Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng keo tụ - tạo bông - lắng

Nước thải với khâu dệt nhuộm - hoàn tất vải là nguồn gây ra ô nhiễm môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như về chất.

XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG KEO TỤ – TẠO BÔNG - LẮNG.

I.Giới thiệu sơ lược về nước thải dệt nhuộm :

1.Giới thiệu :

Nước thải với khâu dệt nhuộm – hoàn tất vải của mình đã và đang lànguồn gây ra ô nhiễm môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như về chất , mànguồn gây ra ô nhiễm chínhlà nước thải các loại từ phân xưởng dệt nhuộm –hoàn tất vải thải ra

Nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp , nó bao gồm các thành phần :

 Phẩm nhuộm

 Chất hoạt động bề mặt

 Chất điện ly

 Chất ngậm

 Chất tạo môi trường

 Tinh bột , chất oxi hóa …

 Đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng hòa tan dưới dạng ion và cácchất kim loại nặng đã làm tăng thêm tính độc hại không những trongthời gian trước mắt mà cón lâu dài về sau đến môi trường sống

Vì có thành phần độc hại , nước thải dệt nhuộm có khả năng gây ra ônhiễm mạnh đến môi trường và sức khỏe con người

Một đặc điểm nữa là thành phần nước thải hầu như không ổn định thayđổi theo công nghệ và mặt hàng , vì vậy việc xác định chính xác thành phần vàtính chất nước thải không dễ dàng

Chính vì vậy việc tìm hiểu thành phần , tính chất nước thải từ đó nghiêncứu công nghệ và đề xuất công nghệ xử lí của chúng là việc làm thiết yếu

2 Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm :

Chuẩn bị nhuộm : Rũ , hồ , nấu ,tẩy

3 Tính chất nước thải ra từng công đoạn :

a Nguyên liệu dệt :

Nguyên liệu dệt trực tiếp là các loại sợi Nhìn chung các loại vải đều đượcdệt từ 3 loại sợi sau :

Sợi cotton : được kéo từ sợi bông vải , có đặc tính hút ẩm cao , xốp , bềntrong môi trường kiềm , phân hủy trong môi trường axit , cần phải xử líkỹ trước khi loại bỏ tạp chất

Sợi pha PECO (Polyester và cotton ) là sợi hóa học dạng cao phân tửđược tạo thành từ quá trình tổng hợp hữu cơ , hút ẩm kém , cứng ,bền ởtrạng thái ướt sơ, sợi này bền với axit nhưng kém bền với kiềm

Sợi cotton 100% , PE % , sợi pha 65% PE và 35% cotton …

b Nguyên liệu và in hoa :

Các phẩm nhuộm được sử dụng bao gồm :

Phẩm nhuộm phân tán : là phẩm không tan trong nước nhưng ở dạng

phân tán trong dung dịch và có thể phân tán trên sợi , mạch phân tửthường nhỏ có thể nhiều họ khác nhau : anthraquinon , nitroanilamin …được dùng để nhuộm sơ : poliamide , poliester , axêtat …

Phẩm trực tiếp : Dùng để nhuộm vải cotton trong môi trường kiềm ,

thường là muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ : R – SO3Na Kémbền với ánh sáng va khi giặt giũ

Phẩm nhuộm axit : đa số những hợp chất sulfo chứa một hay nhiều nhóm

SO3H và một vài dẫn xuất chứa nhóm COOH dùng nhuộm trực tiếp cácloại tơ sợi chứa nhóm bazơ như : len , tơ , poliamide …

Phẩm nhuộm hoạt tính : có công thức tổng quát : S – F – T = X , trong đó

F : phân tử mang màu , S: nhóm tan trong nước (SO3Na, COONa) , T:

gốc mang phản ứng ( có thể là nhóm clo hay vinyl ) , X : nhím có kảhnăng pảhn ứng …

Thuốc sẽ phản ứng sơ trực tiếp và sản phẩm phụ là HCl nên cần nhuộmtrong môi trường kiềm yếu

Phẩm hoàn nguyên : bao gồm các họ màu khác nhau như : indigo , dẫn

xuất anthraquinon , phẩm sunfua … dùng để nhuộm chỉ ,sợi bông , visco ,sợi tổng hợp

Ngoài ra để mặt hàng bền và đẹp thích hợp với nhu cầu , ngoài phẩmnhuộm cón sử dụng các chất trợ khác : chất thấm , chất tải , chất giặt ,chất điện ly (Na2SO4) , chất điều chỉnh pH ( CH3COOH , Na2CO3 , NaOH) , chất hồ chóng mốc , hồ mềm , hồ láng , chất chống loang màu …

c Từng công đoạn của công nghệ :

 Chuẩn bị sợi nguyên liệu : sợi nguyên liệu được nhập vào đầu

tiên qua công đoạn đánh ống nhằm loại bỏ xơ ,cặn bẩn

 Hồ sợi : được tiến hành trước khi dệt có tác dụng tăn cường lực cho

sợi trong quá trình dệt , sau khi hồ sợi xong vải sẽ đem đi dệt Hóachất hồ sợi bao gồm : tinh bột , keo động vật , (cazein và zelatin ) ,chất làm mềm , dần thảo mộc , chất béo ,chất giữ ẩm CaCl2 ,glyxerin , chất chống mốc fenol

 Chuẩn bị nhuộm : bao gồm :

 Phân trục , tẩy và giũ hồ

o Phân trục : xác định lượng phẩm màu nhuộm và các phụ gia

khác theo khối lượng vải cần nhuộm

o Nấu tẩy : có tác dụng phá hủy các tạp chất xenluloza như

peptin chứa nitơ , pentoza ,… đồng thời tách dễ dàng các axit béokhỏi vải , ở nhiệt độ lớn hơn 850C sáp bị nóng chảy , nhũ hóa ,tách khỏi bề mặt vải Mặt khác quá trình nấu cón làm biến đổicấu trúc xơ , dễ hấp phụ thuốc nhuộm Hóa chất trong côngđoạn này bao gồm : NaOH , NaHSO3 , Na2SiO3 , H2O2 , chất

hoạt động bề mặt tác dụng nhũ hóa sáp , giảm sức căng bề mặt ,tạo điều kiện cho dung dịch dễ thấm vào vải Tẩy trắng :công đoạn này được dùng cho sản xuất các loại vải trắng , dosau khi nấu các thành phần vải còn chứa các chất màu thiênnhiên chưa bị hủy hoại , đồng thời xenlulozơ có khả năng hấpphụ các chất sẫm màu trong nước nấu

o Giũ hồ : quá trình này được thực hiện bằng cách ngâm ủ hóa

chất , sau đó giặt ép bằng nước nóng để loại sạch các tạp chất ,tinh bột … Thông thường các hóa chất cho vào là acid loãng ,NaOH , chất oxi hóa H2O2 , men gốc thực vật , động vật , xàbông …

 Nhuộm sợi : Được tiến hành sau khi hoàn tất các công đoạn chuẩn bị

nhuộm Trong giai đoạn này ta sử dụng các hóa chất như :NaOH ,

CH3COOH , chất tạo môi trường kiềm hay axit , phẩm nhuộm chấthoạt động bề mặt , chất khử , chất điện ly Đối với các mặt vải khácnhau đòi hõi phẩm nhuộm và môi trường khác nhau

 Tẩy giặt : Nhằm làm sạch vải , loại bỏ các tạp chất , màu thuốc

nhuộm thừa … qui trình tẩy giặt bao gồm xà phòng hay hóa chất giặttổng hợp ở nhiệt độ khoảng 800 C , sau đó xả lạnh với các chất tẩygiặt thông dụng như là : xà phòng , sôđa

 Công đoạn hoàn tất : là công đoạn cuối cùng tạo ra vải có chất lượng

tốt và theo đúng yêu cầu như : chống mốc , chống cháy , mềm ,chống màu …hoặc trở về trạng thái tự nhiên sau quá trình căng kéo ,

co rút ở các khâu trước hay thẳng nếp ngay ngắn

4 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải :

Nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp Các loại hóa chất sửdụng như : phẩm nhuộm ,, chất hoạt động bề mặt , chất điện ly ,chất ngậm ,chất tạo môi trường , tinh bột , men , chất oxi hóa … đã có hàng trăm loại hóachất đặc trưng , các chất này hòa tan dưới dạng ion và các chất kim loại nặngđã làm tăng thêm tính độc hại không những trong thời gian trước mắt mà cónvề lâu dài sau này đến môi trường sống

Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước thải lớn phục vụ cho cáccông đoạn sản xuất đồng thời thải ra một lượng nước thải rất lớn tương ứngbình quân khoảng 12 – 300 m3 / tấn vải Trong số đó hai nguồn nước cần giảiquyết chính là từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy

Nước thải tẩy giặt có pH lớn từ 9 – 12 , hàm lượng chất hữu cơ cao(COD = 1000 – 3000 mg/l ) do thành phần các chất tẩy gây nên Độ màu củanước tẩy khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể ên đến 10.000 Pt –

Co , hàm lượng cặn lơ lửng SS có thể đạt đền trị số 2000 mg/l , nồng độ nàygiảm dần ở cuối chu kì xả và giặt Thành phần của nước thải chủ yếu baogồm : thuốc nhuộm thừa , chất hoạt động bề mặt , các chất oxi hóa , sáp xút ,chất điện ly v v…

Còn thành phần nước thải nhuộm thì không ổn định và đa dạng , thayđổi ngay trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau

Nhìn chung nước thải dệt nhuộm bao gồm các gốc như : R – SO3Na , N– OH , R – NH2 , R – Cl pH nước thải thay đổi từ 2 – 14 , độ màu rất cao đôikhi lên đến 50.000 Pt – Co , hàm lượng COD thay đổi từ 80 – 18000 mg/l Tùytheo từng loại phẩm nhuộm mà ảnh hưởng đến tính chất nước thải

Thành phần và tính chất nước thải thay đổi liên tục trong ngày Nhấtlà tại các nhà máy sản xuất theo qui trình gián đoạn , các công đoạn như giặt ,nấu tẩy , nhuộm đều thực hiện trên cùng một máy , do vậy tùy theo giai đoạnnước thải cũng biến đổi , dân đến độ màu , hàm lượng chất hữu cơ , độ pH ,hàm lượng cặn đều không ổn định

Bên cạnh hai nguồn đặc trưng trên , nước thải ở các khâu hơ sợi , giặtxả cũng có hàm lượng hữu cơ cao , Ph vượt tiêu chuẩn xả thải tuy nhiên côngđoạn hồ sợi , lượng nước được sử dụng rất nhỏ , hầu như toàn bộ phẩm hồ đượbám trên vải , nước thải chỉ xả ra khi làm vệ sinh thiết bị nên không đáng kể

Nước thải công nghệ dệt nhuộm gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối vớimôi trường sống : độ màu , pH , TS , COD ,nhiệt độ vượt quá tiêu chuẩn chophép xả vào nguồn Hàm lượng chất bề mặt đôi khi quá cao , khi thải vàonguồn nước như sông , kênh rạch tạo màng nội trên bề mặt , ngăn cản sựkhuếch tán của oxi vào môi trường gây nguy hại chi hoạt động của thủy sinh

vật , mặt khác một số các hóa chất chứa kim loại như crôm ,nhân thơm , cácphần chứa độc tố không những có thể tiêu diệt thủy sinh vật mà cón gây hạitrực tiếp đến dân cư ở khu vực lân cận gây ra một số bệnh nguy hiểm như ungthư

Điều quan trọng là độ màu quá cao , việc xả thải liên tục vào nguồnnước đã làm cho độ màu tăng dần , dẫn đến hiện trạng nguồn nước bị vẫn đục ,chính các thuốc nhuộm thừa có kảh năng hấp thụ ánh sáng , ngăn cản sựkhuếch tán của ánh sáng vào nước , do vậy thực vật dần dần bị hủy diệt, sinhthái nguồn nước có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng

II Quá trình keo tụ , tạo bông :

1 Cấu tạo hạt keo :

Đường kính hạt < 1m , là thành phần chính gây ra độ đục

Các hạt cặn nguồn Silic , hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm ,ngược lại các hydroxit Al, Fe mang điện tíc dương Khi các cân bằngthế điện động của nước bị phá vỡ , các thành phần mang điện tích sẽkết hợp hoặc dính kết các nguyên tử hoặc các ion tự do , các tổ hợptrên gọi là các hạt keo có thể là hạt keo kị nước hoặc là keo háonước

Kị nước : Không ái lực với nước , dễ keo tụ , phần lớn làkeo vô cơ

Háo nước : Aùi lực mạnh với nước , hấp thụ nước và cản trởquá trình keo tụ , phần lớn là chất hữu cơ

Lực đẩy tĩnh điện có xu hướng ngăn cản sự kết hợp giữa các hạt keotích điện cùng dấu va Khi hạt keo xích lại gần nhau thì ban đấu lụcđẩy tĩnh điện lớn hơn lực hút phân tử nên hợp lực tăng dần Nếu cáchạt keo có năng lượng động học lớn hơn lực đẩy tĩnh điện , thì chúngsẽ xích lại gần nhau hơn , lực hút phân tử giữa chúng sẽ tăng rấtnhanh và các hạt dính kết được với nhau

Trong thực tế việc tăng năng lượng động học của hạt keo rất khóthực hiện nên phương pháp thông dụng là giảm lực đẩy tĩnh diện giữa

các hạt keo , nghĩa là giảm điện thế Zeta của hạt keo Để lực hútphân tử thắng lực đẩy tĩnh điện thì điện thế zeta của hạt keo phải nhỏ

hơn 0.03 V và quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao khi điện thế Zeta bằng không

2 Tính chất bề mặt hạt keo:

Là yếu tố quan trọng gây khó khăn lắng trọng lực

Hấp phụ : có khuynh hướng kéo các chất xung quanh do lực vạn vật hấpdẫn

Tính điện động : hạt keo thường mang điện tích do sự ion hóa cúa cácnhóm chức trên bề mặt và hấp thụ các ion của dung dịch bên ngoài

Điện chuyển : các hạt di chuyển về phía cực mang điện tích trái dấu ởtốc độ tỉ lệ với Gradien điện thế hình thành trong dung dịch

Điện thế Zeta : Khi một hạt chuyển động trong trường điện , một phầnnước gần bề mặt chuyển động và hình thành mặt cắt giữa khối dung dịchvà lớp nước kéo theo Điện thế Zeta là điện thế tại mặt cắt

3 Cơ chế keo tụ – tạo bông :

Cơ chế tạo cầu nối :

Phản ứng 1 : Hấp phụ ban đầu ở liều lượng polime tối ưu Phân tửpolime dính vào hạt keo

Phản ứng 2 : Hình thành bông cặn Đuôi polime đã hấp phụ có thểduỗi ra và gắn kết với vị trí trống trên bề mặt hạt keo khác  hìnhthành bông cặn

Phản ứng 3 : Hấp phụ lần hai của polime Nếu đoạn cuối duỗi ra vàkhông tiếp xúc với vị trí trống trên hạt khác  gấp lại và tiếp xúcvới mặt khác của chính hạt đó  ổn định lại

Phản ứng 4 : khi liều lượng polime dư Nếu polime thêm vào dưnhiều , bề mặt hạt bảo hòa các đoạn polime  không có vị trí trốngđể hình thành cầu nối  hạt keo ổn định trở lại

Phản ứng 5 : Vỡ bông cặn , vỡ vụn bông cặn khi xáo trộn nhiều

Trong toàn bộ quá trình (5 phản ứng tên ) Cơ chế chính là : Hấp phụvà tạo cầu nối Cơ chế phụ : Trung hòa điện tích

4.Quá trình keo tụ tạo bông :

Khi chất keo tụ co vào nước và nước thải , các hạt keo trong nước bị mậttính ổn định , tương tác với nhau , kết cụm lại hình thành các bông cặn lớn ,dễ lắng Quá trình mất tính ổn định của hạt keo là quá trình lý hóa phức tạp ,có thể giải thích dựa trên các cơ chế sau :

Giảm điện thế Zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng của lực hấpdẫn Vander Waals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp thêm,các hạt keo trung hòa điện kết cụm và tạo thành bông cặn

Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tínhtrên hạt keo

Các bông cặn hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keotrên quĩ đạo lắng xuống

Quá trình keo tụ thông thường áp dụng khử màu , hàm lượng cặn lơ lửngtrong xử lí nước thải

5.Các phương pháp keo tụ :

a Keo tụ bằng chất điện ly :

Bản chất của phương pháp là cho thêm vào nước các chất diện ly ở dạngcác ion ngược dấu Nhờ chuyển động Brown các hạt keo với điện tích bé khi vachạm dễ kết dính bằng lực hút phân tử tạo nên các bông cặn ngày càng lớn

Quá trình keo tụ bằng chất điện ly được đánh giá như một cơ chế keo tụtối ưu khi sử dụng chất điện ly với các ion có hóa trị càng lớn thì hiệu quả keotụ càng cao và liều lượng chất điện ly càng giảm đi

Phương pháp keo tụ bằng chất điện ly đòi hỏi liề lượng chất keo tụ chovào nước phải rất chính xác

Nếu nồng độ các chất điện ly trong nước vượt quá mức cần thiết sẽ gây

ra quá trình tích điện trở lại đối với các hạt keo , làm điện thế Zeta tăng lên vàhiệu quả keo tụ sẽ giảm đi

b Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu (keo tụ bằng phương pháp hóa lý):

Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách tạo ra trong nước một hệ keomới tích điện ngược dấu với keo cặn bẩn trong nước thiên nhiên và các hạt keotích điện trái dấu sẽ trung hòa lẫn nhau

Chất keo tụ thường sử dụng là phèn Al và Fe và được đưa vào nướcdưới dạng dung dịch hòa tan , sau phản ứng thủy phân chúng tạo thành hệ keomới mang điện tích dương có khả năng trung hòa các loại keo mang điện tíchâm

Quá trình keo tụ xảy ra như sau : Khi cho phèn vào nước , nó sẽ phân lythành các ion hòa tan theo phương trình :

Al2(SO4)3  2Al3+ + 3 SO4

FeCl3  Fe3+ + 3 Cl

-Các ion kim loại mang điện tích dương một mặt tham gia vào quá trìnhtrao đổi với các cation nằm trong lớp điện tích kép của hạt keo tự nhiên mangđiện tích âm , làm giảm thế điện động Zeta , giúp cho các hạt keo dễ dáng liênkết với nhau bằng lực hút phân tử , tạo ra các bông cặn lắng Mặt khác các ionkim loại tự do lại kết hợp với các phân tử nước bằng phản ứng thủy phân :

Al3+ + 3 H2O  Al(OH)3 + 3H+

Fe3+ + 3 H2O  Fe(OH)3 + 3H+

Các phân tử Al(OH)3 và Fe(OH)3 là các hạt keo mang điện tích dươngcó khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm tạo thành cácbông cặn Đồng thời các phân tử Al(OH)3 và Fe(OH)3 kết hợp với các anioncó trong nước và kết hợp với nhau tạo ra bông cặn có hoạt tính bề mặt cao Các bông cặn này khi lăng xuống sẽ hấp thụ cuốn theo các hạt keo , cặn bẩn ,các hợp chất hữu cơ , các chất mùi vị …tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửngtrong nước

Từ đó ta thấy nồng độ các phân tử Al(OH)3 và Fe(OH)3 trong nước sauquá trình thủy phân các chất keo tụ là yếu tố quyết định hiệu quả keo tụ

Trong thực tế , lượng phèn tối ưu sử dụng cho mỗi nguồn nước được xácđịnh cụ thể bằng thực nghiệm tại nguồn nước , có thể sử dụng theo bảng sau : Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nước nguồn :

Hàm lượng cặn của nước

nguồn (mg/l)

Lượng phèn Al2(SO4)3

(mg/l)Đến 100

c Tăng cường quá trình keo tụ bằng hợp chất cao phân tử :

Các hợp chất cao phân tử gốc vô cơ như axit silic hoạt hóa , hoặc gốchữu cơ như polyacrylat , polyacrylamin đều có thể dùng để làm chất tăng cườngcho quá trình keo tụ của phèn

Trong một vài trường hợp các chất này có thể được dùng làm chất keo tụthay phèn Khác với phương pháp keo tụ bằng chất điện ly hoặc bằng hệ keongược dấu , cơ chế phản ứng chủ yếu ở đây là các tương tác hóa học

Do hình dạng và kích thước của các cao phân tử lớn và dài nên các hợpchất cao phân tử keo tụ các hạt cặn bẩn trong nước dưới dạng liên kết chuỗi ,kiểu này rất thuận lợi cho quá trình hình thành và lắng bông cặn

Tuy nhiên hợp chất cao phân tử đòi hỏi công nghệ sản xuất cao nên biệnpháp này ít được áp dụng trong kỹ thuật xử lý nước ở nước ta hiện nay

d.Keo tụ tiếp xúc :

Lợi dụng khả năng kết bám của các hạt cặn lên bề mặt của các hạt vật liệulọc như cát … các nhà khoa học Liên Xô (cũ ) đã đưa ra phương pháp lọc tiếpxúc dựa trên nguên lý keo tụ tiếp xúc

Về bản chất sự kết bám của các hạt cặn lên bề mặt vật liệu lọc là quá trìnhkeo tụ Trong điều kiện thủy động thuận lợi , các hạt cặn chuyển động gần bềmặt các hạt vật liệu và dính kết lẫn nhau

Quá trình hình thành bông cặn trong môi trường tiếp xúc diễn ra với tốc độnhanh và hiệu quả hơn sự tạo thành bông môi trường chất lỏng Vì cường độ

va chạm giữa các hạt cặn với các hạt vật liệu lọc có kích thước lớn cao hơnnhiều so với cường độ va chạm dính kết với các hạt lớn không mang điện củalớp vật liệu lọc do lực hút phân tử

Thực tế cho thấy ngay cả khi nồng độ các hạt còn chưa đủ để tạo điều kiệnkeo tụ trong môi trường nước , nhưng trong môi trường tiếp xúc quá trình keo tụđã xảy ra

6.Hóa chất dùng để keo tụ:

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứngthích hợp như : phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 koặc FeCl3 Cácloại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

Dùng phèn nhôm:

Khi cho phèn nhôm vào nước , chúng phân li tạo ion Al3+ bị thủyphân tạo thành Al(OH)3

Ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thànhcòn giải phóng ra các ion H+ Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tựnhiên của nước ( được đánh giá bằng HCO3-)

Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ trung hòa ion

H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hóa thông dụng là vôi(CaO) , sođa (Na2CO3) , hoặc xút (NaOH)

Al3+ + 3 H2O  Al(OH)3 + 3H+

Dùng phèn sắt:

Phèn sắt chia làm hai loại là phèn sắt II và phèn sắt III Phèn Fe(II)khi cho vào nước phân li thành ion Fe2+ và bị thủy phân thành Fe(OH)2 Phèn Fe(III) khi cho vào nước phân li thành ion Fe3+ và bị thủy phânthành Fe(OH)3.Phản ứng thủy phân:

o Fe2+ + 2 H2O  Fe(OH)2 + 2H+

o Fe3+ + 3 H2O  Fe(OH)3 + 3H+

Ưu điểm của phèn sắt đối với phèn nhôm :

 Liều lượng phèn Fe dùmg để kết tủa chỉ bằng 1/3 – ½ liều lượngphèn Al

 Phèn Fe ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng

Nhược điểm của phèn Fe đối với phèn Al:

Gây ăn mòn đường ống mạnh

7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

Nhiệt độ :

Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình keo tụ , khi nhiệt độ nướctăng , sự chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên làm tăng tần số vachạm và hiệu quả kết dính tăng lên

Thực tê cho thấy khi nhiệt độ nước tăng lượng phèn cần để keo tụgiảm , thời gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm theo Ngoài ra lượng vàtính chất của cặn cũng ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ

Khi hàm lượng cặn trong nước tăng lên , lượng phèn cần thiết cũngtăng lên , nhưng hiệu quả keo tụ lại phụ thuộc vào tính chất của cặn tựnhiên như kích thước , diện tích và mức độ phân tán

Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm là: 20 – 40 oC, tốtnhất là 35 – 45 oC

Phèn Fe khi thủy phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ , vì vậy nhiệtđộ của nước ở 0oC vẫn có thể dùng phèn Fe làm chất keo tụ

pH :

Đối với phèn Al: Khi pH < 4.5 thì không xảy ra phản ứng thủy phân.Khi pH > 7.5 làm cho muối kiềm kém tan và hiệu quả keo tụ bị hạnchế.Phèn nhôm đạt hiệu quả cao nhất khi pH = 5.5 – 7.5

Đối với phèn Fe: Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3.5 và quá trìnhkết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5.5 – 6.5

ở pH < 3 thì Fe(III) không bị thủy phân , SiO2 keo tụ do ion Fe(III) Ở

pH cao hơn , chỉ cần liều lượng Fe(III) thấp có thể keo tụ SiO2

8 Quá trình tạo bông :

G lớn  phá vỡ bông bùn

T lớn  mòn bông bùn , hao năng lượng

Vì vậy tạo bông ban đầu nhanh có G khá cao tới khi bông hình thành rồi thìchặn lại , G giảm dần thì kích thước bông cặn lớn dần

III.Động học của quá trình keo tụ :

1 Các giai đoạn của quá trình keo tụ :

Keo tụ trong nước bằng phèn xảy ra các quá trình sau :

Pha trộn các chất keo tụ với nước

Thủy phân của phèn đồng thời phá hủy độ bền vững của hệ keo tự nhiên

Hình thành bông cặn

Thực chất thì ba quá trình này xảy ra đồng thời

Quá trình pha hóa chất phải rất nhanh mới có hiệu quả cao , hằng sốtốc độthủy phân của anion và cation là 10-2 s và thời gian hấp phụ trao đổi ion với cáchạt keo tự nhiên mất khoảng 10-4 s sau đó bắt đầu quá trình hình thành bôngcặn , hiệu quả của giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào số lượng va chạm giữacác hạt cặn

Dưới tác động của sự chuyển động nhiệt , các hạt cặn va chạm và kết dínhvới nhau tạo thành các bông cặn có kích thước lớn dần lên cho đến lúc chúngkhông còn tham gia vào quá trình chuyển động nhiệt

2 Sự hình thành bông cặn của quá trình keo tụ :

a.Tác động của chuyển động nhiệt :

Chuyển động nhiệt phụ thuộc vào :

Nồng độ ban đầu của hạt n0, cường độ chuyển động Brown ( hệ sốkhuếch tán của môi trường D )

Bán kính tác dụng của lực Vander Waals R

Tốc độ tăng các tổ hợp hạt nx và được biểu thị bằng phương trình :

Trong đó  là hệ số hiệu quả va chạm

b.Tác động khuấy trộn của dòng nước :

Trong môi trường nước luôn tồn tại hai dạng dòng chảy là chảy tầng vàchảy rối Sự chuyển động của bông cặn cũng phụ thuộc vào hai dạng dòngchảy trên :

Keo tụ bông cặn trong trong dòng chảy tầng :

Mô hình tương tác giữa hai bông cặn

Số lượng tương tác của hai nhóm bông cặn thời gian sẽ là :

N n n r r G

dt

2 1 2 1 0

Trong các công thức trên:

N1 – số lượng tương tác ( va chạm ) của nhóm bông cặn 1 với một bôngcặn 2 ;

N2 - số lượng tương tác ( va chạm ) của hai nhóm bông cặn 1 và 2 ;

( n1 và n2 ) – số lượng bông cặn 1 và 2 có trong một đơn vị thể tích nước ;

 0 – hệ số hiệu quả tương tác ( va chạm ) ;

G – gradien vận tốc ;

(r1 , r 2 ) – bán kính tương tác giữa bông cặn 1 và 2 ;

Phương trình tên biễu diễn tốc độ keo tụ của hệ đa phân tán trong dòng chảytầng

Keo tụ tạo bông trong dòng chảy rối :

Các phân tử nước cùng bông cặn chuyển động theo hướng quĩ đạo khônggian

Xét một khối chất lỏng trong môi trường nước, ở trạng thái tĩnh sự cânbằng giữa áp lực P và lực ma sát tác dụng lên nó

Để cho lớp trên và lớp dưới của khối chất lỏng chuyển động tương đốivới nhau với nhau với tốc độ vtd = dv/dz (haykhối lượng chất lỏng quay với tốcđộ góc dv/dz ), phải tiêu tốn hết một năng lượng bằng tích số của moment quay(f∆x∆y)∆z với vận tốc góc dx/dz D o đó năng lượng tiêu hao cho một đơn vịthể tích chất lỏng trong một đơn vị thời gian là :

W =

dz

dv f z

y x dz

dv z y x f

Trong đó : f∆x∆y – lực ma sát tác dụng lên bề mặt dưới của khối chấtlỏng:

∆z – khoảng cách cánh tay đòn

dv/dz – tốc độ góc của khối hay gradient tốc độ ( G = dv/dz) ∆x∆y∆z = ∆V – thể tích khối chất lỏng:

f – lực ma sát theo định luật Newton

f = dz dv

ở đây :  - độ nhớt động lực học

Gradien tốc độ của dòng chảy rối khi khuấy trộn :

G  W = v

Trong đó :  - năng lượng tiêu hao cho một đơn vị thể tích chất lỏng ;

V – độ nhớt động học của chất lỏng ;

Hoặc có thể tính theo công thức :

Trong đó : W1 – công tiêu hao để khuấy trộn , kGm ;

Q – thể tích chất lỏng khuấy trộn , m3;

t – thời gian khuấy trộn , s ;

Hai biểu thức trên đồng thời cũng biểu thị cường độ khuấy trộn và đượcdùng làm chỉ tiêu để đánh giá mức độ keo tụ theo chuẩn số keo tụ

Tương quan giữa tốc độ hình thành bông cặn do ảnh hưởng của chuyểnđộng nhiệt và khuấy trộn có thể xác định bằng cách lập tỉ số :

GR DR

dt

dN dt

dN t

t

3

Y = f( M0,  , T0, pH , Ki, G , t),

Trong đó : M0 - hàm lượng cản của nước nguồn , mg/l;

 - lượng phèn cho vào nước , mg/l ;

T0 – nhiệt độ nước ;

Ki – độ kiềm của nước nguồn , mg/l;

G – cường độ khuấy trộn , s-1;

-t – thời gian khuấy trộn ,s ;

Y – hiệu quả keo tụ :

m – hàm luợng cặn cón lại trong nước sau khi keo tụ và để lắng tínhtrong một thời gian nào đó , mg/l;

IV Các loại công nghệ sử dụng để xử lí nước thải dệt nhuộm :

Phương pháp xử lý hóa chất: Keo tụ tạo bông

Phương pháp hấp thụ bằng than hoạt tính

Phương pháp xử lí sinh học: xử lí bằng bùn hoạt tính hiếu khí, kị khí hoặcxử lí sinh học hiếu khí tiếp xúc

Phương pháp chọn lựa để xử lí là : Keo tụ – tạo bông – lắng

Công nghệ của keo tụ – tạo bông là :

1 Ưu khuyết điểm của công nghệ xử lí bằng hóa chất: Keo tụ – tạo

bông – lắng với công nghệ khác

a Ưu điểm:

Nước thải dệt nhuộm sa khi xả ra ở nhiệt độ cao do nấu tẩy từ 60– 80 0C Nên nếu dùng phương pháp xử lí sinh học đòi hỏi phải cóbể điều hòa lớn

Thời gian lưu nước phải lâu thì nước mới nguội được và mặt bằngphải rộng

Nước thải dệt nhuộm không ổn định nên xử lí bằng phương phápsinh học đòi hỏi có kiến thức trong ngành để tránh gây xốc cho visinh vật

Keo tụ – tạo bông vừa xử lí nước thải sinh hoạt của công nhânđồng thời vừa xử lí nước thải dệt nhuộm của nhà máy kết hợp

Phương pháp này có khả năng làm lắng các chất thải lơ lửng, làmgiảm màu, hàm lượng hữu cơ trong nước thải do kết hợp hạt keovới tạp chất

b Khuyết điểm:

Keo tụ tạo bông phải sử dụng hóa chất để xử lí nên g6ay ra độ pH

vì vậy phải xử lí cả pH

Tiêu hao năng lượng trong quá trình khuấy trộn

2 Các loại bể keo tụ – tạo bông :

a Ba bể keo tụ – tạo bông – lắng tách riêng nhau

b Kết hợp bể lắng với buồng trộn và keo tụ tuần hoàn đặt ở tâm

3 Thiết bị cho quá trình khuấy trộn:

 Khuấy trộn thủy lực : Dựa vào dòng chảy rối không có thiết bị cơ khí

( dễ vận hành )

Thiết hị là những tấm chắn lắp bên trong ống đủ để khuấy trộnhóa chất

Keo tụ Tạo bông Lắng

Trộn bằng máy bơm Bể trộn vách ngăn.

 Trộn khí nén : Dùng khí nén để trộn Khí được đưa vào qua ống ,

khuyếch tán  khí nổi lên mặt gây xáo trộn dòng

 Trộn cơ khí : Xáo trộn gây ra do cánh khuấy quay ở tốc độ cao Có

nhiều loại cánh khuấy như : turbin , chân vịt , cánh guồng

4 Các công trình chuẩn bị hóa chất dung dịch phèn:

Các công trình , thiết bị chuẩn bị dung dịch và định liều lượng chấtphản ứng gồm: thùng hòa trộn ,thùng tiêu thụ , thiết bị điều lượng chấtphản ứng

Các công trình hòa trộn đều dung dịch chất phản ứng với nước nguồncầ xử lí : ống trộn , bể trộn

Các công trình tạo điều kiện cho phản ứng tạo bông kết tủa xảy rahoàn toàn : ngăn phản ứng , bể phản ứng

Ngoài các công trình và thiết bị trên còn có: kho chứa hóa chất ,thiết bịvận chuyển hóa chất, cân hóa chất, bơm hóa chất và ống dẫn hóa chất

5 Các loại bể tạo bông :

 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực :

Sử dụng năng lượng của dòng nước , kết hợp với các giải pháp về

cấu tạo để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và dính kết giữacác hạt keo va cặn bẩn trong nước Có hai loại :

Bể phản ứng xoáy : gồm xoáy hình trụ và xoáy hình côn Bể phản ứng vách ngăn :Có cấu tạo như máng hình chữ nhật Trong máng đặt các vách ngăn Các vách ngăn có kích thước khác

nhau để tạo chuyển động xoáy làm cho dung dịch trộn đều vớinước.

 Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí :

Dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sựxáo trộn dòng chảy

 Bể tạo bông dùng khí nén :

Dùng bọt không khí nén phân bố đều giàn ống đặt dưới đáy bể

 Bể tạo bông tiếp xúc qua lớp vật liệu hạt : áp dụng cho nguồn nước có

nhiều cặn hữu cơ

Bể keo tụ tiếp xúc đồng thời là bể lọc sơ bộ , do đó phải bố trí cácthiết bị rửa , dòng nước qua lớp tiếp xúc có thể đi từ trên xuống hoặc từdưới lên

6.Các loại bể lắng :

 Bể lắng ngang :

Dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang trong chế độchảy tầng

Nên tốc độ lắng trong đạt hiệu quả cao hơn

Các hạt cặn được đưa vào đầu bể sau đó chuyển động ngang vàlắng dần về cuối bể

 Bể lắng đứng :

Hình trụ tròn hoặc vuông , có đáy hình nón , chóp

Nước được đưa vào bể lắng từ dưới lên , qua máng tràn và đi vàobên trong bể , hạt cặn lắng xuống và được thu gom ở đáy bể

Ứng dụng: thường dùng làm bể lắng I.

Thông số thiết kế: Lưu lượng < 20 m3/ h Tốc độ đi lên : 1 – 2 m/h.Độ dốc đáy nón thường từ 45 – 65o

 Bể lắng có lớp cặn:

Là bể kết hợp của ba bể Keo tụ , tạo bông , lắng vào trong cùng mộtbể

Thuận lợi : Đơn giản , có hiệu quả kinh tế, tổn thất áp lực thấp socới lắng thông thường

Nhược điểm : Mất thời gian hình thành bùn , tảo dễ hình thành ,tải trọng thủy lực cao , đòi hỏi người vận hành có kinh nghiệm…

 Bể lắng , tạo bông vách nghiêng :

Cũng là bể kết hợp cả ba loại bể trộn , tạo bông , lắng vào một đơn

nguyên Nhưng ở đây lắng bằng cách dùng vách nghiêng

 Lắng ống nghiêng :

Góc nghiêng 45 – 50o Độ dốc cao dẽ dàng tách cặn bằng lắng trọnglực Có thể áp dụng cho công suất lớn

 Lắng tấm : Sử dụng cho bể lắng đứng Trang bị các tấm hướng dòng cho

bùn lắng

 Lắng vách - ống :

Bể lắng cạn , gồm các vách , bó ống nhựa D = 80 – 100 mm Hạnchế : Cần dòng chảy tầng , khi tốc độ dòng chảy trong ống đạt giá trị nào đóthì cặn lắng có thể bị nay lên Lấy bùn lắng khó khăn do ống nghiêng

 Lắng ly tâm:

Bể hình tròn , độ dốc đáy 4 – 10% Bùn được cào và gom ở rốn bể ở

tâm Có thể kết hợp với ngăn tạo bông ợ tâm bể

 Bể lắng tiếp xúc :

Dùng trong xử lí hóa lí Nguyên tắc : Khuấy chậm tạo điều kiện tạo

bông giữa cặn lơ lững và chất keo tụ Nhược điểm : Hình thành dòng xoáy

do dòng vào không phân bố đều tạo thành dòng chảy cụt gay tổn thất áplực lớn

7.Chọn loại bể và thiết bị khuấy :

Chọn bể trộn và bể tạo bông là những bể có diện tích ngang là hìnhvuông

Bể lắng là bể lắng ly tâm

Ưu điểm của bể lắng ly tâm so với các bể lắng khác:

 Chiếm diện tích nhỏ

 Hiệu quả lăng không bị ảnh hưởng bởi dòng chảy

 Hệ thống thu gom bùn đơn giản , dễ vận hành và cũng dễ lấy bùn

ra ngoài

 Nước đi vào ống trung tâm nên bùn không bị nay lên trên và rangoài

Thiết bị trộn là trộn cơ khí bằng tuabin và cánh khuấy

Ưu điểm của trộn cơ khí :

* Có thời gian lưu nhỏ hơn thời gian lưu của thủy lực nên thể tích bể cũngnhỏ hơn

* Lưu lượng nước thải thay đổi trong ngày nên sử dụng cơ khí linh động hơn

ta có thể thay đổi được

* Có thể áp dụng từ qui mô nhỏ đến qui mô lớn do năng lượng trộn có thểthay đổi theo ý muốn