Xử lý nước thải bằng hấp phụ và tuyển nổi

HẤP PHỤ 1TUYỂN NỔI 2  Cơ chế tuyển nổi  Các loại tuyển nổi • Tuyển nổi bằng không khí • Tuyển nổi chân không • Tuyển nổi điện... HẤP PHỤ / Định nghĩa 1 Hấp phụ là quá trình tụ tập các

Nhóm: PATTAL GVHD: Ths Lê Đức Khải

Hấp phụ & tuyển nổi

Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh

Đại học Khoa Học Tự Nhiên

Khoa Môi Trường

1

HẤP PHỤ 1

TUYỂN NỔI 2

 Cơ chế tuyển nổi

 Các loại tuyển nổi

• Tuyển nổi bằng không khí

• Tuyển nổi chân không

• Tuyển nổi điện

HẤP PHỤ

HẤP PHỤ / Định nghĩa 1

Hấp phụ là quá trình tụ tập các phân tử khí, hơi hoặc các phân

tử, ion của chất tan trên bề mặt phân chia pha

Bề mặt phân cách

phaRắn – Lỏng

Lỏng

HẤP PHỤ / Cơ chế 1

Hấp phụ vật lý (physisorption)

+ Lực tĩnh điện (electrostatic force)

+ Lực điện động

(electrokinetic force)

+ Lực liên kết phân tử Van der

Waals (Van der Waals force)

Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học

Nhiệt hấp phụ Không lớn

thường nhỏ hơn 20 kJ/mol. Khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol.

Lượng chất bị hấp phụ Nhiều lớp (đa lớp) Đơn lớp

Tính chọn lọc Không có sự chọn lọc, đều có tính

chất hấp phụ lý học. Tính chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt chất rắn

và tính chất của chất bị hấp phụ.

Sự phụ thuộc của nhiệt độ

Nhiệt độ tăng thì lượng chất hấp

Tính chất các điểm hấp phụ

Năng lượng hoạt hóa chất hấp phụ

Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không.

Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn

Tính thuận nghịch Thuận nghịch Không phải bao giờ cũng là

quá trình thuận nghịch

Trạng thái chất bị hấp phụ

Không thay đổi Thay đổi hoàn toàn

6

HẤP PHỤ / Các giai đoạn 1

Các giai đoạn quá trình hấp phụ

Giai đoạn 1 Bulk solution transport: Các chất trong dung dịch

đươc vận chuyển đến lớp nước mỏng bao quanh bề mặt hạt rắn – quá trình này bao gồm: vận chuyển theo dòng và phân tán.

Giai đoạn 2 Film diffusion transport: Các chất tập trung ở lớp

nước mỏng này khuếch tán đến các khe rỗng trên bề mặt hạt rắn (khuếch tán ngoài)

Giai đoạn 3 Pore transport: Khuếch tán chất trong khe rỗng và

dọc theo bề mặt khe rỗng (khuếch tán trong)

Giai đoạn 4 Adsorption: Các chất dính bám lên bề mặt khe rỗng

của hạt rắn theo các cơ chế khác nhau.

HẤP PHỤ / Các giai đoạn 1

Các giai đoạn quá trình hấp phụ

HẤP PHỤ

Sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt nhỏ: các phân tử tập trung trên bề mặt dung dịch Sức căng bề mặt lớn: nồng độ chất hòa tan trong khối dung dịch lớn

Diện tích bề mặt

Tốc độ hấp phụ tăng khi diện tích bề mặt chất hấp phụ tăng.

9

HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng 1

Các yếu tố ảnh hưởng quá trình hấp phụ

Freundlich and Kuster

BET

Henderson - Kisliuk Kisliuk

Langmuir

10

HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng 1

ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT

Để xác định lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ ở điều kiện áp suất (đv chất khí)

và nồng độ (đv chất lỏng) nhất định khi nhiệt độ không thay đổi.

- Phương trình đẳng nhiệt Freundlich:

qe: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha hấp phụ ở trạng thái

cân bằng, mg chất bị hấp phụ / g chất hấp phụ

x: khối lượng chất bị hấp phụ được hấp phụ, mg

m: khối lượng chất hấp phụ, g Ce: nồng độ của chất bị hấp phụ trong nước ở trạng thái cân

bằng, mg/L

Kf : hệ số Freundlich, mg chất bị hấp phụ / g carbon hoạt tính 1/n:thông số cường độ Freundlich

HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng 1

ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT

Đường đẳng nhiệt Freundlich:

HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng 1

ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT

- Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:

qe: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha hấp phụ ở trạng thái

cân bằng, mg chất bị hấp phụ / g chất hấp phụ

x: khối lượng chất bị hấp phụ được hấp phụ, mg

m: khối lượng chất hấp phụ, g Ce: nồng độ của chất bị hấp phụ trong nước ở trạng thái cân

bằng, mg/L

a, b : hằng số kinh nghiệm

HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng 1

- Đường đẳng nhiệt Langmuir:

Nhiệt phân (thiếu oxy)

Hoạt hóa carbon (hơi nước - CO2)

Cấu trúc rỗng của carbon – Than hoạt tính

15

HẤP PHỤ / Vật liệu hấp phụ 1

HẤP PHỤ / Vật liệu hấp phụ 1

Macropore: >25 nm Mesopore: 1 – 25 nm Micropore: <1 nm

Cấu trúc khe rỗng của than hoạt tính

Sinh học

Hữu cơ

Vô cơ

17

HẤP PHỤ / Vật liệu hấp phụ 1

Chitosan Alumina

Nhựa hấp phụ

Công trình hấp phụ

Cột tiếp xúc bên trong Tháp hấp phụ

18

HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ 1

HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ 1

Cột tiếp xúc bên trong

HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ 1

HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ 1

Huyền phù chất hấp phụ (15 – 20%)

TUYỂN NỔI

Tuyển nổi là quá trình tách các hạt rắn và các hạt lỏng lơ lửng không tan ra khỏi nước khi trọng lượng riêng của chúng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước

23

TUYỂN NỔI / Định nghĩa 2

Khả năng tuyển nổi

Mật độ nước thải & pH

Tính ưa nước – kỵ nước

Bóng khí và các chất có hoạt tính bề

mặt

Thời gian tuyển nổi

25

TUYỂN NỔI / Điều chỉnh khả năng tuyển nổi 2

 Tạo ra một môi trường thích hợp cả về mật độ lẫn độ pH của nước thải

 Phải tạo ra trong khối nước thải một pha khác, đó là pha khí (không khí); muốn thế phải thổi không khí vào và làm cho không khí có mức độ phân tán cao

 Tạo ra khả năng tiếp xúc và va chạm giữa các hạt lơ lửng bám chặt lên ranh giới phân chia giữa pha nước và pha khí (khoáng hoá các bóng khí)

 Trong một vài loại nước thải cần dùng thuốc tuyển nổi để làm cho bề mặt hạt lơ lửng cần nổi trở thành kỵ nước và cải tạo bề mặt hạt khoáng vật (dầu/chất rắn lơ lửng) không cần làm nổi trở thành ưa nước

26

TUYỂN NỔI / Các yếu tố ảnh hưởng 2

TUYỂN NỔI / Các phương pháp tuyển nổi 2

Tuyển nổi bằng không khí

Tuyển nổi cấp không khí bằng phương pháp cơ học

1 Buồng tuyển nổi

2 Cấp khi

3 Trục

4 Cánh quạt

Thiết bị tuyển nổi cấp không khí qua đầu vật liệu xốp

1 Buồng tuyển nổi

2 Đầu khuếch tán

3 Rãnh gom rác

4 Bộ phận điều chỉnh mức chất lỏng

Thiết bị tuyển nổi cấp không khí qua tấm lọc

1 Buồng tuyển nổi

• Đưa khí vào phần hút của máy bơm nước thải.

Thiết bị gồm bể hình trụ bên ngoài để bảo vệ thiết bị chân không bên trong Bể được trang bị máy vớt bọt và máy đưa bùn ra Thiết

bị tuyển nổi liên tục nạo vét, tự động xả vào máng bùn và đưa ra bên ngoài nhờ bơm bên dưới thiết bị chân không.

TUYỂN NỔI / Các phương pháp tuyển nổi 2

Tuyển nổi Điện

• Mật độ dòng điện từ 80 – 90Ah/m2 bề mặt của

bể tuyển nổi

• Khí sinh ra khoảng 50 – 60l/h cho 1m2 bề mặt

• Tốc độ nổi nhỏ hơn là tuyển nổi bằng không khí.

Thank You!

33