tiểu luận về keo tụ

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -o0o - TIỂU LUẬN MÔN: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI KEO TỤ Học viên: Trịnh Thị Thủy Mã học viên: 19812025 Lớp: Kỹ thuật Môi trường 2020A Khoa: Công nghệ Môi trường Hà Nội, năm 2021 MỤC LỤC Khái niệm keo tụ Cấu tạo tính chất hạt keo, chế q trình keo tụ, kết bơng .1 Các giai đoạn trình keo tụ Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ 4.1 pH 4.2 Liều lượng chất keo tụ 4.3 Độ đục ban đầu 4.4 Chất hữu 4.5 Anion, cation nước 4.6 Hiệu ứng khuấy 4.7 Thế zeta hệ 4.8 Nhiệt độ keo tụ Ứng dụng trình keo tụ Khái niệm keo tụ Keo tụ trình kết hợp hạt lơ lửng cho chất keo tụ vào nước (các hợp chất cao phân tử) Khác với đơng tụ, q trình keo tụ khơng diễn tiếp xúc trực tiếp mà tương tác lẫn phân tử chất keo tụ hấp phụ hạt lo lửng nước Sự keo tụ thúc đẩy q trình tạo bơng hydroxit kim loại (thường dùng muối nhôm sắt) nhằm tăng vận tốc lắng, giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ tăng vận tốc lắng Cấu tạo tính chất hạt keo, chế q trình keo tụ, kết Trong nước nước thải tồn loại keo keo kỵ nước keo ưa nước - Keo ưa nước (hydrophilic tinh bột, protein dạng hịa tan…): có khả kết hợp với phân tử nước tạo thành vỏ bọc hydrat, hạt keo riêng biệt mang điện tích bé tác dụng chất điện phân không bị keo tụ, keo ưa nước trở nên bền vững khó bị loại bỏ - Keo kỵ nước (hydropholic hạt sét, hydroxide kim loại…): hạt không kết hợp với phân tử nước môi trường để tạo vỏ bọc hydrat, hạtkeo riêng biệt mang điện tích lớn, điện tích trung hịa độ bền hạt keo bị phá vỡ Quá trình keo tụ hệ keo kỵ nước thường khơng thuận nghịch, q trình diễn tới keo tụ hoàn toàn hạt keo Chúng đóng vai trị quan trọng q trình xử lý nước nước thải phèn Tuy nhiên nước tác dụng với hạt keo kỵ nước mức đó, số phân tử nước thường bị hấp phụ vào bề mặt hạt keo kỵ nước, phản ứng hạt keo ưa nước nước diễn tốc độ nhanh Một yếu tố quan trọng tạo nên tính ổn định hạt keo diện điện tích bề mặt Điện tích bề mặt hình thành nhiều cách khác tùy theo thành phần nước thải hạt keo Hình 1: Cấu tạo hạt keo Theo Trần Văn Nhân Ngô Thị Nga (2002) chế trình keo tụ giải thích mơ hình hai lớp theo Hình 15 Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm dung dịch hút lấy ion trái dấu Một số ion trái dấu bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động hạt rắn, chúng tạo thành mặt trượt Xung quanh ion trái dấu bên lớp ion bên mà hầu hết ion trái dấu, chúng bị hút bám vào cách lỏng lẻo dễ dàng bị trượt Khi hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng điện tích âm bị giảm ion mang điện tích dương lớp bên Hiệu số điện lớp cố định lớp chuyển động gọi zeta (ξ) hay điện động Khác với nhiệt động E (là hiệu số điện bề mặt hạt chất lỏng) Thế zeta phụ thuộc vào E chiều dày hai lớp, giá trị xác định lực tĩnh điện đẩy hạt lực cản trở lực dính kết hạt rắn với Hình Điện