MỤC ĐÍCH Thu hồi sản phẩm quý Khử các chất gây cản trở cho quá trình oxy hóa sinh hóa 19 June 2010 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hấp phụ là hiện tượng bề mặt, nó là sự ngưng kết chất khí hoặc chất ta
Trang 1MỤC ĐÍCH
Thu hồi sản phẩm quý
Khử các chất gây cản trở cho quá trình oxy hóa sinh hóa
19 June 2010
KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Hấp phụ là hiện tượng bề mặt, nó là sự ngưng kết
chất khí hoặc chất tan trên bề mặt phân chia pha.
19 June 2010
KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Hấp phụ là quá trình tăng nồng độ của chất tan (chất bị hấp phụ) trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ)
Quá trình hấp phụ xảy ra trên cơ sở lực hút tĩnh điện, lực định hướng, lực tán xạ (lực hấp phụ vật lý)
Nếu lực tương tác đủ lớn có thể xảy ra liên kết hoá học hoặc tạo phức, trao đổi ion
Trang 2ỨNG DỤNG
Ứng dụng: khử độc nước thải khỏi thuốc diệt
cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất nitơ
vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc
nhuộm, các chất ô nhiễm vi lượng, các chất
có mùi, các chất khó phân hủy sinh học
Xử lí, tách và thu hồi các chất hoà tan trong
nước thải
Hiệu quả đạt 80 - 95% Phụ thuộc vào bản
chất hóa học của chất hấp phụ, diện tích bề
mặt chất hấp phụ, cấu trúc hóa học chất được
hấp phụ.
6
CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ
Lực tĩnh điện: hai điện tích trái dấu thì hút nhau và cùng dấu thì đẩy nhau.
Lực định hướng: do độ âm điện khác nhau của các nguyên tố, trong một phân tử có sự phân bố điện tích không đều.
Lực tán xạ: xảy ra đối với cả các chất có phân bố điện tích đều Nguyên nhân do sự phân bố điện tích không đều một cách tức thời trong phân tử, sự phân bố không đều lan truyền xung quanh gây tương tác
19 June 2010
Lực cảm ứng: phân tử khi bị tác động
của điện trường khác sẽ bị phân cực tạo
thành moment cảm ứng và gây ra tương
tác Tương tác này phụ thuộc vào độ
phân cực và cường độ điện trường tác
dụng lên nó.
CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ
19 June 2010
LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC
Quá trình hấp phụ dưới tác dụng của trường lực, gồm hai dạng:
Hydrat hóa các phân tử chất tan: tác dụng tương hỗ giữa những phân tử chất bẩn hòa tan với những phân tử nước trong dung dịch.
Tác dụng tương hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyên tử trên
bề mặt chất rắn
Trang 3LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC
khó hấp phụ
Phân tử chất
bẩn có điện tích
Phân tử có
liên kết π
Khó hấp phụ hơn
Năng lượng hấp phụ lớn → Hấp phụ tốt
10
KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT
Các chất kỵ nước sẽ hấp phụ tốt hơn chất ưa nước
Các chất không phân ly bị hấp phụ như nhau ở bất kỳ giá trị pH
19 June 2010
CÁC GIAI ĐOẠN HẤP PHỤ
Di chuyển chất bị hấp phụ đến
bề mặt chất hấp phụ
Thực hiện quá trình
hấp phụ
Di chuyển chất bị hấp
phụ bên trong chất
hấp phụ
19 June 2010
CƠ CHẾ HẤP PHỤ
Trang 4PHÂN LOẠI
Dựa vào bản chất của quá trình hấp
phụ
– Hấp phụ vật lý
– Hấp phụ hoá học
Dựa vào điều kiện hấp phụ
– Hấp phụ trong điều kiện tĩnh
– Hấp phụ trong điều kiện động
Hấp phụ chọn lọc
Hấp phụ trao đổi
19 June 2010
CHẤT HẤP PHỤ TỰ NHIÊN
Zeolit tự nhiên
Diatomit (SiO 2 vô định hình)
Montmorillonit (bentonit)
Mordenit
Chabazit
19 June 2010
CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO
Than hoạt tính Zeolit
Nhôm oxyt Silicagen Các polymer
– Thành phần chính của các loại hấp phụ trên là các oxyt kim loại, oxyt silisic hay hỗn hợp giữa chúng
– Than hoạt tính thành phần chủ yếu là cacbon
Trang 5CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO
Dựa vào kích thước mao quản gồm ba
loại:
– Mao quản trung bình có đường kính 20 – 500
A 0
19 June 2010
THAN HOẠT TÍNH
19 June 2010
THAN HOẠT TÍNH
Trang 6BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH
22
CÁC CHẤT KHÁC
SILICAGEN
ZEOLIT
Trang 7HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH
Chất hấp phụ ở trạng thái lơ lửng nhờ thiết bị khuấy
trộn.
Thời gian tiếp xúc được xác định bằng thực nghiệm
Dựng đồ thị ∆C = f(t), trong đó trục hoành là thời gian,
trung tung là ∆C = C 0 – C.
Thời gian tiếp xúc giới hạn, khi giữa hai giá trị ∆C gần
nhau (nồng độ chất bẩn còn lại trong nước hầu như
không thay đổi) Nồng độ này đôi khi được gọi là nồng
độ cân bằng.
26
HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH Thời gian đạt trạng thái cân bằng hoàn toàn (t gh ) ứng với ∆C gh = C 0 - C gh
0 0
0, 7 0,8
Lượng chất hấp phụ cần thiết phải cho vào nước thải
để giảm nồng độ chất bẩn từ C 0→C cb
( 0 )
0
cb
a
−
g hoặc kg
Hấp phụ đơn vị tĩnh, g/1g chất HP
g/l
19 June 2010
HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH
Thay a = K hp C cb
( 0 cb)
m
−
=
×
0
cb
hp
Q C C
×
=
Nếu cho chất hấp phụ nối tiếp vào nước với liều
lượng không đổi, nồng độ chất bẩn còn lại trong
nước sau n:
0
.
n n
hp
Q
+
N ếu hấp phụ nhiều lần nối tiếp sẽ sử dụng triệt để khả năng hấpp hụ của chất rắn
và giảm chi phí hấp phụ
19 June 2010
HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH
Số bậc hấp phụ khi nối tiếp xuôi dòng:
( lg 0 lg )
n hp
n
−
=
Có thể tính m từ công thức trên:
n
C Q m
= −
Trang 8VÍ DỤ
Q = 5m 3 /h, C 0 = 100 mg/l, K hp = 10000
Xác định nồng độ chất bẩn còn lại trong
nước khi xử lý bằng chất hấp phụ với
liều lượng 1g/l theo 1, 2, 4 bậc? Nếu sử
dụng 1bậc thì liều lượng chất hấp phụ là
bao nhiêu?
30
GIẢI
Hấp phụ 1 lần, lượng chất hấp phụ sử dụng:
m = 0,001 × 5 × 1000 = 5kg/h
Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau một bậc hấp phụ:
1
5000 0,1
0, 0091 / 9,1 /
5000 10000 5
19 June 2010
GIẢI
Khi n = 2, lượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc
m = 5/2 = 2,5kg
Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc
hấp phụ thứ 2:
2 2
5000
0,1 0,028 / 2,8 /
5000 10000 2,5
19 June 2010
GIẢI
Khi n = 4, lượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc
m = 5/2 = 1,25kg
Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc hấp phụ thứ 4:
4 2
5000
0,1 0,00067 / 0,67 /
5000 10000 1,25
Trang 9GIẢI
Như vậy nếu muốn giảm từ C 0 = 100 mg/l tới C =
0,67 mg/l Lượng chất hấp phụ cần là:
5000 0,1 0, 00067
75 /
10000 0, 00067
×
34
SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NỐI TIẾP
XUƠI DỊNG
Nướ c thả i
Chấ t hấ p phụ
Chấ t hấ p phụ
Chấ t hấ p phụ
Nướ c sạch
2 2
2
Chấ t hấ p phụđã sửdụng
1 Bể trộn
2 Bể lắng
19 June 2010
HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NGƯỢC DỊNG
Nồng độ chất bẩn cịn lại sau khi ra khỏi bậc n
với sơ đồ ngược dịng:
0 1
1
1
h p
h p
m K
Q
m K
Q
+
19 June 2010
HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NGƯỢC DỊNG
Số bậc hấp phụ khi nối tiếp ngược dịng:
0
lg
hp
m
Q n
m K Q
× − + −
=
×
Cĩ thể tính m từ cơng thức trên:
1
0
n
+
Trang 10SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC
NỐI TIẾP NGƯỢC DỊNG
Nướ c thả i
Chấ t hấ p
phụ
Chấ t hấ p phụ
Chấ t hấ p phụ
Nướ c sạch
2 2
2
Chất hấp phụ đưa
đi hịan nguyên
1 Bể trộn
2 Bể lắng
19 June 2010
LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU CỐ ĐỊNH
Là quá trình diễn ra khi cho
nước thải lọc qua lớp vật
liệu lọc hấp phụ
19 June 2010
LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU
CỐ ĐỊNH
Cho hiệu suất xử lý tin cậy và ổn định Khơng cần lấy chất hấp phụ ra khỏi bể lọc
→tự động hĩa và điều khiển từ xa
Sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ
ƯU ĐIỂM
Trang 11LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LƠ LỬNG
Khi hàm lượng chất đa phân tán cao, vật
liệu hấp phụ dùng có kích thước 0,5 –
1mm.
Lớp lơ lửng được hình thành khi tăng tốc
độ dòng chảy ở tháp lọc hoặc dòng khí từ
dưới lên đến giá trị cho các hạt vật liệu ở
trạngthái lơ lửng
Hiệu suất hấp phụ lơ lửng thường cao hơ
lọc qua lớp vật liệu cố định.
42
ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU KHI LỌC QUA LỚP VẬT
LIỆU LƠ LỬNG
Tỉ lệ H t /H (độ nở) nhỏ (thường H t /H = 1,5)
– Ht: Chiều cao lớp vật liệu lơ lửng (do tốc độ dòng chảy tạo ra) – H: Chiều cao ban đầu của lớp vật liệu cố định (khi chưa cho nước
đi qua)
Các hạt vật liệu lọc càng đa phân tán và không đồng nhất (lấy khỏang 0,25 – 0,75 hoặc 0,25 – 1mm) thì càng tốt, để tốc độ nước qua lọc không nhỏ quá Chiều cao lớp vật liệu lọc phải đủ để hấp phụ các chất bản hòa tan trong nước.
19 June 2010
MỤC ĐÍCH
Tách chất bẩn ra khỏi chất hấp phụ
Trang 12TÁI SINH BẰNG NHIỆT
Đốt ở nhiệt độ 800 0 C, với áp suất có thể điều chỉnh, tránh không cháy than
Chất chất hữu cơ hấp phụ bị phân huỷ
Có thể thu hồi kim loại Thích hợp khi làm thông bề mặt hạt.
Diệt trùng cho than Thường dùng hỗn hợp các khí để đốt than với hơi nước ở nhiệt độ 700 –
800 0 C trong điều kiện thiếu oxy.
19 June 2010
TÁI SINH BẰNG HƠI
Dùng hơi nước bão hòa hay hơi quá nhiệt
bằng khí trơ nóng.
Nhiệt độ hơi quá nhiệt tái sinh: 200 – 300 0 C
Áp suất dư 3 – 6at.
