BÀI 2

THÍ NGHIỆM JARTEST
2.1 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
2.1.1 Mục đích
Thí nghiệm nhằm giúp sinh viên hiểu rõ và thực hành ph ương pháp xác đ ịnh các
thông số tối ưu để thực hiện quá trình keo tụ tạo bơng phục v ụ cơng tác tính tốn
thiết kế cơng trình xử lý nước hoặc nước thải bằng q trình keo tụ tạo bơng.
2.1.2 Nội dung
Mỗi nhóm sinh viên thực hiện thí nghiệm Jartest cần hồn tất các n ội dung chính
sau đây:
- Vận hành mơ hình thí nghiệm ( máy Jartest ) để:
+ Xác định pH tối ưu để thực hiện q trình keo tụ tạo bơng đ ối v ơi m ột lo ại ch ất
keo tụ tạo bông cần thử nghiệm;
+ Xác định liều lượng chất keo tụ tạo bông hoặc chất trợ keo tụ tạo bơng t ối ưu đ ối
với mỗi loại hóa chất hoặc tổ hợp nhiều hóa chất theo t ỷ l ệ ( li ều l ượng và th ứ t ự
sử dụng ) thích hợp;
+ Xác định thời gian phản ứng tối ưu để quá trình xảy ra đạt hi ệu quả cao nh ất;
+ Xác định tốc độ khuấy trộn tối ưu đối với quá trình keo tụ và q trình t ạo bơng.
- Phân tích kết quả thí nghiệm và xác định các thông s ố tối ưu cần thi ết đ ể xử lý
nước/nước thải bằng quá trình keo tụ tạo bơng.
- Kiến nghị đặc điểm cơng trình cu xử lý hóa lý bằng q trình keo t ụ t ạo bông đ ể
xử lý nước/nước thải đã thí nghiệm bao gồm:
+ Đặc điểm của cơng trình keo tụ: tốc độ khuấy tr ộn, th ời gian khu ấy tr ộn, lo ại và
lưu lượng hóa chất ( để hiệu chỉnh pH tối ưu, chất keo tụ, ch ất tr ợ keo tụ ), cung


cấp hóa chất 1 lần, 1 bậc hay cung cấp nhiều loại hóa chất v ới li ều l ượng khác
nhau theo thứ tự xác định.
+ Đặc điểm quá trình tạo bông: tốc độ khuấy trộn (cùng một tốc độ trong suốt th ời
gian thực hiện q trình tạo bơng hsy với tốc độ gi ảm dần theo chi ều dài thi ết b ị

hay theo thời gian tạo bông), thời gian phản ứng, có cần bổ sung các ch ất đ ể tăng
hiệu quả tạo bông không, loại và liều lượng tương ứng.
2.2 MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1 Mơ hình thí nghiệm
Thí nghiệm xác định các thông số tối ưu để xử lý nước/ nước thải bằng q trình
kẹo tụ tạo bơng được thực hiện bằng máy Jartest. Máy Jartest có c ấu t ạo g ồm m ột
dàn 6 cánh khuấy, có thể điều chỉnh cùng tốc độ khuấy tr ộn với 6 beaker 1L đ ể
đựng mẫu nước/nước thải thí nghiệm. Các beaker được đặt ở các vị trí đã định v ị
trên máy Jartest, phù hợp với vị trí của cánh khuấy.

Máy Jartest
Bên cạnh mơ hình thí nghiệm, các dụng thiết bị, dụng cụ khác cần thi ết bao gồm:
- Đồng hồ bấm giây để xác định thời gian lấy mẫu;
- Spectrophotometer để đo độ đục;
- Máy đo pH;


- Các dụng cụ thủy tính gồm erlen, pipet,beaker, ống đong.

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu
Khi chất keo tụ cho vào nước và nước thải, các hạt keo trong nước b ị m ất tính ổn
định, tương tác với nhau, kết cụm lại hình thành các bơng cặn l ớn, d ễ l ắng. Q
trình mất tính ổn định của hạt keo là q trình lý hóa ph ức tạp, có th ể gi ải thích
dựa trên các cơ chế sau:
+ Giảm điện thế Zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng của lực h ấp d ẫn Vander
Waals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp thêm, các h ạt keo trung hòa đi ện
kết cụm và tạo thành bơng cặn.
+ Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo.
+ Các bơng cặn hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các h ạt keo trên quỹ đ ạo l ắng
xuống.

+ Q trình keo tụ thơng thường áp dụng khử màu, hàm lượng cặn l ơ lửng trong x ử
lí nước thải.
Để thực hiện q trình keo tụ, người ta cho vào n ước các ch ất ph ản ứng thích h ợp
như: phèn nhơm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 koặc FeCl3. Các loại phèn này được đưa
vào nước dưới dạng dung dịch hịa tan.
* Phương pháp phân thích mẫu:
Trong thí nghiệm, này các mẫu thí nghiệm sẽ được phân tích đ ộ đục. Ph ương pháp
phân tích mẫu này tn thủ theo quy trình thí nghi ệm Standard Methods for Waste
and Wasewwater Examination.
2.3 QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
2.3.1 Chuẩn bị trước khi thí nghiệm
Trước khi tiến hành thí nghiệm, sinh viên cần:


1. Kiểm tất cả các dụng cụ cần thiết để thực hiện thí nghi ệm và hi ểu rõ cách th ức
sử dụng, đặc biệt là các thiết bị đo mẫu.
2. Tìm hiểu cách vận hành máy Jartest: hiểu rõ cách sử dụng các công tắc ch ức năng
trên máy, cách thức hiệu chỉnh tốc độ khuấy tr ộn, cách th ức đưa beaker đ ựng m ẫu
vào và lấy ra khỏi thiết bị, các sự cố có thể xảy ra đối với thiết bị và cách kh ắc phục
sự cố.
3. Chuẩn bị bảng ghi số liệu thí nghiệm.
2.3.2 Thí nghiệm xác định pH tối ưu
 Quy trình thí nghiệm:
Thí nghiệm xác định pH tối ưu đối với một loại hóa chất keo tụ tạo bơng được th ực
hiện theo trình tự sau:
1. Kiểm tra máy Jartest;
2. Đánh số thứ tự 6 beaker chứa mẫu thí nghiệm từ 1 đến 6;
3. Đo pH và độ đục ban đầu của mẫu nước/nước thải thí nghiệm;
4. Lấy mẫu từ thùng chứa vào 6 beaker với cùng thể tích ( 500-1000mL ). Dùng ống
đong 500 ml để lấy mẫu;

5. Điều chỉnh pH ở các beaker bằng dung dịch acid hoặc ki ềm đ ể có kho ảng pH dao
động từ 3-11;
6. Mở máy Jartest và chỉnh tốc độ khuấy nhanh 100 vòng/phút;
7. Cho đồng thời cùng lượng chất keo tụ tạo bông vào các beaker. Sử d ụng dung
dịch PAC 0,1 %
8. Sau 1 phút khuấy nhanh (tính từ lúc cho ch ất keo tụ t ạo bông vào), đi ều ch ỉnh
máy khuấy ở vận tốc 20 vòng/phút;
9. Khuấy chậm liên tục 15 phút, sau đó ngừng khuấy;
10. Để lắng 30 phút;


11. Đo lại pH và độ đục của phần nước trong sau khi lắng;
12. Với số liệu thí nghiệm thu được vẽ độ thị và đánh giá kết qu ả, xác đ ịnh giá tr ị
pH tối ưu.
 Kết quả thí nghiệm
Bảng 1. Số liệu thí nghiệm xác định pH tối ưu đối với chất keo tụ tạo bông PAC
0,1%

Thông số

Thể tích mẫu

Beake

Beake

Beake

Beake


Beake

Beake

r

r

r

r

r

r

1
500

2
500

3
500

4
500

5
500


6
500

ml

ml

ml

ml

ml

ml

Độ hấp thu ( đo độ đục ban
đầu)
pH ban đầu của mẫu nước
pH trước khi keo tụ tạo bơng
4
Liều lượng chất keo tụ tạo
4 ml
bơng
- Tính theo thể tích dung dich
0,008
( ml dung dịch/L mẫu )
pH sau khi keo tụ tạo bông
4,2
Độ hấp thu ( đo độ đuc sau

0,028
keo tụ tạo bông)

0,077
8
5,5
4 ml

6,5
4 ml

7,5
4 ml

8,5
4 ml

9,5
4 ml

0,008

0,008

0,008

0,008

0,008


5,9

6,5

7,5

8,4

9,4

0,023

0,029

0,029

0,036

0,039


Đồ thị xác định pH tối ưu
0.05
0.04
0.04
0.03
0.03
0.02
0.02
0.01

0.01
0

3

4

5

6

7

8

9

10

Vẽ đồ thị:

Nhận xét:
Qua kết quả thí nghiệm và đồ thị, ta thấy beaker s ố 2 có đ ộ đ ục th ấp nh ất, đi ều đó
chứng tỏ khả năng keo tụ tao bông tại beaker số 2 là tốt nhất và pH tại đó là 5,9.
Vậy pH tối ưu trong thí nghiệm này là 5,9.
Giải thích: Dựa vào đặc tính của PAC:
-

PAC có cơng thức tổng qt là [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó m <=10, n<= 5)
Tan trong nước tốt, nhanh, ít làm biến động độ pH của nước nên ko ph ải


-

dùng NaOH để xử lí và do đó ít ăn mịn thiết bị hơn.
Vùng pH hoạt động của PAC cũng lớn gấp hơn 2 l ần so v ới phèn, đi ều này
làm cho việc keo tụ bằng PAC dễ áp dụng hơn


2.3.3 Thí nghiệm xác định liều lượng chất keo tụ tối ưu
Xác định lượng chất keo tụ và hóa chất chỉnh pH đến giá trị pH tối ưu
1. Sau kh đã thực hiện thí nghiệm xác định pH tối ưu, không c ần l ặp l ại các b ước t ừ
1 đến 3 đã trình bày trên;
2. Lấy cùng thể tích mẫu thí nghiệm (500- 1000 ml) vào 6 beaker sau khi đã khu ấy
đều nước/nước thải trong thùng chứa;
3. Cho lượng chất keo tụ dự kiến khác nhau vào các beaker khác nhau;
4. Hiệu chỉnh pH của các beaker đã cho ch ất keo tụ v ề giá tr ị pH t ối ưu đã xác đ ịnh
ở thí nghiệm trên và ghi nhận loại và thể tích hóa chất đã sử dụng đ ể hiệu ch ỉnh
pH;
Trong các bước xác định loại và lượng hóa chất để hi ệu chỉnh pH tương ứng v ới
từng liều lượng chất keo tụ tạo bông khác nhau này, đ ể ti ết ki ệm hóa ch ất và th ời
gian, có thể thực hiện như sau:
- Chỉ dùng 1 beaker, cho vào beaker 500 ml thể tích mẫu thí nghi ệm;
- Cho lượng chất keo tụ tạo bơng ít nhất dự kiến ( 3ml )
- Hiệu chỉnh pH về giá trị pH tối ưu đã xác định bằng dung d ịch H 2SO4 2N, ghi nhận
thể tích sử dụng;
- Cho thêm lượng chất keo tụ vào beaker này để đủ li ều lượng chất keo tụ d ự ki ến
cần thực hiện ở beaker thứ hai ( 1ml ). Dùng H 2SO4 2N để chỉnh pH về giá trị pH tối
ưu. Tổng thể tích hóa chất vừa sử dụng thêm để chỉnh pH về pH tối ưu cộng v ới
thể tích chỉnh pH đã ử dụng trước đó chính là th ể tích hóa chất cần s ử dụng đ ể
hiệu chỉnh pH đối với liều lượng chất keo tụ ở beaker thứ hai.

- Tiếp tục thực hiện như vậy cho đến giá trị li ều lượng chất keo tụ l ớn nh ất th ực
hiện.


- Chuẩn bị hóa chất keo tụ với lượng khác nhau và hóa ch ất ch ỉnh pH v ề pH t ối ưu
tương ứng vào các ống nghiệm đã được đánh số trước khí ti ến hành thí nghi ệm
theo các bước trình bày dưới đây.
Tiến hành thí nghiệm
1. Cho 500ml mẫu nước cần thí nghiệm vào các beaker.
2. Cho các beaker vào máy Jartest và khuấy trộn với tốc độ 100 vịng/ phút;
3. Cho đồng thời hóa chất chỉnh pH và chất keo tụ từ các ống nghi ệm vào các
beaker tương ứng;
4. Khuấy nhanh 100 vòng/phút trong vòng 1 phút;
5. Khuấy chậm 20 vòng/phút trong vòng 15 phút;
6. Để lắng 30 phút;
7. Đo lai pH và độ đục của phần nước trong các beaker sau khi lắng;
8. Với số liệu thí nghiệm thu được vẽ đồ thị và đánh giá k ết quả, xác đ ịnh giá tr ị
liều lượng phèn tối ưu.
 Kết quả thí nghiệm
Bảng 2. Số liệu thí nghiệm xác định liều lượng chất keo tụ tạo bông t ối ưu đ ối v ới
chất keo tụ tạo bơng PAC 0,1%

Thơng số

Thể tích mẫu

Beake

Beake


Beake

Beake

Beake

Beake

r

r

r

r

r

r

1
500

2
500

3
500

4

500

5
500

6
500

ml

ml

ml

ml

ml

ml

Độ hấp thu ( đo độ đục ban
đầu)
pH ban đầu của mẫu nước
Liều lượng chất keo tụ tạo
bơng
- Tính theo thể tích dung dich

0,077
8
2 ml

0,006

3 ml

4 ml

5 ml

6 ml

7 ml

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016


( ml dung dịch/L mẫu )
Hóa chất chỉnh pH về pH tối
ưu

1,5

1,7


1,9

0,003

0,003
8
5,9

2

2,1

2,2

0,004

0,004

5,9

2
5,9

4
5,9

Dung dịch acid H2SO4 (ml/L)

0,003


pH tối ưu (sau khi hiệu chỉnh)
Độ hấp thu ( đo độ đuc sau

5,9

4
5,9

0,032

0,029

0,031

0,028

0,030

0,036

6,36

6

5,8

5,8

5,6


5,7

keo tụ tạo bơng)
pH sau khí keo tụ tạo bơng

0,004

Vẽ đồ thị :

Đồ thị xác định liều lượng phèn tối ưu
0.04
0.04
0.03
0.03
0.02
0.02
0.01
0.01
0

5.5

5.6

5.7

5.8

5.9


6

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

Nhận xét:
Qua kết quả thí nghiệm và đồ thị, ta thấy beaker s ố 4 có đ ộ đ ục th ấp nh ất, đi ều đó
chứng tỏ khả năng keo tụ tạo bông tại beaker số 4 là tốt nh ất. pH tại đó là 5,8 g ần
nhất với pH tối ưu ( 5,9 ) đã xác định ở thí nghi ệm tr ước. Li ều l ượng chất keo t ụ
tạo bông sử dụng tại beaker 4 là 5 ml. V ậy liều lượng ch ất keo t ụ t ạo bơng t ối ưu
trong thí nghiệm này là 5 ml.
Giải thích


Trên thực tế, việc lựa chọn loại phèn, tính tốn liều l ượng phèn và li ều l ượng ch ất
kiềm hoá cần phải được xác định bằng thực nghiệm. Các muối phèn đưa vào xử lý
nước là dạng dung dịch.
Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, tồn tại dưới dạng polime vô c ơ là poli
nhôm clorua (polime aluminium chloride), thường viết tắt là PAC (ho ặc PACl). Hi ện
nay, ở các nước tiên tiến, người ta đã sản xuất PAC với lượng lớn và sử dụng r ộng
rãi để thay thế phèn nhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và đ ặc bi ệt là x ử lí
nước thải.

PAC có đặc điểm là khơng làm đục nước khi dùng thừa hoặc thi ếu nên việc xác đ ịnh
lượng PAC tối ưu trong thí nghiệm là 5 ml chỉ mang tính chính xác t ương đ ối so v ới
thực tế.
2.3.4 Thí nhiệm xác định thời gian phản ứng tạo bơng tối ưu
Quy trình thí nghiệm:
1. Cho mẫu nước cần thí nghiệm vào các beaker với cùng thể tích ( 500ml );
2. Cho liều lượng phèn tối ưu và liều lượng hóa chất chỉnh pH tối ưu đã xác đ ịnh
trong thí nghiệm trước vào các beaker;
3. Khuấy nhanh với tốc độ 100 vòng/phút trong 1 phút;
4. Khuấy chậm với tốc độ 20 vòng/phút trong các khoảng th ời gian khác nhau l ần
lượt là 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút và 30 phút;
5. Để lắng 30 phút;
6. Đo lại pH và độ đục của phần nước trong của các beaker sau l ắng;
7. Với số liệu thí nghiệm thu được vẽ đồ thị, đánh giá kết quả, xác định th ời gian
phản ứng tạo bơng tối ưu.
 Kết quả thí nghiệm
Bảng 3. Số liệu thí nghiệm xác định thời gian phản ứng tạo bông tối ưu đ ối v ới
chất keo tụ tạo bông PAC 0,1%


Thơng số

Thể tích mẫu

Beake

Beake

Beake


Beake

Beake

Beake

r

r

r

r

r

r

1
500

2
500

3
500

4
500


5
500

6
500

ml

ml

ml

ml

ml

ml

Độ hấp thu ( đo độ đục ban
đầu)
pH ban đầu của mẫu nước
Thời gian tạo bông ( phút )
5
Liều lượng chất keo tụ tạo
5 ml
bơng
- Tính theo thể tích dung dich
0,01
( ml dung dịch/L mẫu )
Hóa chất chỉnh pH về pH tối

2 ml
ưu
Dung dịch acid H2SO4 (ml/L)
0,004
pH tối ưu (sau khi hiệu chỉnh) 5,9
Độ hấp thu ( đo độ đuc sau
0,023
keo tụ tạo bơng)
pH sau khí keo tụ tạo bông
5,7

0,077
8
10

15

20

25

30

5 ml

5 ml

5 ml

5 ml


5 ml

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

2 ml

2 ml

2 ml

2 ml

2 ml

0,004
5,9

0,004
5,9

0,004

5,9

0,004
5,9

0,004
5,9

0,021

0,023

0,021

0,020

0,022

5,8

6

5,8

5,8

6,1

Đồ thị xác định thời gian tối ưu
0.02

0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
5.65

5.7

5.75

5.8

5.85

5.9

5.95

6

6.05

6.1


6.15

Vẽ đồ thị:


Nhận xét:
Qua kết quả thí nghiệm và đồ thị, ta thấy beaker s ố 5 có đ ộ đ ục th ấp nh ất, đi ều đó
chứng tỏ khả năng keo tụ tạo bông tại beaker số 5 là tốt nh ất, d ồng th ời pH t ại đó
là 5,8 gần nhất với pH tối ưu (5,9) đã xác định ở thí nghi ệm tr ước.Th ời gian phản
ứng tạo bông tại beaker 5 là 25 phút. Vậy th ời gian ph ản ứng tạo bông t ối ưu trong
thí nghiệm này là 25 phút.
Giải thích:
Trong cơng nghệ xử lí nước thơng thường, nhất là nước tự nhiên với pH xung quanh
7 quá trình thuỷ phân xảy ra rất nhanh, tính bằng micro giây, khi đó h ạt Al 3+ nhanh
chóng chuyển thành các hạt polime rồi hydroxit nhơm trong thời gian nh ỏ h ơn giây
mà không kịp thực hiện chức năng của chất keo tụ là trung hồ đi ện tích trái d ấu
của các hạt cặn lơ lửng cần xử lý để làm chúng keo tụ.
Khi sử dụng PAC q trình hồ tan sẽ tạo các hạt polime Al 13, với điện tích vượt trội
(7+), các hạt polime này trung hồ điện tích hạt keo và gây keo t ụ r ất m ạnh, ngoài
ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al 3+ rất nhiều, điều này tăng thời
gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng tácdụng của chúng lên các
hạt keo cần xử lí, giảm thiểu chi phí hố chất. Ngồi ra, vùng pH ho ạt đ ộng c ủa PAC
cũng lớn gấp hơn 2 lần so với phèn, điều này làm cho việc keo tụ b ằng PAC d ễ áp
dụng hơn. Hơn nữa, do kích thước hạt polime lớn hơn nhiều so v ới Al 3+ (cỡ 2 nm so
với nhỏ hơn 0,1 nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc hơn, thu ận l ợi cho
quá trình lắng tiếp theo.

 NHƯ VẬY, NHỮNG ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU GHI NHẬN ĐƯỢC LÀ:
 pH tối ưu: 5,9.
 Liều lượng chất keo tụ tối ưu: 5 ml.

 Thời gian phản ứng tạo bông tối ưu: 25 phút.
NHŨNG YẾU TỐ CÓ KHẢ NĂNG GÂY SAI SỐ TRONG THÍ NGHIỆM:








Trong q trình các thao tác thực hiện khơng chính xác, khơng cho đồng thời hóa
chất keo tụ vào các beaker, q trình tráng hóa chất trong ống nghiệm khơng thực
hiện tốt.
Thao tác đo đục đục và pH có sai xót do tráng cuvet khơng sạch

Sai số trong q trình khuấy trộn, thời gian lắng, cặn bị lơ lửng trong nước.
Sai số do dụng cụ pipet , khuấy nước thải, thời gian lắng và khuấy …

BÀI TẬP : Nếu cần thiết kế cơng trình keo tụ tạo bơng để xử lý cùng loại nước,
nước thải đã thí nghiệm với cơng suất 20.000 /ngđ, hãy xác định lượng hóa chất
cần lưu trữ để cung cấp cho cơng trình trong 1 tháng.
Ta có lượng hóa chất tối ưu trong thí nghiệm là 5ml

5 × 20.000.000 × 30 = 30 × mg = 3.000.000 kg
Hoặc:
Ta có lượng hóa chất tối ưu trong thí nghiệm
1L nước thải là 5ml phèn/L = 5L/m3
Vậy lượng hóa chất cần lưu trữ để cung cấp cho cơng trình trong vòng 1 tháng
5 L/m3 x 20000 m3/ngđ x 30 ngđ = 3.000.000 L


KẾT LUẬN
Từ thí nghiệm trên đây, chúng ta có thể sử dụng các kết quả của quá trình nghiên
cứu để đưa vào trong hệ thống xử lý, xem xét khả năng khi áp dụng vào trong hệ
thống xử lý thực tế, đưa các điều kiện cụ thể để có thể áp dụng kết quả nghiên
cứu vào thực tế một cách khả thi.