đồ án tốt nghiệp xử lý nước, nước thải

Chương 1. Mở đầu 1.1. Thực trạng môi trường hiện nay Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người gây ra. Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai. Đối tượng gây ô nhiễm môi trường chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu công nghiệp, hoạt động làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớn. Cùng với sự ra đời ồ ạt các khu, cụm, điểm công nghiệp, các làng nghề thủ công truyền thống cũng có sự phục hồi và phát triển mạnh mẽ. Việc phát triển các làng nghề có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội và giải quyết việc làm ở các địa phương. Tuy nhiên, hậu quả về môi trường do các hoạt động sản xuất làng nghề đưa lại cũng ngày càng nghiêm trọng. Tình trạng ô nhiễm không khí, chủ yếu là do nhiên liệu sử dụng trong các làng nghề là than, lượng bụi và khí CO, CO2, SO2 và NOx thải ra trong quá trình sản xuất khá cao. Theo thống kê của Hiệp hội Làng nghề Việt Nam, hiện nay cả nước có 2.790 làng nghề, trong đó có 240 làng nghề truyền thống, đang giải quyết việc làm cho khoảng 11 triệu lao động, bao gồm cả lao động thường xuyên và lao động không thường xuyên. Bên cạnh các khu công nghiệp và các làng nghề gây ô nhiễm môi trường, tại các đô thị lớn, tình trạng ô nhiễm cũng ở mức báo động. Đó là các ô nhiễm về nước thải, rác thải sinh hoạt, rác thải y tế, không khí, tiếng ồn... Những năm gần đây, dân số ở các đô thị tăng nhanh khiến hệ thống cấp thoát nước không đáp ứng nổi và xuống cấp nhanh chóng. Nước thải, rác thải sinh hoạt (vô cơ và hữu cơ) ở đô thị hầu hết đều trực tiếp xả ra môi trường mà không có bất kỳ một biện pháp xử lí môi trường nào nào ngoài việc vận chuyển đến bãi chôn lấp. Theo thống kê của cơ quan chức năng, mỗi ngày người dân ở các thành phố lớn thải ra hàng nghìn tấn rác; các cơ sở sản xuất thải ra hàng trăm nghìn mét khối nước thải độc hại; các phương tiện giao thông thải ra hàng trăm tấn bụi, khí độc. Trong tổng số khoảng 34 tấn rác thải rắn y tế mỗi ngày, thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh chiếm đến 13; bầu khí quyển của thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh có mức benzen và sunfua đioxit đáng báo động. Theo một kết quả nghiên cứu mới công bố năm 2008 của Ngân hàng Thế giới (WB), trên 10 tỉnh thành phố Việt Nam, xếp theo thứ hạng về ô nhiễm đất, nước, không khí, thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội là những địa bàn ô nhiễm đất nặng nhất. Theo báo cáo của Chương trình môi trường của Liên hợp quốc, thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đứng đầu châu Á về mức độ ô nhiễm bụi.

Chương 1 Mở đầu

1.1. Thực trạng môi trường hiện nay

Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là tìnhtrạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con ngườigây ra Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hộibền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai Đối tượng gây ônhiễm môi trường chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu công nghiệp,hoạt động làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớn

Cùng với sự ra đời ồ ạt các khu, cụm, điểm công nghiệp, các làng nghề thủ côngtruyền thống cũng có sự phục hồi và phát triển mạnh mẽ Việc phát triển các làng nghề cóvai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và giải quyết việc làm ở các địaphương Tuy nhiên, hậu quả về môi trường do các hoạt động sản xuất làng nghề đưa lạicũng ngày càng nghiêm trọng Tình trạng ô nhiễm không khí, chủ yếu là do nhiên liệu sửdụng trong các làng nghề là than, lượng bụi và khí CO, CO2, SO2 và NOx thải ra trongquá trình sản xuất khá cao Theo thống kê của Hiệp hội Làng nghề Việt Nam, hiện nay cảnước có 2.790 làng nghề, trong đó có 240 làng nghề truyền thống, đang giải quyết việclàm cho khoảng 11 triệu lao động, bao gồm cả lao động thường xuyên và lao động khôngthường xuyên

