Luận văn Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
MỤC LỤC
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
2
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
3
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
4
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
………….…………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
………………………
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
5
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
DANH MỤC BẢNG HÌNH
Hình 4.4: Than hoạt tính..........................................................................28
Hình 4.7: cấu trúc zeolit ..........................................................................33
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
6
SVTH : Nhóm 15
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật. Không có nước cuộc sống
trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày trung bình mọi người cần
từ 3-10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày. Trong
sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, các
họat động giải trí, và các họat động công cộng như cứu hỏa, phun nước,
tưới đường…còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho quá trình
làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu… Hầu
như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn
nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất.
Tùy thuộc vào mức độ phát triền công nghiệp và mức sinh hoạt cao
thấp của mọi cộng đồng mà nhu cầu về nước cấp với số lượng và chất
lượng khác nhau. Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và
sự bùng nổ dân số nguồn nước càng ngày bị ô nhiễm và cạn kiệt.…
Vì thế con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp đề đáp
ứng cả về chất lượng lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất
công nghiệp.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Tìm được những phương pháp, những công nghệ xử lý benzen trong
nước ngầm tiên tiến và hiệu quả của Việt nam nói riêng và trên toàn thế
giới nói chung nhằm đáp ứng được về số lượng và chất lượng nguồn
nước để phục vụ nhu cầu cho toàn xã hội.
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
1.3. Nội dung của đề tài
Nêu lên cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý benzen trong nước ngầm,
ưu nhược điểm của từng phương pháp xử lý, ảnh hưởng của nó đến môi
trường và con người.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng là dung môi benzen có trong nước ngầm.
Phạm vi nghiên cứu không giới hạn.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài hình thành dựa trên phương pháp thu thập tài liệu, phân tích và
sau đó so sánh với QCVN 01:2009/bộ y tế (quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
về chất lượng nước ăn uống).
1.6. Nhu cầu kinh tế của xã hội
Hiện nay nhu cầu dùng nước sạch của người dân ngày càng tăng cao,
đáp ứng nhu cầu đó các nhà máy xử lý nước cấp lần lượt ra đời. Huyện
Long Khánh theo khảo sát là một vùng có trữ lượng nước ngầm khá lớn,
chất lượng nước đạt tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm. Do đó chỉ cần xử
lý sơ bộ chúng ta có thể đưa vào mạng lưới cấp nước cho người dân sử
dụng.
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
8
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu sơ lược về benzen
2.1.1. Tính chất vật lý
Benzen có công thức phân tử là
C6H6, là hidrocacbon vòng thơm đơn
giản nhất. Trong benzen có chứa một
tập hợp vòng gồm sáu nguyên tử
cacbon đó là nhân. Sáu nguyên tử C
trong phân tử benzen ở trạng thái lai
hóa (lai hóa tam giác).Mỗi nguyên tử
C sử dụng 3 obitan lai hóa để tạo liên
kết với 2 nguyên tử C bên cạnh nó và
Hình 2.1: Cấu trúc phân tử benzen
1 nguyên tử H. Sáu obitan p còn lại của 6 nguyên tử C xen phủ bên với
nhau tạo thành hệ liên hợp chung cho cả vòng benzen. Nhờ vậy mà liên
kết ở benzen tương đối bền vững hơn so với liên kết ở anken cũng như ở
những hiđrocacbon không no khác.
lượng phân tử gam là 78,1121 g/mol, tỷ trọng 0,8786g/cm3, điểm nóng
chảy là 5,50C (278,6 K), điểm sôi 80,10C (353,2 K), độ hòa tan trong
nước 1,79 g/l (250C).
Benzen là chất không màu, hầu như không tan trong nước nhưng tan
trong nhiều dung môi hữu cơ,đồng thời chính chúng cũng là dung môi
hòa tan nhiều chất khác. Chẳng hạn benzen hòa tan brom, iot, lưu huỳnh,
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
9
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
cao su, chất béo,...Các aren đều là những chất có mùi,chẳng hạn như
benzen và toluen có mùi thơm nhẹ, nhưng có hại cho sức khoẻ, nhất là
benzen.
2.1.2. Tính chất hóa học
2.1.2.1. Phản ứng thế
a) Phản ứng halogen hóa
Khi có bột sắt, benzen tác dụng với brom khan tạo thành
brombenzen và khí hiđro bromua.
Toluen phản ứng nhanh hơn benzen và tạo ra hỗn hợp hai đồng
phân ortho và đồng phân para
b) Phản ứng nitro hóa
Benzen tác dụng với hỗn hợp đặc và đậm đặc tạo thành
nitrobenzen:
+
-
HNO3 + HNO3 NO2 + H2O +NO3
+
-
HNO3 + 2H2SO4 NO2 +H3O+ + HSO4
CH3
NO2
CH3
OH2
OH2
+
+
o - Nitrotoluen
CH3
H2SO4
HNO3
+
NO2
p-Ntrotoluen
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
10
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Nitrobenzen tác dụng với hỗn hợp axit bốc khói và đậm đặc đồng
thời đun nóng thì tạo thành m-đinitrobenzen.
Toluen tham gia phản ứng nitro hóa càng dễ dàng hơn benzen (chỉ
cần đặc, không cần bốc khói) tạo thành sản phẩm thế vào vị trí ortho và
para
c) Quy tắc thế ở vòng benzen
Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm ,phản ứng
thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí nhóm ortho và
para. Ngược lại, nếu ở vòng benzen đã có sẵn nhóm (hoặc các nhóm
phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn và ưu tiên xảy ra ở vị trí meta.
- CH3, OH, - CH2
X
- NO2,- COOH, -CHO
Y
...
Benzen có thể liên kết với các hợp chất khác nhau tạo thành các dẫn xuất
benzen khác nhau.Như liên kết với OH tạo phenol,liên kết CH3 tạo
toluen là đồng đẳng của benzen,liên kết với Clo tạo thuốc trừ sâu 3 số
6,hay tạo điôxin
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
11
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Và khi liên kết nó sẽ cho vào các vị trí ortho, meta hoặc para tương ứng
với các vị trí 1, 2, 3 của nhóm thế.
Ví dụ như phenol là sẽ có các vị trí được đánh số bắt đầu kể từ OH là số
1 kế đến 2-ortho, 3-meta, 4-para nên hợp chất này có thể gọi là 2-
metylphenol hay
metylphenol.
Nếu phenol liên kết với các nhóm thế là nhóm đẩy electron như -NH3, -
NR,-OH, -OCH3, gốc ankyl -R,...làm mật độ electron ở vị trí ortho và
para tăng lên phản ứng thế dễ xảy ra ở vị trí o, p.
Ví dụ: phenol tạo kết tủa với dd Br2 nhưng benzen chỉ phản ứng thế với
Br2 khan khi có mặt bột sắt và nhiệt độ.
Ngược lại nếu nhóm thế là nhóm hút electron như -NO2, -COOH, -
CHO,... thì phản ứng thế sẽ khó xảy ra và sẽ ưu tiên vào vị trí meta
VD : phenol có vòng benzen liên kết -OH thì O có số oxh là âm, -NH2 có
N ở trạng thái oxh là âm => là nhóm đẩy electron.
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
12
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Ngược lại -NO2 có N số oxh dương, -COOH có C số oxh dương => là
nhóm hút electron.
Nếu nguyên tử đang liên kết với vòng thơm mà có tính oxh mạnh hơn
nguyên tử đang liên kết với nó thì đó là nhóm đẩy electron, còn có tính
oxh yếu hơn nguyên tử đang liên kết với nó thì là nhóm hút electron.
d) Cơ chế phản ứng thế ở vòng benzen
Phân tử halogen hoặc phân tử axit nitric không trực tiếp tấn công.
Các tiểu phân mang điện tích dương tạo thành do tác dụng của chúng với
xúc tác mới là tác nhân tấn công trực tiếp vào vòng benzen.
2.1.2.2. Phản ứng cộng
Benzen và ankylbenzen làm mất màu dung dịch brom (không cộng
với brom) như các hiđrocacbon không no. Khi chiếu sáng, benzen cộng
với clo thành .
Khi đun nóng,có xúc tác Ni hoặc Pt,benzen và ankylbenzen cộng
với hiđro tạo thành xicloankan.
a.Cộng hiđro :
C6H6 + 3H2 C6H12
b.Cộng Clo:
C6H6 + 3Cl2 C6H6Cl6
Thuốc trừ sâu 666
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
13
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
*C6H6CH3 + Cl2
C6H6CH2 - Cl
2.1.2.3. Phản ứng oxi hóa
Benzen không tác dụng với (không làm mất màu dung dịch ).
Các ankylbenzen khi đun nóng với dung dịch thì chỉ có nhóm
ankyl bị oxi hóa.
Thí dụ : Toluen bị oxi hóa thành kali benzoat,sau đó tiếp tục cho
tác dụng với axit clohiđric thì thu được axit benzoic.
Các aren khi cháy trong không khí thường tạo ra nhiều muội
than.Khi aren cháy hoàn toàn thì tạo ra và tỏa nhiều nhiệt.
CnH2n-6+
C6H6 +
O2 nCO2+(n-3)H2O
O2 6CO2+ 3H2O
2.1.3. Điều chế và ứng dụng
2.1.3.1. Điều chế benzen
Benzen, toluen,xilen,...thường tách được bằng cách chưng cất dầu
mỏ và nhựa than đá.Chúng còn được điều chế từ ankan,hoặc xicloankan :
Etylbenzen được điều chế từ benzen và etilen :
2.1.3.2. Ứng dụng của benzen
Benzen là một nguyên liệu rất quan trọng trong công nghiệp hoá
chất. Những nguyên tử hidro trong benzen dễ bị thay thế bằng clo và các
halogen khác, bằng các nhóm sunfo-, amino-, nitro- và các nhóm định
chức khác. Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen… đấy
mới chỉ là một số dẫn suất của benzen dùng trong công nghiệp hoá chất
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
14
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
để sản xuất chất dẻo và thuốc nhuộm, bột giặt và dược phẩm, sợi nhân
tạo, chất nổ, hoá chất bảo vệ thực vật, v.v…
Nó được dùng nhiều nhất để tổng hợp các monome trong sản xuất
polime làm chất dẻo,cao su,tơ sợi (chẳng hạn polistiren,cao su buna -
stiren,tơ
capron).Từ
benzen
người
ta
điều
chế
ra
nitrobenzen,anilin,phenol dùng để tổng hợp phẩm nhuộm,dược
phẩm,thuốc trừ dịch hại,...
Trong phòng thí nghiệm, benzen được sử dụng rộng rãi làm dung
môi. Hơi benzen độc và phải thận trọng khi làm việc với nó.
2.2. Nguồn gốc phát sinh
2.2.1. Lịch sử hình thành
Benzen được nhà vật lý Anh Farađây (M.Faraday) phát hiện ra
năm 1825. Ông tách được nó từ phần ngưng của khí thắp.
Năm 1833, nhà hoá lý Đức Mitselic (E. Mitcherlich) đã điều chế
được benzen khi chưng khô muối canxi của axit benzoic (cho nên benzen
mang tên như vậy). Chất lỏng không màu có mùi không khó chịu, độc
đáo này bị đông đặc ở 5,50C, sôi ở 80,10C, tỷ trọng 0,8791 g/cm3, khối
lượng phân tử 78,11 và công thức thực nghiệm là C6H6. Benzen tạo thành
với không khí một hỗn hợp dễ nổ, dễ trộn với ete, xăng và các dung môi
hữu cơ khác, tạo thành với nước một hỗn hợp sôi ở nhiệt độ 69,250C.
Năm 1865, nhà hoá học Đức Kekule (A.Kekule) đã đưa ra công
thức dạng khép vòng của benzen với các liên kết đơn và đôi luân phiên
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
15
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
nhau. Theo các giả thuyết hiện đại, sáu electron π của ba liên kết đôi
trong benzen ở trạng thái liên hợp, tạo thành một hệ electron thống nhất.
Về thành phần, benzen thuộc loại hidrocacbon không no (dãy đồng
đẳng CnH2n-6), nhưng khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen C2H4,
benzen thể hiện các tính chất vốn có của hidrocacbon no. Chẳng hạn,
benzen bền vững với tác dụng của các chất oxi hoá, dễ tham gia phản
ứng thế hơn là phản ứng cộng, v.v… Sỡ dĩ benzen và những hợp chất
thơm khác có các tính chất đặc biệt này là vì nhân benzen tương đối bền
vững đối với các phản ứng hoá học.
2.2.2. Nguồn gốc phát sinh
Các nhà khoa học cho rằng nguồn gốc chính của benzen có trong
không khí là từ xăng "tươi" có chứa thành phần benzen bị bốc hơi và từ
khói thải của các phương tiện giao thông.
Trong quá trình khai thác và sử dụng xăng dầu, các hoạt động công
nghiệp, khói thải các phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu hóa
thạch tạo ra một lượng benzen lớn thất thoát ra môi trường làm ô nhiễm
bầu trời không khí.
Khi trời đổ mưa, benzen theo dòng chảy của nước chảy ra các ao
hồ, sông , suối….và một phần thấm qua lòng đất đi và nước ngầm làm ô
nhiễm nguồn nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt của con người cũng như
động thực vật.
2.3. Ảnh hưởng và tác động tới con người, động vật và thực vật
2.3.1. Tới con người và động vật
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
16
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Benzen có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của con người làm cho các
tế bào hoạt động không đúng. Chất này có thể ảnh hưởng tới hệ thống
miển dịch qua việc làm cho tủy xương tạo ra quá nhiều bạch huyết cầu –
bệnh bạch cầu. Ảnh hưởng ngộ độc gây ra bởi benzen sẽ tùy thuộc vào
nồng độ và thời gian tiếp xúc.
+ Nhiễm độc cấp tính
- Tiếp xúc liều thấp, hàm lượng khoảng 20 – 30 mg/l không khí,
gây kích thích mắt, mũi họng làm cho cơ thể khó chịu.
- Tiếp xúc với hàm lượng trên 10mg/l choáng váng, đau đầu, chóng
mặt, nôn mữa, nạn nhân bị mê man.
- Với hàm lượng trên 65 mg/l, nạn nhân chết sau vài phút trong
tình trạng hôn mê, có thể kèm co giật.
+ Nhiễm độc mãn tính
- Rối loạn tiêu hóa: ăn kém ngon, xung huyết niêm mạc miệng,
nôn, hơi thở có thể có mùi benzen.
- Rối loạn thần kinh: chóng mặt, nhức đầu, dễ cáu giận, chuột rút,
cảm giác kiến bò, tê cóng…
- Rối loạn huyết học: thiếu máu nhẹ, có khuynh hướng xuất huyết,
phụ nữ dễ rong kinh, khó thở cố gắng do thiếu máu, thời gian chảy máu
kéo dài, dấu hiệu dây thắt dương tính.
- Nguy hiểm của benzen là tích lũy ở tổ chức não và tủy xương.
2.3.2. Tới thực vật
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
17
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Khi ở trong đất, benzen dễ bay hơi vào không khí, và trong nước
nó nổi trên bề mặt ,nếu hàm lượng benzen quá cao sẽ ảnh hưởng đến chất
lượng môi trường không khí làm cho cây cối sinh trưởng phát triển
chậm, mất cân bằng hệ sinh thái.
Ở nồng độ cao trong không khí, đất hoặc trong nước, benzen có thể
ức chế quang hoặc chặn sự phân chia tế bào thực vật bình thường và do
đó tăng trưởng stunt. Quá nhiều tiếp xúc với các dạng khí có thể bị chết
ngạt thực vật như khí carbon dioxide displaces việc cần thiết mà thực vật
sử dụng để chuyển hóa. Ở một số loài thực vật, nếu hình thức chất lỏng
của benzen là trên tán lá và bốc hơi, một "đốt cháy" có thể xảy ra như là
sự thay đổi trong trạng thái nguyên nhân giảm nhiệt độ trên bề mặt lá,
giết chết một phần mô hoặc dẫn đến lá dessication.
Cuối cùng, quá mức tiếp xúc với Benzene diệt các cây trồng. Việc tiếp
xúc có thể gây chết chỉ duy nhất qua đất không khí, hoặc là nước phát
sinh từ, hoặc sự kết hợp của chúng phụ thuộc vào thời gian và nồng độ
benzen.
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
18
SVTH : Nhóm 15
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NƯỚC NGẦM VÀ MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
3.1. Tổng quan về các nuồn nước dùng để cấp nước:
Để cung cấp nước sạch có thể khai các nguồn nước thiên nhiên
(thường gọi là nước thô) từ nước mặt nước ngầm và nước biển.
Nước mặt: Bao gồm các nguồn nước trong các ao, hồ, đầm chứa,
sông suối. Do kết hợp từ dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc
với không khí nên các đặc trưng của nước mặt là chưa hàm lựong oxy
hòa tan tương đối cao
Nước ngầm: Được khai thác từ các tầng chưa nước dưới đất, chất
lượng nước ngầm phụ thuộc vào các thành phần khoán hóa và cấu trúc
địa tầng mà nước ngầm thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng
chứa cát và đá granit thường ncó tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi
nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và
độ kiềm hydrocacbonat cao.
Nước biển: Nước biển thường có độ mặn rất cao (độ mặn ở Thái
Bình Dương là 32 – 35 g/l). Hàm lường muối trong nước biển thay đổi
theo mùa tùy theo vị trí địa lý như: cửa sông gần bờ hay xa bờ, ngoài ra
trong nước biển còn chứa nhiều chất lơ lửng, càng gần bờ nồng độ càng
tăng, chủ yếu là các phiêu sinh động thực vật.
Nước lợ: Ở cửa sông và các vùng ven bờ biển, nơi gặp nhau sủa
các dòng nước ngọt chảy từ sông ra, các dòng chảy từ đất liền ra hòa trộn
với nước biển.
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Nước khoáng: Khai thác từ tầng dưới sâu nước cất hay từ các suối
do phun trào từ lòng đất ra, nước có chứa một vài nguyên tố ở nồng độ
cao hơn nồng độ cho phép đối với nước uống và đặt biệt có tác dụng
chữa bệnh.
Nước chua phèn: Những nơi gần biển (ví dụ như Đồng bằng sông
Cửu Long) ở nước ta thường có nước chua phèn. Nước bị nhiễm phèn do
tiếp xúc với đất phèn, loại này giàu nguyên tố lưu huỳnh ở dạng sunfua
hay sunfat và một vài nguyên tố kim loại như nhôm, sắt.
Nước mưa: Nước mưa có thể xem như nước cất tự nhiên nhưng
không hoàn toàn tinh khiết bởi vì nước mưa có thể bị ô nhiễm khí, bụi và
thầm chí cả vi khuẩn có trong không khí.
3.2. Ưu và nhược điểm khi sừ dụng nước ngầm
3.2.1. Ưu điểm
Nước ngầm là tài nguyên thường xuyên, ít chịu ảnh hưởng của
các yếu tố khí hậu như hạn hán.
Chất lượng nước tương đối ổn định, ít bị biến động theo mùa như
nước mặt.
Chủ động hơn trong vấn đề cấp nước cho các vùng hẻo lánh, dân
cư thưa, nhất là trong hoàn cảnh hiện nay bởi vì nước ngầm có
thể khai thác với nhiều công suất khác nhau.
Để khai thác nước ngầm có thể sử dụng các thiềt bị điện như
bơm ly tâm, máy nén khí, bơm nhúng chìm hoặc các thiết bị
không cần điện như các loại bơm tay. Ngoài ra nước ngầm còn
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
20
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
đươc khai thác tập trung tại các nhà máy nuớc ngầm, các xí
nghiệp, hoặc khai thác phân tán tại các hộ dân cư. Đây là ưu
điểm nổi bật của nước ngầm trong vấn đề cấp nước nông thôn.
Giá thành xử lý nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nước mặt.
3.2.2. Nhược điểm
Một số nguồn nước ngầm ở tầng sâu được hình thành từ hàng
trăm, hàng nghìn năm và ngày nay nhận được rất ít sự bổ cập từ
nước mưa. Và tầng nước này nói chung không thể tái tạo hoặc
khả năng tái tạo rất hạn chế. Do vậy trong tương lai cần phải tìm
nguồn nước khác thay thế khi các tầng nước này bị cạn kiệt.
Việc khai thác nước ngầm với qui mô và nhịp điệu quá cao cũng
sẽ làm cho hàm lượng muối trong nước tăng lên từ đó dẫn đến
việc tăng chi phí cho việc xử lý nước trước khi đưa vào sử dụng.
Khai thác nước ngầm với nhịp điệu cao sẽ làm cho mực nước
ngầm hạ thấp xuống, một mặt làm cho quá trinh nhiễm mặn tăng
lên, mặt khác làm cho nền đất bị võng xuống gây hư hại các công
trình xây dựng-một trong các nguyên nhân gây hiện tượng lún
sụt đất.
Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn tới tình trạng
ô nhiễm nguồn nước ngầm.
3.3. Các phương pháp cơ bản xử lý nước ngầm
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
21
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Về nguyên tắc nước chứa hàm lượng tạp chất ở dạng nào lớn hơn
giới hạn cho phép thì phải xử lý trước khi đem sử dụng. Cho đến nay
người ta xử lý nước theo các phương pháp sau:
➢ Phương pháp cơ học.
➢ Phương pháp hóa học.
➢ Phương pháp vi sinh.
3.3.1. Phương pháp cơ học
Nước từ nguồn được bơm cấp 1 phun qua giàn mưa thành những tia
nhỏ để ôxy của không khí tác dụng với Fe2+ thành Fe3+. Nước dàn mưa
được dẫn đi lắng lọc ở các bể lọc chứa chất lọc (cát, đá, than hoạt tính…)
3.3.2. Phương pháp hóa học
Là phương pháp dùng hóa chất, các phản ứng hóa học trong quá
trình xử lý nước.
❖ Nếu nước có độ đục lớn chứng tỏ chứa nhiều chất hữu cơ và sinh
vật phù du thì dùng phèn và chất tạo keo tụ để ngưng tạp chất.
❖ Nước chứa nhiều ion kim loại (độ cứng lớn) xử lý bằng vôi, sôđa
hoặc dùng phương pháp trao đổi ion. Nước chứa nhiều độc tố
H2S xử lý bằng phương pháp oxy hóa, clo hóa, phèn.
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
22
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
❖ Nước chứa nhiều vi khuẩn thì phải khử trùng bằng các hợp chất
chứa clo, ozon.
❖ Nước chứa Fe thì oxy hóa Fe2+ bằng oxy không khí (làm thóang
giàn mưa) hoặc dùng chất oxy hóa để xử lý…
❖ Độ kiềm của nước nhỏ làm cho quá trình keo tụ khó khăn, nước
có mùi vị thì phải kiềm hóa bằng amoniac (NH3). Sau khi cacbon
hóa, clo hóa sơ bộ rồi thêm KMnO4.
❖ Nước có nhiều oxy hòa tan thì phải xử lý bằng cách dùng các
chất khử để liên kết oxy. Đó là hydrazin, natrithisunfat…
❖ Nhìn chung các phương pháp xử lý hóa học thường đạt năng suất
và có hiệu quả cao.
3.3.3. Phương pháp vi sinh
Trên thế giới hiện nay phương pháp xử lý nước bằng vi sinh đang
được nghiên cứu và có một số nơi đã áp dụng. Trong phương pháp này
một số chủng loại vi sinh đặc biệt đã được nuôi cấy và được đưa vào
trong quá trìng xử lý nước với liều lượng rất nhỏ nhưng đạt hiệu quả cao.
Tuy nhien cho đến nay những kết quả nghiên cứu của phương pháp này
chưa được công bố rộng rãi.
Tùy thuộc vào nguồn nước làm nguyên liệu cho các lãnh vực khác
nhau mà người ta đã sử dung các phương pháp khác nhau để xử lý nước
cấp cho lãnh vực đó. Thông thường thì người ta kết hợp cả 2 phương
pháp cơ học và hóa học để xử lý nước.
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
23
SVTH : Nhóm 15
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
4.1. Xử lý bằng phương pháp tuyển nổi
4.1.1. Cở sở lý thuyết của quá trình tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi thường
được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng
hạt rắn hoặc lỏng có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ
trọng của chất lỏng làm nền) phân tán
không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng.
Trong một số trường hợp quá trình này
cũng được dùng để tách các chất hòa tan
như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình
như vậy được gọi là quá trình tách hay
lám đặc bọt.
Hình 4.1: Tuyển nổi khấy
trộn
Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể
khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm, trong một thời
gian ngắn. Khi các hạt cặn nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom
bằng bộ phận vớt bọt.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ
(thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các khí đó kết dính với các
hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt
cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt
chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Hiệu suất của quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số bọt khí. Kích
thước tối ưu của chúng trong khoảng 15 – 30 m. Ở điều kiện này nước
cần đạt độ bão hòa không khí thật lớn, hay nói cách khác, nước cần chứa
một lượng lớn không khí.
4.1.2. Xử lý benzen bằng phương pháp tuyển nổi
4.1.2.1. Tuyển nổi chân không
Hỗn hợp khí nước được bơm vào ngăn làm thoáng và từ đó nước
được dẫn qua ngăn sau để tách không khí hòa tan. Do sự chênh lệch áp
suất nên nước được dẫn vào ngăn tuyển nổi. ở đó nhờ áp suất chân
không, không khí
được hình thành ở các
dạng cực nhỏ và kéo
theo chất bẩn (benzen)
nổi lên tạo thành lớp
bọt bề mặt. lớp bọt
nhờ các thanh gạt ở
phía trên, cặn lắng nhờ
các thanh gạt gắn ở
phía dưới gom lại đẩy
vào máng dẫn tới bể
chứa. nước trong qua
hệ thống máng tôn đặt ở xung quanh dẫn đi để xử lý tiếp tục.
Hình 4.2: sơ đồ tuyển nổi chân không
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
26
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
1- điều chỉnh nước vào; 2- ngăn làm thoáng tạo bọt; 3-thiết bị thổi khí; 4-
thiết bị khử khí; 5-máng thu cặn tuyển nổi; 6- thanh gạt bọt; 7- thanh gạt
cặn đáy; 8- máng thu nước sạch; 9- ngăn thiết bị kỹ thuật; 10- ngăn chứa
cặn bọt
❖ Ưu điểm:
Các quá trình tạo bọt khí,dính kết giữa các bọt khí với các
chất bẩn, nổi lên của hỗn hợp bọt khí- chất bẩn đều ở trạng
thái tĩnh nên hiệu suất tuyển nổi cao.
Tốn ít năng lượng
❖ Nhược điểm:
Mức độ bão hòa các bọt khí trong nước thấp, chỉ sử dụng
với các loại nước có nồng độ chất bẩn cao > 250 -300 mg/l
Phải xây dựng lắp ráp các thùng chân không kín với các
thiết bị gạt cơ giới bên trong. Cấu tạo phức tạp quản lý gặp
nhiều khó khăn nhất là khi sữa chữa bất kỳ chi tiết nào cũng
đòi hỏi ngừng làm việc của cả trạm.
Khi độ chênh lệch mực nước ở trong và ngoài ngăn tuyển
nổi không đủ thắng áp suất chân không bên trong thì cần
dùng máy bơm để tháo nước.
4.1.2.2. Tuyển nổi không áp lực
Không khí được dẫn vào ống hút máy bơm từ máy nén khí hoặc
ejector. Hỗn hợp khí nước được tạo thành trong máy bơm và được đẩy
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
27
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
vào bể hở bể lắng ngang. ở đó bọt khí nổi lên bề mặt kéo theo các tạp
chất bẩn.
Hình 4.3: sơ đồ tuyển nổi không áp lực
1-Bể chứa; 2- ống hút máy bơm; 3- máy bơm; 4- ống đẩy máy bơm;
5- ngăn tuyển nổi; 6- thanh gạt.
Ưu điểm: dễ vận hành, dễ lắp đặt
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
28
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
Nhược điểm: khó điều chỉnh không khí do đó chế độ công tác của
trạm không ổn định. Bên cạnh đó, biện pháp không áp lực là công tác của
máy bơm chỉ được tạo các bọt khí tương đối lớn nên hiệu suất tuyển nổi
không cao.
4.2. Xử lý bằng phương pháp hấp phụ
4.2.1. Cơ sở lý thuyết
4.2.1.1. Những khái niệm cơ bản
Hấp phụ là hiện tượng bề mặt, nó là sự ngưng kết chất khí hoặc
chất tan trên bề mặt phân chia pha
Hấp phụ là quá trình tăng nồng độ của chất tan (chất bị hấp phụ)
trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ)
Quá trình hấp phụ xảy ra trên cơ sở lực hút tĩnh điện, lực định
hướng, lực tán xạ (lực hấp phụ vật lý)
Nếu lực tương tác đủ lớn có thể xảy ra liên kết hoá học hoặc tạo
phức, trao đổi ion
❖ Có hai loại hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
- Hấp phụ vật lý: Tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
không lớn, cấu trúc điện tử của chất hấp phụ ít thay đổi, nhiệt hấp
phụ tỏa ra nhỏ.
- Hấp phụ hóa học: Tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
lớn làm biến đổi cấu trúc điện tử của các nguyên tử dẫn tới sự hình
thành liên kết hóa học, nhiệt tỏa ra lớn ngang với các phản ứng hóa
học.
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
29
SVTH : Nhóm 15
Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm
❖ Một số tương tác gây ra hấp phụ vật lý
Lực tĩnh điện: hai điện tích trái dấu thì hút nhau và cùng
dấu thì đẩy nhau.
Lực định hướng: do độ âm điện khác nhau của các
nguyên tố, trong một phân tử có sự phân bố điện tích
không đều.
Lực tán xạ: xảy ra đối với cả các chất có phân bố điện tích
đều. Nguyên nhân do sự phân bố điện tích không đều một
cách tức thời trong phân tử, sự phân bố không đều lan
truyền xung quanh gây tương tác.
Lực cảm ứng: phân tử khi bị tác động của điện trường
khác sẽ bị phân cực tạo thành moment cảm ứng và gây ra
tương tác. Tương tác này phụ thuộc vào độ phân cực và
cường độ điện trường tác dụng lên nó.
4.2.1.2. các giai đoạn hấp phụ
Di chuyển chất bị hấp phụ đến bề mặt chất hấp phụ
Thực hiện quá trình hấp phụ
Di chuyển chất bị hấp phụ bên trong chất hấp phụ
GVHD: Cao Thị Thúy Nga
30
SVTH : Nhóm 15
Tải về để xem bản đầy đủ
41 trang
23/12/2024
110
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu xử lý benzen trong nước ngầm", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_xu_ly_benzen_trong_nuoc_ngam.doc
