GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ môi TRƯỜNG CHƯƠNG 7

Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 7.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC