Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải chương 4 GV trần thị ngọc diệu

19 June 2010 MỤC ĐÍCH Khử chất gây cản trở cho q trình oxy hóa sinh hóa Thu hồi sản phẩm quý TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 June 2010 KHÁI NIỆM CƠ BẢN HẤP PHỤ 19 June 2010 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hấp phụ tượng bề mặt, ngưng kết chất khí chất tan bề mặt phân chia pha Hấp phụ trình tăng nồng độ chất tan (chất bị hấp phụ) bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) Quá trình hấp phụ xảy sở lực hút tĩnh điện, lực định hướng, lực tán xạ (lực hấp phụ vật lý) Nếu lực tương tác đủ lớn xảy liên kết hố học tạo phức, trao đổi ion TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ 19 June 2010 ỨNG DỤNG Ứng dụng: khử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, hợp chất nitơ vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, chất nhiễm vi lượng, chất có mùi, chất khó phân hủy sinh học Xử lí, tách thu hồi chất hoà tan nước thải Hiệu đạt 80 - 95% Phụ thuộc vào chất hóa học chất hấp phụ, diện tích bề mặt chất hấp phụ, cấu trúc hóa học chất hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 June 2010 CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ HẤP PHỤ Lực tĩnh điện: hai điện tích trái dấu hút dấu đẩy Lực định hướng: độ âm điện khác nguyên tố, phân tử có phân bố điện tích khơng Lực tán xạ: xảy chất có phân bố điện tích Ngun nhân phân bố điện tích khơng cách tức thời phân tử, phân bố không lan truyền xung quanh gây tương tác TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ 19 June 2010 CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ Lực cảm ứng: phân tử bị tác động điện trường khác bị phân cực tạo thành moment cảm ứng gây tương tác Tương tác phụ thuộc vào độ phân cực cường độ điện trường tác dụng lên TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ 19 June 2010 LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC Quá trình hấp phụ tác dụng trường lực, gồm hai dạng: Tác dụng tương hỗ phân tử chất bẩn bị hấp phụ với nguyên tử bề mặt chất rắn Hydrat hóa phân tử chất tan: tác dụng tương hỗ phân tử chất bẩn hòa tan với phân tử nước dung dịch TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ 19 June 2010 LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC Chất bẩn khó hấp phụ Hydrat mạnh Phân tử chất bẩn có điện tích TRẦN THỊ NGỌC DIỆU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT Các chất kỵ nước hấp phụ tốt chất ưa nước Khó hấp phụ Phân tử có liên kết π 19 June 2010 Các chất không phân ly bị hấp phụ giá trị pH Năng lượng hấp phụ lớn → Hấp phụ tốt HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 10 19 June 2010 HẤP PHỤ 19 June 2010 CÁC GIAI ĐOẠN HẤP PHỤ CƠ CHẾ HẤP PHỤ Di chuyển chất bị hấp phụ đến bề mặt chất hấp phụ Thực trình hấp phụ Di chuyển chất bị hấp phụ bên chất hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 11 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 12 HẤP PHỤ 19 June 2010 PHÂN LOẠI Dựa vào chất trình hấp phụ – Hấp phụ vật lý – Hấp phụ hoá học Dựa vào điều kiện hấp phụ – Hấp phụ điều kiện tĩnh – Hấp phụ điều kiện động Hấp phụ chọn lọc Hấp phụ trao đổi TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 13 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO CHẤT HẤP PHỤ TỰ NHIÊN Zeolit tự nhiên Than hoạt tính Diatomit (SiO2 vơ định hình) Zeolit Montmorillonit (bentonit) Nhơm oxyt Mordenit Silicagen Chabazit Các polymer – Thành phần loại hấp phụ oxyt kim loại, oxyt silisic hay hỗn hợp chúng – Than hoạt tính thành phần chủ yếu cacbon TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 15 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 16 HẤP PHỤ 19 June 2010 CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO Dựa vào kích thước mao quản gồm ba loại: – Mao quản nhỏ có đường kính < 20 A0 – Mao quản trung bình có đường kính 20 – 500 A0 – Mao quản lớn có đường kính > 500 A0 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 17 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 THAN HOẠT TÍNH TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 THAN HOẠT TÍNH HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 20 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 NHÔM HOẠT TÍNH CÁC CHẤT KHÁC BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH SILICAGEN ZEOLIT TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 21 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 22 HẤP PHỤ HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH 19 June 2010 Chất hấp phụ trạng thái lơ lửng nhờ thiết bị khuấy trộn HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH Thời gian đạt trạng thái cân hoàn toàn (tgh) ứng với ∆C gh = C0 - Cgh Thời gian tiếp xúc xác định thực nghiệm Dựng đồ thị ∆C = f(t), trục hoành thời gian, trung tung ∆C = C0 – C Thời gian tiếp xúc giới hạn, hai giá trị ∆C gần (nồng độ chất bẩn cịn lại nước khơng thay đổi) Nồng độ gọi nồng độ cân ∆Cgh ∆Ccb = C0 − C gh = 0, − 0,8 C0 − Ccb Lượng chất hấp phụ cần thiết phải cho vào nước thải để giảm nồng độ chất bẩn từ C0 → Ccb g kg m.a + Q.Ccb = Q.C0 ⇒ m = 25 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH 19 June 2010 19 June 2010 g/l Q ( C0 − Ccb ) a Hấp phụ đơn vị tĩnh, g/1g chất HP 26 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH 19 June 2010 Số bậc hấp phụ nối tiếp xi dịng: Thay a = Khp Ccb m= Q ( C0 − Ccb ) K hp × Ccb Ccb = Q × C0 Q + K hp × m Nếu cho chất hấp phụ nối tiếp vào nước với liều lượng không đổi, nồng độ chất bẩn lại nước sau n: n   Q Cn =  × C0   Q + K m  hp   TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 27 n= Có thể tính m từ cơng thức trên: Nếu hấp phụ nhiều lần nối tiếp sử dụng triệt để khả hấpp hụ chất rắn giảm chi phí hấp phụ HẤP PHỤ lg C0 − lg Cn lg ( Q + K hp m ) − lg Q m = TRẦN THỊ NGỌC DIỆU Q K hp    n 28  C0 −1  Cn  HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 VÍ DỤ GIẢI Hấp phụ lần, lượng chất hấp phụ sử dụng: m = 0,001 × × 1000 = 5kg/h 5m3/h, Q = C0 = 100 mg/l, Khp = 10000 Xác định nồng độ chất bẩn lại nước xử lý chất hấp phụ với liều lượng 1g/l theo 1, 2, bậc? Nếu sử dụng 1bậc liều lượng chất hấp phụ bao nhiêu? 29 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ Nồng độ chất bẩn lại nước sau bậc hấp phụ: C1 = 5000 × 0,1 = 0, 0091g / l = 9,1mg / l 5000 + 10000 × 30 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 June 2010 HẤP PHỤ 19 June 2010 GIẢI GIẢI Khi n = 2, lượng chất hấp phụ cho vào bậc m = 5/2 = 2,5kg Khi n = 4, lượng chất hấp phụ cho vào bậc m = 5/2 = 1,25kg Nồng độ chất bẩn lại nước sau bậc hấp phụ thứ 2: Nồng độ chất bẩn lại nước sau bậc hấp phụ thứ 4: 5000   C2 =   ×0,1 = 0,028g / l = 2,8mg / l  5000 +10000× 2,5  TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 31 HẤP PHỤ 5000   C2 =   ×0,1 = 0,00067g / l = 0,67mg / l  5000 +10000×1,25  TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 32 HẤP PHỤ 19 June 2010 GIẢI Như muốn giảm từ C0 = 100 mg/l tới C = 0,67 mg/l Lượng chất hấp phụ cần là: 19 June 2010 SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NỐI TIẾP XI DỊNG Chất hấp phụ Chất hấp phụ Chất hấp phụ Nướ c thả i m= 5000 × ( 0,1 − 0, 00067 ) 10000 × 0, 00067 = 75kg / h 1 2 Nướ c Bể trộn Bể lắng Chất hấp phụđãsửdụng 33 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NGƯỢC DÒNG Cn = K hp × m −1 Q  m  K hp × Q    n +1 35 19 June 2010 Số bậc hấp phụ nối tiếp ngược dòng:    m  lg C0  K hp × − 1 + Cn  − lg Cn Q    n=  m lg K hp × Q × C0 −1 Có thể tính m từ cơng thức trên:  K hp     Q  TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NGƯỢC DỊNG 19 June 2010 Nồng độ chất bẩn cịn lại sau khỏi bậc n với sơ đồ ngược dòng: 34 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU n +1 × m n +1 − K h p C Q C n 36 C  × m −  − 1 =  Cn  HẤP PHỤ SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NỐI TIẾP NGƯỢC DỊNG Chất hấp phụ Chất hấp phụ 19 June 2010 Chất hấp phụ Nướ c thả i 1 2 Nướ c Chất hấp phụ đưa hòan nguyên Bể trộn Bể lắng TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 37 HẤP PHỤ 19 June 2010 LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU CỐ ĐỊNH LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU CỐ ĐỊNH 19 June 2010 ƯU ĐIỂM Cho hiệu suất xử lý tin cậy ổn định Là trình diễn cho nước thải lọc qua lớp vật liệu lọc hấp phụ Không cần lấy chất hấp phụ khỏi bể lọc →tự động hóa điều khiển từ xa Sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 39 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 40 HẤP PHỤ 19 June 2010 LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LƠ LỬNG Khi hàm lượng chất đa phân tán cao, vật liệu hấp phụ dùng có kích thước 0,5 – 1mm Lớp lơ lửng hình thành tăng tốc độ dịng chảy tháp lọc dịng khí từ lên đến giá trị cho hạt vật liệu trạngthái lơ lửng 19 June 2010 ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU KHI LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LƠ LỬNG Tỉ lệ Ht/H (độ nở) nhỏ (thường Ht/H = 1,5) – Ht: Chiều cao lớp vật liệu lơ lửng (do tốc độ dòng chảy tạo ra) – H: Chiều cao ban đầu lớp vật liệu cố định (khi chưa cho nước qua) Các hạt vật liệu lọc đa phân tán không đồng (lấy khỏang 0,25 – 0,75 0,25 – 1mm) tốt, để tốc độ nước qua lọc không nhỏ Chiều cao lớp vật liệu lọc phải đủ để hấp phụ chất hòa tan nước Hiệu suất hấp phụ lơ lửng thường cao hơ lọc qua lớp vật liệu cố định TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 41 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 42 HẤP PHỤ 19 June 2010 MỤC ĐÍCH Tách chất bẩn khỏi chất hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 44 HẤP PHỤ 19 June 2010 TÁI SINH BẰNG NHIỆT Đốt nhiệt độ 8000C, với áp suất điều chỉnh, tránh không cháy than Chất chất hữu hấp phụ bị phân huỷ Có thể thu hồi kim loại Thích hợp làm thơng bề mặt hạt Diệt trùng cho than Thường dùng hỗn hợp khí để đốt than với nước nhiệt độ 700 – 8000C điều kiện thiếu oxy 46 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 June 2010 HẤP PHỤ 19 June 2010 TÁI SINH BẰNG HƠI TÁI SINH BẰNG HƠI Dùng nước bão hịa hay q nhiệt khí trơ nóng Nhiệt độ nhiệt tái sinh: 200 – 3000C Áp suất dư – 6at Khí trơ nhiệt độ khỏang 120 – 1400C Hơi tiêu hao: – Cho nước lại lỗ rỗng than Dùng khí trơ khử hấp phụ cách cho phân tử chất bẩn bay theo khí trơ, sau qua tháp lọc lạnh chất bẩn ngưng lại Thích hợp cho nước thải chứa acid axetic – Đun nóng lớp vật liệu tới nhiệt độ bay TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 47 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 48 HẤP PHỤ 