Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng keo tụ – tạo bông - lắng

Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng keo tụ – tạo bông - lắng

XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG KEO TỤ – TẠO BÔNG - LẮNG.

I.Giới thiệu sơ lược về nước thải dệt nhuộm :

1.Giới thiệu :

Nước thải với khâu dệt nhuộm – hoàn tất vải của mình đã và đang là nguồngây ra ô nhiễm môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như về chất , mà nguồngây ra ô nhiễm chínhlà nước thải các loại từ phân xưởng dệt nhuộm – hoàn tất vảithải ra

 Chất tạo môi trường

 Tinh bột , chất oxi hóa …

 Đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng hòa tan dưới dạng ion và các chấtkim loại nặng đã làm tăng thêm tính độc hại không những trong thời giantrước mắt mà cón lâu dài về sau đến môi trường sống

Vì có thành phần độc hại , nước thải dệt nhuộm có khả năng gây ra ô nhiễmmạnh đến môi trường và sức khỏe con người

Một đặc điểm nữa là thành phần nước thải hầu như không ổn định thay đổitheo công nghệ và mặt hàng , vì vậy việc xác định chính xác thành phần và tínhchất nước thải không dễ dàng

Chính vì vậy việc tìm hiểu thành phần , tính chất nước thải từ đó nghiên cứucông nghệ và đề xuất công nghệ xử lí của chúng là việc làm thiết yếu

2 Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm :

3 Tính chất nước thải ra từng công đoạn :

Chu n b nhu m : ẩn bị nhuộm : ị nhuộm : ộm :

R , h , n u ,t y ũ , hồ , nấu ,tẩy ồ , nấu ,tẩy ấu ,tẩy ẩn bị nhuộm :

Làm bóng

Nhu m ộm : In bông

C m màu ầm màu

H v ngồ , nấu ,tẩy ăng

C o lông ạo lông

Co i ủi

óng ki nĐóng kiện ện

Chu n b s i ẩn bị nhuộm : ị nhuộm : ợi nguyên li uện H s i ồ , nấu ,tẩy ợi

Gi t , t y ặt , tẩy ẩn bị nhuộm :

Ki m g pểm gấp ấu ,tẩy

Nguyên liệu dệt trực tiếp là các loại sợi Nhìn chung các loại vải đều được dệt

từ 3 loại sợi sau :

Sợi cotton : được kéo từ sợi bông vải , có đặc tính hút ẩm cao , xốp , bềntrong môi trường kiềm , phân hủy trong môi trường axit , cần phải xử lí kỹtrước khi loại bỏ tạp chất

Sợi pha PECO (Polyester và cotton ) là sợi hóa học dạng cao phân tử đượctạo thành từ quá trình tổng hợp hữu cơ , hút ẩm kém , cứng ,bền ở trạng tháiướt sơ, sợi này bền với axit nhưng kém bền với kiềm

Sợi cotton 100% , PE % , sợi pha 65% PE và 35% cotton …

b Nguyên liệu và in hoa :

Các phẩm nhuộm được sử dụng bao gồm :

Phẩm nhuộm phân tán : là phẩm không tan trong nước nhưng ở dạng phân

tán trong dung dịch và có thể phân tán trên sợi , mạch phân tử thường nhỏ

có thể nhiều họ khác nhau : anthraquinon , nitroanilamin …được dùng đểnhuộm sơ : poliamide , poliester , axêtat …

Phẩm trực tiếp : Dùng để nhuộm vải cotton trong môi trường kiềm , thường

là muối sunfonat của các hợp chất hưu cơ : R – SO3Na Kém bền với ánhsáng va khi giặt giũ

Phẩm nhuộm axit : đa số những hợp chất sulfo chứa một hay nhiều nhóm

SO3H và một vài dẫn xuất chứa nhóm COOH dùng nhuộm trực tiếp các loại

tơ sợi chứa nhóm bazơ như : len , tơ , poliamide …

Phẩm nhuộm hoạt tính : có công thức tổng quát : S – F – T = X , trong đó F

: phân tử mang màu , S: nhóm tan trong nước (SO3Na, COONa) , T: gốcmang phản ứng ( có thể là nhóm clo hay vinyl ) , X : nhím có kah năngpảhn ứng …

Thuốc sẽ phản ứng sơ trực tiếp và sản phẩm phụ là HCl nên cần nhuộmtrong môi trường kiềm yếu

Phẩm hoàn nguyên : bao gồm các họ màu khác nhau như : indigo , dẫn xuất

anthraquinon , phẩm sunfua … dùng để nhuộm chỉ ,sợi bông , visco , sợitổng hợp

Ngoài ra để mặt hàng bền và đẹp thích hợp với nhu cầu , ngoài phẩmnhuộm cón sử dụng các chất trợ khác : chất thấm , chất tải , chất giặt , chất

điện ly (Na2SO4) , chất đieu chỉnh pH ( CH3COOH , Na2CO3 , NaOH ) ,chất hồ chóng mốc , hồ mềm , hồ láng , chất chống loang màu …

c Từng công đoạn của công nghệ :

tiên qua công đoạn đánh ống nhằm loại bỏ xơ ,cặn bẩn

trong quá trình dệt , sau khi hồ sợi xong vải sẽ đem đi dệt Hóa chất hồsợi bao gồm : tinh bột , keo động vật , (cazein và zelatin ) , chất làmmềm , dần thảo mộc , chất béo ,chất giữ ẩm CaCl2 , glyxerin , chấtchống mốc fenol

 Phân trục , tẩy và giũ hồ

o Phân trục : xác định lượng phẩm màu nhuộm và các phụ gia khác

theo khối lượng vải cần nhuộm

o Nấu tẩy : có tác dụng phá hủy các tạp chất xenluloza như peptin

chứa nitơ , pentoza ,… đồng thời tách dễ dàng các axit béo khỏivải , ở nhiệt độ lớn hơn 850C sáp bị nóng chảy , nhũ hóa , tách khỏi

bề mặt vải Mặt khác quá trình nấu cón làm biến đổi cấu trúc xơ ,

dễ hấp phụ thuốc nhuộm Hóa chất trong công đoạn này bao gồm :NaOH , NaHSO3 , Na2SiO3 , H2O2 , chất hoạt động bề mặt tác dụngnhũ hóa sáp , giảm sức căng bề mặt , tạo điều kiện cho dung dịch

dễ thấm vào vải Tẩy trắng : công đoạn này được dùng cho sảnxuất các loại vải trắng , do sau khi nấu các thành phần vải còn chứacác chất màu thiên nhiên chưa bị hủy hoại , đồng thời xenlulozơ cókhả năng hấp phụ các chất sẫm màu trong nước nấu

o Giũ hồ : quá trình này được thực hiện bằng cách ngâm ủ hóa

chất , sau đó giặt ép bằng nước nóng để loại sạch các tạp chất , tinhbột … Thông thường các hóa chất cho vào là acid loãng , NaOH ,chất oxi hóa H2O2 , men gốc thực vật , động vật , xà bông …

nhuộm Trong giai đoạn này ta sử dụng các hóa chất như :NaOH ,

CH3COOH , chất tạo môi trường kiềm hay axit , phẩm nhuộm chất hoạt

động bề mặt , chất khử , chất điện ly Đối với các mặt vải khác nhauđòi hõi phẩm nhuộm và môi trường khác nhau

thừa … qui trình tẩy giặt bao gồm xà phòng hay hóa chất giặt tổng hợp

ở nhiệt độ khoảng 800 C , sau đó xả lạnh với các chất tẩy giặt thôngdụng như là : xà phòng , sôđa

và theo đúng yêu cầu như : chống mốc , chống cháy , mềm , chống màu

…hoặc trở về trạng thái tự nhiên sau quá trình căng kéo , co rút ở cáckhâu trước hay thẳng nếp ngay ngắn

Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước thải lớn phục vụ cho cáccông đoạn sản xuất đồng thời thải ra một lượng nước thải rất lớn tương ứng bìnhquân khoảng 12 – 300 m3 / tấn vải Trong số đó hai nguồn nước cần giải quyếtchính là từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy

Nước thải tẩy giặt có pH lớn từ 9 – 12 , hàm lượng chất hữu cơ cao (COD

= 1000 – 3000 mg/l ) do thành phần các chất tẩy gây nên Độ màu của nước tẩykhá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể ên đến 10.000 Pt – Co , hàmlượng cặn lơ lửng SS có thể đạt đền trị số 2000 mg/l , nồng độ này giảm dần ởcuối chu kì xả và giặt Thành phần của nước thải chủ yếu bao gồm : thuốc nhuộmthừa , chất hoạt động bề mặt , các chất oxi hóa , sáp xút , chất điện ly v v…

Còn thành phần nước thải nhuộm thì không ổn định và đa dạng , thay đổingay trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau

Nhìn chung nước thải dệt nhuộm bao gồm các gốc như : R – SO3Na , N –

OH , R – NH2 , R – Cl pH nước thải thay đổi từ 2 – 14 , độ màu rất cao đôi khilên đến 50.000 Pt – Co , hàm lượng COD thay đổi từ 80 – 18000 mg/l Tùy theotừng loại phẩm nhuộm mà ảnh hưởng đến tính chất nước thải

Thành phần và tính chất nước thải thay đổi liên tục trong ngày Nhất làtại các nhà máy sản xuất theo qui trình gián đoạn , các công đoạn như giặt , nấutẩy , nhuộm đều thực hiện trên cùng một máy , do vậy tùy theo giai đoạn nước thảicũng biến đổi , dân đến độ màu , hàm lượng chất hữu cơ , độ pH , hàm lượng cặnđều không ổn định

Bên cạnh hai nguồn đặc trưng trên , nước thải ở các khâu hơ sợi , giặt xảcũng có hàm lượng hữu cơ cao , Ph vượt tiêu chuẩn xả thải tuy nhiên công đoạn

hồ sợi , lượng nước được sử dụng rất nhỏ , hầu như toàn bộ phẩm hồ đượ bám trênvải , nước thải chỉ xả ra khi làm vệ sinh thiết bị nên không đáng kể

Nước thải công nghệ dệt nhuộm gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối vớimôi trường sống : độ màu , pH , TS , COD ,nhiệt độ vượt quá tiêu chuẩn cho phép

xả vào nguồn Hàm lượng chất bề mặt đôi khi quá cao , khi thải vào nguồn nướcnhư sông , kênh rạch tạo màng nội trên bề mặt , ngăn cản sự khuếch tán của oxivào môi trường gây nguy hại chi hoạt động của thủy sinh vật , mặt khác một sốcác hóa chất chứa kim loại như crôm ,nhân thơm , các phần chứa độc tố khôngnhững có thể tiêu diệt thủy sinh vật mà cón gây hại trực tiếp đến dân cư ở khu vựclân cận gây ra một số bệnh nguy hiểm như ung thư

Điều quan trọng là độ màu quá cao , việc xả thải liên tục vào nguồn nước

đã làm cho độ màu tăng dần , dẫn đến hiện trạng nguồn nước bị vẫn đục , chínhcác thuốc nhuộm thừa có kảh năng hấp thụ ánh sáng , ngăn cản sự khuếch tán củaánh sáng vào nước , do vậy thực vật dần dần bị hủy diệt, sinh thái nguồn nước cóthể bị ảnh hưởng nghiêm trọng

II Quá trình keo tụ , tạo bông :

1 Cấu tạo hạt keo :

Đường kính hạt < 1m , là thành phần chính gây ra độ đục

Các hạt cặn nguồn Silic , hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm , ngượclại các hydroxit Al, Fe mang điện tíc dương Khi các cân bằng thế điệnđộng của nước bị phá vỡ , các thành phần mang điện tích sẽ kết hợphoặc dính kết các nguyên tử hoặc các ion tự do , các tổ hợp trên gọi làcác hạt keo có thể là hạt keo kị nước hoặc là keo háo nước

Kị nước : Không ái lực với nước , dễ keo tụ , phần lớn là keo

vô cơ

Háo nước : Ai lực mạnh với nước , hấp thụ nước và cản trởquá trình keo tụ , phần lớn là chất hữu cơ

Lực đẩy tĩnh điện có xu hướng ngăn cản sự kết hợp giữa các hạt keotích điện cùng dấu va Khi hạt keo xích lại gần nhau thì ban đấu lục đẩytĩnh điện lớn hơn lực hút phân tử nên hợp lực tăng dần Nếu các hạt keo

có năng lượng động học lớn hơn lực đẩy tĩnh điện , thì chúng sẽ xích lạigần nhau hơn , lực hút phan tử giữa chúng sẽ tăng rất nhanh và các hạtdính kết được với nhau

Trong thực tế việc tăng năng lượng động học của hạt keo rất khó thựchiện nên phương pháp thông dụng là giảm lực đẩy tĩnh diện giữa các hạtkeo , nghĩa là giảm điện thế Zeta của hạt keo Để lực hút phân tử thắnglực đẩy tĩnh điện thì điện thế zeta của hạt keo phải nhỏ hơn 0.03 V và

quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao khi điện thế Zeta bằng không

2 Tính chất bề mặt hạt keo:

Là yếu tố quan trọng gây khó khăn lắng trọng lực

Hấp phụ : có khuynh hướng kéo các chất xung quanh do lực vạn vật hấpdẫn

Tính điện động : hạt keo thường mang điện tích do sự ion hóa cúa cácnhóm chức trên bề mặt và hấp thụ các ion của dung dịch bên ngoài

Điện chuyển : các hạt di chuyển về phía cực mang điện tích trái dấu ở tốc

độ tỉ lệ với Gradien điện thế hình thành trong dung dịch

Điện thế Zeta : Khi một hạt chuyển động trong trường điện , một phần nướcgần bề mặt chuyển động và hình thành mặt cắt giữa khối dung dịch và lớpnước kéo theo Điện thế Zeta là điện thế tại mặt cắt

3 Cơ chế keo tụ – tạo bông :

Cơ chế tạo cầu nối :

Phản ứng 1 : Hấp phụ ban đầu ở liều lượng polime tối ưu Phân tửpolime dính vào hạt keo

Phản ứng 2 : Hình thành bông cặn Đuôi polime đã hấp phụ có thể duỗi

ra và gắn kết với vị trí trống trên bề mặt hạt keo khác  hình thànhbông cặn

Phản ứng 3 : Hấp phụ lần hai của polime Nếu đoạn cuối duỗi ra vàkhông tiếp xúc với vị trí trống trên hạt khác  gấp lại và tiếp xúc vớimặt khác của chính hạt đó  ổn định lại

Phản ứng 4 : khi liều lượng polime dư Nếu polime thêm vào dư nhiều ,

bề mặt hạt bảo hòa các đoạn polime  không có vị trí trống để hìnhthành cầu nối  hạt keo ổn định trở lại

Phản ứng 5 : Vỡ bông cặn , vỡ vụn bông cặn khi xáo trộn nhiều

Trong toàn bộ quá trình (5 phản ứng tên ) Cơ chế chính là : Hấp phụ vàtạo cầu nối Cơ chế phụ : Trung hòa điện tích

4.Quá trình keo tụ tạo bông :

Khi chất keo tụ co vào nước và nước thải , các hạt keo trong nước bị mậttính ổn định , tương tác với nhau , kết cụm lại hình thành các bông cặn lớn , dễlắng Quá trình mất tính ổn định của hạt keo là quá trình lý hóa phức tạp , có thểgiải thích dựa trên các cơ chế sau :

Giảm điện thế Zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng của lực hấpdẫn Vander Waals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấpthêm ,các hạt keo trung hòa điện kết cụm và tạo thành bông cặn

Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tínhtrên hạt keo

Các bông cặn hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trênquĩ đạo lắng xuống

Quá trình keo tụ thông thường áp dụng khử màu , hàm lượng cặn lơ lửngtrong xử lí nước thải

5.Các phương pháp keo tụ :

a Keo tụ bằng chất điện ly :

Bản chất của phương pháp là cho thêm vào nước các chất diện ly ở dạngcác ion ngược dấu Nhờ chuyển động Brown các hạt keo với điện tích bé khi vachạm dễ kết dính bằng lực hút phân tử tạo nên các bông cặn ngày càng lớn

Quá trình keo tụ bằng chất điện ly được đánh giá như một cơ chế keo tụ tối

ưu khi sử dụng chất điện ly với các ion có hóa trị càng lớn thì hiệu quả keo tụcàng cao và liều lượng chất điện ly càng giảm đi

Phương pháp keo tụ bằng chất điện ly đòi hỏi liề lượng chất keo tụ cho vàonước phải rất chính xác

Nếu nồng độ các chất điện ly trong nước vượt quá mức cần thiết sẽ gây raquá trình tích điện trở lại đối với các hạt keo , làm điện thế Zeta tăng lên và hiệuquả keo tụ sẽ giảm đi

b Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu (keo tụ bằng phương pháp hóa lý):

Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách tạo ra trong nước một hệ keomới tích điện ngược dấu với keo cặn bẩn trong nước thiên nhiên và các hạt keotích điện trái dấu sẽ trung hòa lẫn nhau

Chất keo tụ thường sử dụng là phèn Al và Fe và được đưa vào nước dướidạng dung dịch hòa tan , sau phản ứng thủy phân chúng tạo thành hệ keo mớimang điện tích dương có khả năng trung hòa các loại keo mang điện tích âm

Quá trình keo tụ xảy ra như sau : Khi cho phèn vào nước , nó sẽ phân lythành các ion hòa tan theo phương trình :

cơ , các chất mùi vị …tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước

Từ đó ta thấy nồng độ các phân tử Al(OH)3 và Fe(OH)3 trong nước sau quátrình thủy phân các chất keo tụ là yếu tố quyết định hiệu quả keo tụ

Trong thực tế , lượng phèn tối ưu sử dụng cho mỗi nguồn nước được xácđịnh cụ thể bằng thực nghiệm tại nguồn nước , có thể sử dụng theo bảng sau : Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nước nguồn :

Hàm lượng cặn của nước

nguồn (mg/l)

Lượng phèn Al2(SO4)3

(mg/l)Đến 100

c Tăng cường quá trình keo tụ bằng hợp chất cao phân tử :

Các hợp chất cao phân tử gốc vô cơ như axit silic hoạt hóa , hoặc gốc hữu

cơ như polyacrylat , polyacrylamin đều có thể dùng để làm chất tăng cường choquá trình keo tụ của phèn

Trong một vài trường hợp các chất này có thể được dùng làm chất keo tụthay phèn Khác với phương pháp keo tụ bằng chất điện ly hoặc bằng hệ keongược dấu , cơ chế phản ứng chủ yếu ở đây là các tương tác hóa học

Do hình dạng và kích thước của các cao phân tử lớn và dài nên các hợp chấtcao phân tử keo tụ các hạt cặn bẩn trong nước dưới dạng liên kết chuỗi , kiểu nàyrất thuận lợi cho quá trình hình thành và lắng bông cặn

Tuy nhiên hợp chất cao phân tử đòi hỏi công nghệ sản xuất cao nên biệnpháp này ít được áp dụng trong kỹ thuật xử lý nước ở nước ta hiện nay

d.Keo tụ tiếp xúc :

Lợi dụng khả năng kết bám của các hạt cặn lên bề mặt của các hạt vật liệu lọcnhư cát … các nhà khoa học Liên Xô (cũ ) đã đưa ra phương pháp lọc tiếp xúc dựatrên nguên lý keo tụ tiếp xúc

Về bản chất sự kết bám của các hạt cặn lên bề mặt vật liệu lọc là quá trình keo

tụ Trong điều kiện thủy động thuận lợi , các hạt cặn chuyển động gần bề mặt cáchạt vật liệu và dính kết lẫn nhau

Quá trình hình thành bông cặn trong môi trường tiếp xúc diễn ra với tốc độnhanh và hiệu quả hơn sự tạo thành bông môi trường chất lỏng Vì cường độ vachạm giữa các hạt cặn với các hạt vật liệu lọc có kích thước lớn cao hơn nhiều sovới cường độ va chạm dính kết với các hạt lớn không mang điện của lớp vật liệulọc do lực hút phân tử

Thực tế cho thấy ngay cả khi nồng độ các hạt còn chưa đủ để tạo điều kiện keo

tụ trong môi trường nước , nhưng trong môi trường tiếp xúc quá trình keo tụ đãxảy ra

6.Hóa chất dùng để keo tụ:

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứngthích hợp như : phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 koặc FeCl3 Các loạiphèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ trung hòa ion H+thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hóa thông dụng là vôi (CaO) ,sođa (Na2CO3) , hoặc xút (NaOH)

Ưu điểm của phèn sắt đối với phèn nhôm :

 Liều lượng phèn Fe dùmg để kết tủa chỉ bằng 1/3 – ½ liều lượng phènAl

 Phèn Fe ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng.

Nhược điểm của phèn Fe đối với phèn Al:

Gây ăn mòn đường ống mạnh

7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

Nhiệt độ :

Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình keo tụ , khi nhiệt độ nướctăng , sự chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên làm tăng tần số va chạm

và hiệu quả kết dính tăng lên

Thực tê cho thấy khi nhiệt độ nước tăng lượng phèn cần để keo tụgiảm , thời gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm theo Ngoài ra lượng vàtính chất của cặn cũng ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ

Khi hàm lượng cặn trong nước tăng lên , lượng phèn cần thiết cũngtăng lên , nhưng hiệu quả keo tụ lại phụ thuộc vào tính chất của cặn tự nhiênnhư kích thước , diện tích và mức độ phân tán

Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm là: 20 – 40 oC, tốtnhất là 35 – 45 oC

Phèn Fe khi thủy phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ , vì vậy nhiệt độcủa nước ở 0oC vẫn có thể dùng phèn Fe làm chất keo tụ

pH :

Đối với phèn Al: Khi pH < 4.5 thì không xảy ra phản ứng thủy phân Khi

pH > 7.5 làm cho muối kiềm kém tan và hiệu quả keo tụ bị hạn chế.Phènnhôm đạt hiệu quả cao nhất khi pH = 5.5 – 7.5

Đối với phèn Fe: Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3.5 và quá trình kếttủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5.5 – 6.5

ở pH < 3 thì Fe(III) không bị thủy phân , SiO2 keo tụ do ion Fe(III) Ở pHcao hơn , chỉ cần liều lượng Fe(III) thấp có thể keo tụ SiO2

8 Quá trình tạo bông :

Là quá trình tiếp xúc giữa các hạt mất ổn định Khuấy chậm làm cho cácbông đã keo tụ nhỏ dính kết với nhau tạo thành các bông lớn và dễ lắng

Trong tạo bông chú ý đến hai thông số : G ( Gradien vận tốc ) và t ( thời giantrôn tạo bông ) Hai giá trị này phụ thuộc vào : Thành phần hóa học của nước ,tính chất và hàm lượng hạt keo

G lớn  phá vỡ bông bùn

T lớn  mòn bông bùn , hao năng lượng

Vì vậy tạo bông ban đầu nhanh có G khá cao tới khi bông hình thành rồi thìchặn lại , G giảm dần thì kích thước bông cặn lớn dần

III.Động học của quá trình keo tụ :

1 Các giai đoạn của quá trình keo tụ :

Keo tụ trong nước bằng phèn xảy ra các quá trình sau :

Pha trộn các chất keo tụ với nước

Thủy phân của phèn đồng thời phá hủy độ bền vững của hệ keo tự nhiên Hình thành bông cặn

Thực chất thì ba quá trình này xảy ra đồng thời

Quá trình pha hóa chất phải rất nhanh mới có hiệu quả cao , hằng sốtốc độthủy phân của anion và cation là 10-2 s và thời gian hấp phụ trao đổi ion với các hạtkeo tự nhiên mất khoảng 10-4 s sau đó bắt đầu quá trình hình thành bông cặn , hiệuquả của giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào số lượng va chạm giữa các hạt cặn

Dưới tác động của sự chuyển động nhiệt , các hạt cặn va chạm và kết dính vớinhau tạo thành các bông cặn có kích thước lớn dần lên cho đến lúc chúng khôngcòn tham gia vào quá trình chuyển động nhiệt

2 Sự hình thành bông cặn của quá trình keo tụ :

a.Tác động của chuyển động nhiệt :

Chuyển động nhiệt phụ thuộc vào :

Nồng độ ban đầu của hạt n0, cường độ chuyển động Brown ( hệ sốkhuech tán của môi trường D )

Bán kính tác dụng của lực Vander Waals R

Tốc độ tăng các tổ hợp hạt nx và được biểu thị bằng phương trình :

2

0 )(

Trong đó là hệ số hiệu quả va chạm

b.Tác động khuấy trộn của dòng nước :

Trong môi trường nước luôn tồn tại hai dạng dòng chảy là chảy tầng và chảyrối Sự chuyển động của bông cặn cũng phụ thuộc vào hai dạng dòng chảy trên :

Keo tụ bông cặn trong trong dòng chảy tầng :

Mô hình tương tác giữa hai bông cặn

Số lượng tương tác của hai nhóm bông cặn thời gian sẽ là :

N n n r r G

dt

2 1 2 1 0

Trong các công thức trên:

N1 – số lượng tương tác ( va chạm ) của nhóm bông cặn 1 với một bông cặn 2

;

N2 - số lượng tương tác ( va chạm ) của hai nhóm bông cặn 1 và 2 ;

( n1 và n2 ) – số lượng bông cặn 1 và 2 có trong một đơn vị thể tích nước ;  0 – hệ số hiệu quả tương tác ( va chạm ) ;

G – gradien vận tốc ;

(r1 , r 2 ) – bán kính tương tác giữa bông cặn 1 và 2 ;

Phương trình tên biễu diễn tốc độ keo tụ của hệ đa phân tán trong dòng chảy tầng

Keo tụ tạo bông trong dòng chảy rối :

Các phân tử nước cùng bông cặn chuyển động theo hướng quĩ đạo khônggian

Xét một khối chất lỏng trong môi trường nước, ở trạng thái tĩnh sự cânbằng giữa áp lực P và lực ma sát tác dụng lên nó

Để cho lớp trên và lớp dưới của khối chất lỏng chuyển động tương đối vớinhau với nhau với tốc độ vtd = dv/dz (haykhối lượng chất lỏng quay với tốc độ gócdv/dz ), phải tiêu tốn hết một năng lượng bằng tích số của moment quay(f∆x∆y)∆z với vận tốc góc dx/dz D o đó năng lượng tiêu hao cho một đơn vị thểtích chất lỏng trong một đơn vị thời gian là :

W =

dz

dv f z

y x dz

dv z y x f

Qt

W G



1

 , s-1

Trong đó : W1 – công tiêu hao để khuấy trộn , kGm ;

