đề tài ứng dụng của phương pháp trao đổi ion trong nước

Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN KHCN & QLMT  -MÔN : KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP ĐỀ TÀI : Thành phố Hồ Chí Minh,tháng7, năm 2010 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga MỤC LỤC I CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION… I.1 Giới thiệu……………………………………………………… I.2 Cơ sở phương pháp trao đổi ion I.3 Vật liệu trao đổi ion……………………………………… I.3.1 Vật liệu trao đổi ion vô cơ………………………………….3 I.3.2 Vật liệu trao đổi ion than……………………… I.4 Nhựa trao đổi ion……………………………………………… I.4.1 Nguyên tắc chế tạo…………………………………………8 I.4.2 Cationit…………………………………………………… I.4.3 Anionit…………………………………………………….10 I.4.4 Điều kiện sử dụng nhựa trao đổi ion………………….11 I.5 Thứ tự ưu tiên trao đổi…………………………………… 11 I.6 Cơ chế trao đổi ion…………………………………………….12 I.7 Cân trao đổi ion………………………………………….13 I.8 Thiết kế cột trao đổi ion……………………………………….16 I.9 Tái sinh ionit………………………………………………17 I.10 Sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi ion………………………… 17 II XỬ LÝ CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION II.1 Xử lý amoni ( NH4+) nước ngầm…………………………19 II.2 Khử sắt nước ngầm……………………………………….20 II.2.1 Một số thiết bị khử sắt thường sử dụng…………… 20 II.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng trình khử sắt………………… 23 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga II.2.3 Áp dụng trình khử sắt vào việc xử lý nước ngầm để cấp nước cho cộng đồng dân cư nông thôn……………………………………………25 II.2.4 Khử sắt phương pháp trao đổi ion……………………28 II.3 Xử lý arsen………………………………………………………28 II.3.1 Vai trò arsen nguồn gốc arsen hoạt động phát triển 28 II.3.2 Phương pháp xử lý…………………………………………29 II.4 Làm mềm nước………………………………………………… 30 II.5 Xừ lý nitrat……………………………………………………….31 III QUÁ TRÌNH KHỬ NITRAT TRONG NƯỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION……………………………………………….32 III.1 Một số giai đoạn công nghệ khử nitrat nước cấp……….32 III.2 Phương pháp khử nitrat………………………………………… 33 III.3 Nguyên lý trao đổi ion cột tháp………………………………… 35 III.4 Qúa trình hồn ngun………………………………………… 37 III.5 Qui trình cơng nghệ xử lý……………………………………… 38 IV KẾT LUẬN………………………………………………………… 38 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga І CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION I.1 Giới thiệu Phương pháp trao đổi ion sử dụng rộng rãi trình xử lý nước thải nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường sử dụng để khử muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại ion kim loại nặng ion kim loại khác có nước Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion sử dụng để loại khỏi nước kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…),các hợp chất asen, photpho, xianua chất phóng xạ Phương pháp cho phép thu hồi chất có giá trị với độ làm nước cao Nhược điểm phương pháp chi phí đầu tư vận hành cao nên sử dụng cho cơng trình lớn thường sử dụng cho trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao Ưu điểm phương pháp triệt để xử lý có chọn lựa đối¬ tượng I 2- Cơ sở phương pháp: Là trình trao đổi ion dựa tương tác hoá học ion pha lỏng ion pha rắn Trao đổi ion q trình gồm phản ứng hố học đổi chỗ (phản ứng ) ion pha lỏng ion pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu nhựa trao đổi dành cho ion pha lỏng nhờ ion pha lỏng dễ dàng chổ ion có khung mang nhựa trao đổi Quá trình phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi loại ion khác Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành tái sinh liên tục ; trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành tái sinh gián đoạn Trong trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh phổ biến I.3 Vật liệu trao đổi ion Vật liệu có tính trao đổi ion loại tự nhiên hay tổng hợp, có nguồn gốc vơ hay hữu cơ, Chúng coi nguồn tích trữ ion trao dổi dược với bên ngồi, Chất trao đổi ion dạng rắn không tan nước hầu hết dung môi hữu Trên bề mặt chất rắn tồn nhóm chức, nhóm chức chứa hai thành phần tích điện: nhóm chức cố định ion linh động trao đổi Cấy trúc chúng mơ tả: Dạng Mạng chất Điện tích chất trao đổi rắn nhóm chức Cationit Vơ cơ, hữu Âm Anionit Vô cơ, hữu Dương Lưỡngt Vô cơ, hữu Âm,dương ính Ion linhđộng Dương Âm Âm,dương Các loại chất trao đổi ion yếu tích điện âm pH cao cationit vùng pH thấp anionit khơng nhóm chức chúng tồn thái không phân li, điện tích tỏng nhóm chức khơng Chất trao đổi ion lưỡng tính khác, vùng pH định chúng thể khả trao đổi anion hay cation, tồn thái trung hòa điểm đẳng điện Phân loại vật liệu trao đổi ion: A Loại cationit a.Vô Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga -tự nhiên (zeolit, khoáng sét) -tổng hợp(zeolit tổng hợp, permutit, silicat tỗng hợp) b Hữu -Tự nhiên (than bùn, ligin) -than sunfon hóa -Tổng hợp (nhựa trao đổi ion sở phản úng trùng ngưng Polymer hóa) B Loại anionit a.Vơ -Tự nhiên (dolomite, apatit,hydroxyl apatit) -Tổng hợp (silicat kim loại nặng) b Hữu -Tổng hợp (nhựa trao đổi ion) I.3.1 Vật liệu trao đổi ion vô Chất trao đổi ion vô tự nhiên chủ yếu alumosilicat tinh thể, loại zeolit tự nhiên khoáng sét cấu trúc lớp Các loại zeolit tự nhiên analcite, chabazite, harmotome…Các loại zeolit có hệ mao quản rộng thuận lợi cho trình trao đổi ion Các ion trao đổi linh động, chuyển dịch tự gốc zeolit, thường nhiều loại Na+, Ca2+, K+, Mg2+ Dung lương trao đổi chúng phụ thuộc vào cấu trúc zeolit, độ sẩn phẫm Khoáng sét cấu trúc lớp montmorilonit, vermiculite có tính trao đổi ion Các ion nằm lớp cấu trúc mạng, trình hydrat hóa ion gây tính trương nở khoáng sét Dung lượng trao đổi khoáng sét thấp so với zeoli, nằm khoảng 1mdl/g Glauconite khoáng sắt (П) alumosilicat chứa ion trao đổi kali Cấu trúc mạng chặt nên q trình trao đổi ion Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga diễn bề mặt bên ngoài, nhiên trạng thái phân tán cao, dạng keo, khả trao đổi ion đáng kể Một số vật liệu tự nhiên có tính trao anion dolomite, silicat kim loại nặng Tuy có apatit [Ca5(PO4)3]F hydroxyl apatit [Ca5(PO4)3]OH có ứng dụng trọng thực tiễn Zeolit loại khống vật mềm, độ chịu mài mòn thấp, hệ mao quản nhỏ, độ dẻo thấp Khả trương nở thấp hệ mao quản nhỏ nên ion trao đổi có độ linh động khơng cao, Khống sét cấu trúc lớp có khả trương nở cao, trình trao đổi ion dễ dàng loại vật liệu có độ bền học tháp, kích thước nhỏ khó sử dụng thực tiễn Tất vật liệu trao9 đổi ion vô ( tự nhiên tổng hợp) bền mặt hóa học, bị axit kiềm phá hủy, điều hạn chế ứng dụng thực tiễn, tức sử dụng chúng khoảng pH hẹp Nhiều loại không bền dung dịch số muối Giai đoạn tỏng hợp loại zeolit, khả hấp phụ phân tử trung hịa, zeolit tổng hợp có dung lượng trao đổi cao nhiều so với zeolit yu75 nhiên Một số loại oxit kim loại: Fe2O3,Al2O3, MnO2, Cr2O3, Tio2, ZrO2, ThO2, SnO2 chất lưỡng tính axit- bazo, chúng có khả trao đổi cation pH môi trường cao điểm đẳng điện, chúng sử dụng cho số trường hợp đặc thù hấp phụ flo, asen nhôm oxit I Vật liệu trao đổi ion than Rất nhiều loại than có khả trao đổi ion Các nhóm chức bề mặt than COOH, OH axit1 yếu có khả trao đổi H+ điều kiện thích hợp Tuy vật liệu dễ bị kiềm phá hủy có xu hướng Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga petit hóa Vì trước sử dụng chúng cần ổn định thong qua biện pháp xử lí I.4- Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion gọi ionit ,các ionit có khả hấp thu ion dương gọi cationit, ngược lại ionit có khả hấp thu ion âm gọi anionit Còn ionit vừa có khả hấp thu cation ,vừa có khả hấp thu anion gọi ionit lưỡng tính Về cấu tạo : cấu tạo chất trao đổi ion, phân hai phần Một phần gọi gốc chất trao đổi ion, phần khác gọi nhóm ion trao đổi (nhóm hoạt tính ) Chúng hố hợp cốt cao phân tử Dùng phương pháp tổng hợp hoá học ,người ta chế tạo chất trao đổi ion hữu gọi nhựa trao đổi ion (resin) Resin tạo trùng ngưng từ styren vàdivinylbenzen(DVB) Phân tử styren tạo nên cấu trúc Resin DVB cầu nối polime có tính khơng hồ tan giai bền Cầu nối Resin Chất trao đổi ion thông cầu nối chiều Trong Resin có cấu trúc rỗng Phân loại : có loại Resin - Resin Cation acid mạnh - Resin Cation acid yếu - Resin Anion bazơ mạnh - Resin Anion bazơ yếu Tính chất vật lý o Màu sắc : vàng, nâu, đen, thẩm Trong trình sử dụng nhựa , màu sắc nhựa hiệu lực thường thâm chút Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga o Hình thái : nhựa trao đổi ion thường dạng tròn o Độ nở : đem nhựa dạng keo ngâm vào nước ,thể tích biến đổi lớn o Độ ẩm : % khối lượng nước khối lượng nhựa dạng khô (độ ẩm khô) , dạng ướt (độ ẩm ướt) o Tính chịu nhiệt : loại nhựa bị ảnh hưởng nhiệt độ có giới hạn định , vượt giới hạn nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50o C o Tính dẩn điện : chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện phụ thuộc vào dạng ion o Kích thước hạt : Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm o Tính chịu mài mòn : vận hành chất trao đổi ion cọ sát lẫn nở ngót , có khả dể vỡ vụn Đây tiêu ảnh hưởng đến tính thực dụng o Tính chịu oxy hố: chất oxy hố mạnh làm cho nhựa bị lão hố (trơ) Tính hoá học: Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi biểu thị mức độ nhiều lượng ion trao đổi loại chất trao đổi ion Có phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g Tổng dung lượng trao đổi : tiêu biểu thị lượng gốc hoạt tính có chất trao đổi Dung lượng trao đổi cân : biểu thị dung lượng trao đổi lớn chất trao đổi ion loại dung dịch định ,nên Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga số Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi xác định điều kiện vận hành thực tế Tính thuận nghịch phản ứng trao đổi ion: Phản ứng trao đổi ion phản ứng thuận nghịch Dựa tính chất người ta dùng dung dịch chất hồn ngun , thơng qua chất trao đổi ion hiệu lực để khôi phục lại lực trao đổi CaR + 2H +( nhựa trao→Thí dụ : 2HR + Ca 2+ đổi) 2HR + Ca 2+(hồn ngun)→CaR + 2H+ Tính acid , kiềm : tính chất Cationit RH chất Anionit ROH ,giống chất điện giải acid, kiềm Tính trung hồ thuỷ phân : tính trung hồ thuỷ phân chất trao đổi ion giống chất điện giải thơng thường Tính chọn lựa chất trao đổi ion - Ở hàm lượng ion thấp dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả trao đổi tăng hoá trị ion trao đổi tăng I.4.1 Nguyên tắc chế tạo Nhựa trao đổi ion bắt buộc phải bao gồm: mạng hidrocacbon ba chiều nhóm chức phân li gắn mạng Có nhiều phương àn để đật mục tiêu trên: monome chất điện li hữu tạo thành polymer có liên kết ngang tạo cấu trúc khơng gian ba chiều, monomer phân tử trung hịa, nhóm chức phân li gắn vào mạng tạo thành mạng polymer, hình thành nhóm chức điện li đồng thời hình thành polymer 10 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga II) (phút) Tốc độ lọc qua bể tiếp xúc lấy -20 m/h tuỳ thuộc vào thời gian lưu nước cần thiết lượng cặn cần giữ lại cho qua bể lọc đợt I hàm lượng cặn lại qua bể lọc (lọc đợt II) ≤ 15mg/l Tốc độ lọc qua bể lọc lấy 3-9 m/h tuỳ thuộc vào chiều dày cỡ hạt lớp vật liệu lọc thời gian lưu nước cần thiết II.2.3 Áp dụng trình khử sắt vào việc xử lý nước ngầm để cấp nước cho cộng đồng dân cư nơng thơn Mục đích việc xử lý nước cấpCung cấp đầy đủ lượng nước cho trình sử dụng người dân đảm bảo an tồn mặt hố học, vi trùng học…để thoả mãn nhu cầu ăn uống, sinh hoạt dịch vụ, sản xuất…N ước có chất lượng tốt, ngon khơng chứa chấy gây đục, gây màu, mùi, vị nước Tóm lại, nguồn nước thơ sau qua hệ thống xử lý phải đạt : “ti chuẩn vệ sinh chất lượng nước cấp cho ăn uống sinh hoạt – TCVN 5501 – 1991”  Số liệu cần thiết để thiết kế trạm xử lý khử sắt Khi thiết kế trạm xử lý nước cấp có q trình khử sắt, cần phải thu thập số liệu sau: Công suất hữư ích trạm, số hoạt động ng ày hay công suất 27 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Bơm nước liên tục với lưu lượng đủ lớn để loại trừ tồn đọng, sau lấy mẫu đầu bơm để phân tích tiêu: Độ đục Độ màu Độ oxy hóa Độ kiềm Độ cứng toàn phần độ cứng cacbonat pH Tổng hàm lượng sắt Hàm lượng Ion sắt hóa trị II Hàm lượng Ion sắt hóa trị II 10 Hàm lượng silic, poliphotphat kim loại nặng 11 Hàm lượng CO2 tự 12 Hàm lượng H2S Kết thí nghiệm khử sắt chỗ theo phương pháp lý học, hoá học Phân loại nước ngầm theo hàm lượng sắt Phân loại nước ngầm Hàm lượng sắt Loại nước ngầm (mg/l) Nước ngầm có hàm lượng sắt thấp 0,4 - 10 Nước ngầm có hồm lượng sắt trung bình 10 — 20 Nước ngầm có hàm lượng sắt cao >20 Theo TCVN 10 mg/l Tổng hàm lượng muối khoáng 6.8 tính tốn thiết bị làm khống theo điều kiện lấy oxy để khử sắt Nước ngầm bơm lên từ giếng khoan hay giếng đào đưa vào làm thoáng dàn mưa, làm thoáng cưỡng để làm thống nước Q trình làm thống chủ yếu cung cấp oxy cho nước Nước sau làm thoáng dẫn vào bể khuấy trộn lắng cặn, trước vào bể nước tiếp xúc với hố chất có tác dụng đẩy nhanh q trình oxy hố hồ tan thành sắt III, nước từ bể lắng dẫn qua bể lọc, bể lọc có chứa nhiều lớp vật liệu lọc.Nước sau qua bể lọc khử trùng dung dịch clorine trước cung cấp cho người sử dụng Để tránh tượng tắc lọc bể lọc, đến chu kỳ phải tiến hành rửa lọc nước (nước + khí) Cặn bể lắng đưa vào bể nén cặn П.2.4 Biện pháp khử sắt phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion sử dụng kết hợp với trình khử cứng Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm khơng tiếp xúc với khơng khí Fe3+ làm giảm khả trao đổi ionic Chỉ có hiệu khử nước ngầm có hàm lượng sắt thấp II.3 Xử lí arsen П.3.1 Vai trị Arsen nguồn gốc ô nhiễm Arsen hoạt động phát triển 30 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Như biết, Arsen nguyên tố vi lượng, cần thiết cho sinh trưởng phát triển người sinh vật Arsen có vai trị trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit hemoglobin Arsen nguyên tố có mặt nhiều loại hóa chất sử dụng nhiều ngành cơng nghiệp khác như: hóa chất, phân bón (lân - phốt phát, đạm- nitơ), thuốc bảo vệ thực vật, giấy, dệt nhuộm Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch cơng nghiệp xi măng, nhiệt điện, Công nghệ đốt chất thải rắn nguồn gây nhiễm khơng khí, nước Arsen Các ngành công nghiệp khai thác chế biến loại quặng, quặng sunfua, luyện kim tạo nguồn ô nhiễm Arsen Việc khai đào mỏ nguyên sinh phơi lộ quặng sunfua, làm gia tăng q trình phong hóa, bào mịn tạo khối lượng lớn đất đá thải có lẫn Asenopyrit lân cận khu mỏ Tại nhà máy tuyển quặng, Asenopyrit tách khỏi khoáng vật có ích phơi khơng khí Asenopyrit bị rửa lũa, dẫn đến hậu lượng lớn Arsen đưa vào môi trường xung quanh Những người khai thác tự đãi quặng thêm vào axit sunphuric, xăng dầu, chất tẩy Asenopyrit sau tách khỏi quặng thành chất thải chất đống trời trôi vào sông suối, gây ô nhiễm tràn lan Đó nguồn phát thải Asen gây nhiễm nước, đất, khơng khí П.3.2 Phương pháp xử lí Lựa chọn phương pháp hấp thụ hay trao đổi ion trước hết phụ thuộc vào hàm lượng sunfat tổng lượng cặn tan( nồng độ ion tông nguồn nước nồng độ arsen nhỏ so với ion khác 31 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Phương pháp trao đổi ion khơng có lợi mặt kinh tế nồng độ sufat> 250mg/l lượng chất tan vượt 500mg/l, hấp phụ arsen nhom6oxit bị ảnh hưởng yếu tố Có thể loại bỏ ion Asenat (As (V)) nước phương pháp trao đổi ion với vật liệu trao đổi gốc anion axit mạnh (Cl-) Loại vật liệu trao đổi ion có ưu điểm sử dụng dung dịch muối đậm đặc NaCl để hoàn nguyên hạt trao đổi ion bão hòa Asen Nồng độ Asen sau xử lý hạ thấp tới ppb Tuy nhiên cơng nghệ trao đổi ion tương đối phức tạp, có khả áp dụng cho hộ gia đình đơn lẻ Đây trình trao đổi ion pha rắn pha lỏng, mà không làm thay đổi cấu trúc chất rắn Nhìn chung, anionit khác it ảnh hưởng đến hiệu xử li1arsen, thời gian tiếp xúc từ 1,5 đến phút ảnh hưởng không đáng kể đến hiệu cột Tái sinh nhựa sử dụng dịng chiều Dung dịch tái sinh xử lí cách bổ sung muối sắt(III) hay muối nhôm ( phèn nhơm) vơi Phản ứng hóa học xảy ra: Na2HAsO4 + H2O + 2FeCl3  ←→ Fe(OH)3 + Fe(H2AsO4) ↓  +6NaCl ←   2Na2HAsO4 + NaHCO3 + 4Ca(OH)2  → CaCO3 ↓ +Ca3(AsO4) +3H2O +5NaOH П.4 Làm mềm nước Nước cứng nước có chứa lượng đáng kể( 50 mg/l) ion canxi, magie, sắt (II), chủ yếu Mg2+ Ca2+ có nguồn gốc từ đá vơi dolomit hịa tan nước khơng chứa cacbonic Vì vậy, nước chứa nhiều canxi, magie đồng thời chứa nhiều anion bicacbonat Nếu loại 32 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga bỏ Ca, Mg nước trở thành nước mềm Trao đổi ion phương pháp loại bỏ chất gây cứng Trao đổi ion gồm việc loại bỏ ion gây cứng khỏi nước thay ion làm cho nước mềm Khi chất hịa yan nước, chúng sẻ ion hóa tạo ion, hạt nhân vài trường hợp nhóm hạt nhân mang điên (+) (-) Làm mềm nước với nhựa cationit mạnh dạng H+ xảy theo: -R-H + Na+ → -R-Na + H+ -R-H + Ca2+ → -R-Ca + H+ -R-H + Mg2+ → -R-Mg + H+ HCO3- + H+ → CO2 + H2O Trong trình làm mềm nước trao đổi ion, ion cứng Ca – Mg thay ion mềm Na để thúc đẩy trình trao đổi ion người ta cho bột nhựa trao đổi ion có clorua natri vào trước Nước mềm chảy qua lớp bột nhựa ( bột nhựa trao đổi ion nhân tạo gồm nhiều lỗ nhằm tăng điện tích bề mặt trao đổi làm tăng khả trao đổi ion) Tái sinh nhựa trao đổi ion tiến hành chiều hay ngược chiều dịng trao đổi, bao gồm bước: sục rửa ngược, tái sinh Rửa lần thải ngồi, rửa lần hai tích nước lại để dùng cho lần sau П.5.Xử lý Nitrat Nitrat hợp chất vơ nito có dạng hóa trị cao nhất( +5) phổ biến mơi trường nước Nitrat nước có hai loại nguồn gốc chính: 33 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Do thủy phân vi sinh hợp chất hữu chứa nito đất Vì lý cối khơng hấp thu hấp thụ khơng hết nguồn nitrat hình thành, bị nước rửa trôi, thâm nhập vào nguồn nước mặt, nước ngầm Do nguồn phân bón vơ khơng thực vật sử dụng hết lan truyền vào môi trường nước Bản thân nitrat yếu tố gây độc q trình chuyển hóa thành nitrit thể nên gây tính độc Trao đổi ion nhựa anionit mạnh dạng Cl- phương pháp đơn giản có giá thành thấp để loại bỏ nitrat khỏi nguồn nước dùng cho sinh hoạt Tuy vậy, việc ứng dụng hạn chế qui mơ nhỏ Các anion có mặt nước trao đổi cạnh tranh với nitrat, ảnh hưởng anion phụ thuộc vào dộ chon lọc chúng nhựa anionit mạnh Thứ tự chọn lọc nhựa anionit mạnh là: sunfat > nitrat > clorua > bicacbonat Từ cho thấy.ảnh hưởng anion sunfat mạnh bicacbonat thấp Do tất loại anion mạnh thương phẩm có tính chọn lọc cao với sunfat vùng độ tan cường độ ion hầu hết nguồn nước ngầm nên nitrat dễ bị đẩy khỏi cột, tạo nên tăng nồng độ nước sau xử lí thời điểm trước cột kết thúc chu kì hoạt động III QUI TRÌNH KHỬ NITRAT TRONG NƯỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION Khử nitrat phương pháp lọc qua màng có hiệu cao với thẩm thấu ngược(RO) siêu lọc UF Tuy nhiên hiệu khoảng 60 – 65% hàm lượng nitrat loại trừ Để khử nitrat triệt để, phương pháp RO thường đưa vào dây chuyền công nghệ vận hành trước cột trao đổi ion 34 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Hàm lượng cho phép nitrat nước ăn uống theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN5501-91) 45mg/l III.1 Một số giai đoạn công nghệ khử nitrat nước cấp • Giai đoạn đưa hoá chất vào nước Giai đoạn gồm có q trình làm thống nước để làm giàu oxy khử khí cacbonic với việc pha trộn hóa chất vào nước vơi, phèn, clo, ozon, kali permanganate… • Giai đoạn xử lý sơ Mục đích giai đoạn nhằm tạo điều kiện cho phản ứng ơxy hố khử diễn hồn tồn, nhanh chóng Các thiết bị cần thiết cho giai đoạn bể lắng tiếp xúc, bể lọc sơ bộ, bể lọc tiếp xúc, bể lắng ngang lắng • Giai đoạn làm Giai đoạn cần đến bể lọc khác Tuỳ theo hàm lượng thành phần nitrat nước nguồn với chất lượng nứơc nguồn mà định quy trình khử nitrat cụ thể, thường xác định thực nghiệm chỗ kết hợp với kết tính tốn sơ IП.2 Các phương pháp khử nitrat Để khử nitrat người ta thường dùng phương pháp: lọc thẩm thấu ngược RO, điện phân, trao đổi ion, sinh học Phương pháp thẩm thấu ngược dùng màng bán thấm RO tốn dùng để khử nước có tổng lượng khống (TDS) cao, nước nhiễm mặn có nguồn gốc nước ven biển, nước biển Chọn phương pháp khử nitrat cần phải dựa vào chất lượng nước yêu cầu sau xử lý, thành phần muối hòa tan nước nguồn: 35 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Khi tổng hàm lượng muối nước nguồn thấp: nitrat vượt tiêu chuẩn, lượng ion Cl- nước thấp dùng phương pháp trao đổi ion phù hợp Khi tổng hàm lượng muối nước nguồn cao: Cl- , SO42- , NO3- ứng dụng phương pháp trao đổi ion không hiệu kinh tế, nên dùng phương pháp phối hợp với phương pháp thẩm thấu ngược dùng màng bán thấm RO Trao đổi ion trình hấp thu ion dung dịch lên lớp vật liệu trao đổi thay ion lớp vật liệu trao đổi hòa tan vào dung dịch Để khử ion nitrat nước, sử dụng phương pháp trao đổi ion chất lượng nước sau xử lý đạt độ an toàn cao Ion nitrat trao đổi với ion nhựa trao đổi ion với lưu lượng dòng chảy lựa chọn Trong phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm nitrat, loại nhựa anionit có tính kiềm mạnh thích hợp thơng dụng Loại nhựa có độ bền cao, hiệu trao đổi tốt, chất lượng trao đổi lớn Nhựa trao đổi anionit thường có dạng tổng quát R - Cl Quá trình khử nitrat phương pháp trao đổi ion dựa theo phản ứng sau: R - Cl + NO3- = R - NO3 + ClNO3- hấp phụ kết nối nhựa trao đổi ion tạo thành R -NO3, ion Cl- hạt nhựa hòa tan nước 36 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga R - NO3 tái sinh lại dạng ban đầu R - Cl cách hoàn nguyên nhựa trao đổi dung dịch NaCl hay dung dịch NaOH theo phản ứng sau hóa học sau: R - NO3 + NaCl ® RCl + NO3Hoặc R - NO3 + NaOH ® ROH + NO3Tuy nhiên loại nhựa kiềm mạnh khử anion khác có nước Tùy thuộc vào lượng SO42- nước nhiễm nitrat mà ảnh hưởng đến dung lượng trao đổi Nitrat nhựa Tùy theo yêu cầu chất lượng nước điều kiện cụ thể chọn phương pháp khử nitrat thích hợp, thơng thường người ta thường dùng phương pháp trao đổi ion Điều kiện áp dụng phương pháp trao đổi ion đạt hiệu cao: Nước có hàm lượng cặn < g/l Tổng hàm lượng ion nitrat, sulfat clor có nước nguồn muốn xử lý phải nhỏ 250 mg/l (vì hàm lượng clo lớn cho phép nước ăn uống 250 mg/l) III.3 Nguyên lý trao đổi ion cột tháp: Đây hình thức trao đổi trạng thái động Phương thức vận hành thông thường làm cho nước từ chảy xuống liên tục xuyên qua lớp trao đổi Do nước lớp chất trao đổi ion phần tiếp xúc theo thứ tự trước, sau khác Thơng thường nước có chứa ion trao đổi (sulfat, nitrat…); để đơn giản, ta nghiên cứu nước có anion nitrat cần trao đổi Trước tiên nước đầu vào gặp lớp bề mặt nhựa trao đổi Nitrat tiến hành trao đổi cho nênchất trao đổi ion lớp sau cho nước chảy qua nhanh chóng hiệu lực Sau nước có nitrat tiếp tục chảy qua lớp Cứ vận hành trao đổi đến đạt đến cân lớp nhựa cuối Chất lượng 37 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga nước thay đổi, có rị rỉ dần lượng nitrat điểm giới hạn cho phép nitrat nước uống sinh hoạt, chấm dứt giai đoạn trao đổi Bắt đầu giai đoạn hoàn nguyên: tái sinh hạt nhựa Có nhiều loại nhựa trao đổi anion Lewatit, M-600, M-500, MP 64, Purolite, A 400, loại hạt nhựa trao đổi ion có tính kiềm mạnh Đặc tính anionit dùng phổ biến giới thiệu bảng sau: Qua thử nghiệm so sánh, Phịng Thí nghiệm chọn loại Lewatit Mono Plus M 600 - Lưu lượng trao đổi cao suốt trình tái sinh vận hành - Ít tốn nước rửa - Có dịng chảy lưu chất Hướng dẫn vận hành Nước qua cột lọc cát qua cột khử nitrat theo vận tốc lựa chọn Sau thời gian hoạt động, cột trao đổi tác dụng (căn đồng hồ đo tổng lưu lượng nước xử lý) Cần ngừng hệ thống để tiến hành hoàn nguyên: Rửa bể lọc áp lực (rửa ngược - nên rửa không thường xuyên cột lọc khử sắt); Hoàn nguyên cột trao đổi ion Rửa ngược loại bỏ huyền phù xới lỏng lớp vật liệu trao đổi với vận tốc lít/ phút; thời gian phút Tái sinh ngược dung dịch muối ăn - 10% với vận tốc 0,6/ phút, thời gian 45 - 60 phút Tráng rửa dung dịch tái sinh - quy cách rửa ngược với vận tốc lít/ phút, thời gian 15 - 30 phút Thể tích nước để rửa khoảng 10 lần thể tích nhựa IП.4 Q trình hồn ngun Người ta rửa lớp vật liệu lọc dung dịch có nồng độ cao ion OH- hay Cl- 38 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga R-NO3 + NaCl = R-Cl + NaNO3 R-NO3 + NaOH = R-OH + NaNO3 Khi hoàn nguyên NaOH, vật liệu lọc trao đổi có dạng R-OH Trong q trình trao đổi, pH độ kiềm nước đầu có thay đổi đáng kể Thơng thường pH độ kiềm tổng nâng lên Hóa chất dùng để hồn ngun thường dùng NaCl ПI.5 Quy trình cơng nghệ xử lý Quy trình áp dụng cho nhu cầu dùng nước công suất 1m3/ngày Nước giếng bơm vào thùng chứa đá vôi: nước tiếp xúc với đá vơi giải phóng khí CO2 tự nâng pH, độ kiềm Dùng bơm, bơm nước vào cột lọc cát áp lực Vận tốc lọc hiệu chỉnh từ - 12 m/giờ Để điều tiết ổn định lưu lượng đầu vào, đồng thời tránh cho máy bơm khỏi bị tình trạng nóng máy bị hạn chế lưu lượng nên cần đến hệ thống hoàn lưu nước Sau qua lọc cát, nước dẫn qua cột trao đổi ion khử nitrat với vận tốc lọc điều chỉnh (từ 15 - 30 m/h) nước dẫn vào thùng chứa nước Khi hàm lượng nitrat vượt tiêu chuẩn cho phép, tiến hành thí nghiệm hồn ngun tái sinh nhựa dung dịch muối ăn 10 % Dung dịch sau tái sinh xử lí phương pháp vi sinh- trình khử nitrat với vi sinh dị dưỡng, q trình tiến hành với nồng độ muối NaCl dười 15.000 mg/l IV KẾT LUẬN 39 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga Nước sử dụng cho sinh hoạt công nghiệp chiếm tỉ trọng lớn nguồn nước sử dụng ngày.Nước cấp cho cơng nghiệp địi hỏi chất lượng khác cho nghành: nước cấp cho công nghiệp sản xuất giấy, mía đường, chế biến tinh bột, cao su … địi hỏi chất lượng vừa phải.Nước cấp cho cơng nghệ chế biến thực phẩm, sản xuất bia rượu, dệt nhộm yêu cầu cao Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, sở sản xuất lớn d0oi6 định tiue6 chuẩn chất lượng cho riêng Cơng nghệ xử lí nước sinh hoạt VIỆT NAM tương đồi đơn giản.Với nguồn nước mặt sơ đồ công nghệ bao gồm: keo tụ, lắng lọc, khử trùng với clo.Với nguồn nước ngầm công nghệ xử lý nhằm mục tiêu loại bỏ sắt… Phương pháp hấp thụ phương pháp trao đổi ion Phuong pháp có hiệu kỹ thuật xử lý nước cấp nước cơng nghệ Các phương pháp cho phép loại bỏ phần lớn chất độc tan nước, dạng hữu hay ion kim loại, chúng kết hợp với phương pháp khác để cao hiệu xử lý 40 Tiểu luận kỹ thuật xử lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga TÀI LIÊU THAM KHẢO Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion xử lý nước nước thảinhà xuất thống kê Hà Nội – 2002 Trần Văn Nhân Ngơ Thị Nga Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải – nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Tài liệu tham khảo google.com 41 ... trao đổi ion Cân trao đối ion xảy chất trao đổi ion tiếp xúc với dung dịch chất điện ly, ion trao đổi dung dịch nhựa trao đổi có chất khác Gỉa sử nhựa trao đổi chứa ion trao đổi A, ion trao đổi. .. phương pháp sử dụng trao đổi ion trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành tái sinh liên tục ; trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi ? ?ứng yên ,vận hành tái sinh gián đoạn Trong trao đổi ion. .. lý nước cấp GVHD:Cao Thị Thúy Nga І CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION I.1 Giới thiệu Phương pháp trao đổi ion sử dụng rộng rãi trình xử lý nước thải nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương