Hóa chất dùng để oxy hóa ứng dụng trong xử lý nước

Hóa chất dùng để oxy hóa ứng dụng trong xử lý nước

Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Mục lục Trang Phần I : Đặt vấn đề Phần II : Các loại hóa phổ biến dùng để oxy hóa xử lý nước ví dụ minh họa Phần III : Đánh giá – nhận xét khả ứng dụng hóa chất xử lý nước 12 Phần IV : Ứng dụng hóa chất oxy hóa trong công nghệ xử lý nước 13 Danh mục bảng biểu hình vẽ : Bảng : Thế oxy hóa số chất Bảng : Tỉ lệ HClO OCl- theo pH 14 Hình : Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải thành phố Hình : Sơ đồ hệ thống xử lý cyanua Hình a Sơ đồ làm thoáng giàn ống khoan lỗ b Sơ đồ làm thoáng hệ thống máng tràn Hình : Sơ đồ nguyên lý công nghệ oxy hóa sunfua Hình : Sơ đồ máy ozone đơn giản 10 Hình : Sơ đồ giai đoạn xử lý nước ozone 12 Hình : Sơ đồ hệ thống xử lý cyanua đơn giản 16 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước I Đặt vấn đề : Vấn đề ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước ngày quan tâm Khoa Học Kỹ Thuật phát triển việc phát minh nghiên cứu đầu tư sáng chế Công Nghệ, Hóa Chất xử lý ngành môi trường ngày tăng cường Các công nghệ xử lý nước – nước thải phổ biến ứng dụng phương pháp Hóa Lý, Sinh học, Hóa học, Cơ học áp dụng riêng lẻ kết hợp phương pháp tùy theo Công Nghệ sử dụng Trong đề tài nhóm xin giới thiệu Các hóa chất phổ biến ngành môi trường dùng để “ oxy hóa “ ứng dụng xử lý nước Quá trình oxy – hóa khử ứng dụng xử lý môi trường ? Theo Hóa học đại cương phản ứng Oxy hóa khử phản ứng mà có cho nhận electron hay nói khác có thay đổi số electron chất tham gia phản ứng Vậy môi môi trường trình oxy hóa trình xử lý chất tan không tan chất độc cách làm thay đổi số oxy hóa chúng nhằm mục đích : - Chuyển chất tan thành dạng kết tủa (trong xử lý Fe, Mn ) Chuyển chất tan thành dạng khí ( xử lý Nitơ ) Chuyển chất tan từ dạng gây hai sang không gây hại ( khử oxy ) Chuyển chất tan từ dạng độc sang dạng độc ( khử Clo, Crom VI, oxy hóa phenol ) Phá vỡ cấu trúc phân tử chất hữu không phân hủy sinh học thành dạng dễ phân hủy sinh học Như trình oxy hóa xử lý nước trình dùng tác nhân oxy hóa mạnh ( Clo, Ozone, KMnO4…) để oxy hóa chất tan, tạp chất thành chất không độc độc dạng khác dễ xử lý Như hóa chất oxy hóa sử dụng đâu ? Trong công nghệ giai đoạn ? Dùng ? Tùy theo mục đích xử lý nước mà có công nghệ thích hợp cho sau xử lý đạt tiêu tiêu chuẩn cho phép Nhìn chung hệ thống xử lý nước thải gồm cấp xử lý - Cấp I : cấp xử lý sơ để khử vật rắn tạp chất, dầu mỡ khỏi hệ thống cách học Câp II : tác dụng khử chất hữu hòa tan phương pháp sinh học hóa học Cấp III : tác dụng khử chất dinh dưỡng phương pháp hóa lý hóa học Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Hình : sơ đồ hệ thống xử lý nước thải thành phố Như hóa chất dùng để oxy hóa áp dụng cấp xử lý - Cấp I : Có thể sử dụng để khử vài tạp chất chất độc để bước trung gian cho trình xử lý Cấp II : Các hóa chất oxy hóa mạnh oxy hóa hợp chất hữu bền, chất hòa tan Cấp III : Oxy hóa chất độc, kim loại nặng thành các chất không độc độc khử trùng nước phù hợp với yêu cầu đặt Mặc dù lý thuyết hóa chất – hóa chất oxy hóa có nhiều ứng dụng vậy, thực tế có sử dụng phổ biến công nghệ hay không ? Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Các hóa chất xử lý nước thuộc nhóm phương pháp hóa học phương pháp thường sử dụng tác nhân hóa học ( hóa chất, xúc tác …) nên phương pháp đắc tiền Chỉ sử dụng để khử chất hòa tan hệ thống xử lý nước, dùng để xử lý sơ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn phương pháp xử lý lần cuối để thải vào môi trường Hoặc nước thải mà dùng phương pháp khác ta buộc long phải sử dụng chất hóa chất II Các hóa chất oxy hóa phổ biến Hóa chất dùng để oxy hóa thị trường gồm dạng tồn : - Khí : ozone ( O3 ), Clo, Oxy không khí ( O2 ) Rắn : ( dạng tồn ) Pyroluzit ( MnO2 ), Kali Natra permanganat ( KMnO4 NaMnO4), Kali bicromat (K2Cr2O7 ), hợp chất clo với Caxi Natri hipoclorit Lỏng : dạng bột Peoxythydro ( H2O2 ), dạng hòa tan dạng bột để đưa vào công nghệ dạng khí hóa lỏng Clo Như nói chất có tính oxy hóa mạnh nên oxy hóa chất độc, chất thải nước đưa dạng độc độc Tính oxy hóa đặc trưng oxy hóa Bảng : Thế oxy hóa số chất Trong tự nhiên Flour chất oxy hóa lớn nên có tính oxy hóa mạnh lý mà sử dụng công nghệ xử lý nước nước cấp, nước sinh hoạt Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Clo hợp chất chứa Clo a Đặc điểm : Clo hợp chất có chứa Clo hoạt tính chất oxy hoá mạnh ứng dụng để tách khỏi nước thải hợp chất : H2S, hyđrosunfit (Na2S2O4 ) Các hợp chất chứa metylsunfit Phenol Xyanua ( CN- ) Clo nước xảy phản ứng thủy phân tạo axit hypoclorit axit clohydric theo phương trình sau : Cl2 + H2O = HOCl + HCl HCOl ↔ H+ + OClTổng lượng HOCl OCl- nước gọi Clo tự hay Clo hoạt tính ( free available chroline ) có khả oxy hóa mạnh chất khả oxy hóa phụ thuộc nhiều vào phân bố nhóm hay phụ thuộc vào pH nước Các hợp chất Clo hypoclorit, Dioxyt Clo, Clorat canxi ( CaOCl2 ),…cũng tạo Clo hoạt tính để oxy hóa theo phương trình : Ca(OCl)2 + H2O → CaO + 2HOCl 2HOCl → 2H+ + 2OClTrên thị trường hóa chất clorua để oxy hóa phổ biến với tên gọi Clorua vôi 70% ( Ca(OCl)2) hay Clorin …( 70% lượng clo hoạt tính có clorua vôi ) Trong công nghiệp Clo điều chế phương pháp điện phân NaCl có màng ngăn theo phương trình phản ứng sau : Natri hypoclorit tạo phương pháp sục khí clo qua dung dịch kiềm : 2NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O Canxi hypoclorit điều chế Clo hóa hydroxyt canxi nhiệt độ 25 – 30 oC: 2Ca(OH)2 + 2Cl2 → Ca(ClO)2 + CaCl2 + H2O b Ví dụ: Clo hợp chất sử dụng để oxy hóa cyanua theo phương trình sau : CN- + 2OH- + Cl2 → CNO- + 2Cl- + H2O 2CNO- + 4OH- +3Cl2 → CO2 + 6Cl- + N2 + 2H2O Cyanua bị ôxy hóa tới sp cuối N2 CO2 H2O phương trình Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Hình :Sơ đồ hệ thống xử lý cyanua Các chất thải có chứa cyanua xử lý qua quy trình hai giai đoạn Giai đoạn oxy hóa cyanua thành cyanat cách sử dụng tác nhân oxy hóa Clo hay Natri hydroclorit môi trường kiềm (pH cao) theo phản ứng : NaCN + 2NaOH + Cl2 ↔ NaCNO + 2NaCI + H2O Đầu tiên, pH điều chỉnh giữ mức 10 pH hay cao cách bổ sung xút Giai đoạn hai oxy hóa cyanat (ít độc hại cyanua) thành cacbon dioxit nitơ thông qua việc sử dụng nhiều Clo hay Natri hydroclorit pH thấp so với giai đoạn đầu 2NaCNO + 4NaOH + 3Cl2 ↔ 6NaCl + 2CO2 + N2 + 2H2O Ở bước hai, phản ứng xảy pH thấp 8.5 đến pH Oxy hóa peoxyt hydro ( H2O2 ) a Đặc điểm : Peroxit hydro ( hay hydro dioxit ) H2O2 chất lỏng không màu trộn lẫn với nước tỉ lệ H2O2 dùng để oxy hóa : - Các nitrit Các aldehit, phenol Xyanua Các chất thải chứa lưu huỳnh chất nhuộm mạnh Trong công nghiệp người ta sản xuất H2O2 phương pháp điện phân axit H2SO4 hay từ peoxit Nhưng công nghệ thường tốn nhiều điện nguyên liệu cao Hiện nay, quy mô Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước sản xuất công nghiệp H2O2 giới chủ yếu theo công nghệ ôxy hoá Anthraquinol (AO) xúc tác paladi, công nghệ tiên tiến, nguyên liệu chủ yếu khí hydro H2 + O2 → H2O2 a Ví dụ: Trong môi trường acid H2O2 thể rõ chức oxy hóa môi trường kiềm chức khử Trong môi trường acid H2O2 chuyển muối Fe2+ thành muối Fe3+ HNO2 thành HNO3 SO32- thành SO42Theo phương trình : Fe2+(Dung dịch) + H2O2 + H+(dung dịch) → Fe3+ (dung dịch) + H2O(lỏng) Tuy nhiên kali pemanganat bị khử thành mangan Mn2+ tính axít H2O2 Thú vị điều kiện môi trườnglà kiềm số phản ứng ngược lại; Mn2+ bị ôxi hóa thành Mn4+ (trong dạng MnO2), Fe3+ bị khử thành Fe2+ Fe3+ + H2O2 + 2OH− → Fe2+ + 2H2O + O2 Xyanua ( CN- ) bị oxy hóa môi trường kiềm ( pH = – 12 ) thành xianat ( CNO-) Trong dung dịch loãng trình oxy hóa chất hữu xảy chậm, người ta sử dụng chất xúc tác ion kim loại có hóa trị thay đổi Fe2+, Cu2+, Mn2+, Co2+, Cr2+, Ag+ … Trong trình xử lý nước người ta không sử dụng tính chất oxy hóa H2O2 mà sử dụng tính khử Ví dụ trình loại bỏ Clo nước : H2O2 + Cl2 → O2 + 2HCl H2O2 + NaCl → NaCl + O2 + H2O Oxy không khí Lợi dụng khả oxy hóa oxy không khí người ta ứng dụng để : - Tách sắt khỏi nước cấp Oxy hóa sunfua nước thải nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ Trong nước sắt tồn dạng ion Fe2+ hòa tan Oxy oxy hóa ion Fe2+ dạng Fe3+ dạng kết tủa hydroxit lọc bỏ Quá trình tách Fe2+ khỏi nước theo phản ứng : 4Fe2+ + O2 + 2H2O → Fe3+ + 4OHFe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+ Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Tương tự mangan xử lý giống sắt tiến hành đồng thời với sắt Trong nước ngầm mangan tồn dạng Mn2+ bị oxy hóa dạng Mn3+, Mn4+ dạng kết tủa hydroxit Theo phương trình sau : 2Mn(HCO3) + O2 + H2O → Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3Quá trình oxy hóa tiến hành thông gió làm thoáng qua nước tháp phun mưa hệ thống máng tràn hình : Hình a sơ đồ làm thoáng giàn ống khoan lỗ b Sơ đồ làm thoáng hệ thống máng tràn Oxy không khí sử dụng để oxy hóa sunfua nước thải nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ Khi tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng mức độ oxy hóa sunfua hydrosunfua tăng Theo lý thuyết để oxy hóa 1g sunfua lưu huỳnh tiêu tốn 1g oxy Quá trình oxy hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn qua giai đoạn thay đổi hóa trị lưu huỳnh từ - → + : S2- → S →SnO62- → S2O32- → SO32- → SO42- Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Hình : Sơ đồ nguyên lý công nghệ oxy hóa sunfua Oxy hóa pyroluzit ( MnO2 ), Kali permanganate ( KMnO4 ) : a Đặc điểm : KMnO4 chất oxy hoá tương đối mạnh dùng để oxy hoá : - Phenol - CN - Các hợp chất chứa S Trên thị trường KMnO4 gọi thuốc tím dạng bột tinh thể rắn màu đen tím, tan tốt nước tạo dung dịch màu tím (nên gọi thuốc tím), Mangan oxit MnO2 chất rắn màu đen, không tan nước, có tính oxi hóa mạnh MnO2 dùng xử lý nước cách lọc nước thải qua lớp vật liệu chứa thiết bị khuấy trộn với vật liệu b.Ví dụ: Phản ứng pemanganat kaly có dạng: C2H5OH + 4KMnO4 → 4MnO2 + 2K2CO3 + 3H2O Độ pH trình 9,5 pH cao phản ứng xảy nhanh phản ứng dung dịch thuốc tím phụ thuộc nhiều vào môi trường cụ thể pH môi trường Theo pH số oxy hóa KMnO4 biến đổi sau : - pH < : Mn7+ > Mn2 + - pH = : Mn7+ > Mn4+ - pH > : Mn7+ ->Mn6+ Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Pyroluzit thường dùng để oxy hóa As3+ đến As5+ theo pt : H2AsO2 + MnO2 + H2SO4 → H2AsO4 + MnSO4 + H2O Ozone: a Đặc điểm : Oxy hóa ozone cho phép đồng thời khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử vị lạ mùi nước Quá trình ozone hóa làm nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, hydrosunfua, hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm … Trong xử lý nước ozone, hợp chất hữu bị phân hủy xảy khử trùng nước Các vi khuẩn bị chết nhanh so với xử lý nước Clo vài nghìn lần Độ hòa tan ozone nước phụ thuộc vào pH hàm lượng chất hòa tan nước Một hàm lượng không lớn acid muối trung tính làm tăng độ hòa tan cảu ozone có mặt kiềm làm giảm độ hòa tan ozone Tác động trình oxy hóa diễn theo hướng : i ii iii Oxy hóa trực tiếp với tham gia nguyên tử oxy Kết hợp toàn phân tử ozone với chất bị oxy hóa tạo thành ozonua Tằng cường xúc tác tác động oxy hóa oxy không khí bị ozone hóa Trong môi trường ozon tạo máy tạo ozone hoạt động cách triết xuất oxy từ không khí thu oxygen oxy chuyển đổi thành ozone cách qua tia lửa điện ( to > 2000 oC ) máy ozone thiết bị sục ozone lắp đặt hợp lý hệ thống xử lý nước Hình : Sơ đồ máy ozone đơn giản 10 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước a Ví dụ : Ozone dùng đẻ oxy hóa chất vô hữu tan nước thải Ví dụ, phản ứng oxy hóa loạt chất hữu khoáng chất ( Fe2+, Mn2+ ) tạo thành kết tủa hidroxyt hay dioxyt permanganate không tan : FeSO4 + H2SO4 + O3 → Fe(SO4)3 + 3H2O + O2 MnSO4 + O3 + H2O → H2MnO3 + O2 + H2SO4 H2MnO3 + 3O3 → HMnO4 + 3O2 + H2O Còn amoniac bị oxy hóa ozone môi trường kiềm theo phản ứng : NH3 + 4O3 → 4NO3- + 4O2 + H2O + H+ Các chất có liên kết đôi tác dụng với ozone sau : Ozone có khả phản ứng cao tác dụng với phenol khoảng nồng độ rộng ( từ đến 1000 mg/l ) Quá trình làm nước thải ozone tiến hành theo nhiều bậc sơ đồ hình : 11 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Hình : Sơ đồ giai đoạn xử lý nước ozone Hiện công nghệ xử lý nước áp dụng phương pháp oxy hóa nâng cao ( advanced oxidation proceses – AOPs ) trình oxy hóa chất hữu khó phân hủy sinh học nước gốc hydroxyl tự OH* Gốc tự HO* tác nhân oxy hóa mạnh oxy hóa cao 2.05 bé Flo 2.25 , có khả gây chuổi phản ứng oxy hóa phức tạp chất hữu tạo thành sản phẩm cuối chất vô ( điển hình CO2 H2O ) tạo phản ứng phức tạp có kết hợp ozone với UV, ozone với TiO2 H2O2 với UV, … AOPs ứng dụng nhiều xử lý nước hiệu so với trình oxy hóa thông thường sử dụng tác nhân oxy hóa hóa chất ( ozone, H2O2 … ) thường ứng dụng : - Xử lý nước thải chứa chất hữu độc, khó phân hủy sinh học với hàm lượng COD thấp Oxy hóa hợp chất hữu bền ( refractory organic compounds ) III Nhận xét : a Ưu điểm : - Hầu hết hóa chất chất có tính oxy hóa mạnh nên dễ dàng oxy hóa chất nước thải dạng mà ta yêu cầu - Hiệu suất công nghệ xử lý xử dụng hóa chất thường cao, thời gian xử lý ngắn, đòi hỏi diện tích rộng lớn - Có thể áp dụng nhiều công nghệ giai đoạn xử lý 12 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Trong công nghiệp hóa chất tương đối dễ sản xuất Hạn chế : Giá vận hành cho hệ thống xử lý thường cao sử dụng nhiều hóa chất Sau trình xử lý thường để lại lượng hóa chất dư buộc long ta phải thêm bước xử lý trung gian khác, không ảnh hưởng đến sức khỏe môi trường lượng vượt định mức cho phép - Các máy sản xuất ozone giá thành thường cao, thời gian sau hiệu suất máy thường thấp IV Ứng dụng xử lý nước : Trong xử lý nước thải : Xử lý nước thải chứa xyanua phương pháp oxy hóa dùng hóa chất hipoclorit a Cơ sở lý thuyết : b - Các hợp chất chứa cyanua thường có công nghệ sản xuất thủy tinh hữu cơ, phân xưởng xí nghiệp mạ ( đồng, kẽm ) nhà máy khí chế tạo, nhà máy luyện kim màu … Tùy theo nhà máy, xí nghiệp hay loại nước thải có chứa hợp chất cyanua mà ta sử dụng hóa oxy hóa công nghệ xử lý cho phù hợp Sau phương pháp xử lý cyanua tan, độc hóa chất hipoclorit hợp chất Clo Hướng để xử lý cyanua oxy hóa cyanua thành cyanat chất không độc dùng hipoclorit ( vôi clorua, natri hipoclorit canxi hipoclorit ) Quá trình gồm giai đoạn : i Oxy hóa cyanua (CN-) đến cyanat (CNO-) theo phương trình : CN- + OCl → CNO- + ClViệc oxy hóa cyanua thành cyanat diễn theo phản ứng nhờ oxy nguyên tử tách từ chất oxy hóa – hipoclorit Giai đoạn tiến hành pH = để tránh tạo khí độc CNCl, COCl HCN ? ii - Phân hủy cyanat (CNO-) : Những cyanat (CNO-) tạo thành sau giai đoạn oxy hóa bên bị phân hủy nước theo phương trình : Hoặc tiếp tục bị oxy hóa thành CO2 N2 tiếp tục châm chất oxy hóa vào : 2CNO- + 3OCl- 3H+ → 2CO2 + N2 + H2O + 6Cl- Khi hòa tan Clo nước xảy tượng acid hóa tạo sản phẩm acid clohidric không acid hipoclorơ theo phương trình : Cl2 + H2O → HCl + HClO 13 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Vì kiềm - xút đưa vào trình xử lý để nâng pH nước cần xử lý nhằm mục đích trung hòa acid clohidrit tự do, không đảm bảo điều kiện tạo thành cloxian sản phẩm độc trình oxy hóa trực tiếp cyanua : 2CN- + Cl2 → 2ClCN Điều kiện tối ưu để oxy hóa cyanua pH = – 10 khác khả oxy hóa Clo lại phụ thuộc vào lượng ion H+ nước hay pH nước môi trường acid mạnh tồn clo phân tử để tồn dạng acid hipoclorơ ion hipoclorit pH > tỉ lệ theo bảng sau : pH ClO-, % HOCl, % 10 11 0,05 99,95 0,5 99,5 2,5 97,5 21 79 97 99,5 0,5 99,9 0,7 Bảng : tỉ lệ HClO OCl- theo pH Mặc khác khả oxy hóa ion hipoclorit acid hipoclorơ lại khác : Với Clo khí oxy hóa trung bình 1.36 V Với acid HClO oxy hóa trung bình 1.5V Với ion OCl- oxy hóa trung bình 0.9V Theo trình oxy hóa đạt hiệu suất cao nồng độ acid HClO Clo cao ( pH = – ) theo (pt) Clo phân tử bị phản ứng trực tiếp với cyanua hình thành nên cloxian chất độc Vậy để tạo không tạo chất độc môi trường xử lý phải môi trường kiềm mạnh ( pH = 10 – 12 ) xuất ion OCl- ion lại oxy thấp chất Như pH tối ưu để đạt hiệu suất xử lý cyanua Clo cao – 10 với mức pH Clo phân tử tức không tạo thành cloxian đồng thời acid HClO có lượng vừa đủ để oxy hóa b Xác định liều lượng chất oxy hóa cần thiết : - Liều lượng hóa chất cần thiết để oxy hóa cyanua xác định theo phản ứng (pt ) tức theo hàm lượng clo hoạt tính 14 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Như ta biết đương lượng oxy hóa oxy ion hipoclorit ( OCl- ) ứng với nguyên tử Clo nghĩa nguyên tử gam Clo hoạt tính ứng với 1g ion OCl- theo phương trình phản ứng sau ; OCl- + H2O + 2e- → 2OH- + ClCl2 + 2e- → 2ClTheo phương trình : CN- + OCl- → CNO- + ClTa có ion cyanua phản ứng ion hipoclorit ( OCl- ) ( đương lượng oxy ) hay nguyên tử gam clo Tương ứng nghĩa 26 (g/mol ) cyanua cần 71 (g/mol ) Cl2 Vậy g/mol cyanua cần 71 : 26 = 2.73 g/mol Cl2 Vậy hệ số 2.73 cho ta thấy lượng clo hoạt tính cần thiết để oxy hóa ion cyanua thành ion cyanat không độc Vậy nước thải có A (mg/l ) cyanua độc theo lý thuyết cần 2.73A (mg/l ) clo hoạt tính Tương tự ta tính lượng chất oxy cần thêm vào để đưa cyanua N2 CO2 theo phương trình tiến hành cho thêm hóa chất giai đoạn 2CNO- + 3OCl- + 3H+ → 2CO2 + N2 + H=O + 6ClTùy theo nồng độ thực chất clo hoạt tính có hóa chất sử dụng mà ta tính lượng hóa chất để tiến hành trình xử lý Ví dụ Vôi clorua Ca(ClO2) thị trường có chứa 33% Clo hoạt tính ( loại ) Canxi hipoclorit Ca(ClO)2 chứa 60% Clo hoạt tính Vậy lượng hóa chất cần thiết thực tế tính theo công thức sau : X X Cl 100Q n 1000a X Cl Q n a.10 Trong :  X – lượng hóa chất thị trường cần thiết thực tế  XCl – Lượng Clo hoạt tính cần thiết để oxy hóa theo phương trình ( đưa cyanua dạng cyanat không độc ) ( mg/l )  Q – Lượng nước thải chứa cyanua ( m3/ ngày đêm )  a - hàm lượng Clo hoạt tính có hóa chất thị trường ( % )  n – hệ số hóa chất dư ( 1.2 – 1.3 ) 15 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Hình : Sơ đồ hệ thống xử lý cyanua đơn giản Thường nước thải cyanua có tạp chất khác bị oxy hóa hipoclorit Vì hệ số hiệu chỉnh n phải xác định với loại nước thải cụ thể cách tiến hành clo hóa thử Trong xử lý nước cấp : khử sắt phương pháp làm thoáng sử dụng oxy không khí Trong nguồn nước ngầm, sắt thường tồn dạng ion Fe2+ thành phần muối tan : bicacbonat ( Fe(HCO3)2, Sunfate ( FeSO4) Hàm lượng sắt có nguồn nước ngầm thường cao tiêu cho phép nên cần tiến hành loại bỏ sắt nước thỏa mãn tiêu chuẩn cho phép trước cấp cho sinh hoạt sản xuất Thực chất phương pháp khử sắt làm thoáng làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ sau xuất kết tủa Fe(OH)3 rùi tiến hành lọc bỏ khỏi nước Sauk hi làm thoáng trình oxy hóa Fe2+ xảy môi trường tự do, môi trường hạt hay môi trường xúc tác Sơ đồ công nghệ loại bỏ Fe2+ 16 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước phương pháp làm thoáng đơn giản lọc áp dụng cho hộ gia đình công ty xí nghiệp quy mô nhỏ Được mô tả hình 3.a) 3.b) trang Trong nước ngầm sắt ( II ) bicacbonat phân ly thành ion Fe2+ ion HCO3- theo phương trình : Fe(HCO3)2 → HCO3- + Fe2+ Quá trình oxy hóa thủy phân diễn sau : 4Fe2+ + O2 + 10H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ Đồng thời xảy phản ứng phụ : H+ + HCO3- → H2O + CO2 Tốc độ phản ứng oxy hóa biểu thị theo phương trình Just : v d [Fe ] dt [Fe ][O ] K [H ]2 Trong :  v – tốc độ oxy hóa  d [Fe ] : biến thiên nồng độ Fe2+ theo thời gian t dt  [M] nồng độ ion Fe2+, H+ oxy hòa tan nước  K : số tốc độ phản ứng, phụ thuộc vào nhiệt độ chất xúc tác Như theo phương trình Just tốc độ oxy hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố : pH, O2, hàm lượng sắt nước ngầm, CO2, độ kiềm, nhiệt độ thời gian phản ứng Ngoài tốc độ oxy hóa Fe2+ phụ thuộc vào oxy hóa – khử chuẩn Fe3+/ Fe2+ Các yếu tố ảnh hưởng đến trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ theo mối quan hệ sau : trình thủy phân giải phóng H+ ( pt ) môi trường thừa H+ ( pH thấp ) phản ứng oxy hóa bị kiềm hãm Mặc khác nước có sẵn ion HCO3-, tác dùng với H+ vừa giải phóng để tạo CO2 H2O ( pt ) Hàm lượng HCO3- lớn tức độ kiềm lớn tốc độ oxy hóa nhanh Ngoài độ kiềm cần thiết cho trình thủy phân Fe3+ dạng ion thành dạng hidroxit Fe(OH)3 17 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Nếu nước tồn chất : H2S, NH3, chất hữu … chúng gây cản trở trình oxy hóa Fe2+ Do làm thoáng phải tiến hành xử lý chất trước, H2S oxy hóa Oxy Quy phạm tiến hành phương pháp làm thoáng để oxy hóa Fe2 + sau : H2S < 0.2 mg/l, NH4 < mg/l, độ oxy hóa nước < 0.15 [Fe2+] + 3mg O2/l Sau làm thoáng nước phải có pH > độ kiềm > mgđl/ l Sau tất ion Fe2+ hòa tan nước chuyển hóa thành cặn Fe(OH)3 việc loại bỏ cặn khỏi nước thực bể lọc chủ yếu theo chế giữ cặn học Quá trình oxy hóa Fe2+ thủy phân Fe3+ môi trường dị thể lớp vật liệu lọc Quá trình oxy hóa thủy phân sắt tiếp tục diễn lớp vật liệu lọc, nên từ đầu chu kỳ lọc, cặn bám sẵn lớp vật liệu l độ chừa cặn lớp vật liệu lọc cao cấp phối hạt vật liệu lọc lấy lớn Quá trình làm thoáng bên để cung cấp oxy cho nước lúc Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ với tỉ lệ nhỏ Quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 chủ yếu xảy lớp vật liệu lọc Quá trình tạo lớp vật liệu lọc lớp màng Lớp màng có cấu tạo từ hợp chất sắt : Fe2+, Fe3+, Fe(OH)2, Fe(OH)3 Sau lớp màng hình thành có tác dụng làm tăng tốc độ oxy hóa Fe2+, lớp màng có khả hấp phụ O2 Khi Fe2+ đến gần bề mặt lớp màng xúc tác, trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 xảy lớp màng lớn dễ dàng môi trường đồng thể Ưu điểm phương pháp: - Công trình xử lý đơn giản - Hiệu xứ lý cao ổn định - Chu kỳ lọc kéo dài tổn thất áp lực lớp vật liệu tăng chậm - Có thể áp dụng cho nhiều trạm xử lý - The End - 18 [...]... lý ngắn, ít đòi hỏi các diện tích rộng lớn - Có thể áp dụng trong nhiều công nghệ cũng như giai đoạn xử lý 12 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng trong xử lý nước Trong công nghiệp những hóa chất này cũng tương đối dễ sản xuất Hạn chế : Giá vận hành cho hệ thống xử lý thường quá cao do sử dụng nhiều hóa chất Sau quá trình xử lý thường để lại lượng hóa chất dư buộc long ta phải đi thêm các bước xử lý. .. số hóa chất dư ( 1.2 – 1.3 ) 15 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng trong xử lý nước Hình 7 : Sơ đồ hệ thống xử lý cyanua đơn giản Thường trong nước thải ngoài cyanua còn có các tạp chất khác có thể bị oxy hóa bởi hipoclorit Vì vậy hệ số hiệu chỉnh n phải xác định với từng loại nước thải cụ thể bằng cách tiến hành clo hóa thử 2 Trong xử lý nước cấp : khử sắt bằng phương pháp làm thoáng sử dụng oxy. .. liều lượng chất oxy hóa cần thiết : - Liều lượng hóa chất cần thiết để oxy hóa cyanua được xác định theo phản ứng (pt ) tức là theo hàm lượng clo hoạt tính 14 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng trong xử lý nước Như ta đã biết thì 1 đương lượng oxy hóa của oxy trong ion hipoclorit ( OCl- ) ứng với 2 nguyên tử Clo nghĩa là 2 nguyên tử gam Clo hoạt tính ứng với 1g ion OCl- theo phương trình phản ứng sau... ứng dụng trong : - Xử lý nước thải chứa chất hữu cơ độc, khó phân hủy sinh học với hàm lượng COD thấp Oxy hóa các hợp chất hữu cơ bền ( refractory organic compounds ) III Nhận xét : a Ưu điểm : - Hầu hết các hóa chất này là những chất có tính oxy hóa mạnh nên dễ dàng oxy hóa các chất trong nước thải về dạng mà ta yêu cầu - Hiệu suất của các công nghệ xử lý xử dụng hóa chất thường rất cao, thời gian xử. . .Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng trong xử lý nước a Ví dụ : Ozone được dùng đẻ oxy hóa cả các chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước thải Ví dụ, phản ứng oxy hóa một loạt các chất hữu cơ và khoáng chất ( Fe2+, Mn2+ ) tạo thành kết tủa của các hidroxyt hay dioxyt permanganate không tan : FeSO4 + H2SO4 + O3 → Fe(SO4)3 + 3H2O + O2... và N2 nếu tiếp tục châm chất oxy hóa vào : 2CNO- + 3OCl- 3H+ → 2CO2 + N2 + H2O + 6Cl- Khi hòa tan Clo trong nước sẽ xảy ra hiện tượng acid hóa tạo sản phẩm acid clohidric chứ không chỉ acid hipoclorơ theo phương trình : Cl2 + H2O → HCl + HClO 13 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng trong xử lý nước Vì thế kiềm - xút được đưa vào trong quá trình xử lý để nâng pH của nước cần xử lý nhằm mục đích trung... thấp đi IV Ứng dụng trong xử lý nước : 1 Trong xử lý nước thải : Xử lý nước thải chứa xyanua bằng phương pháp oxy hóa dùng hóa chất hipoclorit a Cơ sở lý thuyết : b - Các hợp chất chứa cyanua thường có trong công nghệ sản xuất thủy tinh hữu cơ, các phân xưởng hoặc xí nghiệp mạ ( đồng, kẽm ) trong các nhà máy cơ khí chế tạo, các nhà máy luyện kim màu … Tùy theo mỗi nhà máy, xí nghiệp hay loại nước thải... chất dùng để oxy hóa & ứng dụng trong xử lý nước Hình 6 : Sơ đồ của giai đoạn xử lý nước bằng ozone Hiện nay trong công nghệ xử lý nước thì đã áp dụng phương pháp oxy hóa nâng cao ( advanced oxidation proceses – AOPs ) là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước bằng gốc hydroxyl tự do OH* Gốc tự do HO* là tác nhân oxy hóa rất mạnh có thế oxy hóa rất cao 2.05 chỉ bé hơn Flo 2.25... thì phản ứng oxy hóa sẽ bị kiềm hãm Mặc khác nước đã có sẵn ion HCO3-, sẽ tác dùng với H+ vừa giải phóng để tạo ra CO2 và H2O ( pt ) Hàm lượng HCO3- càng lớn tức là độ kiềm càng lớn thì tốc độ oxy hóa càng nhanh Ngoài ra độ kiềm còn cần thiết cho quá trình thủy phân Fe3+ ở dạng ion thành dạng hidroxit Fe(OH)3 17 Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng trong xử lý nước Nếu trong nước tồn tại các chất như... loại nước thải ra có chứa hợp chất cyanua nào mà ta sử dụng hóa oxy hóa và công nghệ xử lý cho phù hợp Sau đây là phương pháp xử lý cyanua tan, độc bằng hóa chất hipoclorit hợp chất của Clo Hướng để xử lý cyanua ở đây là oxy hóa cyanua thành cyanat là chất không độc dùng hipoclorit ( vôi clorua, natri hipoclorit hoặc canxi hipoclorit ) Quá trình này gồm 2 giai đoạn : i Oxy hóa cyanua (CN-) đến cyanat ... Mặc dù lý thuyết hóa chất – hóa chất oxy hóa có nhiều ứng dụng vậy, thực tế có sử dụng phổ biến công nghệ hay không ? Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Các hóa chất xử lý nước thuộc... Trong tự nhiên Flour chất oxy hóa lớn nên có tính oxy hóa mạnh lý mà sử dụng công nghệ xử lý nước nước cấp, nước sinh hoạt Hóa chất dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Clo hợp chất chứa Clo a Đặc... dùng để oxy hóa & ứng dụng xử lý nước Hình : sơ đồ hệ thống xử lý nước thải thành phố Như hóa chất dùng để oxy hóa áp dụng cấp xử lý - Cấp I : Có thể sử dụng để khử vài tạp chất chất độc để bước