâu caàu tröôùc khi thí nghieäm. Tröôùc khi thí nghieäm moãi sinh vieân phaûi ñoïc tröôùc baøi höôùng daãn thí nghieäm, tham khaûo caùc taøi lieäu lieân quan ñeå tìm hieåu caùc kieán thöùc caàn thieát cho baøi thí nghieäm. Xem thieát bò ñeå hieåu caùch tieán haønh thí nghieäm, laäp keá hoaïch laøm vieäc vaø phaân coâng trong nhoùm. Ø Yeâu caàu khi laøm thí nghieäm.: Sau moãi baøi thí nghieäm moãi sinh vieân phaûi laøm moät baûn baùo caùo thí nghieäm ñeå baùo caùo keát quaû thu ñöôïc. Baùo caùo thí nghieäm goàm caùc phaàn sau: ü Trang bìa ghi ñaày ñuû caùc thoâng tin veà nhoùm thí nghieäm vaø baøi thí nghieäm goàm: v Nhoùm thí nghieäm: soá nhoùm, hoï vaø teân, maõ soá sinh vieân. v Ngaøy thí nghieäm, nôi thí nghieäm. v Baøi thí nghieäm. Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 1 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH ü Noäi dung v Trích yeáu : trình baøy yeâu caàu, noäi dung toùm taét vaø keát quaû cuaû baøi thí nghieäm. v Lyù thuyeát: trình baøy lyù thuyeát lieân quan ñeán baøi thí nghieäm. v Keát quaû : trình baøy keát quaû ño ñöôïc khi thí nghieäm vaø keát quaû tính toaùn. v Bieän luaän : neâu leân caùc yù lieán cuaû mình veà caùc vaán ñeà maø baøi thí nghieäm yeâu caàu bình luaän. v Phuï luïc : trình baøy caùc pheùp xöû duïng khi tính toaùn, caùc keát quaû thí nghieäm. v Taøi lieäu tham khaûo. Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 2 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Baøi 1. KHÖÛ SAÉT KEÁT HÔÏP LOÏC TRONG NÖÔÙC CAÁP 1.1. MUÏC ÑÍCH - Nghieân cöùu khaû naêng khöû saét trong nöôùc caáp khi laøm thoaùng. - Nghieân cöùu khaû naêng khöû saét trong nöôùc caát khi söû duïng caùc chaát oxi hoùa maïnh. - Nghieân cöùu khaû naêng loïc saét sau quaù trình khöû saét 1.2. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT. Trong nöôùc töï nhieân, keå caû nöôùc maët laãn nöôùc ngaàm ñeàu coù chöùa saét. Haøm löôïng saét vaø daïng toàn taïi cuûa chuùng tuøy thuoäc vaøo töøng loaïi nguoàn nöôùc, ñieàu kieän moâi tröôøng vaø nguoàn goác taïo thaønh chuùng. Trong nöôùc maët, saét toàn taïi ôû daïng hôïp chaát saét Fe3+ thoâng thuôøng laø Fe(OH)3 khoâng tan, ôû daïng keo hay huyeàn phuø, hoaëc ôû daïng caùc hôïp chaát höõu cô phöùc taïp khoù tan. Haøm löôïng saét coù trong nöôùc maët khoâng lôùn vaø seõ ñöôïc khöû trong quaù trình laøm trong nöôùc . Trong nöôùc ngaàm saét toàn taïi daïng ion, saét coù hoùa trò 2 ( Fe2+) laø thaønh phaàn cuûa caùc muoái hoaø tan nhö : bicacbonat Fe(HCO3)2 , sunfat FeSO4. Haøm löôïng saét trong nöôùc ngaàm thöôøng cao vaø phaân boá khoâng ñoàng ñeàu trong caùc traàm tích döôùi saâu . Nöôùc coù haøm löôïng saét cao, thì coù muøi tanh vaø coù nhieàu caën baån maøu vaøng, gaây aûnh höôûng xaáu ñeán chaát löôïng nöôùc aên uoáng vaø cho sinh hoaït vaø saûn xuaát. Vì vaäy khi trong nöôùc coù haøm löôïng saét lôùn hôn giôùi haïn cho pheùp thì phaûi tieán haønh khöû saét. Hieän nay coù nhieàu phöông phaùp khöû saét cuûa nöôùc ngaàm, coù theå chia thaønh caùc nhoùm chính sau: ü Khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng . ü Khöû saét baèng phöông phaùp duøng hoaù chaát. ü Khöû saét baèng phöông phaùp khaùc. 