N.V.Anh-Xu ly nuoc cap-Chuong 2. Keo tu

Những vấn đề trọng tâmXử lý sơ bộ, trộn hoá chất, keo tụ, lắng, lọc, khử trùng Xử lý sắt, mangan trong nước ngầm Công nghệ xử lý nước mới: lọc 2 lớp, tuyển nổi, Flo hoá, ozon hoá Quản lý

Trạm xử lý nước

PGS TS Nguyễn Việt Anh,

Bộ môn Cấp thoát nước, Trường Đại học Xây dựng 9.2009

Sơ đồ phát triển của công nghệ XLNC

Những vấn đề trọng tâm

Xử lý sơ bộ, trộn hoá chất, keo tụ, lắng, lọc, khử trùng

Xử lý sắt, mangan trong nước ngầm Công nghệ xử lý nước mới: lọc 2 lớp, tuyển nổi, Flo hoá, ozon hoá

Quản lý chất lượng nước

1 Xử lý sơ bộ

Th1nh phần, tính chất các tạp chất trong nước, khả

năng lắng được của chúng Mục đích sơ lắng

Những yêu cầu thiết kế, vận h1nh bể sơ lắng Những yếu tố ảnh hưởng: hình dạng bể, tính chất cặn, thời tiết, …

Các giải pháp xử lý

Mục đích sơ lắng

Điều ho1 lưu lượng v1 nồng độ, giúp cho công trình phía sau l1m việc ổn định

Giảm lượng nước, hoá chất, điện năng tiêu hao (phèn keo tụ, vôi kiềm hoá, bơm nước rửa lọc, xử

lý bùn cặn v1 nước rửa lọc, …)

Dễ d1ng xây dựng công trình thu nước v1 TB cấp 1 hơn do xa bờ Trữ nước

Một số yêu cầu thiết kế

Co> 1500 mg/L (có thể nhỏ hơn)

H = 1,5 – 3,5 m

T = 2 – 7 ng1y (>4 h)

V < 1 mm/s (bể sơ lắng: 0,5 – 0,6 mm/s) Tháo rửa hồ: 0,5 χ 1 năm/lần

Nên có >= 2 ngăn, hoặc:

Bơm hút bùn, tăng Lpkhi tháo rửa hồ, giảm tốc độ lọc, … Miệng hút cao hơn mặt bùn max 0,5 m

B

D

E

C

G

H I

J

O

P

Q

K

T¹o bëi hÖ t¸n s¾c th«, gåm c¸c chÊt huyÒn phï (chiÕm th1nh phÇn chñ yÕu) v1 nhò t−¬ng trong n−íc Chóng th−êng cã nhiÒu trong nguån n−íc mÆt HuyÒn phï ®−îc t¹o ra bëi c¸c hîp chÊt v« c¬ (oxit kim lo¹i, kho¸ng sÐt, ) v1 c¸c thñy sinh vËt (vi khuÈn, ta’o, )

ThΑnh phÇn cÆn l¬ löng (mg/l)

mm/s

Thêi gian l¾ng qua chiÒu s©u 1 m

C¸c phÇn tö keo SÐt mÞn SÐt Bïn H¹t c¸t mÞn võa lín

2.10 χ4 ÷ 1.10 χ6

1.10 χ3 ÷ 5.10 χ4

24.10 χ4

5.10 χ2 ÷ 27.10 χ3

0,1 0,5 1,0

7.10 χ6

7.10 ÷ 17.10 χ5

5.10 χ3

1,7 χ 0,5

7

50

100

4 n¨m 0,5 χ 2 th¸ng

2 ng®

10 χ 30 min 2,5 min

20 s

10 s

Khả năng tách các chất bẩn v vi sinh vật từ nước theo kích thước của chúng

Thẩm thấu ngược

100 ààààm 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 ààààm

Các phân tử hợp chất hữu cơ

Keo Các hợp chất hữu cơ

Vi khuẩn Virus Các muối hòa tan

Đơn b o:

10 – 100 àm

Men

Lọc Nano Siêu lọc

Virus Polio: 0.03 àm

HIV Hồng cầu: 6 àm

Nhìn được bằng mắt thường: > 40 àm

Sợi tóc

Vi lọc Lọc cát

1 nm

Hệ keo trong nước

-Cát, sét, bùn, sinh vật phù du, sản phẩm phân huỷ các chất hữu cơ,… có kích thước nhỏ 10∋3 10∋6 mm, khó tách khỏi nước bằng phương pháp lắng cơ học

-Tồn tại ở trạng thái lơ lửng, trong trạng thái cân bằng

động

-Cần những yếu tố bên ngo=i tác động, phá vỡ trạng thái cân bằng đó, tạo điều kiện để các hạt cặn lơ lửng kết dính với nhau, tăng kích thước v= khối lượng của chúng→ dễ lắng xuống đáy hơn

2 Keo tụ cặn bẩn trong nước

Tầng hấp thụ Tầng khuyếch tán

Điện tích của hệ keo trong nước

∋ thế nhiệt động trên bề mặt nhân keo

ζ ∋ thế điện động trên bề mặt hạt keo

Các phương pháp đạt được sự keo tụ

1 Tăng động năng hạt keo

2 Giảm lực đẩy tĩnh điện ∋ tăng lực hút phân tử

Chất điện ly

Điều chỉnh pH

3 Tạo hệ keo khác có khả năng keo tụ

4 Đưa v=o nước hệ Polyme

5 Kết hợp (1+ 2 + 3 + 4)

Lùc t¸c dông lªn h¹t keo sau khi líp ®iÖn tÝch kÐp bÞ nÐn (Compression of the Double Layer DLVO Theory)

Keo tô cÆn bÈn trong n−íc

∋ ChÊt keo tô: phÌn nh«m Al2(SO4)3, phÌn s¾t FeCl3,

Poly Alluminium Chlorid (PAC)

∋ PhÌn ®−îc ®−a v=o trong n−íc, ph©n ly th=nh c¸c Kation kim lo¹i v= Anion axit m¹nh:

Al 2 (SO 4 ) 3→2Al 3+ + 3SO 4 27 FeCl 3→Fe 3+ + 3Cl 7

(a) Các ion kim loại (Al3+, Fe3+) → trung ho= các hạt keo trong nước mang điện tích (∋), l=m gia’m thế điện động → các hạt keo liên kết lại

→ tạo bông cặn

(b) Các ion kim loại tham gia pha’n ứng thuỷ phân:

Al 3+ +3H 2 O Al(OH) 3↓+3H +

Fe 3+ + 3H 2 O Fe(OH) 3↓+ 3H +

Al(OH)3 v= Fe(OH)3 l= như`ng hạt keo mang

điện tích (+)→ trung ho= + tạo bông cặn

(b) Al(OH)3, Fe(OH)3kết hợp với các Anion trong nước tạo bông cặn, có hoạt tính bề mặt cao → hút bám lên bề mặt các chất bẩn (hạt keo, cặn, mùn, vi sinh vật, một số chất tan, ion kim loại nặng, ) → hi`nh th=nh bông cặn lớn → lắng xuống đáy bể lắng

Trên thực tế, khi cho phèn v=o nước, chúng bị thuỷ phân v= tạo ra không chỉ Al(OH)3 hay Fe(OH)3 m=

còn tạo các phức Monomers v= Polymers (phụ thuộc v=o pH, nồng độ phèn, ):

Monomers: Al 3+ , Al(OH) 2+ , Al(OH) 2 +, Al(OH) 3 , Al(OH) 4 7

Polymers: Al 2 (OH) 2 4+ , Al 3 (OH) 4 5+ , Al 13 O 4 (OH) 24 7+ ,

Những phức n=y mang điện tích dương, có khả năng:

L=m trung ho= các điện tích sơ cấp mang điện (∋) (cơ chế (a);

Hấp phụ trên bề mặt chúng các hạt keo (cơ chế b);

Các sản phẩm thuỷ phân ho=n to=n l= các Hydroxit kim loại kết tủa, tạo bông – bẫy các hạt keo (cơ chế c).