Q – thể tích chất lỏng khuấy trộn , m3;

t – thời gian khuấy trộn , s ;

Hai biểu thức trên đồng thời cũng biểu thị cường độ khuấy trộn và đượcdùng làm chỉ tiêu để đánh giá mức độ keo tụ theo chuẩn số keo tụ

Tương quan giữa tốc độ hình thành bông cặn do ảnh hưởng của chuyểnđộng nhiệt và khuấy trộn có thể xác định bằng cách lập tỉ số :

DR GR dt

dN dt

dN t

t

3

Để tính toán hiệu quả của quá trình keo tụ một cách chính xác và tin cậy , tứ

đó tìm ra giá trị tối ưu của các thông số điều khiển , cần phải nghiên cứu ảnhhưởng đồng thời của tổ hợp các yếu tố có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ , cụthể phải tím được sự phụ thuộc của hàm số

Y = f( M0,  , T0, pH , Ki, G , t),

Trong đó : M0 - hàm lượng cản của nước nguồn , mg/l;

 - lượng phèn cho vào nước , mg/l ;

T0 – nhiệt độ nước ;

Ki – độ kiềm của nước nguồn , mg/l;

G – cường độ khuấy trộn , s-1;

-t – thời gian khuấy trộn ,s ;

Y – hiệu quả keo tụ :

Y  

m – hàm luợng cặn cón lại trong nước sau khi keo tụ và để lắng tínhtrong một thời gian nào đó , mg/l;

IV Các loại công nghệ sử dụng để xử lí nước thải dệt nhuộm :

Phương pháp xử lý hóa chất: Keo tụ tạo bông

Phương pháp hấp thụ bằng than hoạt tính

Phương pháp xử lí sinh học: xử lí bằng bùn hoạt tính hiếu khí, kị khí hoặc

xử lí sinh học hiếu khí tiếp xúc

Phương pháp chọn lựa để xử lí là : Keo tụ – tạo bông – lắng

Công nghệ của keo tụ – tạo bông là :

1 Ưu khuyết điểm của công nghệ xử lí bằng hóa chất: Keo tụ – tạo bông – lắng với công nghệ khác

a Ưu điểm:

Nước thải dệt nhuộm sa khi xả ra ở nhiệt độ cao do nấu tẩy từ 60 –

80 0C Nên nếu dùng phương pháp xử lí sinh học đòi hỏi phải có bểđiều hòa lớn

Thời gian lưu nước phải lâu thì nước mới nguội được và mặt bằngphải rộng

Nước thải dệt nhuộm không ổn định nên xử lí bằng phương phápsinh học đòi hỏi có kiến thức trong ngành để tránh gây xốc cho visinh vật

Keo tụ – tạo bông vừa xử lí nước thải sinh hoạt của công nhân đồngthời vừa xử lí nước thải dệt nhuộm của nhà máy kết hợp

Phương pháp này có khả năng làm lắng các chất thải lơ lửng, làmgiảm màu, hàm lượng hữu cơ trong nước thải do kết hợp hạt keo vớitạp chất

b Khuyết điểm:

Keo tụ tạo bông phải sử dụng hóa chất để xử lí nên g6ay ra độ pH vìvậy phải xử lí cả pH

Tiêu hao năng lượng trong quá trình khuấy trộn

2 Các loại bể keo tụ – tạo bông :

Keo t ụ T o bông ạo lông L ng ắng

a Ba bể keo tụ – tạo bông – lắng tách riêng nhau

b Kết hợp bể lắng với buồng trộn và keo tụ tuần hoàn đặt ở tâm

3 Thiết bị cho quá trình khuấy trộn:

tán  khí nổi lên mặt gây xáo trộn dòng

loại cánh khuấy như : turbin , chân vịt , cánh guồng

4 Các công trình chuẩn bị hóa chất dung dịch phèn:

Các công trình , thiết bị chuẩn bị dung dịch và định liều lượng chất phảnứng gồm: thùng hòa trộn ,thùng tiêu thụ , thiết bị điều lượng chất phảnứng

Các công trình hòa trộn đều dung dịch chất phản ứng với nước nguồn cầ

Ngoài các công trình và thiết bị trên còn có: kho chứa hóa chất ,thiết bịvận chuyển hóa chất, cân hóa chất, bơm hóa chất và ống dẫn hóa chất.

5 Các loại bể tạo bông :

Sử dụng năng lượng của dòng nước , kết hợp với các giải pháp về cấu

tạo để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và dính kết giữa các hạtkeo va cặn bẩn trong nước Có hai loại :

Bể phản ứng xoáy : gồm xoáy hình trụ và xoáy hình côn

Bể phản ứng vách ngăn :Có cấu tạo như máng hình chữ nhật Trongmáng đặt các vách ngăn Các vách ngăn có kích thước khác nhau đểtạo chuyển động xoáy làm cho dung dịch trộn đều với nước

Dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sựxáo trộn dòng chảy

Dùng bọt không khí nén phân bố đều giàn ống đặt dưới đáy bể

nhiều cặn hữu cơ

Bể keo tụ tiếp xúc đồng thời là bể lọc sơ bộ , do đó phải bố trí các thiết

bị rửa , dòng nước qua lớp tiếp xúc có thể đi từ trên xuống hoặc từ dưới lên

Các hạt cặn được đưa vào đầu bể sau đó chuyển động ngang và lắngdần về cuối bể

Hình trụ tròn hoặc vuông , có đáy hình nón , chóp

Nước được đưa vào bể lắng từ dưới lên , qua máng tràn và đi vàobên trong bể , hạt cặn lắng xuống và được thu gom ở đáy bể

Ứng dụng: thường dùng làm bể lắng I

Thông số thiết kế: Lưu lượng < 20 m3/ h Tốc độ đi lên : 1 – 2 m/h

Độ dốc đáy nón thường từ 45 – 65o

Là bể kết hợp của ba bể Keo tụ , tạo bông , lắng vào trong cùng một bể

Thuận lợi : Đơn giản , có hiệu quả kinh tế, tổn thất áp lực thấp so cớilắng thông thường

Nhược điểm : Mất thời gian hình thành bùn , tảo dễ hình thành , tảitrọng thủy lực cao , đòi hỏi người vận hành có kinh nghiệm…

Cũng là bể kết hợp cả ba loại bể trộn , tạo bông , lắng vào một đơn

nguyên Nhưng ở đây lắng bằng cách dùng vách nghiêng

Góc nghiêng 45 – 50o Độ dốc cao dẽ dàng tách cặn bằng lắng trọng lực

Có thể áp dụng cho công suất lớn

bùn lắng

Bể lắng cạn , gồm các vách , bó ống nhựa D = 80 – 100 mm Hạn chế :Cần dòng chảy tầng , khi tốc độ dòng chảy trong ống đạt giá trị nào đó thì cặnlắng có thể bị nay lên Lấy bùn lắng khó khăn do ống nghiêng

 Lắng ly tâm:

Bể hình tròn , độ dốc đáy 4 – 10% Bùn được cào và gom ở rốn bể ở

tâm Có thể kết hợp với ngăn tạo bông ợ tâm bể

Dùng trong xử lí hóa lí Nguyên tắc : Khuấy chậm tạo điều kiện tạo

bông giữa cặn lơ lững và chất keo tụ Nhược điểm : Hình thành dòng xoáy dodòng vào không phân bố đều tạo thành dòng chảy cụt gay tổn thất áp lực lớn

7.Chọn loại bể và thiết bị khuấy :

Chọn bể trộn và bể tạo bông là những bể có diện tích ngang là hình vuông

Bể lắng là bể lắng ly tâm

Ưu điểm của bể lắng ly tâm so với các bể lắng khác:

 Chiếm diện tích nhỏ

 Hiệu quả lăng không bị ảnh hưởng bởi dòng chảy

 Hệ thống thu gom bùn đơn giản , dễ vận hành và cũng dễ lấy bùn rangoài

 Nước đi vào ống trung tâm nên bùn không bị nay lên trên và rangoài

Thiết bị trộn là trộn cơ khí bằng tuabin và cánh khuấy

Ưu điểm của trộn cơ khí :

* Có thời gian lưu nhỏ hơn thời gian lưu của thủy lực nên thể tích bể cũng nhỏhơn

* Lưu lượng nước thải thay đổi trong ngày nên sử dụng cơ khí linh động hơn

ta có thể thay đổi được

* Có thể áp dụng từ qui mô nhỏ đến qui mô lớn do năng lượng trộn có thể thayđổi theo ý muốn

* Có thể trộn từng mẻ

V Tính toán các công trình thiết bị thiết kế

4

mm m

81.91000105001000

kw g

H Q

Tải trọng bề mặt cho loại cặn này là L = 35 (m3/m2.nđ)

Diện tích mặt cắt ngang của bể :

14.3( )

35

m L

3.144

Chiều cao trung hòa hth = 0.2m

Chiều cao an toàn hat= 0.3m

Vậy tổng chiều cao : H = 3+0.5+0.2+0.3 =4 m

Đường kính ống trung tâm: