Chuyên đề xử lý nước bằng phương pháp hóa lý

• Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các tác nhân hóa học.. Lượng bùn cặn sinh ra từ

Thành viên nhóm 2

Nguyễn Thị Ngọc Bích Nguyễn Đại Cường

Hứa Đinh Yến Hằng Phạm Thị Thu Hằng Phan Thị Ngọc Huyền Phan Thị Lanh

Phạm Thị Kim Mai Trần Huỳnh Phương Trần Bá Phan

Ừng Sập

Lê Thị Út Trang

• 1 Keo Tụ Tạo Bông (Keo Tụ và Đông Tụ)

• I.PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG

• I.1 cơ sở lý thuyết

• Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ

biến thành những hạt lớn lắng xuống

• Nhưng quá trình keo tụ tạo bông gồm 2 quá trình chính:

• - Quá trình keo tụ : dựa trên cơ chế phá bền hạt keo.

• - Quá trình tạo bông : tiếp xúc /kết dính giữa ác hạt keo đã bị phá bền Cơ chất tiếp xúc giữa các hạt này bao gồm:

• + Tiếp xúc do chuyển động nhiệt ( chuyển động Brown) tạo

• Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi

là quá trình đông tụ (Coagulation)

• Quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là keo tụ (flocculation)

• Theo thành phần cấu tạo người ta chia ra 2 loại keo:

• Keo kỵ nước (hydropholic) là loại chống lại

các phân tử nước như vàng, bạc, silic …

• Keo háo nước (hydrophilic) là loại hấp thụ

các phân tử nước như vi khuẩn, virus, lòng

trắng trứng … Trong đó keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước và

nước thải

• Những chất keo tụ thường dùng nhất là các

muối nhôm và muối sắt như:

•  Al2(SO4)3, Al2(SO4)3 18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl,

KAl(SO4)2.12H2O,NH4Al(SO4)2.12H2O

• Trong nước có O2 tạo thành Fe(OH)3

• pH thích hợp là 8 – 9 => cú kết hợp với vôi thì keo

c So sánh phèn sắt và phèn nhôm:

• Độ hoà tan Fe(OH)3 < Al(OH)3

• Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1.5 Al(OH)3

• Trọng lượng đối với Fe(OH)3 = 2.4; Al(OH)3 =3.6

• Keo sắt vẫn lắng khi nước có ít huyền phù

• Lượng phèn FeCl3 dựng = 1/3 –1/2 phèn nhôm

• Phèn sắt ăn mòn đường ống

 Trong xử lý nước thải, sử dụng hỗn hợp muối nhôm

và muối sắt với tỷ lệ từ 1:1 đến 1:2 thì kết quả đông

tụ tốt hơn là sử dụng riêng lẻ

• Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:

• Me3+ + HOH  Me(OH)2+ +

H+

• Me(OH)2+ + HOH  Me(OH)+ + H+

• Me(OH)+ + HOH  Me(OH)3 + H+

•

-Me3+ + HOH  Me(OH)3 + 3H+

• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân:

• Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân:

• pH > 4.5 : không xảy ra quá trình thuỷ phân

• pH = 5.5 – 7.5 : đạt tốt nhất

• pH > 7.5 : hiệu quả keo tụ không tốt

• Nhiệt độ của nước thích hợp vào khoảng 20-40oC, tốt nhất 35-40oC

• Ngoài ra còn yếu ảnh hưởng khác như : thành phần Ion, chất hữu cơ, liều lượng…

• Trong qua trình đông tụ (Al2(SO4)3 tác dụng với canxibicacbonat như sau:

• Al2(SO4)3 +3Ca(HCO3)2 Al(OH)3 + 3CaSO4+ 6CO2

• Trong điều kiện kiềm hóa:

• 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaCl2

• FeSO4 + 3Ca(OH)2 Fe(OH)3 + 3CaSO4

• Quá trình kết tủa thường gặp trong xử lý nước là kết tủa carbonate canxi và hydroxyd kim loại Ví dụ như ứng dụng quá trình kết tủa làm mềm nước theo các phương pháp sau:

• + Sử dụng vôi: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  CaCO3 + 2H2O

• + Sử dung natri carbonat: Na2CO3 + CaCl2  2NaCl + CaCO3 

• + Sử dụng xút : 2NaOH + Ca(HCO3)2  Na2CO3 + Ca CO3  +

2H2O

Bên cạn đó, quá trình kết tủa còn được ứng dụng

trong quá trình khử SO42- , F- , PO43- như sau:

Quá trình tạo bông cặn có thể đơn giản hoá trong hình dưới đây

Tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao

phân tử: ( Chất trợ đông tụ Flocculant)

Các chất cao phân tử tan trong nước có cấu tạo

mạch dài, phân tử lượng từ 10- 10g/mol và

đường kính dung dịch trong phân tử khoảng

0.1-1 µm Sử dụng cùng với phèn nhôm hay sắt làm hạ thấp liều lượng phèn sử dụng, giảm thời gian quá trình đông tụ, nâng cao tốc độ lắng

bông keo, làm tăng sự bền vững của hạt bông

keo trong quá trình hoà trộn và lắng cặn.

• Chất trợ đông tụ có nguồn gốc thiên nhiên

thường dùng là tinh bột, dextrin , các ete, cellulose và dioxide silic hoạt tính (x).

• Chất trợ đông tụ tổng hợp thường dùng là

polyacrylamit: Tuỳ thuộc vào nhóm ion khi phân

ly mà các chất trợ đông tụ có ion dương hoặc âm:

polyacrylic acid hoặc polydiallyldimetyl-amon

• Liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest

• Nhược điểm là không bảo quản được lâu, đặc biệt

khi đã hoà tan trong nước, công nghệ sản xuất tốn

kém, giá thành cao

I Bể hoà trộn phèn: lắng cặn, hoà tan phèn cục

Dùng khí nén hoặc cánh khuấy hoà tan phèn

Cấu tạo bể pha phèn hạt với cánh khuấy thẳng”

II Bể tiêu thụ: pha loãng phèn về nồng độ phèn 4 –10% Dùng không khí nén hoặc máy khuấy,

cường độ sục 3 –5 l/s.m2

Cấu tạo phao Khavanshi

III Thiết bị định lượng phèn: điều chỉnh tự động lượng phèn cần thiết đưa vào nước cần xử lý.

Thường dùng thiết bị phao Khavanshi

IV Thiết bị hòa trộn chất phản ứng: dùng để trộn dung dịch chất đông tụ với nước thải có thể bằng máy trộn thủy lực và cơ khí.

THIẾT BỊ KEO TỤ TẠO BÔNG

V Bể phản ứng tạo bông kết tủa: sau khi trộn với

tác chất, nước thải được đưa vào bể tạo bông Sự tạo bông diễn ra chậm sau 10-30 phút Có các loại

bể như sau:

1 Bể phản ứng xoáy: hình trụ hoặc hình phễu

2 Bể phản ứng kiểu vách ngăn: dùng các vách ngăn

để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước

3 Bể phản ứng cơ khí: bể được chia thành nhiều

ngăn, mỗi ngăn có bộ cánh khuấy riêng bịêt.

1.Ống dẫn nước

từ ngăn tách khí vào bể phản ứng2.Bể phản ứng xoáy hình phễu

3 Ống thu nước sang bể lắng

4.Máng vòng có

lỗ chảy ngập

1 Mương dẫn nước

2.Mương xả cặn

3 Cửa đưa nước vào

4 Cửa đưa nước ra 5.Van xả cặn

6.Vách ngăn hướng dòng

Bể phản ứng cơ khí

Bể phản ứng kiểu vách ngăn

VI Bể lắng trong:

Sau khi quá trình keo tụ tạo bông đã xảy ra trong bể phản ứng, các hạt lơ lửng sẽ kết dính trên bông, lắng xuống đáy và được lấy ra khỏi thiết bị Nước sạch

chảy qua các lỗ vào máng thu nước

Ứng Dụng

• Nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng của bể lắng

• Khử màu

• Giảm lượng cặn lơ lửng

• Hiệu quả cao và ổn định

• Có thể thu hồi các chất có giá trị

2 Phương Pháp Trung Hòa

2.1 Khái quát

Nước thải của nhiều ngành công nghiệp có thể

chứa axit hoặc kiềm Đề ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh ảnh hưởng cho quá trình

sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn

nước không bị phá hoại, nước thải cần phải trung hòa Trung hòa còn nhằm mục đích tách loại một

số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương

pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều

chỉnh pH về 6.6 – 7.6

• Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải.

• Một số hóa chất dùng để trung hòa: CaCO3,

CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, CaO0.6MgO0.4, (Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4), NaOH, Na2CO3,

• Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy

thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế

độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá

thành của các tác nhân hóa học Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hòa phụ thuộc vào nồng độ và thành phần nước thải cũng

như liều lượng và tác nhân sử dụng Tùy theo đặc điểm nước thải ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như:

1 Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

2 Bổ xung tác nhân hóa học

3 Lọc nước thải có tính axit qua vật liệu có tác

dụng trung hòa

4 Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axit

2.2 Trung hòa bằng trộn nước thải chứa axit và

nước thải chứa kiềm.

• Phương pháp này cho xử lý nước thải chứa axit hoặc chứa kiềm trong khu công nghiệp được tập trung lại

để xử lý vì chế độ thải của các nhà máy không giống nhau Nước thải chứa axit thường được thải một cách điều hòa ngày đêm và có nồng độ nhất định Nước

thải chứa kiềm lại thải theo chu kỳ, một hoặc hai lần trong một ca tùy thuộc vào chế độ công nghệ.

• Hai nguồn nước thài có tính axit và bazo được hòa

trộn với nhau ở bể trộn 2 tại bể trộn phải đặt thêm hệ thống bổ sung hóa chất phòng trường hợp pH vẫn

chưa được trung hòa đến mức độ cần thiết Sau đó

nước hổn hợp được đưa qua bể lắng 3 và ra ngoài.

1 Dòng thải acid

Bổ sung hóa chất khi cần

Dònh thải

đã trung hòa

Hình 2.1 Sơ đồ trung hòa bằng cách trộn 2 nguồn thải acid và kiềm

2.3 Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào

nước thải.

• Nước thải axit được trung hòa bằng tác nhân kiềm.

• Nước thải kiềm được trung hòa bằng tác nhân axit.

• Liều lượng hóa chất thêm vào được xác định theo

điều kiện trung hòa hoàn toàn lượng axit hoặc kiềm có trong nước thải và lấy lớn hơn so với tính toán một ít.

• Hóa chất thêm vào có thể dùng ở dạng dung dịch hay dạng bột.

• Đưa hóa chất vào nước thải bằng bơm định lượng

• Để trung hòa nước thải axit có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3,

NaHCO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômit

(CaCO3.MgCO3) Song tác nhân rẻ tiền nhất là sữa vôi 5% - 10% Ca(OH)2, tiếp đến là sôđa và NaOH công nghiệp

• Trong nước thải axit và kiềm thường chứa các ion kim loại Vì vậy liều lượng tác nhân tham

gia phản ứng trung hòa cần tính đến cả yếu tố tạo thành cặn muối các kim loại nặng

Hóa chất trung hòa

Dòng thải ra

Dòng thải vào

Hình 2.2 Sơ đồ bể trung hòa nước thải

2.4 Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hòa.

• Nước thải chứa axit với hàm lượng lớn hơn 5 mg/l và không chứa muối kim loại nặng có thể trung hòa bằng cách lọc liên tục qua bể lọc

• Vật liệu lọc: đá vôi, magietit, đôlômit, đá hoa

cương, … với cỡ hạt 3 – 8 mm

• Tốc độ lọc tính toán phụ thuộc vào loại vật liệu nhưng không quá 5m/h và thời gian tiếp xúc

không quá 10 phút

• Trong các bể lọc, nước có thể chuyển động

theo phương ngang hoặc thẳng đứng

• Người ta thường dùng các vật liệu lọc như

magietit (MgCO3), đôlômit, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ tro làm lớp vật liệu lọc Các vật liệu trên được sử dụng ở dạng cục với kích thước 30 – 80 mm Quá trình có

thể được tiến hành trong thiết bị lọc đặt nằm

ngang hay thẳng đứng

• Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO3 qua lớp

đá vôi, thường chọn vận tốc lọc từ 0.5 – 1 m/h Trong trường hợp lọc nước thải chứa 0.5%

H2SO4 qua lớp đôlômit, tốc độ lọc lấy từ 0.6 –

0.9 m/h, nếu nồng độ 2% H2SO4 thì tốc độ lọc lấy bằng 0.35 m/h

Nước thải vào

Nước thải ra Vật liệu trung hòa

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo thiết bị trung hòa bằng vật liệu lọc

2.5 Trung hòa nước thải chứa kiềm bằng khói thải lò hơi.

• Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gằn đây người ta đã sử dụng các khí thải chứa

CO2, SO2, NO2, N2O, … Việc sử dụng khí axit không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí

thải khỏi các cấu tử độc hại

• Trung hòa nước thải kiềm bằng khói thải lò hơi

là biện pháp rất kinh tế và hợp lý về mặt môi

trường (giải quyết đồng thời cả về ô nhiễm

nước và ô nhiễm không khí)

• Thành phần khói thải lò hơi chứa 14% CO2 và

1 hổn hợp các khí SOx, NOx, CO, bụi có tính

axit và có thể dùng để trung hòa kiềm

• Các phản ứng xảy ra khi trung hòa:

CO2 + H2O H2O

H2CO3 + 2NaOH Na2CO3 + 2H2O

H2CO3 + Na2CO3 2NaHCO3 + H2O

3 Phương pháp tuyển nổi

3.1 Giới thiệu chung

Trong xử lý chất thải tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn

khi các hạt đã nổi lên bề mặt,chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt Quá trình này

còn được sử dụng để tách các loại xơ sợi bột

giấy, khử mực, quặng sunfit, cacbonat và các

ôxit

3.1 Giới thiệu chung

Quặng phosphat, apatit và than cũng được tách bằng công nghệ tuyển nổi Quá trình tuyển nổi cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý chất thải công nghiệp, các chất

béo, dầu mỡ và các chất rắn phân tán trong nước thải

3.1 Giới thiệu chung

Các quá trình này được gọi là quá trình

tuyển nổi khí hòa tan (Dissolved Air

Flotation-DAF) Thực chất, quá trình DAF

được sử dụng để loại bỏ dầu mỡ trong nước thải của các nhà máy lọc dầu, hóa dầu, các nhà máy hóa chất, các nhà máy xử lý khí

thiên nhiên và các cơ sở công công nghiệp khác

3.2 Nguyên tắc

Tuyển nổi là quá trình tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ

trọng của chất lỏng làm nền bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt hoặc các

chất thấm ướt Nếu sự khác nhau về tỉ trọng

đủ để tách gọi là tuyển nổi tự nhiên

3.3 Cơ sở khoa học

Những cơ sở lý thuyết cơ bản về tuyển nổi dựa trên thành tựu nghiên cứu hóa lý hiện đại Ngày nay, người ta dựa trên cơ sở lý thuyết để điều khiển quá trình công nghệ

tuyển nổi cũng như có thể điều chỉnh tỷ lệ thành phần các cấu tử tạo ra chất tuyển nổiphù hợp với tính chất của từng hỗn hợp cầntuyển

3.3 Cơ sở khoa học

Ðể giải thích sự bám dính của thành phần cần tuyển nổi lên bề mặt bọt khí tạo ra bởi chất tuyển nổi vả nổi lên bề mặt hỗn hợp.Người ta đưa ra nhiều giả thuyết giải thích bằng hoá học lượng tử giữa mức năng

lượng của các orbital đầy điện tử của tác nhân tuyển nổi với orbital trống của thành phần cần tuyển nổi, hoặc là giải thích bằng

mô hình orbital phân tử

3.3 Cơ sở khoa học

Tóm lại, ngày nay người ta phân biệt 3 loại

cơ chế cơ bản về sự bám dính của các tác nhân tuyển nổi lên bề mặt thành phần tuyển nổi:

Sự hấp phụ do lực tĩnh điện

Sự hấp phụ hoá học

Sự hấp phụ vật lý

hệ thống chất tuyển nổi.

3.3 Cơ sở khoa học

Sự hấp phụ hoá học được xảy ra do sự hình thành có liên kết phối trí giữa chất tuyển nổi

và thành phần cần tuyển nổi Mối liên kết

phối trí này được tạo nên trong phần lớn các trường hợp có sự tác dụng của tác nhân

chất tuyển nổi (trong thành phần có chứa

những nguyên tử có đôi điện tử tự do như N,

S, O, P hoặc là

các liên kết đôi) với thành phần cần tuyển

nổi, mà nó chứa các cation có số lượng tử

chính n ≥2

Ðiều kiện cần thiết để có sự tác dụng giữa

thành phần tuyển và tác nhân chất tuyển nổi dạng ion (Y-) (ngoại trừ trường hợp xảy ra

phản ứng dị thể) là sự thủy phân hoặc oxi

hoá thành phần tuyểntạo nên liên kết phân

cực trên lớp bề mặt Kết quả sự tách và đẩy hạt tích điện âm xảy ra dễ dàng

3.3 Cơ sở khoa học

Dạng liên kết phối trí này có tính đối xứng δ

và π Như vậy, sự bám dính giữa các tác

nhân chất tuyển nổi và bề mặt thành phần

tuyển nổi xảy ra chặt chẽ hơn và chọn lọc

hơn khi mối liên kết của chúng có những tính chất cơ bản (như: độ dài, năng lượng, số

phối trí) gần với liên kết trong mạng tinh thể của thành phần tuyển nổi Hạn chế của quan điểm này là không xem xét về bản chất liên kết tác nhân - thành phần tuyển nổi Không

có sự nhìn nhận nhất quán về sự tác dụng

của tác nhân ion và non - ion

3.3 Cơ sở khoa học

Trong quá trình hấp phụ phần lớn các chất

tuyển nổi trong phân tử của nó có chứa O, N,

P biểu hiện các tính chất theo những quy luật sau:

Tính axit của các chất tuyển nổi càng yếu thì

3.3 Cơ sở khoa học

Khi có sự hình thành liên kết π hoặc có sự tác dụng tĩnh điện thì xảy ra quy luật ngược lại Giá trị hằng

số phức của chất tuyển nổi với các cation kim loại

có trong mạng tinh thể của các thành phần tuyển

nổi cần tách càng lớn thì chất tuyển nổi càng có

tính chọn lọc cao Giá trị hằng số tạo phức K và

tính hoạt hoá Khh đặc trưng cho sự bám dính của

chất tuyển nổi ion liên hệ với nhau theo phương

3.3 Cơ sở khoa học

Dựa vào đây người ta có thể đánh giá được ảnh hưởng về tính chất axit bazơ của chất tuyển nổi, kim loại và pH của dung dịch lên sự hấp phụ tối đa của chất tuyển nổi Sự hấp phụ tối đa của chất

tuyển nổi bị dịch chuyển vào vùng pH thấp hơn khi

ta tăng tính axit của chất tuyển nổi và các cation trong mạng tinh thể Ðể tính toán giá trị pH tối đa (pHopt) sử dụng mối tương quan sau:

(H+)opt = KHRKW/KMeOH)1/2

Trong đó:

KHR là hằng số ion hoá chất tuyển nổi

KW là tích số ion của nước KMeOH là hằng số không bền của phức hidroxo kim loại