Bên cạnh các khu công nghiệp và các làng nghề gây ô nhiễm môi trường, tại các

đô thị lớn, tình trạng ô nhiễm cũng ở mức báo động Đó là các ô nhiễm về nước thải, rácthải sinh hoạt, rác thải y tế, không khí, tiếng ồn Những năm gần đây, dân số ở các đô thịtăng nhanh khiến hệ thống cấp thoát nước không đáp ứng nổi và xuống cấp nhanh chóng.Nước thải, rác thải sinh hoạt (vô cơ và hữu cơ) ở đô thị hầu hết đều trực tiếp xả ra môitrường mà không có bất kỳ một biện pháp xử lí môi trườngnào nào ngoài việc vậnchuyển đến bãi chôn lấp Theo thống kê của cơ quan chức năng, mỗi ngày người dân ởcác thành phố lớn thải ra hàng nghìn tấn rác; các cơ sở sản xuất thải ra hàng trăm nghìnmét khối nước thải độc hại; các phương tiện giao thông thải ra hàng trăm tấn bụi, khí độc.Trong tổng số khoảng 34 tấn rác thải rắn y tế mỗi ngày, thành phố Hà Nội và thành phố

Hồ Chí Minh chiếm đến 1/3; bầu khí quyển của thành phố Hà Nội và thành phố Hồ ChíMinh có mức benzen và sunfua đioxit đáng báo động Theo một kết quả nghiên cứu mớicông bố năm 2008 của Ngân hàng Thế giới (WB), trên 10 tỉnh thành phố Việt Nam, xếptheo thứ hạng về ô nhiễm đất, nước, không khí, thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội lànhững địa bàn ô nhiễm đất nặng nhất Theo báo cáo của Chương trình môi trường của

Liên hợp quốc, thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đứng đầu châu Á về mức

độ ô nhiễm bụi

1.2 Lý do chọn đề tài.

Chính vì các vấn đề cấp bách nêu trên, việc quản lý nước, nước thải, nước thảisinh hoạt là công việc hết sức cần thiết trên toàn cầu cho nên cần phải có các hệ thốngcũng như phương pháp xử lý nước đúng tiêu chuẩn nhằm xây dựng và bảo vệ môi trườngtheo hướng bền vững

Với mong muốn cuộc sống ngày càng được nâng cao, các thiệt hại về ô nhiễm môi

trường ngày càng giảm xuống, cho nên nhóm xin lựa chọn đề tài “NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC, NƯỚC THẢI”

Chương 2 Nội dung nghiên cứu

phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài này sử dụng hai phương pháp nghiên cứu đó là phương pháp lýthuyết và phương pháp thực nghiệm

Phương pháp lý thuyết là tìm kiếm, tổng hợp tài liệu đã được nghiên cứu, đúc kết,với phương pháp thực nghiệm thì chia làm hai hướng thực hiện đó là làm trực tiếp thínghiệm và hướng quan sát từ các công trình xử lý nước thải thong qua thực tập

Chương 3 Phương pháp hấp phụ

3.1. Cơ sở khoa học của quá trình hấp phụ

Hấp phụ là hiện tượng tăng bề mặt chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha.Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa pha lỏng

và rắn.Trong công nghệ xử lý nước thải khi nói về phương pháp hấp phụ tức lànói về hấp phụchất bẩn hòa tan ở bề mặt biên giới giữa pha lỏng và rắn

Khi xử lý nước bằng hấp phụ chất bẩn trong nước chịu tác dụng của 2 lực:

- Lực tác dụng qua lại của các phân tử chất tan với các phân tử chất lỏng

- Lực tác dụng qua lại của các phân tử chất tan với các phân tử của vật liệu hấp phụ

Sự hấp phụ xảy ra khi các lực hấp dẫn tại bề mặt carbon vượt qua lực hút của chấtlỏng Động lực cho hấp phụ là giảm bề (bề mặt) căng giữa chất lỏng và chất rắnhấp phụ là kết quả của sự hấp thụ của chất bị hấp phụ trên bề mặt của chấtrắn.Trong quá trình hấp phụ, hai chất có liên quan Một là chất rắn hay chất lỏng

mà hấp phụ xảy ra và nó được gọi là vật liệu hấp phụ Thứ hai là chất bị hấp phụ,

đó là khí hoặc chất lỏng hoặc chất tan từ một giải pháp mà được hấp thụ trên bềmặt

Sự khuếch tán giữa các hạt

Vật liệu hấp phụ: Các chất trên có bề mặt hấp phụ xảy ra được gọi là vật liệu hấpphụ Chất hấp phụ (adsorbent) : Các chất có phân tử được hấp thụ trên bề mặt của cácvật liệu hấp phụ (tức là rắn, lỏng).

Sự hấp phụ là khác so với hấp thụ Trong hấp thụ, các phân tử của một chất đượckhuếch tán phân bố đều trong phần lớn các khác, trong khi các phân tử hấp phụ củamột chất có mặt ở nồng độ cao hơn trên bề mặt của các chất khác, bị hút trên bề mặtmột chất rắn xốp

Hấp phụChất bị hấp phụ + Vật liệu hấp phụ Hấp phụ

Giải hấp phụ của những phân tử

Hấp phụ của phân tử phản ứng

Phân tử được tách

gian

Hình 2 Quá trình hấp phụ và giải hấp phụ.

Các ví dụ bao gồm:

- Khí-rắn (như trong sự hấp thụ của một VOC trên than hoạt tính);

- Lỏng-rắn(như trong sự hấp thụ của một chất gây ô nhiễm hữu cơ trên than hoạttính)

- Chất bị hấp phụ hoặc chất tan: chất bị hấp phụ (ví dụ, 2,4,6-trichlorophenol)

- Chất hấp phụ: vật liệu rắn được sử dụng để hấp phụ các chất cần hấp phụ (ví dụ,than hoạt tính)

Trong bất kỳ quá trình hấp phụ của chất được hấp phụ (ví dụ, một chất gây ônhiễm) chỉ đơn giản nhưng hiệu quả loại bỏ từ một pha (ví dụ, pha lỏng-nước thải) vàchuyển sang một pha khác (ví dụ, pha rắn-than hoạt tính) Điều này có nghĩa rằng hấpphụ là một quá trình tách vật lý, trong đó các chất bị hấp phụ không thay đổi về mặthóa học

 Vì tính chất hoá học của chất bị hấp phụ không thay đổi nên việc sử dụng hấpphụ trong xử lý nước thải có liên quan đến việc loại bỏ các chất độc hại từ nướcthải và chuyển nó cho than hoạt tính Điều này có nghĩa rằng than hoạt tính bâygiờ chứa các chất độc hại.Vì vậy, hành động thích hợp sau đó phải được thựchiện để xử lý than hoạt tính dành vào cuối của một chu kỳ Các carbon có thểlà:

- Tái sinh (tức là, các chất độc hại có thể được loại bỏ thông qua tẩy rữa)

- Vứt bỏ (cùng với các chất ô nhiễm trong nó) trong một bãi rác

- Phá hủy (cùng với các chất ô nhiễm trong nó) trong lò đốt

 Hấp phụ hóa học (chemisorption):

Trong trường hợp giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tạo ra một liên kết hóa họcthì hiện tượng này được gọi là hấp phụ hóa học Nó còn được gọi là hấp phụLangmuir Trong hấp phụ hóa học các lực hấp dẫn rất mạnh, do đó khả năng hấp phụkhông thể dễ dàng đảo ngược

Bảng 1.So sánh giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Nó thường xảy ra ở nhiệt độ thấp và giảm

dần theo nhiệt độ tăng Nó diễn ra ở nhiệt độ cao

Là quá trình thuận nghịch Là quá trình không thuận nghịch

Tạo thành lớp đa phân tử Tạo thành lớp đơn phân tử

Không đòi hỏi bất kỳ năng lượng kích hoạt Đòi hỏi năng lượng hoạt hóa



3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ

Các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ là:

- Diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ :diện tích lớn bao hàm một khả năng hấpphụ cao hơn

- Kích thước hạt của vật liệu hấp phụ: kích thước hạt nhỏ hơn làm giảm sựkhuếch tán nội bộ và truyền khối hạn chế để sự xâm nhập của các chất bị hấpphụ bên trong vật liệu hấp phụ (ví dụ, trạng thái cân bằng được dễ dàng đạtđược và khả năng hấp thụ gần như đầy đủ có thể đạt được) Ngoài ra bột vật liệuhấp phụ phải được tuân thủ bằng cách loại bỏ

- Thời gian tiếp xúc và thời gian lưu:thời gian càng lâu hiệu quả càng cao tuynhiên các thiết bị sẽ lớn hơn

- Độ tan của chất tan ( chất bị hấp phụ) trong chất lỏng (nước thải): chất ít tantrong nước sẽ được dễ dàng tách ra khỏi nước hơn so với các chất có khả nănghòa tan cao Ngoài ra, các chất không phân cực sẽ được loại bỏ dễ dàng hơnchất phân cực kể từ sau có ái lực lớn hơn cho nước.

- Tính chất hóa học của chất bị hấp phụ:

+ Các chất kị nước sẽ hấp phụ tốt hơn sơ với những chất ưa nước, cácchất không phân ly bị hấp phụ như nhau với bất kỳ giá trị nào của pHtrong môi trường

+ Nói chung đa số các chất bẩn khi hấp phụ có thể xác định được giá trị pHtối ưu

+ Nếu không tạo được điều kiện tối ưu cho từng loại chất hữu cơ phân lytrong nước thì sẽ tốn nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà hiệu quả sẽ không đạtđược như mong muốn

- Mối quan hệ của các chất tan trong vật liệu hấp phụ (carbon): bề mặt của thanhoạt tính chỉ là hơi phân cực Do đó các chất không phân cực sẽdễ dàng chọncarbon hơn so với những chất phân cực (nước phân cực)

- Số lượng của các nguyên tử carbon: đối lượng lớn các nguyên tử cacbon liên kếtvới độ phân cực thấp và đó một tiềm năng lớn để được hấp phụ (ví dụ, mức độhấp thụ tăng trong chuỗi formic, axit propionic acetic-butyric)

- Kích thước của các phân tử liên quan đến kích thước của các lỗ rỗng: các phân

tử lớn có thể quá lớn để vào lỗ rỗng Điều này có thể làm khả năng giảm hấpphụ

- Mức độ ion hóa của phân tử chất bị hấp phụ: các phân tử bị ion hóa được hấpthụ ở một mức độ nhỏ hơn so với các phân tử trung tính

- pH: mức độ ion hóa bị ảnh hưởng bơi pH (các hợp chất có tính axit là loại bỏ tốthơn ở pH thấp hơn.)

- Đối với tích hợp hấp phụ và quá trình lọc: than hoạt tính chỉ có tác dụng với mộtlượng nước nhất định Sau khi lọc được một khối lượng nước theo chỉ định củanhà sản xuất (chỉ những hãng uy tín mới chỉ định theo tiêu chí này), than sẽkhông còn khả năng hấp thụ nữa

3.4 Sự cân bằng hấp phụ.

Sau khi tiếp xúc với một số lượng than hoạt tính với nước thải có chứa các chất cókhả năng được hấp phụ thì quá trình hấp phụ sẽ được diễn ra Sự hấp phụ sẽ tiếp tụccho đến khi cân bằng được thiết lập

Khi số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ bằng số phân tử dichuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch thì nồng độ chất hòa tan trongdung dịch sẽ là một đại lượng không đổi và được gọi là nồng độ cân bằng (Cs)

Các trạng thái cân bằng hấp phụ liên quan đến q, C Các trạng thái cân bằng là mộthàm nhiệt độ Vì vậy, mối quan hệ cân bằng hấp phụ ở nhiệt độ thường được gọi là hấpphụ đẳng nhiệt, tức là:

q = f (C)

q = Tải lượng hấp phụ, khối lượng của chất bị hấp phụ trên khối lượng của vật liệu hấpphụ tức là khả năng hấp phụ của vật liệu

C = nồng độ cân bằng của các chất có thể bị hấp phụ (nồng độ của chất bị hấp phụ)

 Xác định thực nghiệm của sự hấp phụ tại điểm cân bằng.

Để xác định mối quan hệ giữa nồng độ của chất bị hấp phụ trong dung dịch (C)

và lượng chất hấp phụ đã được hấp phụ trên một đơn vị khối lượng của vật liệu hấpphụ (q) người ta có thể tiến hành như sau:

- Dùng một lọ có chứa chất hấp phụ và vật liệu hấp phụ

- Đủ thời gian để đạt tới trạng thái cân bằng

- Dung dịch được lấy mẫu và cho phân tích chất bị hấp phụ

Cân bằng khối lượng cho chất bị hấp phụ là:

V (Co - C) = M(q - qo )

Từ đó mối quan hệ giữa giá trị của C và giá trị cân bằng tương ứng của q có thể đượcthiết lập

Co : nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu trong dung dịch (mg / L)

C : nồng độ cân bằng, nồng độ cuối của chất bị hấp phụ (mg / L)

qo : lượng ban đầu của chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng của vật liệu hấp phụ(mg /g carbon)

q : lượng sau của chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng của vật liệu hấp phụ (mg/g carbon)

M : khối lượng của vật liệu carbon (g)

V : lượng nước thải

q0 = 0 => q= V( C0 – C)/M

Lưu ý rằng kết quả thí nghiệm này chỉ trong một điểm cân bằng (C; q) Nếu mộtđường cong cân bằng được yêu cầu thí nghiệm tương tự phải được lặp đi lặp lại vớinồng độ ban đầu khác nhau và, hoặc bổ sung khác nhau của bột carbon để tạo ra điểmkhác cân bằng C-q

Hình 3.Sơ đồ đại diện của bể lọc than hoạt tính.

Một hợp chất hữu cơ với nồng độ c0 đi vào hệ thống với lưu lượng dòng chảy Q vàthoát ra khỏi hệ thống với một nồng độ c1 Sự khác nhau trong nồng độ giữa dòngchảy vào và chảy ra là bị hấp phụ trên carbon hoạt tính và lượng tải tăng của carbon

4.2 Nguyên lý hoạt động của quá trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ là quá trình phân tách khí dựa trên ái lực củamột số chất rấn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khíthải nói riêng

Trong quấ trình hấp thụ các phần tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặtvật liệu rắn (chất hấp thụ) Chất khí bị giữ lại gọi là chất bị hấp phụ

Quá trình hấp thụ được sử dụng để khử ẩm trong không khí, khử khí độc hại và mùi trongkhí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị

Phương pháp: Có hai phương thức trong quá trình xử lý khi thải bằng phương pháp hấpthụ:

Hấp thụ vật lý :Các phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt chất hấp thụ nhờ lực liên kết giữacác phần tử Quá trình này có toả nhiệt, độ nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liênkết phân tử

Hấp thụ hoá học :Khí bị hấp thụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp thụ, lực liênkết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn ở hấp thụ vật lý Do vậy lượng nhiệt toả ralớn hơn, và cần năng lượng nhiều hơn.

Thiết bị hấp thụ : phải đảm bảo kích thước để chứa chất hấp phụ đủ lớn, đảm bảo vận tốckhí trên toàn thiết diện ngang của thiết bị nằm trong khoảng từ 0,1 – 0,5 m/s

Quá trình chuyển khối.

Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp thụ gồm 3 giai đoạn:

• Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp thụ

• Thực hiện quá trình hấp thụ;

• Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp thụ (vùng khuếch tán trong) Người tathường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉtro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét, silicagen…Để loạinhững chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá,dẫn xuất phenol và hydroxyl…

Truyền khối của chất bị hấp thụ từ pha khí vào pha lỏng là giai đoạn “chìa khóa” truyềnkhối trong hệ hấp thụ:

- Hệ bao gồm ít nhất là hai pha là pha khí và pha lỏng cả hai đều có tính lưu độngrất cao do yếu tố cưỡng bức hay tự nhiên Dòng khí chứa chất bị hấp thụ bản thân

nó đã tự có tốc độ chuyển động rất lớn( phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất) và

nó được thúc đẩy them nhờ các biện pháp cưỡng bức như tang tốc độ dòng quạtđẩy thêm Chất lỏng là môi trường hấp thụ, bản thân nó đã có tính linh động và cóthể đẩy thêm bằng cách tạo ra dòng chảy hay tăng cường khuấy đảo Do hai phađều có tính linh động cao nên chúng cũng cộng hưởng với nhau khi tồn tại cùngmột hệ, ví dụ bão, gió to gây ra sóng lớn ở các ao hồ làm tăng cường nồng độ oxihòa tan trong nước khi oxi đó chưa đạt mức bão hòa

- Chuyển khối xảy ra trong từng pha luôn là tổ hợp cả hai dạng chuyển khối do đốilưu và don khuếch tán phân tử, trong đó tỉ lệ đóng góp của dòng đối lưu chiếm vaitrò chủ đạo trong các hệ hấp thụ công nghiệp

- Giữa pha khí và pha rắn tồn tại hai lớp tĩnh của khí và chất lỏng Các Phân tử củadung môi và khí ở hai lớp tĩnh do lực tương tác với nhau nên có tính linh độngthấp hơn so với các vùng khác Các lớp tĩnh đó được gọi là màng

- Các biện pháp cưỡng bức ít thay đổi tính chất của lớp màng về phần diện chuyếnkhối, trong khi có thể để áp dụng các biện pháp cưỡng bức để thúc đẩy chuyểnkhổi trong tùng pha .

- Kỹ thuật thực hiện một quá trình hấp thụ có thể sử dụng rất khác nhau: tháp nhồi,cột nhồi, tua bin, tháp phun Quá trình chuyển khởi trong từng thiết bị kỹ thuậtmang đặc thù riêng

và HF thoát ra từ nhiều điểm sản xuất cũng có thể tích loại băng tháp phun Thấp phuncũng được sử dụng để khử mùi hôi trong quá trình sản xuất bột xương (thức ăn tổng hợpcho cả tôm ở công đoạn sấy) chế biến mỡ với chất hấp thụ là dung dịch thuốc tím Thápphun cũng được sử dụng để khử mùi lưu huỳnh

Bẫy hấp thụ dạng venturi chỉ được sử dụng để tách loại các hạt bụi ướt, rất ít khi được sửdụng để hấp thụ khí Bẫy hấp thụ vcnturi được sử dụng ở nhà máy nhiệt điện chạy bằngthan nhằm tách tro bay và khí SO2 Để làm sạch khí SO2 ở mức cao, venturi có thể phổihợp với các dạng khác như tháp phun, tháp hấp thụ có chất nhồi

Tháp nhối là loại thiết bị được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn vì tính hiệu quả cao của

nó, miễn là dòng khí chứa ít chất rắn (bụi) Trong các xưởng sản xuất axit HCl, H2SO4,tháp hấp thụ được sử dụng để thu hồi khí HCl, SO2, từ các dòng khi thải Chất hấp thụ cóthể sử dụng là dung dịch axit loãng, dung dịch sau khi hấp thụ được đưa trả về quá trìnhsản xuất Tháp hấp thụ cũng được sử dụng để kiểm soát hơi HCl, H2SO4 từ quá trình xử

lý bề mặt kim loại (tẩy gỉ trong sơn, mạ kim loại) Tháp hấp thụ được sử dụng để khửmùi hôi trong các nhà máy thực phẩm, lọc và chế biến dẩu mỏ, trong các hệ thống xử lýnước thải Chất hấp thụ dùng để khử mùi hôi luôn chứa chất Oxy hoá như thuốc tím,

dung dịch Javen (NaOCl) Trong khi hấp thụ dễ xảy ra hiện tượng kết tủa trên chất nhồi

vì vậy đôi khi phải dùng dung dịch axit xối rửa để tránh tắc nghẽn

Trên cơ sở tính năng của các loại thiết bị hấp thụ, một số đối tượng và

quá trình sản xuất có thể áp dụng để xử lý:

- Sản xuất titan Oxit theo phương pháp gián đoạn (mẻ) Quặng Ilmenit, Sắt titan ôxítcùng với axit sunfuric được đưa vào bình phản ứng thông với không khí Đế khơi màophản ứng, oleum (H2SO4 đặc tới 120%) hoặc nước pha loãng được đưa tiếp vào bìnhphản ứng để sinh nhiệt Phản ứng bắt đầu xảy ra với tốc độ chậm, sau đó bùng nổ về mặttốc độ Tại thời điểm đó, trong khoảng vài phút một lượng rất lớn khí và sương (axit)thoát ra khỏi khối phản ứng, phản ứng chậm dần lại về mức bình thường Dòng khí sinh

ra đột ngột chúa SO2, SO3, axit H2SO4, dạng sương cũng với hơi nước, bột quặng dạngmịn Hệ hấp thụ bao gồm một tập hợp bẫy bằng tấm kim loại phủ cao su được sử dụng để

xử lý dòng khí thải trên

- Trong khí đốt tự nhiên và dầu mỏ, hợp chất lưu huỳnh tồn tại ở dạng khí hydro sunfua(H2S) và hợp chất mercaptan Sau khi được tách, loại các hợp chất trên được đốt Xuhướng hiện nay là thu hồi các hợp chất trên và biến chúng thành các sản phẩm phụ haynguyên liệu cho quá trình sản xuất khác Hệ hấp thụ được sử dụng cho mục đích này Hệhấp thụ dạng đĩa phun, chất hấp thụ là monomethanolamin hoặc dimethanolamin được sửdụng cho mục đích trên Tái sinh chất hấp thụ đã bão hoà được thực hiện trong hệ thứhai: giải hấp thụ H2S với hơi nước

- Khí clo là hợp chất hoá học được sử dụng trong nhiều quá trình sản xuất hoá chất Khíthải chứa clo là vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng ngay cả với nồng độ thấp Rất nhiều kiểutháp hấp thụ được sử dụng để kiểm soát dòng khí thải chứa clo Phương pháp xử lý khíclo của hãng Diamond Alkali có những nét đặc thù Chất hấp thụ được sử dụng làtetraclorua cacbon (CCl4) Thiết bị hấp thụ là thấp nhồi làm việc dưới áp suất cao và táisinh chất hấp thụ cũng dưới áp suất cao