Khí trơ ở nhiệt độ khỏang 120 – 140 0 C
Hơi được tiêu hao:
– Cho nước còn lại trong các lỗ rỗng của than
– Đun nóng lớp vật liệu tới nhiệt độ bay hơi
19 June 2010
TÁI SINH BẰNG HƠI
Dùng khí trơ khử hấp phụ bằng cách cho các phân tử chất bẩn bay hơi và đi theo khí trơ, sau đó đi qua tháp lọc lạnh đi và chất bẩn sẽ ngưng lại Thích hợp cho nước thải chứa acid axetic.
Trang 13TÁI SINH BẰNG TRÍCH LY
Dùng các chất hữu cơ có nhiệt
độ sôi thấp và dễ chưng bằng
hơi nước: Metanol, benzen,
toluen, dicloetanol
50
TÁI SINH BẰNG HÓA HỌC
Khi không cần thu hồi chất bị hấp phụ, khi hòan nguyên than kết hợp khử luôn những chất đó.
Nguyên tắc: biến đổi chất đó thành chất khác
dễ tách hơn hoặc phá vỡ cấu trúc của chúng bằng tác nhân hóa học hay bằng phương pháp nhiệt.
19 June 2010
TÁI SINH BẰNG SINH HỌC
Áp dụng cho các chất bị hấp phụ có thể
oxy hoá sinh hóa
Phương pháp này kéo dài được thời hạn
sử dụng chất hấp phụ một cách đáng kể
19 June 2010
HỆ THỐNG HÒAN NGUYÊN THAN HOẠT TÍNH
Trang 14CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ
Giá thành sản phẩm thu hồi
Giá thành vật liệu hấp phụ
Chi phí tái sinh vật liệu
Nếu không tái sinh dùng sơ đồ hấp phụ tĩnh là đơn giản nhất
19 June 2010
TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HƠI
1 Thùng chứa phèn để điều chỉnh pH của nước thải
2 Thùng định lượng
3 Đài áp lực
4 Bơm 5,6 Tháp hấp phụ công tác
7 Tháp hấp phụ ngắt ra
để tái sinh vật liệu bằng hơi nước nóng
8 Thiết bị làm lạnh
9 Bình tách nước ngưng
10 Bể lọc trung hòa nước đã xử lý
1
2
3
4
9 10 Ống dẫn hơi nước
Đến thiết bị
làm lạnh
Xả vào hệ thống thóat nước sạch
Sản phẩm
Đến hệ thống thông gió
Nước
19 June 2010
TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HỖN HỢP
HƠI NƯỚC - KHÍ
1 Bể chứa nước thải
2 Máy bơm
3 Đài nước
4 Điều chỉnh tốc độ
5 Tháp hấp phụ chứa than hoạt tính
6 Thiết bị lạnh
7 Bình chứa nước ngưng
8 Tháp lọc hấp phụ để
xử lý khí (đã nguội) trước khi đưa vào khí quyển
1 2
3
4
5
6
7 8
Trang 15TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HÓA CHẤT
1 Bể lắng
2 Máy bơm
3 Thùng hòa trộn
4 Thiết bị đo
5 Tháp lọc hấp phụ để
xử lý nước
6 Tháp lọc hấp phụ để tái sinh vật liệu than
7 Máy bơm kiềm để tái sinh
8 Nồi đun kiềm – nước rửa
9 Định lượng kiềm xút (40%)
9
7
4
8
Nước sạch
Nước rửa
Nước bẩn
58
XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG PHÂN HỦY
1 Nước axit
2 Nước kiềm
3 Bể lắng chứa hỗn hợp nước thải
4 Bơm
5 Bể trộn
1 2
3 4 5
8
9 10
11
12
13
14 15
16
17 18
6, 7 Định lượng phèn
8 Bể lắng
9 Trộn nước + than
10 Định lượng than
11 Bơm
12 Tháp hấp phụ lơ lửng
13 Máy bơm cặn
14 Máy ép lọc chân không
15 Lò tái sinh than
16 Bể chứa than
17 Bể lắng
18 Bể lọc
19 June 2010
QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI
