phương pháp keo tụ tạo bông

Chương trình khung giáo dục đào tạo đại học ngành Công nghệ kĩ thuật môi trường ... Mô hình hóa môi trường 8. Đa dạng sinh học 9. Sức khỏe cộng đồng và vệ sinh môi trường 10. Quy hoạch môi trường 11. An toµn lao động và vệ sinh công nghệp 12. Kiểm toán môi trường ... thuỷ lực môi trường: 1 đvhtThí nghiÖm Thuỷ lực môi trường là môn học thực hành giúp cho sinh viên hiểu rõ các nguyên lý và hiện tượng

Nhóm 7

PHƯƠNG PHÁP

KEO TỤ - TẠO BÔNG

1 Định nghĩa:

Keo tụ là phương pháp xử lý

nước có sử dụng hóa chất, trong

đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong

nước nhờ tác dụng của chất keo

tụ sẽ liên kết với nhau tạo thành

bông keo có kích thước lớn hơn.

 Muc đích: tách các hạt cặn có

kích thước 0,001µm<Ф<1µm Ф<Ф<1µm 1µm

khó tách loại được bằng các

quá trình lý học thông thường

như lắng, loc, tuyển nổi.

I ĐỊNH NGHĨA VÀ NGUYÊN TẮC

 Thể hiện ái lực với nước

 Hấp thụ nước và làm chậm quá trình keo tụ

 Đa số là những hạt keo hữu cơ

 Keo kỵ nước (hydropholic) :là loại chống lại phân tử nước như:đất

sét,oxit kim loại,…

 Không có ái lực với môi trường nước

 Dễ keo tụ

 Đa số là những hạt keo vô cơ

II CẤU TẠO HỆ KEO

b.Đặc tính của hạt keo:

- Khả năng lắng rất chậm (chuyển động Brown gây cản trở quá trình lắng do trọng lực)

- Là tác nhân gây ô nhiễm nước làm tăng độ đục

- Đặc tính bề mặt (điện thế ζ,…) là yếu tố quan trọng

 Có xu hướng kết hợp với các chất từ môi trường xung quanh

 Có xu hướng tăng diện tích

Cấu tạo :

2.2 Tương tác giữa các hạt keo

- Giữa hai hạt keo luôn luôn tồn tại 2 loại lực tương tác:

• Lực đẩy tĩnh điện Coulomb giữa hai

lớp kép có điện tích cùng dấu.

trong một khoảng ngắn.

- Lực tổng hợp quyết định trạng thái ổn định hạt keo:

• Lực đẩy > lực hút: hệ keo bền vững.

• Lực đẩy ≤ lực hút: xảy ra sự keo tụ

III CÁC PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ

Quá trình keo tụ xảy ra phụ thuộc vào các yếu tố:

• Tăng nhiệt độ → tăng chuyển động Brown → tăng số va chạm có hiệu quả giữa các hạt

• Thêm chất điện ly → giảm ζ Quá trình keo tụ bắt đầu xảy ra khi ζ đạt giá trị tới hạn

• Thay đổi nồng độ hạt phân tán

• Tác dụng cơ học

• Thời gian

1 Keo tụ bằng chất điện li đơn giản.

Bản chất: Nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu

Cơ chế: Tăng nồng độ hoặc hóa trị của ion trong dd, ion chuyển từ khuếch tán vào lớp điện

tích kép → giảm bề dày lớp điện kép → giảm điện thế ζ

Khi ζ → 0 thì lực đẩy của hạt giảm đến cực tiểu, sự keo tụ sẽ xảy ra, các hạt thường kết dính, tập hợp lại và sa lắng

Quy tắc:

- Ion gây keo tụ có điện tích ngược dấu với ion

™ - Ion gây keo tụ có điện tích ngược dấu với ion

keo (hạt keo)

- Ngưỡng keo tụ: là nồng độ tối thiểu của chất điện ly cần có trong hệ keo để hiện tượng

™ - Ion gây keo tụ có điện tích ngược dấu với ion ™ - Ion gây keo tụ có điện tích ngược dấu với ion

Keo tụ bắt đầu xuất hiện Ngưỡng keo tụ tỷ lệ nghịch với hóa trị của ion gây keo tụ

Cn =

Trong đó: C là nồng độ dung dịch điện ly

Vk ,Vđ là thể tích hệ keo và thể tích dung dịch điện ly

Nhược điểm:

-Nồng độ chất điện ly để đạt tới việc phá vỡ trạng thái

ổn định của hệ keo đòi hỏi rất cao

- Liều lượng chất điện ly cho vào nước thải phải thật chính xác

-Nếu nồng độ chất điện ly trongnước vượt quá mức cần thiết sẽ dẫn đến quá trình tích điện trởlại với các hạt keo, hiệu quả keo tụ giảm đi và hệ keo trong nước

sẽ trở về trạng thái bền vững.

