báo cáo sơ bộ các phương pháp hóa học trong xử lý nước

Quá trình xử lý sinh học• Các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật.. Nguyên lý chung của quá trình oxy h

PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA KHỬ

1 Oxy hóa bằng clo

• Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng:

Cl2 + H2O = HOCl + HClHOCl ↔ H+ + OCl-

• Tổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính

• Quá trình tách xyanua ra khỏi nước được tiến hành ở môi trường kiềm (pH=9).

• Xyanua có thể bị oxy hóa tới nitơ và CO2 theo phương trình sau:

CN- + 2OH- + Cl2 CNO- + 2Cl- + H2O

2CNO- + 4OH- + 3Cl2 CO2 +6Cl- + N2 + 2H2O

1 Oxy hóa bằng clo

1 Oxy hóa bằng clo

• Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là:

 10 g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học

 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn

1 Oxy hóa bằng clo

Nhược điểm:

• Khi hòa tan clo vào nước sẽ xảy ra hiện tượng axit hóa theo phản ứng:

Cl2 + H2O HCl + HOCl

• Thêm kiềm để trung hòa axit clohidric tự do

• Nếu không đảm bảo điều kiện này rất có thể tạo thành cloxian một sản phẩm độc của quá trình oxy hóa trực tiếp xianua;

2CN- + Cl2 2ClCN

1 Oxy hóa bằng clo

2 Phương pháp oxy hóa dùng tác nhân là H2O2

• Hyđro peoxit H2O2là một chất lỏng không màu

• H2O2 là một chất oxy hóa mạnh, Thế oxy hóa của nó là 1,76

• Trong nước nó phân ly theo phản ứng

H2O2 + H2O -> HO2¯ + H3O+ với pK=11,6 (1)

• Trong môi trường axit, H2O2 thể hiện rõ chức năng oxy hóa còn trong môi trường kiềm là chức năng khử

Trong môi trường axit:

2H+ + H2O2 + 2e 2H2OTrong môi trường kiềm:

2OH- + H2O2 – 2e 2H2O + 2O

• Trong môi trường axit, H2O2 chuyển muối Fe2+ thành muối Fe3+, HNO2 thành HNO3 và SO32- thành SO42-

2Fe2+ (dd) + H2O2 + 2 H+(dd) → 2 Fe3+ (dd) + H2O(l)

• Trong môi trường kiềm, Fe3+ bị khử thành Fe2+

2 Fe3+ + H2O2 + 2OH− → 2 Fe2+ + 2H2O + O2

Nước thải chứa sắt

• Xyanua (CN-) bị oxy hóa ở môi trường kiềm (pH =9-12) thành xianat (CNO-).

CN- + H2O2 OCN- +H2O

• Trong quá trình loại bỏ clo trong nước

H2O2 + Cl2 O2 + 2HCl

H2O2 + NaClO NaCl + O2 + H2O

Nước thải chứa xyanua

3.Oxy hóa bằng oxy trong không khí

• Oxy trong không khí được sử dụng để tách sắt ra khỏi nước theo phản ứng sau:

4Fe2+ + O2 + 2H2O 4Fe3+ + 4OH

-Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+

Giàn mưa

3.Oxy hóa bằng oxy trong không khí

Nhà máy giấy Nhà máy chế biến dầu mỏ

Nước thải chứa sunfua

• Quá trình oxy hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra qua các giai đoạn thay đổi hóa trị của lưu huỳnh từ -2 đến +6:

S 2- S SnO62- S2O32- SO32- SO4

2-• Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng và mức độ oxy hoa sunfua và hydrosunfua tăng Theo lý thuyết để oxy hóa 1g sunfua lưu huỳnh tiêu tốn 1g oxy.

3.Oxy hóa bằng oxy trong không khí

Quá trình xử lý sinh học

• Các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật

1 Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa

Chất hữu cơ hòa tan

Tế bào vi sinh vật

Quá trình này gồm 3 giai đoạn

1 Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa

• Phương trình tổng quát của quá trình oxy hóa sinh hóa trong điều kiện hiếu khí có dạng như sau:

CxHyOzN + (x +y/4 +z/3 +3/4) O2 xCO2 + (y-3)/

• Khi không đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hóa chất liệu tế bào (tự oxy hóa).

1 Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa

Quá trình xử lý nước thải bằng Vi sinh vật thực chất là một quá trình lên men Xử lý nước thải với quá trình sinh trưởng bám dính rất gần với quá trình lên men theo phương pháp cố định tế bào

sự phát triển của tế bào và động học của quá trình

lên men

Vùng 1: giai đoạn làm quen, pha tiềm tàn/ pha lag

vùng 2: giai đoạn sinh sản theo cách phân đôi tế bào ( theo cấp số nhân)/ giai đoạn lũy tiến hay pha sinh trưởng logarit/ pha số mũ (pha log)

Vùng 3: giai đoạn sinh trưởng chậm dần/ pha sinh trưởng chậm dần

vùng 4: giai đoạn sinh trưởng ổn định/ pha ổn định

Vùng 5: giai đoạn suy tàn/ pha oxy hóa nội bào

(a )- Ảnh hưởng của sự hạn chế chất dinh dưỡng đối với sản lượng chung của vi

sinh vật Lúc nồng độ đủ cao thì sản lượng chung sẽ đạt tới ổn định.

(b)- Ảnh hưởng của sự hạn chế chất dinh dưỡng tới tốc độ sinh trưởng

Nồng độ chất dinh dưỡng và sinh trưởng

sự phát triển của tế bào và động học của quá trình

lên men

Ở các điều kiện nhiệt độ, độ pH…không đổi trong trường hợp dư thừa cơ chất tốc độ phản ứng lên men tuyến tính bậc nhất với nồng độ men

nhiệt độ

độ pHnồng độ menchất kìm hãm

chất hoạt hoá và nồng

độ của cơ chấttốc độ phản ứng lên men chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố

môi trường

• Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng lên men vào nồng độ cơ chất S và

nồng độ men E tuân theo phương trình Michaelis – Menten (1913):

K m là hằng số phân ly phức chất/hằng số Michaelis- Menten (mol/l).

sự phát triển của tế bào và động học của quá trình

lên men

Monod đã biểu thị sự ảnh hưởng của nồng độ cơ chất sinh trưởng giới hạn S tới tốc độ sinh trưởng riêng µ của vi sinh vật bằng phương trình kinh nghiệm có dạng:

µ = {µ0.[S]} / {Ks + [S]}

Trong đó:

µ là tốc độ sinh trưởng riêng (1/s)

µ0 là tốc độ sinh trưởng riêng cực đại (1/s)

[S] là nồng độ cơ chất sinh trưởng giới hạn (mg/l)

Ks là hằng số bán bão hoà có giá trị bằng nồng độ cơ chất khi

µ = µ0 / 2(mg/l)

sự phát triển của tế bào và động học của quá trình

lên men

Như vậy tốc độ sinh trưởng thực của vi sinh vật tính theo: