Phương pháp keo tụ bằng các hóa chất keo tụ

MỞ ĐẦU Cùng với phát triễn văn minh nhân loại, nhu cầu nước ngày tăng, lượng nước công nghiệp sinh hoạt thải ngày nhiều, gây ô nhiễm đáng kể đến nước mặt mơi trường Do nhiều vùng nước mặt bị nhiễm hợp chất hóa học vi sinh vật độc hại gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người sinh vật Chúng ta biết rằng, kim loại nặng thâm nhập vào thể có khả tích lũy lâu dài nơi công mạnh mẽ trung tâm enzyme, làm vô hoạt enzyme dẫn tới làm rối loạn trình chuyển hóa thể, mặc bệnh unh thư gây độc tính cao não, dẫn đến tử vong… Để xử lý nước thải, mặt khoa học người ta dung phương pháp: học, hóa học, hóa lý, sinh học Về mặt cơng nghệ phương pháp gộp lại thành công đoạn : + Xử lý cấp : gồm phương pháp học +Xử lý cấp hai : gồm phương pháp hoa lý, hóa học, sinh học +Xử lý cấp ba : gồm kết hợp phương pháp hóa học, sinh học để khử để Nitơ, photpho cồn lại sau xử lý cấp hai chất ô nhiễm khác Vì vậy, việc xử lý nước thải việc quan trọng cấp bách Để thực việc cịn phụ thuộc nhiều vào phương pháp xử lý Và Phương pháp keo tụ hóa chất keo tụ phương pháp hóa lý để xử lý nước thải LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ BẰNG CÁC HÓA CHẤT KEO TỤ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI I Khái quát nước thải Các khái niệm nước thải: - Nước thải nước bỏ sau trình sử dụng người ( cho hoạt động sản xuất sinh hoạt), hay nước mưa bị nhiễm bẩn,là hệ di thể phức tạp bao gồm nhiều chất tồn dạng khác - Nước thải đô thị nước bỏ ta từ đô thị ( khu dân cư loại hình dịch vụ công cộng phục sống của người: bệnh viện, trường học) - Nước thải công nghiệp nước bỏ từ nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp - Xử lý nước thải trình tách tập chất trước thỉa vào nguồn tiếp nhận để đảm bảo tiêu chuẩn ,quy chuẩn quan quản lý Đặc điểm nước thải Trong nước thải thường chứa loại hạt cặn có nguồn gốc thành phần khác dặc điểm, tính chất loại nước khác nhau.Ví dụ : - Nước thải cơng nghiệp chứa nhiều chất dạng chất vô hữu cơ.Với ngành sản xuất khác nước thải có loại hóa chất khác : + Khai khoáng : kim loại, axit vô + Gia công đồ gỗ, kẽm + Đồ gốm : Ba, Cd, Li, Mg, Se + Luyện cốc : NH3, H2S, kiềm + Công nghiệp sơn : Ba, ClO3-, Cd, Co, Pb, Cn, Mn, + Hóa dược : B, Br, NH4+, K, axit, kiềm chất hữu + Thủy tinh : H2BO3, As - Trong hóa chất gây nhiễm bẩn nguồn nước Hg, Be, Cd Pb, As, Se có tinh độc cao - Nước thải sinh hoạt lại chứa nhiều chất dạng protein, hidrocacbon, mỡ, chất thải từ người động vật cồn kể đến loại rác như: giấy, gỗ, chất hoạt động bề mặt…các hợp chất vô thường gặp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ion như: Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, CO32-, SO42- Ngoài nước thải sinh hoạt chứa vi rút, vi khuẩn, rong rêu - Nước thải sinh hoạt có thành phần hóa học đơn giản hơn, chủ yếu bao gồm : K, Na, Fe, Pb, Zn, Ni, Hg, Ag, Co II Tác hại nước thải sức khỏe người, môi trường sinh vật - Gây ảnh hưởng đến trình sing hoạt, gây nhiễm khơng khí,nước, đất, ảnh hưởng đến sức khỏe người Đặc biệt nước thải công nghiệp với hàm lượng lớn kim loại độc Pb, Asen,Crom (đặc biệt Cr hóa trị ) gây ung thư - Nước thải chưa xử lý thải trực tiếp sông hồ gây ô nhiễm nguồn nước, ngăn cản trình trao đổi chất thực vật nước, gây ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng đến đời sông động thực vật - Nước thải gây cảnh quang đô thị, gây ô nhiễm môi trường - III Hiện trạng việc xử lý nước thải Xử lý nước thải sinh hoạt đô thị - Đối với nước thải đô thị, khu dân cư, hầu hết sử dụng bể tự hoại xử lý chỗ thuộc gia đình Đa số thi Việt Nam chưa có trạm xử lý, nhà máy xử lý nước thải tập trung Tới có khoảng 10 nhà máy xử lý nước thải đô thị xây dụng đưa vào hoạt động Hà Nội, Đà Nẵng, Đà Lạt, TP Hồ Chí Minh, có số thành phố khác thực dự án thoát nước vệ sinh môi trường TP Huế, Hạ Long, Việt Trì, Thanh Hóa, Đồng Hới, Nha Trang, Quy Nhơn - Công nghệ xử lý nước thải công nghệ sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, áp dụng cộng nghệ xử lý sinh học - Các đô thị nhỏ chưa có dự án nước xử lý nước thải Xử lý nước thải bệnh viện, trường học hay quan NCKH - Tại bệnh viện BV Bạch Mai, BV Hai Bà Trưng Hà Nội, BV Nhi Hải Phòng, BV Đa Khoa Huế, BV Nhi TP Hồ Chí Minh có trạm xử lý nước thải với cơng nghệ xử lý sinh học hiếu khí bùn hoạt tính kêt hợp xử lý phương pháp hóa học - Viện KHVN CN Quốc Gia xây dụng vận hành trạm xử lý nước thải hóa học sinh học LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Hiện có khoảng 100 – 150 số 1100 bệnh viện ( hay khoảng 10 – 15% số bệnh viện) có trạm xử lý nước thải bênh viện đưa vào hoạt động Xử lý nước thải công nghiệp - Hiện nước ta ước tính có khoảng 60 -70 nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN – KCX, số 171 KCN- KCX đưa vào hoạt động - Bên cạnh có khoảng 60% số khu cơng nghiệp nhiều cụm công nghiệp, nhà máy, sở sản xuất, làng nghề chưa có trạm XLNT, có nơi xây dựng trạm XLNT không hoạt động Cơng nghệ XLNT thường dùng bùn hoạt tính lọc sinh học - Công nghệ xử lý nước thải cơng nghiệp đa dạng đặc biệt có xuất xứ từ nhiều nước Do thiết bị có xuất xứ từ nhiều nguồn cung cấp Kết gây nhiều khó khăn cho việc sửa chữa, thay cần thiết Xử lý nước thải làng nghề - Một số sở làng nghề sở làng nghề dệt nhuộm Dương Nội, Hà Đông Bắc Ninh, sở mạ kim dùng cong nghệ hóa học – keo tụ, kết tủa + lắng nước thải - Một số sở chế biến giấy áp dụng keo tụ với tuyến - Một số sở chế biến bún áp dụng bãi sinh học ngập nước, số khác dùng bãi lọc trồng - Nhìn chung cơng nghệ xử lý nước thải làng nghề cồn tùy thuộc vào ngành sản xuất, tùy thuộc điều kiện làng xóm mà áp dụng công nghệ đa dạng khác IV Phương pháp keo tụ hóa chất keo  Trong nước thải thường chứa loại hạt cặn có nguồn gốc thành phần khác Và việc xử lý nước thải, trình lắng học cho phép tách hạt rắn huyền phù có kích thướt > = 10-2 mm hạt nhỏ dạng keo lắng Muốn cần phải trung hịa điện tích chúng ln kế chúng lại với Qúa trình trung hịa điện tích chúng liên kết chúng lại với Qúa trình trung hịa điện tích gọi q trình đơng tụ, cịn q trình tạo thành bơng lớn từ hạt nhỏ gọi trinh keo tụ  Để kết tủa hệ keo sử dụng cách sau - Phá tính bền hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) cách thu hẹp lớp điện kép tới mức zeta = 0, lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt khơng, tạo điều kiện cho hạt keo hút lực bề mặt tạo hạt lớn dễ kết tủa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cách thực cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hồ điện tích hạt keo Điện tích trái dấu thường ion kim loại đa hoá trị - Tạo điều kiện cho hạt keo va chạm với bơng kết tủa chất keo tụ nhờ tượng bám dính (hiệu ứng quét) - Dùng chất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” hạt nhỏ lại với tạo hạt kích thước lớn (gọi hay cặn) dễ lắng  Muốn xử lý cặn phải dùng biện pháp học kết hợp với biện pháp hoá học, tức cho vào nước cần xử lý trình keo tụ người ta cho vào nước chất phản ứng thích hợp như: PAC, Al2(SO4)4, FeSO4, FeCl3 Các loại phèn đưa vào dung dịch hoà tan Dùng phèn nhôm a Cơ chế keo tụ phèn nhôm - Khi dùng phèn nhôm làm chất keo tụ xảy phản ứng thuỷ phân: Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + H+ +3SO42- - Khi độ kiềm nước thấp, cần kiềm hóa nước NaOH Liều lượng chất kiềm hóa tính theo cơng thức: Pk = e1 (Pp / e2 – Kt + 1) 100/c (mg/l) - Trong đó: Pk : Hàm lượng chất kiềm hóa (mg/l) Pp : Hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ ( mg/l) e1, e2 : Trọng lượng đương lượng chất kiềm hóa phèn,( mg/mgđl) với e1 = 40 ( NaOH ) ; e2 = 57 ( Al2(SO4)3 ) Liều lượng phèn nhôm để xử lý nước đục lấy theo TCXD – 33 :1985 sau: Hàm lượng cặn nước Liều lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước (mg/l) nguồn ( mg/l) đến 100 25 – 35 101 – 200 30 – 45 201 – 400 40 – 60 401 – 600 45 – 70 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 601 – 800 55 – 80 801 – 1000 60 – 90 1401 – 1800 75 -115 1801 – 2200 80 – 125 2201 – 2500 90 – 130 Chú ý : - Hiệu tốt với phèn nhôm khoảng 5,5 – 7,5 - Nhiệt độ nước thích hợp khoảng 20 – 40oC thành phần ion có nước, hợp chất hữu cơ,liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng b Ưu điểm nhượt điểm phèn nhôm - Về mặt lực keo tụ ion nhôm (và sắt(III)), nhờ điện tích 3+, có lực keo tụ thuộc loại cao (quy tắc Shulz-Hardy) số loại muối độc hại cho người - Muối nhôm độc, sẵn có thị trường rẻ - Công nghệ keo tụ phèn nhôm công nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểmsoát, phổ biến rộng rãi c Nhược điểm phèn nhôm - Làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng - Khi liều lượng cần thiết tượng keo tụ bị phá huỷ làm nước đục trở lại - Phải dùng thêm số phụ gia trợ keo tụ trợ lắng - Hàm lượng Al dư nước > so với dùng chất keo tụ khác lớn tiêu chuẩn với (0,2mg/lit) - Khả loại bỏ chất hữu tan ko tan kim loại nặng thường hạn chế - Ngồi ra, làm tăng lượng SO42- nước thải sau xử lí loại có độc tính vi sinh vật LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Dùng phèn sắt a Cơ chế phèn sắt Chia làm hai loại sắt II sắt III Phèn sắt II (FeSO4) : - Khi cho vào nước phân ly thành Fe2+ bị thuỷ phân thành Fe(OH)2 Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+ Fe(OH)2 vừa tạo thành cịn độ hồ tan nước lớn, nước có oxy hồ tan bị oxy hố thành Fe(OH)3 - 4Fe(OH)2 + O2 + H2O = 4Fe(OH)3 Chú ý : - Quá trình oxy hố diễn tốt pH nước đạt Sử dụng để keo tụ tạo xử lý nước thải 8-9 nước phải có độ kiềm cao Vì người ta thường dùng phèn sắt kết hợp với vôi làm mền nước - FeSO4 công nghiệp có dạng tinh thể màu xanh lơ, tiếp xúc với khơng khí bị oxy hố thành màu đỏ sẩm - Phèn sắt III: FeCl3 Fe2(SO4)3 cho vào nước phân ly thành Fe3+ bị thuỷ phân thành Fe(OH)3 - Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ Chú ý : Vì phèn sắt III khơng bị oxy hố nên khơng phải nâng cao pH nước sắt II Phản ứng xảy pH>3,5 qúa trình kết tủa hình thành nhanh chóng pH=5,5-6,5 - Phèn sắt III bị thuỷ phân bị ảnh hưởng nước dù nhiệt độ 00C phèn sắt keo tụ - Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1,5 Al(OH)3 ( trọng lượng đơn vị Al(OH)3 = 2,4 Fe(OH)3 = 3,6 ) keo sắt tạo thành lắng nước có chất huyền phù b Ưu điểm nhược điểm phèn sắt so với phèn nhôm  Ưu điểm: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Liều lượng phèn sắt(III) dùng để kết tủa 1/3 – 1/2 liều lượng phèn nhôm - Phèn sắt bị ảnh hưởng nhiệt độ giới hạn pH rộng  Nhược điểm : - Phèn sắt(III) ăn mịn đường ống mạnh phèn nhơm ( trình phản ứng tạo axit) - Phèn sắt sau xử lý thường làm cho nước có màu vàng cịn tồn lượng dư Fe(OH)3 Trong q trình tạo thành bơng keo hidroxit nhôm sắt, người ta thường thêm chất trợ đông tụ.Các chất trợ đông tụ tinh bột, cac ete, xenlulozo,ddioxxirxilic hoạt tính với liều lượng – 5mg/l Ngồi người ta cồn dùng chất trợ đơng tổng hợp Chất hay dùng polyacrylamit Việc dùng chất bổ trợ làm giảm liều lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ nâng cao tốc độ lắng keo Poly Aluminium Chloride ( PAC) Một chất keo tụ hệ mới, tồn dạng polime vô poli nhôm clorua (polime aluminium chloride), thường viết tắt PAC (hoặc PACl) Hiện nay, nước tiên tiến, người ta sản xuất PAC với lượng lớn sử dụng rộng rãi để thay phèn nhôm sunfat xử lý nước sinh hoạt đặc biệt xử lí nước thải a Tính chất PAC có cơng thức tổng quát [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong m