Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC-Al13 (Polyaluminium Chloride) từ guồn nhôm phế liệu ứng dụng trong xử lý nước mặt và nước thảin

LỜI MỞ ĐẦU Keo tụ nước bằng phèn nhôm phèn đơn hoặc phèn kép là phương phápthông dụng để làm trong nước bề mặt, nguồn nước xử lý chủ yếu nhằm cung cấpcho sinh hoạt theo các hộ gia đìn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-oOo -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

(POLYALUMINIUM CHLORIDE) TỪ NGUỒN NHÔM

PHẾ LIỆU ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ

NƯỚC MẶT VÀ NƯỚC THẢI

Chuyên ngành: Môi Trường

Mã số ngành: 108

GVHD: TS.NGUYỄN ĐÌNH THÀNH SVTH : LƯU THỊ KIỀU HƯƠNG

Tp.Hồ Chí Minh Tháng 12 năm 2006

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

ĐẠI HỌC KTCN TP.HCM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-KHOA:Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học BỘ MÔN : Môi Trường NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN: Lưu Thị Kiều Hương MSSV: 02ĐHMT095 NGÀNH: Môi Trường LỚP : 02MT4 1 Đầu đề Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC-Al 13 (polyaluminium chloride) từ nguồn nhôm phế liệu ứng dụng trong xử lý nước mặt và nước thải. 2 Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): - Nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC-Al13 từ nguồn nhôm phế liệu và acid chlohydric công nghiệp - Khảo sát tính năng keo tụ của PAC-Al13 trong xử lý nước mặt và nước thải - Đánh giá hiệu quả xử lý nước mặt và nước thải của PAC-Al13 so với PAC Viện Công nghệ Hóa học và phèn nhôm truyền thống 3 Ngày giao Đồ án tốt nghiệp : Ngày 01 tháng 10 năm 2006 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Ngày 27 tháng 12 năm 2006 5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn : 1/ TS.Nguyễn Đình Thành

Nội dung và yêu cầu ĐATN đã được thông qua Bộ môn Ngày tháng năm 2006 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 2

Nơi lưu trữ Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 

-Điểm bằng số -Điểm bằng chữ _

Ngày…………tháng…………năm………

Chữ ký của GVHD SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 3

LỜI CẢM ƠN



Sau hơn bốn năm học tập tại Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.Hồ Chí Minh, em đã tiếp thu được những kiến thức quý giá từ thầy cô Khoa Môi Trường

và Công Nghệ Sinh Học và đó cũng chính là hành trang giúp em bước vào đời.

Và nay, sau thời gian thực tập tốt nghiệp và làm Đồ án tại Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng trực thuộc Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn tận tình của TS.Nguyễn Đình Thành tại phòng Vật Liệu Xúc Tác Ứng Dụng, em đã tích luỹ được những kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tiễn thật hữu ích.

Với tất cả sự kính trọng và biết ơn, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các quý thầy cô Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học, TS.Nguyễn Đình Thành cùng với cô Hà, anh Quý, anh Thiện ở Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng và anh Quý, anh Triết, anh Đạt bên Viện Công Nghệ Hóa Học đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này với kết quả tốt nhất.

Tp.Hồ Chí Minh tháng 12/2006

SV: Lưu Thị Kiều Hương

SVTH : Löu Thò Kieàu Höông Trang 4

MỤC LỤC



LỜI MỞ ĐẦU Trang 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Cơ sở khoa học đề tài 3

2 Mục tiêu đề tài 3

3 Địa điểm thực hiện đề tài 4

4 Giới hạn đề tài 4

5 Phương pháp nghiên cứu đề tài 4

6 Ý nghĩa khoa học đề tài 5

7 Đánh giá kết quả 5

A.TỔNG QUAN CHƯƠNG 1 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Phương pháp xử lý cơ học 7

1.2 Phương pháp xử lý hóa lý 7

1.2.1 Keo tụ 8

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 5

1.2.2 Tuyển nổi 8

1.2.3 Hấp phụ 9

1.2.4 Trao đổi ion 9

1.2.5 Màng bán thấm 9

1.2.6 Trích ly 9

1.2.7 Chưng bay hơi 10

1.2.8 Phương pháp trung hòa 10

1.2.9 Phương pháp oxy hóa khử 10

1.2.10 Kết tủa hóa học 11

1.3 Phương pháp xử lý sinh học 11

1.3.1 Phương pháp sinh học nhân tạo 11

1.3.2 Phương pháp sinh học tự nhiên 12

CHƯƠNG 2 : KHÁI QUÁT VỀ CHẤT KEO TỤ VÀ HIỆN TƯỢNG KEO TỤ 2.1 Hệ keo và hiện tượng keo tụ 13

2.1.1 Chất phân tán trong môi trường nước 13

2.1.2 Hệ keo – cấu tạo và tính chất 14

2.1.3 Độ bền của hệ keo và hiện tượng keo tụ 15

2.1.4 Phá bền của các huyền phù keo 17

2.1.5 Sự cần thiết của các chất keo tụ 17

2.1.6 Các biện pháp hóa học dùng để keo tụ 19

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 6

2.1.6.1 Tăng lực ion 19

2.1.6.2 Thay đổi pH 19

2.1.6.3 Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III 19

2.1.6.4 Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp 20

2.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông 20

2.1.7.1 Trị số pH của nước 20

2.1.7.2 Lượng dùng chất keo tụ 20

2.1.7.3 Nhiệt độ nước 21

2.1.7.4 Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ 21

2.1.7.5 Tạp chất trong nước 21

2.1.7.6 Môi chất tiếp xúc 22

2.2 Các chất keo tụ vô cơ 22

2.2.1 Cơ sở lý thuyết chất keo tụ 22

2.2.2 Sản phẩm truyền thống 23

2.2.3 Sản phẩm keo tụ mới 25

2.2.4 Một số công trình điều chế chất keo tụ 29

2.2.4.1 Điều chế phèn nhôm truyền thống 29

2.2.4.2 Điều chế polyaluminium chloride (PAC) 30

2.2.4.3 Điều chế polyaluminium sulfat (PAS) 31

2.2.4.4 Điều chế các polyferric 32

CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 7

3.1 Phương pháp phân tích 33

3.1.1 Phương pháp Complexon (phương pháp chuẩn độ ngược) 33

3.1.1.1 Xác định tổng Al 3+ , Fe 3+ bằng phương pháp chuẩn độ ngược 33

3.1.1.2 Xác định Al 3+ bằng phương pháp chuẩn độ thay thế 34

3.1.2 Thực hành phương pháp Complexol 34

3.1.2.1 Xác định nồng độ Zn 2+ 34

3.1.2.2 Xác định lượng tổng Al 3+ và Fe 3+ 34

4.1.2.3 Xác định lượng Al 3+ 35

3.2 Phương pháp Jar – Test 36

3.2.1 Cơ sở lý thuyết 36

3.2.2 Cách sử dụng 36

B.THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 4 : HÓA CHẤT – DỤNG CỤ – THIẾT BỊ 4.1 Hóa chất 38

4.1.1 Hóa chất 38

4.1.2 Chuẩn bị các dung dịch 39

4.2 Dụng cụ 40

4.3 Thiết bị 41

CHƯƠNG 5 : TIẾN HÀNH ĐIỀU CHẾ HỢP CHẤT KEO TỤ TỪ NHÔM PHẾ LIỆU SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 8

5.1 Điều chế dung dịch AlCl 3 từ nhôm phế liệu 42

51.1 Hệ thống dụng cụ 42

5.1.2 Phương pháp tiến hành 43

5.2 Điều chế hợp chất keo tụ PAC-Al 13 44

5.2.1 Điều kiện thực nghiệm chế tạo PAC-Al13 44

5.2.2 Quy trình công nghệ chế tạo PAC-Al13 từ nhôm phế liệu 44

5.3 Xác định tỷ trọng của dung dịch PAC-Al 13 46

5.4 Xác định độ ẩm của sản phẩm PAC-Al 13 47

C.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CHƯƠNG 6 : KẾT QUẢ ĐIỀU CHẾ HỢP CHẤT KEO TỤ PAC-Al13 6.1 Kết quả điều chế dung dịch AlCl 3 48

6.2 Kết quả điều chế chất keo tụ PAC-Al 13 49

6.2.1 Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của PAC-Al13 dạng dung dịch 49

6.2.2 Kết quả đo tỷ trọng dung dịch PAC-Al13 49

6.2.3 Kết quả đo hàm lượng Al2O3 của PAC-Al13 dạng rắn 50

6.2.4 Kết quả xác định cấu trúc vật liệu PAC-Al13 50

6.2.5 Kết quả xác định độ ẩm của PAC-Al13 51

6.3 Ứng dụng chất keo tụ PAC-Al 13 trong xử lý nước 52

6.3.1 Ứng dụng trong xử lý nước mặt 52

6.3.1.1 Nguyên tắc thử nghiệm 52

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 9

6.3.1.2 Môi trường nước đục 53

6.3.1.3 Môi trường nước chứa huyền phù 56

6.3.1.4 Môi trường nước sông 59

6.3.2 Ứng dụng trong xử lý nước thải 62

6.3.2.1 Nước thải dệt nhuộm 62

6.3.2.2 Nước thải sản xuất giấy Vĩnh Huê 65

D.TỔNG KẾT CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 Kết luận 69

7.2 Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 10

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT



 EDTA: Ethylene diamine tetra acetic acid

 dd: dung dịch

 FC : Sắt III Clorua

 AS : Nhôm III Sunfur

 PFC : Polyferic Cloride

 PAC: Polyaluminium Chloride

 PAS : Poly aluminium sulfat

 PASS : Poly aluminium silicat sulfat

 PFS : Poly ferric sulfat

 PAFS : Poly alumino ferric sulfat

 PHAS: Pre-Hydrolized Aluminium Sulfat

 PASSC: Poly Aluminium Cloride Silica Sulfat

 Phương pháp Complexon : Phương pháp chuẩn độ ngược

 r = 2.2:tỷ lệ mol 3

nAl

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 11

DANH MỤC BẢNG



 Bảng 2.1: Các loại hạt có mặt trong môi trường nước

 Bảng 2.2: Các sản phẩm thủy phân của sắt và nhôm trong nước

 Bảng 2.3: Các sản phẩm keo tụ mới

 Bảng 6.1: Kết quả phân tích Al3+ bằng phương pháp Complexol

 Bảng 6.2: Bảng kết quả đo tỷ trọng dung dịch PAC-Al13

 Bảng 6.3: Kết quả xác định độ ẩm của PAC-Al13

 Bảng 6.4: Kết quả keo tụ lắng trong nước đục

 Bảng 6.5: Kết quả keo tụ lắng trong nước chứa huyền phù

 Bảng 6.6: Kết quả keo tụ lắng trong nước sông Sài Gòn

 Bảng 6.7: Kết quả keo tụ lắng trong nước thải dệt nhuộm

 Bảng 6.8: Kết quả keo tụ lắng trong nước thải sản xuất giấy Vĩnh Huê

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 12

DANH MỤC HÌNH



 Hình 2.1: Quy trình điều chế PAC

 Hình 3.1: Máy Jar-Test

 Hình 5.1: Mô hình điều chế AlCl3

 Hình 5.2: Quy trình điều chế dung dịch AlCl3

 Hình 5.3: Quy trình điều chế PAC-Al13

 Hình 6.1: Sản phẩm PAC-Al13 dạng rắn

 Hình 6.2: Cấu trúc phổ các mẫu PACCNHH, PACthường và PAC-Al13.

 Hình 6.3: Phổ chuẩn PACthường và PAC-Al13 qua các tỷ lệ

 Hình 6.4: Đồ thị biểu diễn lượng phèn (môi trường nước đục)

 Hình 6.5: Đồ thị biểu diễn lượng PACCNHH (môi trường nước đục)

 Hình 6.6: Đồ thị biểu diễn lượng PAC-Al13 (môi trường nước đục)

 Hình 6.7: Đồ thị biểu diễn lượng phèn (môi trường nước chứa huyền phù)

 Hình 6.8: Đồ thị biểu diễn lượng PACCNHH (môi trường nước chứa huyềnphù)

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 13

 Hình 6.9: Đồ thị biểu diễn lượng PAC-Al13 (môi trường nước chứa huyềnphù).

 Hình 6.10: Đồ thị biểu diễn lượng phèn (môi trường nước sông Sài Gòn)

 Hình 6.11: Đồ thị biểu diễn lượng PACCNHH (môi trường nước sông SàiGòn)

 Hình 6.12: Đồ thị biểu diễn lượng PAC-Al13 (môi trường nước sông SàiGòn)

 Hình 6.13: Đồ thị biểu diễn lượng phèn (môi trường nước thải dệt nhuộm)

 Hình 6.14: Đồ thị biểu diễn lượng PACCNHH (môi trường nước thải dệtnhuộm)

 Hình 6.15: Đồ thị biểu diễn lượng PAC-Al13 (môi trường nước thải dệtnhuộm)

 Hình 6.16: Đồ thị biểu diễn lượng phèn (nước thải sản xuất giấy VĩnhHuê)

 Hình 6.17: Đồ thị biểu diễn lượng PACCNHH ( nước thải sản xuất giấy VĩnhHuê)

 Hình 6.18: Đồ thị biểu diễn lượng PAC-Al13 ( nước thải sản xuất giấy VĩnhHuê)

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 14

LỜI MỞ ĐẦU



Keo tụ nước bằng phèn nhôm (phèn đơn hoặc phèn kép) là phương phápthông dụng để làm trong nước bề mặt, nguồn nước xử lý chủ yếu nhằm cung cấpcho sinh hoạt theo các hộ gia đình, mặt khác phương pháp keo tụ cũng thườngđược áp dụng để xử lý nước thải tại các nhà máy Phèn nhôm được sản xuất trongnước chủ yếu từ nguồn khoáng sét – kaolinite (hay quặng bauxite,…) và acidsulfuric nên giá thành hạ, việc cung ứng khá chủ động Tuy vậy, hạn chế củaphèn nhôm là liều dùng tương đối cao, trung bình khoảng 30g/m3 và khoảng pHthích hợp của nước tương đối hẹp (pH từ 6 – 7.5) Vì tính acid của phèn nhôm cao,liều lượng dùng lớn nên pH của nước đã xử lý có độ pH thấp gây ăn mòn thiết bị,đường ống dẫn và lượng ion nhôm tồn dư cao gây bệnh đãng trí cho người sửdụng Để khắc phục những nhược điểm kể trên, người ta đã chế tạo và hiện đangsử dụng ở một số nước là loại chế phẩm PAC Sản phẩm thương mại loại này đãđược lưu hành vào cuối những năm của thập kỷ 60 Nó đang dần được thay thếphèn nhôm truyền thống Hiện nay ở Việt Nam, chế phẩm này cũng được nhập

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 15

(chủ yếu từ Trung Quốc, Ấn Độ,…) và đang được sử dụng trong một số nhà máycấp nước.

Theo đó, một sản phẩm PAC do Liên hiệp Khoa học sản xuất – Viện Côngnghệ Hóa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu thànhcông và đưa vào ứng dụng rộng rãi ở nhiều nhà máy kể từ năm 2000 đến nay

Từ hướng đi tiến bộ đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu điều chế PAC cóhàm lượng Al13 cao (PAC-Al13), đi từ nguồn nguyên liệu nhôm phế thải và dungdịch acid chlohydric công nghiệp của nhà máy hóa chất Biên Hòa Chế phẩm tạothành ở dạng dung dịch và được phơi khô tự nhiên ngoài không khí để chuyểnthành dạng rắn, đồng thời thử tính năng keo tụ của sản phẩm PAC-Al13 điều chếđược so với phèn Al2(SO4)3.18H2O (Trung Quốc) và sản phẩm PACCNHH (PACViện Công nghệ Hóa học) đang sử dụng phổ biến tại thị trường Việt Nam

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 16

ĐẶT VẤN ĐỀ

1 CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ TÀI

Cùng với tốc độ phát triển nhanh chóng về số lượng và chất lượng thìngành công nghiệp Việt Nam cũng nhanh chóng gây ảnh hưởng xấu đđến môitrường sinh thái, có nhiều nhà máy làm ảnh hưởng đến môi trường qua nhiều hìnhthức như : khí thải, bụi công nghiệp, nước thải, chất thải rắn,…Trong đó, nước thảisản xuất đang là một vấn đề lớn, gây tác động xấu cho môi trường sống và ítnhiều ảnh hưởng đến sức khỏe con người Bên cạnh đó, ở nhiều vùng quê trên cảnước hiện đang khan hiếm nguồn nước sạch, nhất là bà con vùng lũ ở đồng bằngSông Cửu Long Mặt khác, xã hội ngày càng phát triển thì tài nguyên khoáng sảncũng dần dần khan hiếm và khuynh hướng ngày nay của thế giới là tận dụng tối

đa nguồn phế thải sản suất và sinh hoạt vào các hoạt động sản xuất có ích, chonên việc tận dụng tối đa các nguồn phế thải để chế tạo nên loại vật liệu hữu íchđược ứng dụng trong xử lý môi trường là vấn đề đang được quan tâm

Đề tài nghiên cứu đã đưa ra vấn đề tận dụng lại nguồn nhôm phế thải làmnguồn nguyên liệu điều chế chất keo tụ nhằm giải quyết được các vấn đề : tiết

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 17

kiệm chi phí cho nguyên liệu đầu vào, tạo ra một loại sản phẩm có giá trị kinh tế,được ứng dụng phổ biến trong xử lý nước và có ý nghĩa trong công tác bảo vệ môitrường sống.

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

 Tận dụng nguồn nhôm phế liệu hiện có và dung dịch acid chlohydriccông nghiệp để nghiên cứu điều chế chất keo tụ PAC-Al13

 Khảo sát tính năng keo tụ của PAC-Al13 trong xử lý nước mặt và nướcthải

 Đánh giá hiệu quả xử lý nước mặt và nước thải của loại vật liệu này sovới PACCNHH và phèn nhôm truyền thống

3 ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Đề tài được thực hiện tại phòng Vật liệu Xúc tác Ứng dụng – Viện Khoahọc Vật liệu Ứng dụng và Phòng Công nghệ các Hợp chất Vô cơ – Viện Côngnghệ Hóa học

4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

 Giới hạn về thời gian :

Đề tài được nghiên cứu và thực hiện trong 12 tuần

 Giới hạn về nội dung :

Chỉ tiến hành nghiên cứu điều chế PAC-Al13 ở qui mô phòng thínghiệm và thử tính năng keo tụ lắng trong nước của sản phẩm bằng phươngpháp Jar-Test qua các mẫu nước mặt và nước thải

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 18

 Phương pháp thu thập thông tin, các thông số :

Thu thập các tài liệu về các phương pháp xử lý nước, các chất keotụ và quá trình keo tụ, quy trình điều chế các polymer vô cơ và phèntruyền thống nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu cho quá trình nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm :

Tiến hành điều chế vật liệu, xác định thành phần hóa học về nồngđộ phần trăm Al3+ của dung dịch AlCl3 sau điều chế (dùng phương phápchuẩn độ Complexon), xác định độ ẩm, tỷ trọng và thử tính năng keo tụcủa sản phẩm PAC-Al13 (dùng phương pháp Jar-Test)

Gửi mẫu tại các trung tâm phân tích để xác định thành phần hóa họcvề nồng độ phần trăm Al2O3 của chế phẩm keo tụ PAC-Al13 dạng lỏng(dùng phương pháp so màu UV-VIS ở bước sóng   581nm), nồng độphần trăm Al2O3 của chế phẩm keo tụ PAC-Al13 dạng rắn (dùng phươngpháp chuẩn độ Complexon) và xác định cấu trúc vật liệu keo tụ PACthường,PAC-Al13, PACCNHH (dùng phương pháp nhiễu xạ tia X – XRD)

 Phương pháp thống kê, so sánh, đối chiếu số liệu :

Dùng phương pháp toán học để tính toán trong thực nghiệm và dùngphương pháp tin học (phần mềm Excel) để biểu diễn các đồ thị nhằm đánhgiá hiệu quả của việc ứng dụng các chất keo tụ trong xử lý nước

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC ĐỀ TÀI

Tận dụng được nguồn nhôm phế liệu hiện có để nghiên cứu điều chế chấtkeo tụ PAC-Al13 và sản phẩm này có thể ứng dụng trong xử lý nước, góp phần cảithiện môi trường sống và mang lại lợi ích kinh tế

7 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 19

 Xác định nồng độ phần trăm Al3+ (phương pháp chuẩn độComplexon) đạt được sau khi điều chế dung dịch AlCl3.

 Xác định nồng độ phần trăm Al2O3 của PAC-Al13 sau khi điều chế ởdạng dung dịch (phương pháp so màu UV-VIS ở bước sóng   581nm)và dạng rắn (phương pháp chuẩn độ Complexon)

 Phân tích cấu trúc vật liệu sau khi điều chế (phương pháp nhiễu xạtia X – XRD)

 Thử nghiệm hiệu quả lắng trong nước mặt và nước thải của vật liệuđiều chế được ở qui mô phòng thí nghiệm bằng phương pháp Jar-Test

 Đánh giá hiệu quả xử lý nước mặt và nước thải của chế phẩm so vớiphèn truyền thống và PACCNHH

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 20

A.TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1

1.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC

Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quátrình xử lý hóa học và sinh học

Được sử dụng nhằm mục đích:

 Tách các chất không hòa tan, những chất lơ lửng có kích thước lớn (rác,nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, sỏi, cát, mảnh kim loại, thủy tinh, các chấttạp nổi,…) và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải

 Điều hòa lưu lượng và các chất ô nhiễm trong nước thải

Đôi khi người ta còn tách các hạt lơ lửng bằng cách tiến hành lắng chúngdưới tác dụng của lực ly tâm trong các xyclon thủy lực hay máy ly tâm

1.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA LÝ

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 21

Các phương pháp hoá lý thường ứng dụng để xử lý nước thải là keo tụ,trích ly, bay hơi,…

Căn cứ vào các điều kiện địa phương và yêu cầu vệ sinh mà phương pháphóa lý là giải pháp cuối cùng hoặc là giai đoạn xử lý sơ bộ cho các giai đoạn xửlý tiếp theo

1.2.1 Keo tụ

Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10-4mm thường không thể tự lắng đượcmà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùngbiện pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xửlý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau vàdính kết các hạt lơ lửng trong nước, tạo thành các bông cặn có trọng lượng đángkể Do đó, các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống Để thực hiện quátrình keo tụ, người ta thuờng cho vào trong nước thải các chất keo tụ thích hợpnhư phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt loại FeSO4, Fe2(SO4)3 hoặc loại FeCl3 Cácloại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

1.2.2 Tuyển nổi

Bể tuyển nổi dùng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tánkhông tan, tự lắng kém ra khỏi nước Ngoài ra cũng còn dùng để tách các hợpchất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt và bể còn được gọi là bể tách bọt haylàm đặc bọt

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào phalỏng Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của tập

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 22

hợp bọt khí và cặn nhỏ lớn hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổilên bề mặt Tuỳ theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổibao gồm các dạng sau :

 Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation)

 Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation)

 Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation)

1.2.3 Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải triệtđể khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học, đượcdùng khi nồng độ của chúng không cao và chúng không bị phân hủy bởi vi sinhvật hay chúng rất độc Ưu điểm của phương pháp này là cho hiệu quả cao (80 –90%), có khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải và đồng thời có khả năng thuhồi các chất này

Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha khônghòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) sẽ đi từ pha lỏng (hay pha khí) đến pha rắn chođến khi nồng độ dung chất trong dung dịch đạt cân bằng, các chất hấp phụ thườngsử dụng: than hoạt tính, tro, xỉ, mạc cưa, silicagel, keo nhôm,…

1.2.4 Trao đổi ion

Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái iontrong nước như : Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Mn,… cũng như các hợp chất của asen,photpho, cyanua, chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các chất giátrị và đạt được mức độ làm sạch cao nên được dùng nhiều trong việc tách muốitrong xử lý nước thải

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 23

1.2.5 Màng bán thấm

Phương pháp này có thể tách các chất tan khỏi các hạt keo bằng cách dùngcác màng bán thấm Đó là các màng xốp đặc biệt không cho các hạt keo đi qua

1.2.6 Trích ly

Phương pháp này có thể tách các chất bẩn hòa tan khỏi nước thải bằngdung môi nào đó nhưng với điều kiện dung môi đó không tan trong nước và độhòa tan chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước

1.2.7 Chưng bay hơi

Phương pháp này là chưng nước thải để các chất hòa tan trong đó cùng baylên theo hơi nước Ví dụ, người ta chưng nước thải của nhà máy hóa cốc chophenol bay đi theo hơi nước

1.2.8 Phương pháp trung hòa

Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện chocác quá trình xử lý hóa lý và sinh học

Mặc dù quá trình rất đơn giản về mặt nguyên lý, nhưng vẫn có thể gây ramột số vấn đề trong thực tế như : giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinhnhiệt, làm gỉ sét thiết bị máy móc Vôi Ca(OH)2 thường được sử dụng rộng rãinhư một baz để xử lý nước thải có tính acid, trong khi acid sulfuric là một chấttương đối rẻ tiền dùng trong xử lý nước thải có tính baz

1.2.9 Phương pháp oxy hóa khử

Phương pháp này được dùng để :

 Khử trùng nước

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 24

 Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc một nguyên tố hòatan sang thể khí.

 Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơngiản hơn, có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn

 Loại bỏ các kim loại nặng như : Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As, và một sốchất độc như cyanua

Các chất oxy hóa thông dụng như : O3, Cl2, H2O2, KMnO4

Quá trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúctác

1.2.10 Kết tủa hóa học

Kết tủa hóa học thường dùng để loại trừ các kim loại nặng trong nước.Phương pháp kết tủa hóa học hay được sử dụng nhất là phương pháp tạo các kếttủa đối với vôi Ngoài ra, soda cũng có thể được sử dụng để kết tủa các kim loạidưới dạng hydroxid, cacbonat,…

1.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan cótrong nước thải cũng như một số chất vô cơ như : H2S, sulfide, ammonia,… dựatrên cơ sở hoạt động của vi sinh vật Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một sốkhoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kỵ khí, hiếu khí, kỵ hiếukhí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lýnhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy sinh hóa nên quá trìnhxử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 25

1.3.1 Phương pháp sinh học nhân tạo

Quá trình kỵ khí :

 Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc

 Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

 Bể lọc kỵ khí

 Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớpvật liệu lọc cố định

Quá trình hiếu khí:

 Bể aeroten thông thường

 Bể aeroten mở rộng

 Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn

 Mương oxy hóa

 Bể hoạt động gián đoạn (SBR)

 Bể lọc sinh học

 Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)

1.3.2 Phương pháp sinh học tự nhiên

Cơ sở của phương pháp là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồnnước, bao gồm các dạng:

 Cánh đồng tưới

 Xả nước thải vào ao, hồ, sông suối

 Hồ sinh học

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 26

KHÁI QUÁT VỀ CHẤT KEO TỤ VÀ HIỆN

TƯỢNG KEO TỤ

2.1 HỆ KEO VÀ HIỆN TƯỢNG KEO TỤ

Các chất keo tụ thường được dùng để phá vỡ độ bền của hệ keo, loại bỏhuyền phù, hỗ trợ đắc lực cho quá trình xử lý nước bằng phương pháp lắng, lọc

2.1.1 Chất phân tán trong môi trường nước[1, 3, 5]

Một chất rắn (chất phân tán) tùy theo kích thước của nó khi tồn tại trongnước (môi trường phân tán) có thể tạo thành các dạng : dung dịch thực (d≤10-

7cm), trạng thái keo (d10-7 – 10-4 cm) và huyền phù (d 10-4cm) Trong môitrường nước các chất huyền phù lơ lửng có nguồn gốc vô cơ (cát, đất sét, bùn phùsa), hữu cơ (sản phẩm của sự phân hủy động thực vật), hay sinh vật (vi khuẩn,thực vật nổi, tảo,…) các chất này tạo nên độ đục và tạo màu của nước Dung dịchthật là hệ có độ phân tán cao nhất và có thể xem là một pha đồng nhất, vì lúc đó

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 27

chất phân tán tồn tại riêng rẽ ở kích thước phân tử hay ion Độ phân tán của hệkeo thấp hơn dung dịch thật vì bằng phương pháp quang học có thể phân biệt rõràng giữa chất phân tán và môi trường Do đó, hệ keo còn được coi là hệ vi dịthể Hệ huyền phù có độ phân tán thấp nhất, chất phân tán của hệ huyền phù cóthể thấy được bằng mắt thường Yếu tốâ quan trọng nhất của hệ phân tán trongmôi trường nước là sự tương tác giữa chất phân tán với môi trường phân tán vàcác chất tan, từ đó kéo theo các hiện tượng hấp phụ, trao đổi ion, sự tạo thành lớpđiện tích kép, lớp khuếch tán,…

2.1.2 Hệ keo – cấu tạo và tính chất[1, 3, 5]

Hạt keo bao gồm một nhân thường có cấu tạo tinh thể và vỏ (lớp điện tíchbao xung quanh) Phần nhân chính là các chất phân tán có diện tích bề mặt lớn,được tích điện Sự hình thành điện tích trê bề mặt là do các nguyên nhân :

 Phản ứng hóa học trên bề mặt chất rắn (điện tích phụ thuộc rấtnhiều vào pH của môi trường, thường tích điện âm ở vùng pH cao vàtích điên dương ở vùng pH thấp)

 Khiếm khuyết về cấu trúc của bề mặt và sự thay thế đồng hình

 Hấp phụ các cấu tử kỵ nước hay các ion chất hoạt động bề mặt (điệntích bề mặt phụ thuộc vào điện tích của chất bị hấp phụ)

Điện tích bề mặt hình thành không thể tồn tại độc lập mà sẽ bị trung hòabởi lớp điện tích trái dấu ở phía ngoài, hình thành lớp điện tích kép Do các phântử dung môi cũng như chất phân tán chuyển động không ngừng cho nên lớp điệntích kép luôn bị biến dạng không ổn định tạo thành lớp khuếch tán Lớp khuếchtán hình thành là do cân bằng tạm thời giữa lực tương tác tĩnh điện và chuyển

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 28

động nhiệt của phân tử Hệ keo luôn trung hòa về mặt điện tích, nghĩa là tổng sốđiện tích của lớp khuếch tán và điện tích bề mặt bằng không Tùy theo điện tíchbề mặt của nhân hạt keo, ta có keo âm và keo dương.

Hệ keo có tính chất điện: khi áp điện trường vào dung dịch keo, các hạt keo

tích điện âm sẽ di chuyển về cực dương và hạt keo tích điện dương sẽ dịchchuyển về cực âm Đây là hiện tượng điện di - hiện tượng dịch chuyển tương đốicủa các hạt mang điện so với pha tĩnh là dung môi Ta có đồng thời sự dịchchuyển của dung môi so với hạt tích điện, đây là hiện tượng điện thẩm thấu Hiệuđiện thế gây ra hiện tượng điện di gọi là thế điện động (electro kinetich potential)hay thế năng zeta  Vì vậy khi mỗi một va chạm của các hạt keo đều dẫn đếnsự liên kết các hạt, nghĩa là rất hiệu quả đối với quá trình keo tụ, người ta nóirằng, đó là sự keo tụ nhanh còn ngược lại là keo tụ chậm

2.1.3 Độ bền của hệ keo và hiện tượng keo tụ[1, 3, 5]

Hệ keo bền là do điện tích bề mặt và lớp vỏ hydrat cùng vơi các chất hấpphụ trên bề mặt ngăn cản không cho các hạt keo tiến lại gần nhau Độ bền củahệ keo là đại lượng thể hiện khả năng giữ nguyên trạng thái phân tán của hệ(mật độ và độ lớn của hạt keo) theo thời gian Độ bền của hệ keo phụ thuộc vàobản chất của hạt keo, tính chất tương tác của nó với môi trường nước

Khái niệm về hiện tượng keo tụ:

Keo tụ : là một hiện tượng làm mất sự ổn định của các hệ huyền phù dạng

keo “ổn định” để cuối cùng tạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt

Hay nói khác đi keo tụ là một phương cách làm biến mất hoặc làm giảmđiện tích bề mặt hạt keo

Một khái niệm khác:

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 29

Keo tụ (coagulation) : là hiện tượng các hạt keo nhỏ tập hợp lại với nhau

tạo thành hạt lớn hơn dễ lắng Có nhiều cơ chế khác nhau dẫn đến hiện tượng keotụ nhưng có thể chia làm hai giai đoạn chính là khử tính bền của hệ keo và tạo raliên kết giữa chúng Để khử được tính bền của hệ keo người ta quy về bốn cơ chếsau :

Nén ép làm giảm độ dày lớp điện tích kép

Hấp phụ và trung hòa điện tích

Lôi cuốn, quét cùng với chất kết tủa

Hấp phụ và tạo cầu liên kết giữa các hạt keo

Sự keo tụ bao gồm 2 giai đoạn: [ 6]

 Keo tụ ẩn : bằng mắt thường, quan sát vẻ bên ngoài người ta không

thể nhận biết bất cứ một biến đổi nào, mặc dầu trong thực tế các hạtkeo đã chập lại với nhau thành các tập hợp hạt lớn hơn

 Keo tụ rõ : là giai đoạn thấy rõ sự biến đổi màu sắc, vẻ ánh quang

(opalescence), rồi chuyển đến trạng thái đục mờ và cuối cùng tạo kếttủa hoặc tạo ra dạng gel (thạch)

Đối với một dung dịch keo, giai đoạn keo tụ ẩn sẽ nhanh chóng chuyểnthành giai đoạn keo tụ rõ Trong các dung dịch cao phân tử, giai đoạn keo tụ ẩnxảy ra rất dài và có thể không chuyển sang giai đoạn keo tụ rõ

Có thể gây ra keo tụ một dung dịch keo bằng cách thay đổi nhiệt độ, khuấytrộn, ly tâm siêu tốc, tăng nồng độ pha phân tán, thêm vào hệ keo các chất phụgia khác nhau, đặc biệt là thêm chất điện ly,…

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 30

Tăng nhiệt độ, khuấy trộn, tăng nồng độ,… làm cho các hạt keo sát lại gầnnhau hơn, do đó làm tăng khả năng tập hợp, nghĩa là làm giảm độ bền tập hợpcủa hệ keo Tuy nhiên, trong đại đa số trường hợp các tác động kể trên là khôngđáng kể Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự keo tụ là tác động của chấtđiện ly.

Có nhiều hiện tượng keo tụ như [6]: keo tụ vùng, keo tụ bằng hỗn hợp chấtđiện ly (hiện tượng cộng tính, keo tụ hỗ trợ, keo tụ cản trở), tự keo tụ và sự keo tụtương hỗ giữa hai keo

Đối với hiện tượng keo tụ tương hỗ thường được gặp nhiều trong thực tế,như đánh phèn làm trong nước là keo tụ tương hỗ giữa keo dương (phèn) và keoâm (các hạt huyền phù)

2.1.4 Phá bền của các huyền phù keo[9]

Nói chung, các vật liệu ở dạng huyền phù có kích thước khác nhau Một sốđược gọi là “vật liệu ở dạng huyền phù” đó là những hạt có kích thước và mật độđủ lớn để có thể lắng gạn hoặc sa lắng Một số hạt khác có kích thước bé hơn,được gọi là hạt “keo”, chúng tự tổ hợp để tạo ra các tập hợp cồng kềnh hơn, cóthể lắng gạn được Sự tổ hợp đó ít khi tự xảy ra một cách tự nhiên trong nước vìhiệu ứng tương tác đẩy tĩnh điện (vì sự có mặt điện tích trên bề mặt các hạt keo),các điện tích cùng dấu cản trở sự tiếp xúc giữa các hạt

Thực vậy, tất cả các các chất rắn ở dạng huyền phù đều có thể tích điệnkhi tiếp xúc với nước Các hạt keo, cũng như “vật liệu ở dạng huyền phù” là cáchợp chất vô cơ (oxid kim loại, cacbonat, silicat, phosphat,…) hoặc các chất hữu cơ(humic, protein, tảo, vi khuẩn,…) đều có các nhóm chức ion khi tiếp xúc với nước

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 31

Điện tích bề mặt cũng được tạo ra bởi sự biến đổi pH, và được gọi là điệntích sơ cấp của các hạt keo Trong nước tự nhiên, điện tích sơ cấp là âm đối vớihầu hết các hạt keo Do vậy, nước không phải là “trơ” vì có rất nhiều cation vàanion hòa tan trong đó Tất cả các điện tích sơ cấp ở bề mặt của một hạt phảiđược trung hòa bởi các ion trái dấu trong một thể tích nước cực kỳ nhỏ bao xungquanh các hạt Trong trường hợp điện tích sơ cấp là âm, độ dày của nước baoquanh hạt gồm 2 lớp : lớp đầu rất mỏng, nằm sát ngay bề mặt phân cách lỏng-rắn, được tạo nên chủ yếu bởi các cation, do đó mang điện tích dương, đó là lớpGovy-Chapman (hay còn được gọi là lớp khuếch tán).

2.1.5 Sự cần thiết của các chất keo tuï [8]

Bảng sau giới thiệu một số các hạt thường có mặt trong môi trường nướcvà thời gian cần để các hạt này tự sa lắng trong môi trường nước dưới tác dụngcủa trọng lực ở 200C

Bảng 2.1 : Các loại hạt có mặt trong môi trường nước

Loại hạt Đường kínhtb hạt (cm) Thời gian lắng

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 32

Các số liệu của bản trên cho thấy rằng hạt có kích thước càng nhỏ càngkhó lắng, đặc biệt là chất keo không có khả năng lắng tự nhiên, do đó để có thểlắng, người ta cần phải làm tăng kích thước cho các hạt keo đủ lớn bằng cách đưavào môi trường một hợp chất có khả năng lôi kéo làm cho các hạt keo này tậphợp lại với nhau tạo thành tổ hợp lớn hơn hay tạo các kết tủa bông có kích thướclớn để lôi kéo cuốn các hạt keo này cùng lắng,…Các chất có khả năng như thếđược gọi là các chất keo tụ, vì thế vai trò của các chất keo tụ rất quan trọng trongviệc xử lý nước.

2.1.6 Các biện pháp hóa học dùng để keo tụ[3, 7, 8]

Các phương pháp hóa học này đều dựa trên 4 cơ chế keo tụ ở trên để khửtính bền của hệ keo Có 4 biện pháp hóa học keo tụ một hệ huyền phù dạng keo

2.1.6.1 Tăng lực ion

Khi tăng nồng độ chất điện ly trung tính (NaCl) dẫn đến giảm độ dày củalớp điện tích kép, do đó làm giảm lực đẩy của các hạt Lực tương tác tổng cộngtiến đến gần bằng không, vì vậy sự tổ hợp có thể xảy ra khi các hạt tiếp xúcnhau Biện pháp này thực ra rất khó khăn trong việc ứng dụng thực tế vào việc xửlý nước Hiện tượng keo tụ này thường được xảy ra ở các vùng tiếp giáp cửa sôngvà biển, giải thích sự lắng đọng của các trầm tích

2.1.6.3 Đưa vào hệ một muối kim loại hóa trị III

Khi ta đưa vào nước một muối kim loại hóa trị III có thể thủy phân, ví dụnhư : một muối sắt hoặc muối nhôm tạo ra nhiều cách keo tụ Việc thêm vào nàytrước hết gây ra sự tăng nhẹ một lực ion, đồng thời cũng làm biến đổi pH vì xảy

ra sự acid hóa của môi trường (do sự thủy phân) Mặt khác, cũng xảy ra sự hìnhthành các phức monome và oligone hòa tan mang điện tích dương và có thể bịhấp phụ ở bề mặt các hạt keo (nếu là keo âm) ở liều lượng thích hợp của cácmuối này, sự thủy phân diễn ra hoàn toàn tạo các kết tủa hydroxyd kim loại vôđịnh hình dạng tủa bông Chúng có thể “bẫy” hoặc “bắt” các hạt keo để rồi cóthể lắng gạn chúng Sử dụng một muối kim loại thủy phân hóa trị III là một biệnpháp thường hay ứng dụng nhất trong việc xử lý nước

2.1.6.4 Đưa vào một polymer tự nhiên hoặc polymer tổng hợp

Khi đưa vào các hợp chất polymer tự nhiên hoặc tổng hợp, nói chung làcác polymer hữu cơ (amidon, alginate, polyelectronlyte tổng hợp ) đôi khipolymer vô cơ (silic) vào hệ keo thì xảy ra sự hấp phụ trên bề mặt các hạt keolàm cho các hạt keo bị phá vỡ trạng thái cân bằng Các polymer với các mạch dàicó khả năng liên kết các hạt keo lại với nhau tạo thành các bông keo tạo điềukiện hình thành tập hợp lớn hơn , nhưng nếu hàm lượng polymer cao sẽ dẫn đếnsự tái tạo tính bền cho hệ keo

2.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông[11]

2.1.7.1 Trị số pH của nước

Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ, bao gồm :

 Aûnh hưởng tới độ hoà tan nhôm hydroxid

 Aûnh hưởng đến điện tích của hạt keo nhôm hydroxid

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 34

 Ảnh hưởng đối với chất hữu cơ có trong nước.

 Aûnh hưởng đến tốc độ keo tụ dung dịch keo

2.1.7.2 Lượng dùng chất keo tụ

Quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng hoá học đơn thuần, nênlượng chất keo tụ cho vào không thể căn cứ vào tính toán để xác định Tuỳ điềukiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra liều lượng tốiưu

Lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nói chung là 0.1 – 0.5 mg/l, nếudùng Al2(SO4).18 H2O thì tương đương 10 – 50 mg/l, đối với polymer khoảng8-10mgđ/l Nói chung vật huyền phù trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cầnthiết càng lớn Cũng có thể chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng keo tụtương đối nhiều

2.1.7.3 Nhiệt độ nước

Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh hưởng lớn đếnquá trình keo tụ Khi nhiệt độ nước thấp (< 50C ), bông phèn sinh ra to và xốp,chứa phần nước nhiều lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém

Khi dùng phèn nhôm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên với nhiệt độnước thấp nhất là 25 – 300C

Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trìnhkeo tụ là không lớn

2.1.7.4 Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ

Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồngđiều của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là nhân tố trọngyếu ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Tốc độ khuấy tốt nhất là chuyển từ nhanh

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 35

sang chậm Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phâncủa chất keo tụ trong nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh Cho nên phảikhuấy nhanh mới có khả năng sinh thành lượng lớn keo hydroxid hạt nhỏ làm chochúng nhanh chóng khuếch tán đến những nơi trong nước kịp thời cùng với cáctạp chất trong nước tác dụng Sau khi hỗn hợp hình thành bông và lớn lên, thìkhông nên khuấy nhanh vì có thể làm vỡ những bông phèn đã hình thành.

2.1.7.5 Tạp chất trong nước

Nếu cho các ion trái dấu vào dung dịch nước nó có thể điều khiển dungdịch keo tụ Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trìnhkeo tụ

2.1.7.6 Môi chất tiếp xúc

Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trongnước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hoàn toàn,làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm Lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chấttiếp xúc, trên bề mặt của nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng của cáchạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết tinh Cho nên hiện nay thiết bị dùng đểkeo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết kế có lớp cặn bùn

Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình keo tụ Để tìm rađiều kiện tối ưu để xử lý bằng keo tụ, khi thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vậnhành, có thể trước tiên tiến hành thí nghiệm mẫu ở phòng thí nghiệm bằng thiết

bị Jar-Test

2.2 CÁC CHẤT KEO TỤ VÔ CƠ

2.2.1 Cơ sở lý thuyết chất keo tụ

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 36

Các chất keo tụ có ứng dụng rất lớn trong quá trình xử lý nước thải Cácchất keo tụ phá vỡ độ bền của hệ keo và nó có khả năng tạo thành bông lớn hơntừ các hạt nhỏ làm tăng tốc độ lắng, quá trình đó gọi là keo tụ.

Hóa keo là khoa học về các quá trình hình thành và phá hủy hệ phân tán.Hạt keo có thể hấp phụ lên bề mặt những ion chất điện ly hoặc các phân tửtrên lớp bề mặt những ion chất điện ly hoặc các phân tử trên lớp bề mặt hạt keocó thể phân ly thành ion Hạt keo có thể tích điện Các tính chất điện học của hạtkeo đều xuất hiện từ nguyên nhân cơ bản đó

Hạt keo trong quá trình xử lý xảy ra 2 giai đoạn : quá trình đông tụ và quá

trình keo tụ (quá trình trung hòa điện tích gọi là quá trình đông tụ và quá trình tạothành các hạt bông lớn hơn là quá trình keo tụ)

Thông thường người ta keo tụ nước bằng các loại phèn truyền thống làphương pháp thông dụng để làm trong nước bề mặt nhưng để nâng cao hiệu quảngười ta có thể dùng hợp chất polymer tự nhiên hay tổng hợp để xử lý

2.2.2 Sản phẩm truyền thống[3, 4, 8]

Người ta thường sử dụng các muối của nhôm hoặc sắt vì các muối này đều

bị thủy phân và chính sản phẩm thủy phân của chúng có tác dụng gây keo tụ Sảnphẩm của quá trình thủy phân của các muối này là các phức hydroxid kim loại đanhân (dạng polymer tan hoặc không tan) chúng có khả năng tích điện cao

Các muối nhôm và sắt thường được dùng làm chất keo tụ gồm :

Các muối nhôm: NH4Al(SO4)2.12H2O, KAl(SO4)2.12H2O NaAlO2,

Al2(SO4)3.18H2O, AlCl3.6H2O,…và muối sắt : Fe2(SO4)3.nH2O, FeCl3.6H2O,FeClSO4,…

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 37

ảng 2.2 : Các sản phẩm thủy phân của sắt và nhôm trong nước

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 38

Muối nhôm và sắt khi cho trực tiếp sẽ bị thủy phân tạo thành cácoxo-hydroxid tan và không tan đồng thời kèm theo sự giải phóng proton làm giảm

pH của môi trường

Khi dùng muối nhôm và sắt để làm trong nước bề mặt thường gặp nhữngkhó khăn sau đây : do pH của nước bề mặt thường dao động trong khoảng rộng từ5.5 – 8.5 và chất lượng nước thường thay đổi cho nên khó mà đưa lượng chất keotụ tối ưu vào để xử lý Nếu đưa dư lượng chất keo tụ sẽ có hiện tượng đổi dấuđiện tích làm cho hệ huyền phù bền trở lại, nếu tiếp tục đưa thêm chất keo tụ vàothì hiện tượng keo tụ tiếp tục xảy ra không phải theo cơ chế hấp phụ và trung hòamà do sự kết tủa hydroxid siêu bão hòa, tuy nhiên cũng lôi cuốn kéo theo các hạthuyền phù nhưng tiêu tốn nhiều chất keo tụ không cần thiết Nếu dùng muốinhôm thì để lại nồng độ ion nhôm tự do cao, còn nếu dùng muối sắt thì tạo màucho dung dịch, do đó để tăng cường quá trình tạo bông keo hydroxid nhôm vàhydroxid sắt và tăng tốc độ lắng, hạ thấp lượng chất đông tụ, người ta cho thêmcác chất trợ đông tụ (các chất cao phân tử: polymer hữu cơ tự nhiên hay tổnghợp)

Muối sắt được sử dụng làm chất đông tụ có nhiều ưu điểm hơn so với cácmuối nhôm : tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp, khoảng pH tối ưu rộng hơn, độ bềnvà kích thước bông keo lớn, có thể khử được mùi vị khi có H2S, tuy nhiên nhượcđiểm lớn nhất của muối sắt là tạo thành các phức hòa tan có màu

Ngoài cách sử dụng riêng rẽ từng muối, người ta đã điều chế chất keo tụcó mặt đồng thời ion nhôm và sắt Sản phẩm này chủ yếu dùng để xử lý nước thảicông nghiệp và nước thải đô thị cộng thêm tính năng đặc biệt là loại bỏ phosphat

Muối của đồng : đồng sulfat (CuSO4.5H2O) cũng được dùng làm chất keotụ chủ yếu để diệt tảo

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 39

Ozon (O3) : dùng để xử lý nước chứa nhiều chất hữu cơ phức hợp của sắt

và mangan Khi ozon hóa nước này, làm khởi động cơ chế keo tụ, tạo bông Ozonphá hủy hợp chất hữu cơ sau đó oxy hóa các ion kim loại cũng như kim loại tự do

2.2.3 Sản phẩm keo tụ mới[3, 7, 18, 19, 20, 21, 26]

Trong những năm gần đây người ta bắt đầu quan tâm đến việc nghiên cứuđiều chế các hợp chất keo tụ mới nhằm khắc phục hoặc loại bỏ những nhượcđiểm của chất keo tụ phèn nhôm và sắt truyền thống :

 Giảm độ pH của nước sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi để hiệuchỉnh pH dẫn đến chi phí xử lý tăng

 Nồng độ ion tự do tồn dư cao sau xử lý

 Hiệu quả kém hẳn khi nước nguồn có độ màu và độ đục cao

 Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng,…

Từ những năm 1980, khoa học đã phát triển và đưa vào sử dụng các chấtkeo tụ mới là các polymer tan trong nước của nhôm và sắt có anion là Cl- hoặc

SO42-, độ acid của nó rất thấp do quá trình thủy phân (có kèm theo tạo H+) đãđược thực hiện trong quá trình polymer tạo thành sản phẩm, do đó khi cho cácchất keo tụ này vào nước, chúng không cần trải qua giai đoạn tạo thành polymernên tốc độ keo tụ lớn, việc tạo ra kết tủa hydroxid vô định hình rất thuận lợi Đầutiên là PAC (polyaluminium chloride) và PFC (polyferric chloride) Các thửnghiệm đều cho thấy cả PAC và PFC đều đạt hiệu quả xử lý cao về độ đục, kimloại nặng, COD và đều cho thấy khả năng xử lý trội hơn khi ở nhiệt độ thấp vàtrong việc xử lý nước thải Tuy nhiên PFC thì không đạt được tính ưu việt gì hơn

SVTH : Lưu Thị Kiều Hương Trang 40