- Tháp phun ngang được sử dụng để xử lý khí thải chứa hợp chất halogen, cacbon dioxit,sol khí Dung dịch hấp thụ chứa 6 - 10% KOH có thể tách loại với hiệu suất cao đối vớicác hợp chất có tính gây độc mạnh như brom pentaflor, brom triflorua, đồng thời với xử

lý khí CO2

- Nguồn thải chính chứa khí SO2 là khói từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất ximăng, sử dụng than khoáng để sinh nhiệt Xử lý khí SO2 dựa trên ba phương pháp chính :tách loại lưu huỳnh khỏi nhiên liệu, cải tiến quá trình đốt (trộn bột đá vôi và bột than đốttheo kỹ thuật lò tầng sôi) và xử lý khí thải Rất nhiều dạng kỹ thuật hấp thụ có thể sửdụng để xử lý khí thải chứa SO2 : bẫy venturi, tháp phun tháp nhồi Chất hấp thụ có thể

sử dụng là nước, nước chứa kiềm các loại : vôi, đá vôi, Sô đa, xút các loại

CHƯƠNG V: Phương pháp kết tủa trong xử lý nước thải

5.1 Cơ chế : Của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa

các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn

Trước đây người ta thường dùng quá trình này để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ

và thứ cấp Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng 6.1 Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 - 90% TSS, 40 - 70% BOD5, 30 - 60%COD và 80 - 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại được 50 - 70% TSS, 30 - 40% chất hữu cơ

5.2 Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình kết tủa:

Tên hóa chất Công thức Trọng

lượng phân tử

70 ÷72

Ferric sulfate

(copperas)

FeSO4.7H2O 278,0 62 ÷ 66

Vôi Ca(OH)2 56 theo

CaO

35 ÷50

(Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991)

Ghi chú: lb/ft3 - 16,0185 = kg/m3

+ Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate

phản ứng xảy ra như sau:

Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O

Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm Do đó nếu cần thiết phải sử dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp

+ Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra:

Ca(OH)2 + H2CO3  CaCO3 + 2H2O

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2  2CaCO3 + 2H2O

Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng

+ Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà

phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa Các phản ứng xảy ra như sau:

FeSO4 + Ca(HCO3)2  2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2  2Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy

+ Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau:

FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl

-3H+ + 3HCO3- 3H2CO3

+ Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau:

FeCl3 + Ca(OH)2 3CaCl2 + 2Fe(OH)3

Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau:

Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2  3CaSO4 + 2Fe(OH)3

5.3 Sử dụng hóa chất để loại bỏ phospho trong nước thải:

Vôi: như đã trình bày ở các phương trình trên, khi cho vôi vào nước thải nó sẽ phản ứng

với bicarbonate alkalinity tạo thành kết tủa CaCO3 Trong môi trường pH > 10 các ion

Ca+2 sẽ phản ứng với các ion PO4-3 tạo nên hydroxylapatite kết tủa Để khỏi ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học người ta thường dùng vôi ở liều lượng thấp 75 - 250 mg/L Ca(OH)2 và pH từ 8,5 - 9,5

Tùy theo bản chất của nước thải, qui trình xử lý mà giai đoạn khử phospho của nước thải

có thề diễn ra ở bể lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp, bể lắng riêng đặt sau bể lắng thứ cấp

Hình 5.1: chỉ ra các sơ đồ của quá trình khử phospho bằng phương pháp hóa học.

Sơ đồ của quy trình khử Photpho bằng phương pháp hóa học

Lưu lượng nạp nước thải cho bể lắng trong trường hợp có sử dụng hóa chát trợ lắng

Loại hóa chất Lưu lượng nạp nước thải gal/ft2.d

Khoảng cho phép Giá trị thường dùng

Nước thải không hóa

chất

600 ÷1200 1200

(Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991)

Ghi chú: gal/ft2.d x 0,0407 = m3/m2.d

5.4 Kết tủa các kim loại nặng

Chuyển các chất thải dạng hòa tan sang dạng không hòa tan sau đó loại khỏi dung dịch bằng quá trình lắng, lọc

pH là một nhân tố quan trọng cho quá trình kết tủa Bảng dưới đây đưa ra độ pH thích hợp cho quá trình kết tủa các kim loại nặng

pH thích hợp cho việc kết tủa kim loại

CHƯƠNG VI: OXY HÓA KHỬ

6.1 Cơ sở của quá trình oxy hóa khử:

Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóa lỏng,dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali, oxykhông khí, ozon