1.2.1. Khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng . Thöïc chaát cuûa phöông phaùp khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng laø laøm giaøu oxi cho nöôùc taïo ñieàu kieän ñeå oxi hoaù Fe2+ thaønh Fe3+ thöïc hieän quaù trình thuyû phaân taïo thaønh hôïp chaát ít tan Fe(OH)3, roài duøng beå loïc giöõ laïi. Laøm thoaùng coù theå laø : laøm thoaùng töï nhieân hay laøm thoaùng nhaân taïo. Sau khi laøm thoaùng quaù trình oxi hoaù Fe2+ vaø thuûy phaân Fe3+ coù theå xaûy ra trong moâi tröôøng töï do. Trong nöôùc ngaàm, saét (II) bicacbonat laø muoái khoâng beàn vöõng, thöôøng phaân ly theo daïng sau : Fe(HCO3)2 = 2 HCO3- + Fe2+ Neáu trong nöôùc coù oxi hoaø tan, quaù trình oxi hoùa dieãn ra nhö sau : 4 Fe2+ + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8H+ Ñoàng thôøi xaûy ra phaûn öùng phuï: H+ + HCO3- = H2O + CO2 Toác ñoä phaûn öùng oxi hoaù ñöôïc bieåu thò theo phöông trình sau: [ ] [ ] Fe2+ [O2 ] d Fe2+ v= = .K 2 dt H+ Trong ñoù : +v [ ] : Toác ñoä oxi hoùa Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 3 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH [ ] d Fe 2+ dt + [Fe2+]; [ H+]; [O2] +K + : Söï bieán thieân noàng ñoä [Fe2+] theo thôøi gian t. : Noàng ñoä cuûa caùc ion Fe2+ , H+ , O2 tan trong nuôùc . : Haèng soá toác ñoä phaûn öùng, phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø chaát xuùc taùc . Theo phöông trình cuûa Just toác ñoä oxi hoaù cuûa Fe2+ tæ leä thuaän vôùi [Fe2+] vaø [O2], tæ leä nghòch vôùi [ H+]. Nhö vaäy quaù trình chuyeån hoùa Fe2+ thaønh Fe3+ phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö: pH, O 2, haøm löôïng saét trong nöôùc ngaàm, CO 2 , ñoä kieàm, nhieät ñoä, thôøi gian phaûn öùng. Ngoaøi ra toác ñoä oxi hoùa Fe2+ coøn phuï thuoäc vaøo theá oxi hoùa khöû tieâu chuaån. Khi taát caû caùc ion Fe2+ hoaø tan trong nöôùc ñaõ chuyeån hoùa thaønh boâng caën Fe(OH) 3. Vieäc loaïi boû caùc boâng caën ra khoûi nöôùc ñuôïc thöïc hieän ôû beå loïc chuû yeáu theo cô cheá giöõ caën cô hoïc . 1.2.2. Khöû saét baèng phöông phaùp duøng hoùa chaát. 1.2.1.1.Khöû saét baèng caùc chaát oxi hoaù maïnh. Caùc chaát oxi hoùa maïnh thöôøng duøng ñeå khöû saét laø: Cl2 , KMnO4 , O3…..Khi cho caùc chaát oxi maïnh vaøo nöôùc phaûn öùng dieãn ra nhö sau : 2Fe2+ + Cl2 + 6 H2O = 2Fe(OH)3 + 2 Cl- + 6H+ 3Fe3+ + KMnO4 + 7 H2O = 3 Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5 H + Trong phaûn öùng, ñeå oxi hoùa 1mg Fe2+ caàn 0,64 mg Cl2 hoaëc 0,94 mg KMnO4 vaø ñoàng thôøi doä kieàm cuûa nöôùc phaûi giaûm ñi 0,018 mgñ/l. So saùnh vôùi phöông phaùp khöû saét baèng laøm thoaùng ta thaáy, duøng chaát oxi hoaù maïnh phaûn öùng xaûy ra maïnh hôn , pH moâi tröôøng thaáp hôn ( pH< 6 ). Neáu trong nöôùc coù toàn taïi caùc hôïp chaát nhö : H2S, NH3 thí chuùng seõ gaây aûnh höôûng ñeán quaù trình khöû saét . 1.2.1.2. Khöû saét baèng voâi. Phöông phaùp khöû saét baèng voâi thöôøng khoâng ñöùng ñoäc laäp, maø keát hôp vôùi caùc quaù trình laøm oån ñònh nöôùc hoaëc laøm meàm nöôùc . Khi cho voâi vaøo nöôùc quaù trình khöû saét xaûy ra theo 2 tröôøng hôïp : Tröôøng hôïp nöôùc coù oxi hoaø tan : voâi ñöôïc coi nhö laø chaát xuùc taùc, phaûn öùng khöû saét xaûy ra nhö sau: 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4 Ca(OH)2 Fe(OH)3 + 4 Ca(HCO3)2 Saét (III) hydroxit ñöôïc taïo thaønh deã daøng laéng laïi trong beå laéng vaø giöõ laïi hoaøn toaøn trong beå loïc . Trong tröôøng hôïp nöôùc khoâng coù oxi hoaø tan : khi cho voâi vaøo nöôùc phaûn öùng dieãn ra nhö sau : Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 FeCO3 + CaCO3 + H2O Saét ñöôïc khöû döôùi daïng FeCO3 chöù khoâng phaûi hydroxit saét 1.2.3. Caùc phöông phaùp khöû saét khaùc. Ø Khöû saét baèng trao ñoåi Cation. Ø Khöû saét baèng ñieän phaân. Ø Khöû saét baèng phöông phaùp vi sinh. Ø Khöû saét ngay trong loøng ñaát. Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 4 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH 1.3. CAÙC BÖÔÙC TIEÁN HAØNH. 1.3.1. Khöû saét baèng phöong phaùp laøm thoaùng. 1.3.1.1. Moâ hình 1.3.1.2. Trình töï thí nghieäm Böôùc 1: Chuaån bò ü Röûa saïch moâ hình baèng nöôùc maùy ü Caân 2,7714g saét II ñeå pha thaønh 40 lít nöôùc nhieãm saét noàng ñoä 10mg/l (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O Böôùc 2: Laäp ñöôøng chuaån ñeå xaùc ñònh saét STT oáng 1 2 3 4 5 6 D saét chuaån (ml) 0 5 10 15 20 25 Nöôùc caát (ml) 25 20 15 10 2 Dd ñeäm axetat 5 ml moãi oáng Dd Phenanthroline 2 ml moãi oáng, laéc ñeàu, ñôïi 10 phuùt 0 Ño ñoä haáp thu A cuûa dung dòch ôû böôùc soùng 510 nm Böôùc 3: Laáy maãu ñaõ pha ( M1) ñi xaùc ñònh saét toång vaø saét II Ø Saét toång a. Maãu thaät - Laáy 50ml maãu M1 cho vaøo bình kín + 1ml NH2OH. HCl - Theâm 5ml dd ñeäm + 2ml Phenanthroline Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 5 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH - Ñaäy nut, laéc, ñôïi 10phuùt - Ño ñoä haáp thu A taïi böôùc soùng 510 nm b. Maãu traéng: Laøm töông töï nhöng thay 50 ml maãu baèng 50 ml nöôùc caát Ø Saét II a. Maãu thaät: - Laáy 50ml maãu M1 cho vaøo bình kín - Theâm 5ml dd ñeäm + 2ml Phenanthroline - Ñaäy nut, laéc ñeàu, ñôïi 10phuùt - Ño ñoä haáp thu A taïi böôùc soùng 510 nm c. Maãu traéng: Laøm töông töï nhöng thay 50 ml maãu baèng 50 ml nöôùc caát Böôùc 4: Chaïy moâ hình Ø Giaøn möa - Baät bôm 1, bôm nöôùc leân giaøn möa - Chænh löu löôïng baèng van 3 sao cho Q = 2lit/phuùt (2 LPM) - Bôm heat 40 lít nöôùc leân giaøn möa. Sau ñoù laáy maãu (M2) ôû khoang chöùa ñi xaùc ñònh: ü Saét II ü Saét toång Ø Coät loïc - Ñoùng : Van 2, 3, 4, hai van laáy maãu 8, 9 - Môû: Van 1, hai van ño aùp 6,7 - Baät bôm, bôm nöôùc töø khoang chöùa qua coät loïc. - Chænh löu löôïng baèng van 5 sao cho Q = 3 lit/phuùt ( 3LPM) - Sau 4 ñeán 5 phuùt laáy maãu nöôùc taïi van 9, caùch quaõng 3 phuùt 1 laàn, ñöôïc 3 maãu laø: M31, M32, M33 - Xaùc ñình : Saét (II) vaø saét toång 1.3.1.3. Keát quaû: - Hieäu quaû khöû saét chung - Hieäu quaû khöû saét ôû caùc thôøi gian khaùc nhau 1.3.2. Khöû Saét Trong Nöôùc Caáp Baèng Phöông Phaùp Chlorine. 1.3.2.1. Thí nghieäm 3: Xaùc ñònh khaû naêng khöû saét baèng phöông phaùp laøm thoaùng. ü Nöôùc caáp coù haøm löôïng saét lôùn hôn 30ppm, ôû giaù trò pH= 7. ü Nöôùc caáp ñöôïc bôm leân giaøn möa vaø suïc khí laøm thoaùng. ü Thôøi gian phaûn öùng 15 phuùt ñeå quaù trình chuyeån hoaù Fe2+ thaønh Fe3+ xaûy ra . ü Tieáp tuïc bôm nöôùc qua coät loïc . Xaùc ñònh haøm löôïng saét trong nöôùc caáp ñaõ xöû lyù. 1.3.2.2. Thí nghieäm 4 :Xaùc ñònh löôïng hoaù chaát toái öu vaø khaûo saùt söï thay ñoåi pH. ü Nöôùc caáp coù haøm löôïng saét lôùn hôn 30ppm, ôû giaù trò pH= 7. ü Cho dung dòch Chlorine 5% vaøo ôû caùc lieàu löôïng khaùc nhau. Xaùc ñònh dung dòch Chlorine caàn thieát ñeå chuyeån hoùa Fe2 thaønh Fe3 . ü Thôøi gian phaûn öùng 15 phuùt ñeå quaù trình chuyeån hoaù Fe2+ thaønh Fe3+ xaûy ra . ü Tieáp tuïc bôm nöôùc qua coät loïc . Xaùc ñònh haøm löôïng saét trong nöôùc caáp ñaõ xöû lyù. Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 6 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH 1.4. KEÁT QUAÛ. ü Thí nghieäm1: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò giaù trò pH, truïc tung bieåu thò giaù trò haøm löôïng saét trong maãu nöôùc caáp ñaõxöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân. Xaùc ñònh ñieåm cöïc tieåu. Töø ñoù suy ra giaù trò pH toái öu. ü Thí nghieäm 2: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò thôøi gian phaûn öùng, truïc tung bieåu thò giaù trò haøm löôïng saét trong maãu nöôùc caáp ñaõxöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân. Xaùc ñònh ñöôøng tieäm caän. Töø ñoù suy ra thôøi gian phaûn öùng toái öu . ü Thí nghieäm 3: ghi nhaän keát quaû vaø baøn luaän. ü Thí nghieäm 4: laäp baûng soá lieäu. Döïng ñoà thò, truïc hoaønh bieåu thò lieàu löôïng phaûn öùng, truïc tung bieåu thò giaù trò haøm löôïng saét trong maãu nöôùc caáp ñaõxöû lyù. Veõ ñöôøng cong bieán thieân. Xaùc ñònh ñöôøng tieäm caän. Töø ñoù suy ra löôïng hoùa chaát phaûn öùng toái öu . Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 7 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Baøi 2. TRAO ÑOÅI ION 2.1 MUÏC ÑÍCH . Ø Nghieân cöùu söï bieán ñoåi pH trong quaù trình trao ñoåi ion . Ø Nghieân cöùu quaù trình trao ñoåi ion theo chieàu daøy lôùp nhöïa trao ñoåi ion. Ø Xaùc ñònh dung löôïng trao ñoåi laøm vieäc cuûa nhöïa trao ñoåi ion . 2.2 CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT. Ñeå khöû caùc taïp chaát ôû traïng thaùi ion trong nöôùc, phöông phaùp ñöôïc duøng nhieàu nhaát laø trao ñoåi ion. Phöông phaùp naøy coù theå khöû töông ñoái trieät ñeå caùc taïp chaát ôû traïng thaùi ion trong nöôùc. Chaát löôïng nöôùc thu ñöôïc coøn toát hôn nöôùc caát. Vì vaäy , ñaây laø moät giai ñoaïn xöû lyù nöôùc raát caàn thieát ñeå caáp nöôùc cho muïc ñích sinh hoaït, aên uoáng, cho saûn xuaát vaø cho caùc loø hôi ôû caùc nhaø maùy ñieän,… Ngöôøi ta söû duïng nhöïa trao ñoåi ion trong söû lyù nöôùc caáp chuû yeáu nhaèm 2 muïc ñích khöû cöùng vaø khöû khoaùng . Khöû cöùng nhaèm loaïi boû caùc ion Ca2+ , Mg2+ . Khöû khoaùng nhaèm loaïi boû haàu heát taát caû caùc ion coù trong nöôùc. Khöû cöùng cho nöôùc caàn xöû lyù chaûy qua coät nhöïa cation ôû daïng RNa 2 RNa + CaSO4 ↔ R2Ca + Na2 SO4 2 RNa + MgSO4 ↔ R2Mg + Na2 SO4 Khi lôùp nhöïa cation maát hieäu löïc ngöôøi ta taùi sinh baèng dung dòch muoái aên NaCl R2Ca + 2 NaCl ↔ 2 RNa R2Mg + 2 NaCl ↔ 2 RNa + + CaCl2 MgCl2 Khöû khoaùng : cho nöôùc caàn xöû lyù chaûy qua coät nhöïa cation vaø nhöïa anion rieâng leõ hay qua moät coät keát hôïp caû nhöïa cation vaø anion . RSO3H + NaCl ↔ RSO3 Na + HCl 2 RSO3H + 2 Na2 SO4 ↔ RSO3 Na + H2 SO4 RSO3H + NaHCO3 ↔ RSO3 Na + CO2 + H2O 2 RSO3H + Na2CO3 ↔ 2 RSO3 Na + CO2 + H2O ROH + HCl ↔ RCl + H2O 2ROH + H2SO4 ↔ R2SO4 + H2O Khi lôùp nhöïa cation maát hieäu löïc ngöôùi ta taùi sinh baèng dung dòch acid HCl vaø dung dòch suùt NaOH nhö sau: RSO3 Na + HCl ↔ RSO3H + NaCl RCl + NaOH ↔ ROH + NaCl 2.2.1. Caân baèng trao ñoåi Ion. Phaûn öùng trao doåi ion laø phaûn öùng thuaän nghòch, gioáng phaûn öùng hoaù hoïc thoâng thöôøng, cho neân ngöôøi ta thöôøng duøng ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng ñeå nghieân cöùu caân baèng trao ñoåi ion. Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 8 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Döôùi ñaây laø ví duï chaát cation tính axit maïnh HR tieánhaønh trao ñoåi NaR trong nöôùc phaûn öùng nhö sau: HR + Na+ ↔ NaR + H+ Theo ñònh luaät khoái löôïng taùc duïng, khi cho phaûn öùng trao ñoåi ñaït ñeán caân baèng K Trong ñoù : ü KH Na ü [NaR] ü [RH] ü [H+] ü [Na+] Na H = [NaR ] [H + ] [HR] [Na + ] :Haèng soá caân baèng. :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä Na+ trong chaát trao ñoåi ôû pha raén (chính xaùc goïi laø caùc noàng ñoä trong coâng thöùc treân ñeàu laø