tích hạt lơ lửng giải thích lý thuyết hai lớp Hình 3: Thêm ion trái dấu hóa trị để giảm điện tích thực hạt rắn Nếu điện tích âm thực điện tích đẩy thêm vào tất hạt cịn có lực hút tĩnh điện - lực Van der Waal - cấu trúc phân tử hạt, tổng hai điện tích điện tích đẩy thực hay hàng rào lượng cản trở hạt rắn liên kết lại với Như mục tiêu keo tụ làm giảm zeta tức làm giảm chiều cao hàng rào lượng tới mức tới hạn cho hạt rắn không đẩy lẫn cách cho vào thêm ion có điện tích dương Như đơng tụ diễn q trình phá vỡ ổn định trạng thái keo hạt nhờ trung hòa điện tích Hiệu đơng tụ phụ thuộc vào hóa trị ion, chất đơng tụ mang điện tích trái dấu với điện tích hạt Hóa trị ion lớn hiệu đơng tụ cao Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2006) Davis (2010) cho q trình đơng tụ- keo tụ diễn theo chế sau: - Cơ chế nén lớp điện tích kép: hai phần tử keo có điện tích bề mặt giống lại gần chúng đẩy lực đẩy tĩnh điện Việc bổ sung muối kim loại có khả thủy phân tạo ion trái dấu, ion làm tăng mật độ điện tích lớp điện tích kép, gây giảm điện động zêta làm giảm lực tĩnh điện Mặt khác, phần tử tồn lực hút tĩnh điện, mật độ ion trái dấu dung dich tăng lên đến mức độ lực hút Van der Walls thắng lực đẩy tĩnh điện, hạt keo xích lại gần hơn, kết dính tạo thành bơng keo tụ Trong q trình nén lớp điện tích kép, lực ion điện tích ion trái dấu giữ vai trò quan trọng - Cơ chế hấp phụ trung hịa điện tích: hạt keo hấp phụ lên bề mặt ion dương trái dấu làm thay đổi điện tích bề mặt tạo nên trung hịa điện tích, phá vỡ trạng thái bền vững hệ keo Các hạt keo hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt song song với chế nén lớp điện tích kép chế hấp phụ mạnh - Cơ chế hấp phụ bắc cầu: sử dụng hợp chất cao phân tử (polymer), nhờ cấu trúc mạch dài, đoạn phân tử polymer hấp phụ lên bề mặt hạt keo, tạo cầu nối hạt keo lại với nhau, hình thành bơng keo tụ có kích thước lớn làm tăng tốc độ lắng hạt keo Cơ chế trình keo tụ: - Nén ép làm giảm độ dày lớp điện kép - Hấp phụ trung hịa điện tích - Lơi cuốn, qt với chất kết tủa - Hấp phụ tạo cầu liên kết hạt keo, gồm phản ứng: Phản ứng 1: Hấp phụ ban đầu liều lượng polymer tối ưu Phản ứng 2: Hình thành bơng cặn Phản ứng 3: Hấp phụ lần polymer Phản ứng 4: Khi liều lượng polymer dư Phản ứng 5: Vỡ cặn Các giai đoạn trình keo tụ - Phản ứng với nước, ion hóa, thủy phân,trùng hợp - Nén ép giảm độ dày lớp điện tích kép - Hấp phụ ion từ chất keo tụ bề mặt phân tử - Liên kết ion phần tử khác bề mặt phân tử - Lôi hạt keo chất kết tủa - Tạo cầu liên kết giửa hạt keo - Chuyển khối khuếch tán brown - Keo tụ cưỡng Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ 4.1 pH Là yếu tố quan trọng q trình keo tụ Thơng thường, pH thấp chất hữu mang điện tích âm pH cao chúng mang điện tích dương Ảnh hưởng pH đến tốc độ đông tụ dung dịch keo: tốc độ đông tụ dung dịch keo điện ξ (ZETA) có quan hệ Trị số ξ nhỏ, lực đẩy hạt keo yếu Vì tốc độ đơng tụ nhanh Khi điện ξ khơng, nghĩa đạt đến điểm đẳng điện, tốc độ đông tụ lớn Dung dịch keo hình thành từ hợp chất lưỡng tính, trị số ξ điểm đẳng điện chủ yếu định trị số pH nước Do đó, để đạt hiệu keo tụ tốt phải chọn trị số pH thích hơp cho loại nước thải riêng Trị số pH gọi pH tối ưu Đối với loại 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 nước khác có pH tối ưu khác khơng có phương pháp tính tốn mà phải dựa vào thực nghiệm thơng qua thí nghiệm Jartest loại nước thải riêng Liều lượng chất keo tụ Q trình keo tụ khơng phải phản ứng hóa học thơng thường, nên lượng chất keo tụ cho vào khơng thể dựa vào tính toán để xác định Tùy vào loại nước khác nhau, tùy vào hàm lượng chất keo mà phải tiến hành thực nghiệm để xác định trị số pH tối ưu tương ứng với trị số pH tối ưu Độ đục ban đầu Một số loại nước cần keo tụ có độ đục thấp, nghĩa hàm lượng chất lơ lửng thấp, khả liên kết với chất keo tụ thấp hiệu keo tụ không cao Lúc phải tạo độ đục ban đầu cách cho thêm chất trợ keo tụ vôi… Chất hữu Các chất hữu mục tiêu keo tụ q trình keo tụ Một số chất hữu hịa tan gây khó khăn cho q trình keo tụ Anion, cation nước Sự có mặt ion nước có khả làm giảm tính ổn định hệ keo, tăng khả keo tụ chúng Hiệu ứng khuấy Trong trình keo tụ, yếu tố định tốc độ khuấy trộn cung cấp Quá trình keo tụ phải đựơc đảm bảo khuấy trộn thích hợp theo giai đoạn riêng biệt giúp cho chất keo tụ tiếp xúc với hạt keo keo tiếp xúc với tạo thành lớn nhằm đạt đến hiệu tạo tốt Thế zeta hệ Thế ξ hệ định đến pH tối ưu cho trình keo tụ Nhiệt độ keo tụ Một số chất keo tụ bị ảnh hưởng nhiệt độ nước thải Ở nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt bơng keo tạo thành khó có khả lớn, hiệu lắng Ứng dụng q trình keo tụ Một số hóa chất sử dụng keo tụ - Bể keo tụ tạo bơng có ứng dụng rộng rãi thực tế Đặc biệt loại nước thải có độ màu, chất rắn lơ lủng cao, có chứa hóa chất… - Bể keo tụ tạo thường đặt trước bể xử lý sinh học nhằm giảm tải phần số TSS, COD, BOD - Ngoài ra, bể keo tụ tạo bơng cịn ứng dụng rộng rãi xử lý nước cấp, nước mặt, nước ngầm Một số nước thải cần có hệ thống keo tụ tạo bơng q trình xử lý như: - Xử lý nước cấp - Xử lý nước ngầm - Nước thải dệt nhuộm - Nước thải xi mạ - Nước thải giặt - Nước thải mực in - Nước thải thủy sản; - Nước thải nhà máy gạch men; - Nước rỉ rác ... Ứng dụng trình keo tụ Khái niệm keo tụ Keo tụ trình kết hợp hạt lơ lửng cho chất keo tụ vào nước (các hợp chất cao phân tử) Khác với đơng tụ, q trình keo tụ khơng diễn tiếp xúc... năm 2021 MỤC LỤC Khái niệm keo tụ Cấu tạo tính chất hạt keo, chế trình keo tụ, kết .1 Các giai đoạn trình keo tụ Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ 4.1 pH ... hữu mục tiêu keo tụ q trình keo tụ Một số chất hữu hòa tan gây khó khăn cho q trình keo tụ Anion, cation nước Sự có mặt ion nước có khả làm giảm tính ổn định hệ keo, tăng khả keo tụ chúng Hiệu