Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn các biện pháp khoa học làm giảm ô nhiễm nguồn nước thải công nghiêp

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NÔÔI Phòng Giáo dục và Đào tạo quâ Ôn Bắc Từ Liêm Trường THPT Xuân Đỉnh Địa chỉ: Xuân Đỉnh – Bắc Từ Liêm – Hà Nô ôi Điê ôn thoại: 0438387717 Email: [email protected] BÀI DỰ THI CUÔôC THI VÂôN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN DÀNH CHO HỌC SINH THPT Đề tài: Các biênê pháp khoa học làm giảm ô nhiễm nguồn nước thải công nghiêpê Thành viên trong nhóm: 1) Họ và tên: Nguyễn Tiến Đạt Ngày sinh: 19/10/1998 Lớp: 11A5 Địa chỉ: [email protected] 2) Họ và tên: Nguyễn Đức Anh Ngày sinh: 7/11/1998 Lớp: 11A5 Địa chỉ: [email protected] Hà Nô ôi, năm 2015 1 1, Tên tình huống: Các biê ên pháp khoa học làm giảm ô nhiễm nguồn nước công nghiệp. Nước là một dạng tài nguyên vô cùng quan trọng và không thể thiếu được đối với sự sống của con người và các sinh vâ ôt trên trái đất. Nhưng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng và sự bùng nổ dân số trên thế giới nói chung, của Việt Nam nói riêng đã dẫn đến tình trạng nguồn nước tự nhiên ngày càng trở nên thiếu hụt và ô nhiễm nặng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống xã hội. Vì vâ ôy nhóm em đã nghiên cứu đề tài: “ Các biênê pháp khoa học làm giảm ô nhiễm nguồn nước công nghiệp ” giúp môi trường sống và xã hô ôi tốt đẹp hơn. 2, Mục tiêu giải quyết tình huống: Chúng em đã vâ ôn dụng kiến thức của các môn vâ ôt lý, hóa học, sinh học,... để áp dụng vào các biê ôn pháp khoa học làm giảm và loại bỏ các chất độc hại, các chất dư thừa có trong nước thải công nghiệp, làm sạch nước thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường nhằm giảm ô nhiễm môi trường nước, bảo vê ô sức khỏe của con người và các sinh vâ ôt, cũng như góp phần phát triển kinh tế. 3, Tổng quan khái quát về các nghiên cứu có liên quan để giải quyết tình huống: a, Nước sạch, nước ô nhiễm, nước thải công nghiệp, xử lí nước thải: - Nước sạch: là nước thoả mãn các yêu cầu chất lượng: không màu, không mùi, không vị , không chứa thành phần có thể gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, sinh vâ ôt và môi trường. Nước sạch có vai trò quan trọng đối với cuộc sống của con người và sinh vật trên Trái đất: Nước hòa tan nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể sống, tham gia vào nhiều quá trình sinh lý, hóa học ở người và động vật, cần thiết cho cuộc sống hằng ngày, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng,… - Nước ô nhiễm: Là nước bị là thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học – sinh học, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho thành phần và chất lượng nước vượt quá tiêu chuẩn cho phép, nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. - Nước thải công nghiệp: Là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất. Tính chất của nước thải công nghiệp rất đa dạng do thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm rất khác nhau. Nước thải công nghiệp thường rất độc hại và có nguy cơ ô nhiễm rất cao. 2 - Xử lí nước thải: là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước thải, bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm có nguồn gốc vật lý, hóa học và sinh học. b, Nguyên nhân và thực trạng nguồn nước ô nhiễm: - Nguyên nhân: + Chất thải nhà máy và khu chế xuất và việc khai thác các khoáng sản, mỏ dầu khí. + Chất thải khu chăn nuôi gia súc, gia cầm, thủy sản, chất thải khu giết mổ, chế biến thực phẩm; và họat động lưu thông với khí thải và các chất thải hóa chất cặn sau sử dụng. + Chất thải phóng xạ. + Sự hòa tan nhiều chất muối khoáng có nồng độ quá cao, trong đó có chất gây ung thư như Arsen, Fluor và các chất kim loại nặng… - Thực trạng: Hiê ôn nay ô nhiễm nguồn nước đang được cả thế giới quan tâm. Ở Viê ôt Nam, chất thải công nghiệp (khoảng 260.000 m3 nhưng chỉ có 10% được xử lý) đều không được xử lý, mà đổ thẳng vào các ao hồ, sau đó chảy ra các con sông lớn tại vùng Châu Thổ sông Hồng và sông Mê Kông. Ngoài ra, nhiều nhà máy và cơ sở sản xuất như các lò mổ và ngay bệnh viện (khoảng 7.000 m3 mỗi ngày, chỉ 30% là được xử lý) cũng không được trang bị hệ thống xử lý nước thải.. Lượng nước ô nhiễm này sẽ được người dân sử dụng, nó sẽ làm ô nhiễm nguồn nước ngầm,.. Gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cũng như sinh hoạt của người dân. Nếu cứ thế này, khoảng 50 năm nữa, toàn thế giới sẽ cạn kiê ôt nước, chỉ toàn nước bẩn để sinh hoạt, lúc đó sẽ không làm gì được nữa. c, Cơ sở vâ ên dụng kiến thức liên môn: Chúng em đã vâ ôn dụng các kiến thức của nhiều môn học như: vật lý, hóa học, sinh học,… cùng với viê ôc giáo dục ý thức để giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nước đang đă tô ra hiê ôn nay: +) Về vâ êt lý: . Sử dụng các màng lưới, lọc qua các vâ ôt có khả năng cản lại các chất đô cô hại. . Sử dụng các lực để tách các chất bẩn ra . Dựa vào tính chất của nước và tính chất của các chất bẩn nhằm loại bỏ +) Về hóa học: Nước ô nhiễm chứa nhiều chất hóa học đô cô hại, vd: các kim loại nă nô g ( Pb, Hg,..), các chất hữu cơ, các ion vô cơ hòa tan ( Cl-, SO42-,..). Vâ ôn 3 dụng các phản ứng, phương pháp hóa học để làm giảm bớt các chất hóa học gây đô ôc hại cho cơ thể.: . Phương pháp trung hòa axit – bazo . Bổ sung các tác nhân, tạo phản ứng xảy ra . Phương pháp oxi hóa, xà phòng hóa, điê nô hóa,... +) Về sinh học: . Áp dụng các loài vi sinh vâ ôt, đô nô g vâ ôt, thực vật (tảo,...) . Sử dụng các phương pháp sinh học 4, Giải pháp giải quyết tình huống: - Tìm hiểu kiến thức các môn học - Tìm hiểu và đưa ra các biê ôn pháp khoa học chống ô nhiễm nguồn nước - Vâ n ô dụng kiến thức của các môn học để áp dụng vào các biê ôn pháp khoa học làm giảm ô nhiễm nguồn nước 5, Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống: Tiến trình: Thành lâ pô nhóm nghiên cứu ð họp nhóm, đưa ra ý tưởng và chọn tên đề tài nghiên cứu ð viết đề cương (các ý chính) cho đề tài ð phân công nhóm tìm hiểu và nghiên cứu về mă ôt lý thuyết ð trao đổi và thống nhất trong nhóm ð viết thành bài hoàn chỉnh. Để tìm hiểu và nghiên cứu chúng em đã:  Thành lâ ôp nhóm nghiên cứu và tiến hành các nghiên cứu về mă ôt lý thuyết  Vâ n ô dụng các kiến thức ở các môn học: hóa, lý, sinh,...  Tham khảo trên báo đài, ứng dụng công nghê ô thông tin, máy tìm kiếm google  Tìm hiểu cách làm của mô ôt số các công ty xử lý nước  Hỏi các thầy cô giáo bô ô môn Từ các tiến trình trên, chúng em đã tìm hiểu và vânê dụng các biênê pháp khoa học vào qui trình xử lý ô nhiễm nguồn nước thải công nghiệp như sau: Xử lý nước thải nhìn chung bao gồm ba giai đoạn, được gọi là xử lý sơ cấp, thứ cấp và hoàn thiện. Đầu tiên bể xử lý sơ cấp loại để loại bỏ rác thải, chất rắn, đất bùn bằng phương pháp vật lý, tiếp theo cho sang bể thứ hai để loại bỏ các chất hóa học độc hại, cân bằng pH, kết tủa các ion, oxi hóa các chất… bằng các phương pháp hóa học. Tiếp đến là bể sinh học loại bỏ các chất hữu cơ nhờ vi 4 sinh vật, tảo. Cuối cùng là bể hoàn thiện, xử lý màu, mùi vị để thải ra môi trường. Tùy từng nhà máy công nghiệp có thể phân tích và lựa chọn các phương pháp thích hợp để xử lý. A. Xử lý sơ cấp bằng phương pháp vâ Ôt lý: a, Lọc bằng màng lọc - Mục đích: Loại bỏ chất thải, rác, các chất có kích thước to Cách xử lý: Sử dụng màng lọc để lọc các loại rác thải, chất có kích thước to bằng màng lọc. Sau đó vớt lên và đưa vào khu xử lý, tiêu hủy. Nước thải dẫn vào hệ thống xử xử lý nước thải trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải. Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm. Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động. Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45o – 60o nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75o – 85o nếu làm sạch bằng máy. Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy. Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6 -1m/s. Vận tốc cực đại giao động trong khoảng 0,75 -1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song. Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn - Rác, bùn 5 Quy trình lọc bằng màng Nước sau khi xử lý Hình 1: Lọc bằng màng Hình 1: Lọc bằng màng b, Phương pháp bể lắng - Mục đích: Loại bỏ các chất rắn nă ông, dẫu mỡ - Cách xử lý: Phương pháp xử lý sơ bộ bao gồm lưu giữ nước thải tạm thời trong bể tĩnh tại đây các chất rắn nặng có thể lắng xuống đáy trong khi dầu, mỡ nhẹ hơn các chất rắn nổi lên bề mặt. (Vận dụng kiến thức vật lý: trọng lực của trái đất tác dụng lên vâtê lớn hơn lực đẩy Ac-si-mét khiến các vâtê năng ê chìm xuống đáy bể và dnước < ddầu,mơ nên mơ ,dầu nổi lên) . Các vâ ôt lắng cặn và các vật liệu nổi được loại bỏ và các chất lỏng còn lại có thể được thải hoặc bị xử lý thứ cấp. Bể lắng sơ cấp thường được trang bị máy cào bùn được điều khiển hoạt động liên tục, bùn được thu bằng một phễu đặt trong đáy của bể, tại đó bùn được bơm về nơi xử lý. Mỡ và dầu được thu hồi có thể là nguyên liệu để xà phòng hóa. Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng. Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước thừ 1,5 – 2,5 h. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15000 m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nóc thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc từ 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động 6 khoảng 45 – 120 phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 – 20 %. Máy thu chất nổi Màng lọc Nước vào Nước ra Hình 2: Lọc bằng bể lắng c, Các cách khác như:  Xyclon thủy lực : Khi chất lỏng chuyển động quay tròn trong xyclon thủy lực, lực ly tâm tác dụng lên các hạt rắn làm chúng văng ra khỏi thành. Bên cạnh đó, các hạt còn chịu tác dụng của lực cản dòng chuyển động, trọng lực và lực quán tính. Khi tốc độ quay lớn thì lực quán tính rất nhỏ và có thể bỏ qua, lực ly tâm sẽ lớn hơn trọng lực rất nhiều ( Vận dụng bài 21: Hệ quy chiếu có gia tốc lực quán tính - SGK Vật lý lớp 10 nâng cao). - - Tốc độ chuyển động của các hạt rắn trong chất lỏng dưới tác dụng của lực ly tâm phụ thuộc vào đường kính hạt, hiệu số khối lượng riêng của các pha, độ nhớt, khối lượng riêng của nước thải và gia tốc của trường ly tâm ( Vận dụng Bài 18: Chuyển động của vật bị ném - SGK Vật lý lớp 10 nâng cao).  Lọc qua lớp vật liệu cát: Các vâ ôt có kích thước và khối lượng lớn sẽ được giữ lại trong cát còn nước có thể đi qua.  Than hoạt tính: để tẩy các chất bẩn vi lượng, diệt khuẩn và khử mùi 7 Vì than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh các chất bẩn, độc hại ( Bài 20 Cacbon – SGK Hóa 11 nâng cao). Hình 3: Lọc nước bằng thanh hoạt tính  Máy ly tâm: Lọc ly tâm được thực hiện bằng cách quay tròn huyền phù trong thùng quay, chất lỏng đi qua lưới lọc hoặc vải lọc và các lỗ trên thùng quay ra ngoài, còn những hạt rắn được giữ lại trên lưới hoặc vải lọc trên thành thùng quay. Dùng để tách huyền phù khi cặn bùn tách ra yêu cầu có độ ẩm thấp và cần rửa triệt để ( Áp dụng kiến thức Bài 22: Lực hướng tâm, lực quán tính ly tâm Hiện tượng tăng giảm mất trọng lượng - SGK Vật lý lớp 10 nâng cao). Lắng ly tâm phân riêng huyền phù nhờ lực thể tích của pha phân tán (các hạt rắn). Quá trình này gồm các quá trình vật lý là lắng và nén các hạt rắn theo nguyên lý thủy động lực. ( Vận dụng Bài 41: Áp suất thủy tĩnh-Nguyên lý Pascal - SGK Vật lý lớp 10 nâng cao). Lọc nước thải công nghiệp còn có thể dùng cách sau: Nước thải Cát, sỏi Than (cacbon hoạt tính) Các màng lọc khác ( ngăn vi khuẩn, virut gây bê ônh) Nước sạch Hình 4: Phương pháp lọc nước đơn giản B. Xử lý thứ cấp: B.1, Xử lý thứ cấp bằng các phương pháp hóa học: 8 a, Phương pháp trung hòa: - Mục đích: Do chất thải công nghiê ôp có thể có môi trường axit hoă ôc bazơ, gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe người dân. Nên phương pháp trung hòa để đưa môi trường nước thải có chưa axit hoă ôc bazơ về môi trường trung tính - Cách xử lý: ( Áp dụng Phản ứng : H+ + OH-  H2O trong Bài 4 - SGK hóa nâng cao 10: Sự điện ly của nước. pH. Chất chỉ thị axit-bazơ) nên trung hòa nước thải được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, để đưa môi trường nước thải có chứa các axit vô cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH=6.5 – 8.5. +) Trô ên nước thải với axit hoă êc kiềm:  Xác định môi trường nước thải bằng chỉ thị vạn năng hoă ôc máy đo pH  Nếu chỉ thị vạn năng có màu đỏ hoă ôc máy đo pH< 7, môi trường axit thì từ từ cho thêm dung dịch kiềm OH- như Ca(OH)2.  Nếu chỉ thị vạn năng có màu xanh hoă ôc máy đo pH> 7, môi trường bazo thì thêm từ từ một lượng axit H+ vừa đủ  Cho đến khi chỉ thị vạn năng có màu tím hoă ôc máy đo pH= 7, môi trường trung hòa thì ngừng cho +) Lọc nước axit qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa: Như là các muối K2CO3, Na2CO3,... dư. Khi đó có phản hóa học xảy ra: CO32- + 2H+  CO2 + H2O +) Hấp thụ các khí axit thải ra bằng chất kiềm: Các khí như CO2, SO2,... có thể hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2 một lượng vừa đủ. CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2O b, Phương pháp ion: - Mục đích: Vì trong nước thải công nghiệp có các ion như: Hg2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Fe3+,... NO3-, SO42-,.. gây ảnh hưởng đến con người và môi trường. Vd: Hg2+, Pb2+ với hàm lượng lớn trong cơ thể, gây ung thư và có thể tử vong nên phương pháp ion để loại bỏ các ion này ra khỏi nước . - Cách xử lý: Xác định các ion có trong nước thải. +) Nếu có các ion kim loại nặng như Pb2+, Cd2+, Mn2+,... Kết tủa các ion bằng dung dịch Ca(OH)2 hoặc dùng Na2CO3, CaCO3 vừa đủ. Pb2+ + 2OH-  Pb(OH)2 Pb2+ + CO32-  PbCO3 9 +) Nếu trong nước thải có các ion SO42-, CO32-. Loại bỏ các ion này bằng cách dùng dung dịch Ca(OH)2 rồi lọc bỏ kết tủa. Ca2+ + SO42-  CaSO4 Ca2+ + CO32-  CaCO3 ( Chúng em đã vận dụng kiến thức:Trong dung dịch các chất điện ly, các ion phản ứng với nhau tạo thành chất kết tủa hoặc bay hơi hoặc điện li yếu, ở Chương 1 Sự điênê li – SGK Hóa 11 nâng cao). Trong đây, chúng em đã bổ xung thêm ion để tạo kết tủa với các ion trong nước thải và lọc bỏ chúng. +) Nếu trong nước thải có các ion Cl-, NO3-. Ion Cl- khi có Na+, K+ gây nên vị mă ôn, không gây hại đến sức khỏe con người nên không cần xử lý Ion NO3- xử lý bằng cách thẩm thấu ngược RO, điện phân, trao đổi ion trong các bể lọc ionit, lọc qua màng Cd Cadimi c, Phương pháp oxi hóa khử: Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali, oxy không khí, ozon... Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước thải. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác. - Oxy hóa bằng Clo: ( Áp dụng kiến thức: Clo là phi kim rất hoạt động, là chất oxi hóa mạnh. Clo được dùng để xát trùng nước, xử lý nước thải, trong Bài 30 Clo và Bài 32 SGK Hóa 10 nâng cao: Các hợp chất có oxi của clo). Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất nên người ta sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải. Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng: Cl2 + H2O = HOCl + HCl HOCl ↔ H+ + OClTổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính. Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorua vôi (CaOCl 2), hypoclorit, clorat, dioxyt clo, clorua vôi được nhận theo phản ứng Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O 10 Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là: 10 g/m 3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn. - Oxy hóa bằng Ozon: Ozon tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nước. Sau quá trình ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozon còn oxy hóa các hợp chất Nito, Photpho... ( Vận dụng kiến thức Bài 42 - SGK Hóa 10 nâng cao: Ozon và hiđro peoxit). d, Phương pháp điện hóa học: Thực chất là phá hủy các tạp chất độc hại có trong nước thải bằng cách oxy hoá điện hoá trên cực anôt hoặc dùng để phục hồi các chất quý (đồng, chì, sắt…). Thông thường 2 nhiệm vụ phân hủy các chất độc hại và thu hồi chất quý được giải quyết đồng thời. ( Vận dụng Bài 11: Pin và Acquy và bài 19: Định luật Fa-ra-day SGK Vật lý 11 nâng cao) e, Phương pháp keo tụ tạo bông: Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông. ( Áp dụng kiến thức nâng cao về phần dung dịch - Hóa 11) - Xử lý nước bằng phèn chua: 11 +) Phèn chua là muối sunfat kép của nhôm và kali ở dạng tinh thể ngâ ôm nước có công thức hóa học là K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. Phèn chua không đô cô , có vị chát chua, ít tan trong nước lạnh nhưng tan rất nhiều trong nước nóng. +) Khi cho phèn chua vào nước sẽ phân li ra ion Al3+. Chính ion Al3+ này bị thủy phân theo phương trình: Al3+ + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3H+ Kết quả tạo ra Al(OH)3 là chất kết tủa dạng keo nên khi khuấy phèn chua vào nước, nó kết dính các hạt đất nhỏ lơ lửng trong nước đục thành hạt đất to hơn, nă nô g và chìm xuống làm trong nước. (Áp dụng kiến thức Bài 27 - SGK Hóa Nâng cao 12: Nhôm và hợp chất của nhôm) B.2. Xử lý bằng các phương pháp sinh học: a, Sử dụng vi sinh vật: Áp dụng kiến thức Sinh học 10 bài hóa tổng hợp ở vi sinh vâ êt, ta thấy vi sinh vâtê sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn và phân hủy chất hữu cơ đó nên ta sử dụng vi sinh vâ êt để xử lý các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải và 1 số chất vô cơ như H2S, sunfit, amnoniac, nitơ Có 2 phương pháp xử lý sinh học: a.1, Phương pháp sinh học kị khí : Là phương pháp sử dụng vi sinh vật kị khí để sử lý nước thải trong điều kiện thiếu oxi Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Vi sinh vâ ôt Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử; - Giai đoạn 2: acid hóa; - Giai đoạn 3: acetate hóa; - Giai doạn 4 trong quá trình kị khí xử lý nước thải: methan hóa. 12 Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,…trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H 2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO 2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate. Vi sinh vật chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines, và CO. Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí trong xử lý nước thải thành:  Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên  Quá trình xử lý kỵ khí với VSV sinh trưởng dạng dính bám  Hình 4: Mô hình bể phân hủy kị khí a.2, Phương pháp sinh học hiếu khí: Nhờ sử dụng vi sinh vật hiếu khí để xử lý nước thải trong điều kiện có nhiều oxi Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn:  Oxy hóa các chất hữu cơ  Tổng hợp tế bào mới  Phân hủy nội bào 13 Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí trong bể xử lý nước thải có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành: - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất. - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định. b, Sử dụng đô êng thực vât:ê - Sử dụng các loại tảo, thực vật thuỷ sinh: Trong bài hấp thụ nước và muối khoáng ở thực vật và bài quang hợp ở thực vật - Sinh học 10, ta biết được thực vật có khả năng hấp thụ ion khoáng chủ động, thụ động và sử dụng CO2 để quang hợp nên thả tảo vảo bể để chúng lấy đi các ion khoáng quá mức trong nước thải và làm giảm CO 2 khi vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Thực vật thủy sinh hay tảo có thể giảm vận tốc dòng chảy, làm tăng khả năng lắng và giữ lại các chất rắn của nước thải , tăng khả năng hấp thụ đạm và ion. VD: Tảo Spirulina,... Hình 5: Tảo Spirulina - Sử dụng cá dọn bể: Vận dụng kiến thức về chuỗi thức ăn là một dãy các loài sinh vật có quan hệ dinh dương với nhau trong phần sinh thái học lớp 9, nên ta sử dụng cá dọn bể để chúng ăn rong, tảo làm số lượng rong tảo trong bể chỉ ở mức phù hợp. C. Hoàn thiê Ôn: 14 Nước trong thu được sau xử lý ở bể sinh học được bơm sang qua bể lọc áp lực đa lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính, để loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan còn sót, các nguyên tố dạng vết, những chất khó hoặc không phân giải sinh học được. Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi qua bể nano dạng khô để loại bỏ lượng SS còn sót lại trong nước thải, đồng thời khử trùng nước thải. Nước sau khi qua bể nano dạng khô đạt yêu cầu xả thải vào môi trường theo quy định hiện hành của pháp luật. Bùn ở bể chứa bùn được được bơm qua máy ép bùn băng tải để loại bỏ nước, giảm khối tích bùn. Bùn khô được các cơ quan chức năng thu gom và xử lý định kỳ. Tại bể chứa bùn, không khí được cấp vào bể để tránh mùi hôi sinh ra do sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực: chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống, chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên. Các chất vô cơ sẽ tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, các chất hữu cơ được xử lý bằng phương pháp sinh học để tách riêng các kim loại nặng với phần bùn hữu cơ sạch. Bùn hữu cơ sạch được tận dụng để sản xuất phân vi sinh phục vụ cho việc trồng cây và cải tạo đất nông nghiệp. Còn các kim loại nặng sẽ xử lý theo phương pháp hóa học để tách riêng từng kim loại hoặc hóa rắn toàn bộ để chôn lấp an toàn. Hình 6 : Xử lí và tái sử dụng bùn thải Sử dụng các biê Ôn pháp về xã hô Ôi:  Tuyên truyền, giáo dục trong học sinh ( áp dụng vào môn GDCD) về ô nhiễm nguồn nước  Cần xây dựng khu xử lý nước  Hạn chế sử dụng thuốc trừ sâu, bảo vê ô thực vâ ôt, nước thải nông nghiê ôp không nên xả thải, cho vào hầm biogas  Tuyên truyền, hưởng ứng ngày Nước thế giới  Xử phạt các hành vi xả thải ra môi trường  Ban hành các luâ ôt lê ,ô răn đe và xử phạt 15 6. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống - Góp phần hạn chế ô nhiễm nguồn nước cũng như ô nhiễm môi trường sống - Giúp chúng ta rèn luyện kĩ năng xử lí tình huống thực tiển và giúp chúng ta biết cách vận dụng kiến thức của bản thân tư lớp học vào cuộc sống để phục vụ cho đời sống hàng ngày cũng như là rèn luyện kĩ năng “học đi đôi với hành”, nâng cao chất lượng học tập - Tạo ý thức tốt cho tất cả mọi người - Bảo vệ nguồn nước cũng như là bảo vệ môi trường, bảo vê ô các loài sinh vâ ôt - Bảo vệ con người khỏi các dịch bệnh từ nguồn nước bị ô nhiễm Hình 7: Bảo vê êsức khỏe cũng như môi trường và Trái đất 16