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

1 Độ pH của nước

Phản ứng thuỷ phân phèn tạo ion H+

→ pH↓, Ki↓, (CO2↑)

→ Đẩy hệ keo lệch khỏi điểm đẳng điện v= giảm tốc

độ phản ứng thuỷ phân

→ pH của dung dịch được điều chỉnh bằng:

Độ kiềm tự nhiên của nước

Sử dụng vôi/sôđa/xút (Vôi: không tạo CO2v= tăng pH cao hơn + rẻ)

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

Mỗi loại phèn yêu cầu 1 giá trị pH thích hợp cho quá

trình tạo bông keo tụ:

+ Phèn nhôm: pH 6,5 ∋ 7,5 → dễ áp dụng;

+ Phèn sắt 2: pH > 8 → đòi hỏi pH cao hơn;

+ Phèn sắt 3: pH 5,5 ∋ 9,5 → dễ áp dụng

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

2 Độ kiềm của nước Ki

Điều chỉnh độ pH của nước sau khi đưa phèn v=o:

Nếu Ki lớn → trung ho= ion H+ sinh ra do quá trình thuỷ phân phèn → pH thay đổi ít

Nếu độ kiềm Ki thấp, không đủ để trung ho= ion H+ → phải sử dụng hoá chất để nâng độ kiềm Ki trong nước:

sử dụng vôi, sôđa, xút

CO 3 27 + H +→HCO 3 7 →Ki ↑↑

OH 7 + H + →H 2 O

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

∋ Xác định độ kiềm trong nước sau khi đưa phèn v=o:

∋ Xác định lượng kiềm cần đưa v=o nước:

















+

ư

tp

i p

p K

e

L e L

+ Lk,ek– liều lượng (mg/l) v= đương lượng (mgđl/l) của chất kiềm + Lp, ep – liều lượng (mg.l) v=

đương lượng (mgđl/l) của chất phèn sử dụng

+ Kitp∋ độ kiềm to=n phần của nước, mgđl/l

+ 0,5 ∋ Độ kiềm dự trữ, mgđl/l

Lk> 0?

k k

p

p i i

e

L e

L K K

tp

tp = 0 ư +

mg/l

H=m lượng CO2trong nuớc sau khi đưa phèn v=o

















ư +

=

k k p

p

e

L e

L CO

H=m lượng cặn lơ lửng:

k

L K C

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

1 Độ pH của nước

2 Độ kiềm của nước

3 Nhiệt độ

Nhiệt độ tăng → chuyển động nhiệt Brown của hạt keo tăng → tăng động năng v= tần suất va chạm → hiệu quả

kết dính tăng → giảm lượng phèn sử dụng, thời gian, cường

độ khuấy trộn,…Lp(đông) > Lp(Lhè)

(Tuy nhiên, nhiệt độ cũng l=m thay đổi trọng lượng riêng của hạt cặn, l=m thay đổi tốc độ lắng cặn)

4 Các hợp chất hữu cơ

Bao bọc hạt cặn → ngăn cản tiếp xúc, dính bám, hấp phụ lên bông keo → Khử các hợp chất hữu cơ n=y trước khi đưa phèn v=o bằng các chất oxy hoá mạnh (Clo hoá sơ bộ)

5 Đưa v o nước hệ Polymer:

Để tăng hiệu suất của quá trình đông tụ + tiết kiệm

được hoá chất → sử dụng các Chất trợ keo: Các hợp chất cao phân tử (Polymer) tự nhiên hoặc tổng hợp, đưa v=o nước sau phèn v= vôi

T¹o cÇu nèi gi÷a c¸c h¹t keo c¸ch xa nhau víi kho¶ng c¸ch lín h¬n kho¶ng c¸ch hiÖu dông cña lùc ®Èy

C¸c Polyme mang ®iÖn, cã thÓ l=m trung ho= ®iÖn tÝch c¸c h¹t keo

Tuy nhiªn, nÕu sö dông Polyme qu¸ liÒu l−îng, sÏ t¸i x¸c lËp l¹i tr¹ng th¸i bÒn v÷ng cña hÖ keo, l=m gi¶m hiÖu suÊt keo tô