hoaït ñoä) ion/l. :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä H+ trong chaát trao ñoåi pha raén, ion/l. :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä H+ trong dung dòch, ion/l. :Khi phaûn öùng caân baèng, noàng ñoä Na+ trong dung dòch, ion/l. Möùc ñoä lôùn nhoû cuûa haèng soá caân baèng K H Na theå hieän ra möùc ñoä khoù deã cuûa H+ treân chaát trao ñoåi ion trao ñoåi thaønh Na+, nhö KH Na > 1 bieåu thò chaát trao ñoåi ion haáp phuï Na+ deã hôn H+. Trò soá KH Na caøng lôùn naêng löïc haáp thuï Na+ caøng maïnh. Haèng soá naøy coù theå bieåu thò möùc ñoä lôùn nhoû tính löïa choïn trao ñoåi ion, neân goïi laø heä soá löïa choïn hay heä soá phaân phoái. Cuõng nhö vaäy, khi ion hoaù trò 2 vaø ion hoaù trò 1 tieán haønh trao ñoåi, nhö phaûn öùng sau: NaR + Ca+ ↔ CaR2 + 2Na+ 2 [ CaR 2 ] [Na + ] K Na = [NaR ]2 [Ca 2+ ] Ca ü ü ü ü Trong ñoù : KNaCa : Haèng soá caân baèng. [CaR2] : Khi phaûn öùng caân baèng, Ca2+ trong chaát trao ñoåi pha raén, ion/l. [Ca2+] : Khi phaûn öùng caân baèng,noàng ñoä Ca2+ trong dung dòch, ion/l. Caùc kyù hieäu khaùc nhö treân . Haèng soá caân baèng cuûa chaát trao ñoåi vôùi caùc loaïi ion, coù theå qua thöïc nghieäm tìm thaáy, trong baûng laø haèng soá caân baèng cuûa nhöïa Cationit tính axit maïnh daïng HR ñoái vôùi maáy loaïi cation trong nöôùc ( ñaây laø loaïi nhöïa amberlit IR –120). Loaïi cation Haèng soá caân baèng Li+ 0.8 H+ 1.0 Na+ 2.0 NH4+ 3.0 K+ 3.0 Mg+ 26 Ca++ 42 Töø trong baûng teân ta thaáy söï khaùc bieät veà naêng löïc haáp phuï cuûa caùc loaïi ion, töùc laø quan heä tính löïa choïn lôùn hay nhoû . Quan heä caân baèng trao ñoåi ion trong coâng ngheä xöû lyù nöôùc ñoùng vai troø quan troïng nhö ñaõ trình baøy ôû treân. Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 9 Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä TP.Hoà Chí Minh – Khoa Moâi Tröôøng vaø CNCH Ñeå hoaù meàm nöôùc ngöôøi ta ñem nöôùc cöùng coù chöùa Ca 2+, hay Mg2+ lieân tuïc daãn vaøo chaát trao ñoåi ion NaR haáp phuï Ca2+ trong nöôùc ñoàng thôøi phaân ly ra Na laøm cho phaûn öùng trao ñoåi ion (5-14) chuyeån dòch veà phía phaûi, nhö vaäy ñaõ khöû ñi Ca 2+trong nöôùc. Vì haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng ion lôùn hôn 1 cho neân phaûn öùng naøy tieán haønh töông ñoái deã daøng. Khi haøm löôïng Ca2+ trong nöôùc ra baét ñaàu taêng leân, bieåu thò lôùp nhöïa ñaõ maát hieäu löïc. Ñeå laøm cho nhöïa phuïc hoài laïi naêng löïc rao ñoåi vôùi Ca2+ phaûi ñem nhöïa daïng CaR taùi sinh thaønh daïng NaR thoâng thöôøng dung dòch NaCl tieán haønh taùi sinh. Khi ñoù do KNaCa lôùn hôn 1, taùi sinh nhöïa khoâng thuaän lôïi, nhöng caàn laøm cho noàng ñoä NaCl trong dung dòch taùi sinh töông ñoái lôùn, noàng ñoä Ca 2+ raát nhoû phaûn öùng (5-14) chuyeån dòch veà phía traùi, laøm cho nhöïa ñöôïc taùi sinh. Trong quaù trình xöû lyù nöôùc, ngöôøi ta öùng duïng chuyeån dòch caân baèng trao ñoåi ion ñöôïc laëp ñi laëp laïi nhö vaäy ñeå khöû ñi caùc ion coù haïi trong nöôùc. 