2 Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu

Cơ chế: xảy ra đồng thời ba cơ chế

- Nén lớp điện tích kép,giảm thế điện động zeta nhờ ion trái giấu

- Hấp phụ- trung hòa điện:

 Hấp phụ các chất mang điện tích trái dấu với các hạt keo lên bề mặt

 Giảm thế điện thế bề mặt và làm mất ổn định hệ keo

 Hàm lượng chất keo tụ tăng → nồng độ hạt keo tăng

 Quá nhiều chất keo tụ → tái ổn định hệ keo

- Keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng:

Phèn nhôm Al(OH)3 ↓

Phèn sắt Fe (OH)↓

Tác nhân gây keo tụ: Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối nhôm và muối sắt như:

- Nhôm sunfat Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, nhôm clorua AlCl3.6H2O, aluminat natri NaAlO2, nhôm polyclorua [Al(OH)1,5(SO4)0.125Cl1.25]n.

- Sắt clorua FeCl3, sắt (III) sunfat Fe2(SO4)3.8H2O, sắt (II) sunfat FeSO4.7H2O, sunfat sắt nhôm AlFe(SO4)3.nH2O, sunfat clo sắt FeClSO4,FeCl3Fe(SO4)3 …

Các phản ứng chung:

- Các muối nhôm, muối sắt được đưa vào nước dưới dạng hòa tan Quá trình điện ly

và thủy phân xảy ra như sau:

Al2(SO4)3 ==> 2Al3+ + 3SO4

- MUỐI NHÔM

- Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng sau:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

- Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2

và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1) Phản ứng xảy ra như sau:

6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O = 8Al(OH)3 + 2Na2SO4

 Ưu điểm :

• Về mặt năng lực keo tụ ion nhôm (và cả sắt(III)), nhờ điện tích 3+, có nănglực keo tụ thuộc loại cao nhất (quy tắc Shulz-Hardy) trong số các loại muối ítđộc hại mà loài người biết.

• Muối nhôm ít độc, sẵn có trên thị trường và khá rẻ.

• Công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểm soát, phổ biến rộng rãi.

 Nhược điểm: phụ thuộc lớn vào pH

Trong nước có O2 tạo thành Fe(OH)3

pH thích hợp là từ 8-9 => cứ kết hợp với vôi thì keo tụ tốt hơn

- Phèn Fe (III)

Fe3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3 +3H+

Phản ứng xảy ra khi pH >3.5

Hình thành lắng nhanh khi pH = 5.5 – 6.5

Sự khác nhau giữa phèn Fe và phèn Al

- Độ hòa tan Fe(OH)3 <Ф<1µm Al(OH)3

- Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1,5Al(OH)3

- Trọng lượng đối với Fe(OH)3 = 2,4 , Al(OH)3 = 3,6

- Keo Fe vẫn lắng khi nước có ít huyền phù

- Lượng phèn FeCl3 dựng = 1/3→ 1/2 phèn nhôm

- Phèn Fe ăn mòn đường ống

Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau :

Me3+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH ↔ Me(OH)3 + H+

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân:

- Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình

thủy phân

pH > 4,5 : không xảy ra quá trình thủy phân

pH = 5,5 -7,5 : đạt tốt nhất

pH = 7,5 : hiệu quả keo tụ không tốt

- Nhiệt độ của nước thích hợp vào khoảng 20 - 40ºC,tốt nhất là 35 - 40ºC

- Ngoài ra còn yếu tố ảnh hưởng khác như : thành phần ion ,chất hữu cơ,liều lượng

3 Keo tụ bằng hợp chất cao phân tử,hợp chất polyme:

Cơ chế: keo tụ xảy ra theo cơ chế hấp phụ bắc cầu

 Lựa chọn loại PAM thích hợp cho môi

trường nước khác nhau, cụ thể là:

• PAM Anionic thích hợp cho xử lý nước thải có

mức độ đục, hàm lượng ion kim loại cao môi

trường nước có pH > 7

• PAM Cationic thích hợp cho xử lý nước thải có

hàm lượng ion chất hữu cơ cao trong môi

trường nước có pH < 7

• PAM Non-ionic thích hợp cho việc tách hỗn

hợp ion chất hữu và vô cơ

• PAM ion lưỡng tính được sử dụng khi nước

thải rất khó xử lý, trong công nghiệp hoá chất

và sản xuất giấy

2 PAC (Poly Aluminium chloride)

Là một polymer không ion, có phân tử lượng cao

Dạng bột có màu nâu vàng, có thể đựng trong chai hoặc can nhựa để bảo quản lâu dài

1 Trong quá trình khai thác mỏ (than đá, đồng, uran, vàng…)

2 Công nghiệp hoá chất vô cơ

3 Công nghiệp khai thác kim loại

4 Cặn bùn sét

5 Lọc a xít

1 Công nghiệp giấy

2 Mỏ (than đá, quặng, muối, đồng, vàng, uranium…)

3 Công nghiệp hoá chất (tạo màu, nhuộm…)

4 Công nghiệp thực phẩm

5 Công nghiệp da

 Ưu điểm:

• Kinh tế - sử dụng liều lượng thấp

• Hoạt động trong môi trường acid cũng như bazơ

• Không làm thay đổi giá trị pH

• Loại bỏ hoặc giảm bớt việc sử dụng muối vô cơ

• Hiệu quả trong việc loại bỏ chất rắn

• Dễ hòa tan trong nước

• Sản phẩm dạng bột, cần ít diện tích kho trữ

IV ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP KEO

• Giảm lượng cặn lơ lửng

• Hiệu quả cao và ổn định

• Có thể thu hồi các chất có giá trị

• Dễ thực hiện

• Khả thi về mặt kinh tế

Nhược điểm:

• Không xử lý được các hợp chất hòa tan trong nước như các HCHC, chất độc…

• Tạo ra một lượng bùn thải lớn và không làm giảm tổng chất rắn hòa tan nên gây khó khăn cho tuần hoàn nước

1 Mô hình Jar

Test

V ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

 Mục đích: xác định hàm lượng chất keo tụ thích hợp

 Tiến trình thí nghiệm

– Lấy thể tích mẫu xác định

– Thêm vào chất keo tụ với hàm lượng tăng dần

– Khuấy trộn nhanh trong (3 phút), sau đó khuấy chậm trong (12 phút), để lắng

– Đo độ đục của mẫu

 Để đánh giá hiệu suất của quá trình keo tụ tạo bông – Vận tốc lắng

– Độ đục

– Thể tích phần cặn lắng

 Nếu không xảy ra keo tụ, hoặc bông cặn tạo thành

không thích hợp

Sử dụng hàm lượng chất keo tụ lớn hơn

Kiểm tra độ kiềm của nước thải đầu vào (thêm Soda) Nhiệt độ của nước thấp → p/ư keo tụ không xảy ra

2 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

Bể phản ứng vách ngăn:

a) Nguyên lý:

- Thường được xây dựng kết hợp với bể lắng ngang.

- Nguyên lý cơ bản là dùng các vách ngăn

để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước

→ tạo hiệu quả khuấy trộn.

- Cấu tạo: bể hình chữ nhật, bên trong có

các vách ngăn hướng dòng.

- Thời gian lưu nước từ 20–35 phút.

- Vận tốc nước giảm dần từ 0,3 m/s ở đầu bể xuống 0,1 m/s ở cuối bể.

b) Quản lý vận hành

 Quan sát sự hình thành các bông cặn, kích thước và độ đều chắc của các hạt bông Nếu thấy hiện tượng bất thường phải kiểm tra ngay hệ thống pha và định lượng hóa chất, bể trộn

để khắc phục ngay hiện tượng sai lạc

 Kiểm tra thường xuyên việc phân phối lưu lượng đều vào các bể, vớt kịp thời các bọt váng nổi tránh gây cản trở cho các khâu xử lý tiếp theo

 Loại trừ rong, rêu bám vào thành bể bằng cách quét vôi

thành bể và vách ngăn theo định kỳ, nếu rong tảo có hiện tượng phát triên mạnh thì có thể pha chlorine với liều lượng cao 5–10mg/L trong quãng thời gian 2–3giờ để diệt tảo

 Định kỳ 6 tháng hay 1 năm một lần cách ly từng ngăn bể, tháo khô, làm sạch đáy bể không cho bùn đóng lâu ngày gây hiện tượng phân hủy yếm khí

 Theo dõi chất lượng nước thô để điều chỉnh năng lượng

khuấy trộn hợp lý Định kỳ tra dầu mỡ cho các ổ trục máy khuấy

THE END