19 June 2010 TÁI SINH BẰNG HÓA HỌC TÁI SINH BẰNG TRÍCH LY 19 June 2010 Khi khơng cần thu hồi chất bị hấp phụ, hòan nguyên than kết hợp khử ln chất Ngun tắc: biến đổi chất thành chất khác dễ tách phá vỡ cấu trúc chúng tác nhân hóa học hay phương pháp nhiệt Dùng chất hữu có nhiệt độ sôi thấp dễ chưng nước: Metanol, benzen, toluen, dicloetanol TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 49 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 June 2010 50 HỆ THỐNG HỊAN NGUN THAN HOẠT TÍNH TÁI SINH BẰNG SINH HỌC HẤP PHỤ 19 June 2010 Áp dụng cho chất bị hấp phụ oxy hố sinh hóa Phương pháp kéo dài thời hạn sử dụng chất hấp phụ cách đáng kể TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 51 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 52 HẤP PHỤ 19 June 2010 CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ Giá thành vật liệu hấp phụ Giá thành sản phẩm thu hồi Chi phí tái sinh vật liệu Nếu không tái sinh dùng sơ đồ hấp phụ tĩnh đơn giản 54 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 June 2010 TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HƠI Ống dẫn nước Đến hệ Nước thống thơng gió 10 Đến thiết bị Sản làm lạnh phẩm Xả vào hệ thống thóat nước TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 55 19 June 2010 TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HỖN HỢP HƠI NƯỚC - KHÍ Thùng chứa phèn để điều chỉnh pH nước thải Thùng định lượng Đài áp lực Bơm HẤP PHỤ Bể 5,6 Tháp hấp phụ công tác Tháp hấp phụ ngắt để tái sinh vật liệu nước nóng Thiết bị làm lạnh Bình tách ngưng 10 Bể lọc trung nước xử lý chứa nước thải bơm Đài nước Điều chỉnh tốc độ Tháp hấp phụ chứa than hoạt tính Thiết bị lạnh Bình chứa nước ngưng Tháp lọc hấp phụ để xử lý khí (đã nguội) trước đưa vào khí Máy nước hòa HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 56 HẤP PHỤ 19 June 2010 TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HÓA CHẤT 19 June 2010 XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG PHÂN HỦY 14 15 Nước Nước rửa Bể lắng Máy bơm Thùng hòa trộn Thiết bị đo Tháp lọc hấp phụ để xử lý nước Tháp lọc hấp phụ để tái sinh vật liệu than Máy bơm kiềm để tái sinh Nồi đun kiềm – nước rửa Định lượng kiềm xút (40%) Nước bẩn TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 57 19 June 2010 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 59 HẤP PHỤ 18 12 10 16 13 11 6, Định lượng phèn 13 Máy bơm cặn Nước axit 14 Máy ép lọc chân không Nước kiềm Bể lắng chứa hỗn hợp nước thải 10 Bơm Bể trộn TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ 17 Bể lắng Trộn nước + than Định lượng than 15 Lò tái sinh than 16 Bể chứa than 11 Bơm 17 Bể lắng 12 Tháp hấp phụ lơ lửng 58 18 Bể lọc HẤP PHỤ ... lọc qua lớp vật liệu cố định TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 41 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 42 HẤP PHỤ 19 June 2010 MỤC ĐÍCH Tách chất bẩn khỏi chất hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 44 HẤP PHỤ 19 June 2010 TÁI SINH... lượng kiềm xút (40 %) Nước bẩn TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 57 19 June 2010 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 59 HẤP PHỤ 18 12 10 16 13 11 6, Định lượng phèn 13 Máy bơm cặn Nước axit 14 Máy ép lọc... giản 54 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 June 2010 TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HƠI Ống dẫn nước Đến hệ Nước thống thơng gió 10 Đến thiết bị Sản làm lạnh phẩm Xả vào hệ thống thóat nước TRẦN THỊ NGỌC DIỆU