2.2. 2. Dung löôïng trao ñoåi. Dung löôïng trao ñoåi laø bieåu thò möùc ñoä nhieàu ít cuûa löôïng ion coù theå trao ñoåi trong moät loaïi chaát trao ñoåi ion, ñoù laø moät chæ tieâu kyõ thuaät quan troïng cuûa chaát trao ñoåi ion. Coù hai phöông phaùp bieåu thò dung löôïng trao ñoåi :moät laø phöông phaùp bieåu thò khoái löôïng, töùc laø naêng löïc huùt baùm cuûa moät ñôn vò khoái löôïng chaát caàn trao ñoåi ion, thoâng thöôøng bieåu thò baèng soá mgñl/g. Hai laø phöông phaùp bieåu thò theå tích ( theå tích ñoùng cuûa chaát trao ñoåi ion ôû traïng thaùi aåm ), töùc laø naêng löôïng huùt baùm cuûa moät ñôn vò theå tích chaát trao ñoåi ion, thoâng thöôøng duøng ñlg/m3 bieåu thò. Do hình thaùi cuûa chaát trao ñoåi ion khaùc nhau, khoái löôïng vaø theå tích cuõng khaùc nhau, khi bieåu thò dung löôïng trao ñoåi ion, ñeå thoáng nhaát, noùi chung duøng cationit daïng HR vaø anionit daïng RCl laøm chuaån, khi caàn thieát, phaûi ghi roõ traïng thaùi naøo. Dung löôïng trao ñoåi thöôøng duøng coù maáy loaïi sau : ü Toång dung löôïng trao ñoåi (E) : Sau khi ñem toaøn boä goác hoaït tính trong chaát trao ñoåi, taùi sinh thaønh ion, coù theå trao ñoåi, xaùc ñònh toaøn boä dung löôïng trao ñoåi cuûa noù goïi laø toång dung löôïng trao ñoåi. Chæ tieâu naøy bieåu tò löôïng goác hoaït tính coù trong chaát trao ñoåi. Ñoái vôùi cuøng moät loaïi chaát trao ñoåi ion, noù laø moät haèng soá. Dung löôïng trao ñoåi naøy chuû yeáu ñeå nghieân cöùu chaát trao ñoåi ion . ü Dung löôïng trao ñoåi caân baèng (B): Sau khi taùi sinh hoaøn toaøn chaát trao ñoåi, tìm dung löôïng trao ñoåi cuûa noù, taùc duïng vôùi dung dòch nöôùc coù thaønh phaàn nhaát ñònh ñeán traïng thaùi caân baèng goïi laø dung löôïng trao ñoåi caân baèng. Chæ tieâu naøy bieåu thò dung löôïng trao ñoåi lôùn nhaát cuûa chaát trao ñoåi ion trong moät loaïi dung dòch naøo ñoù ñaõ ñònh, neân khoâng phaûi laø haèng soá, coù quan heä ñeán thaønh phaàn hôïp thaønh dung dòch caân baèng cuûa noù. Dung löôïng trao ñoåi caân baèng coù quan heä vôùi toång dung löôïng trao ñoåi. Toång dung löôïng trao ñoåi laø cöïc haïn lôùn nhaát cuûa dung löôïng trao ñoåi caân baèng. Giaû thieát raèng moät loaïi chaát trao ñoåi HR taùc duïng vôùi dung dòch NaR, khi ñaït ñeán caân baèng löôïng Na+ chöùa trong chaát trao ñoåi laø BNa mgñl/g , thì dung löôïng trao ñoåi caân baèng laø BNa, neáu khi naøy daïng HR coøn dö laïi trong chaát trao ñoåi BH mgñl/g , thì toång BNa vaø BH baèng toång dung löôïng trao ñoåi cuûa chaát trao ñoåi ion naøy, coù nghóa laø E = BNa + BH . Th.S. Laâm Vónh Sôn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trang 10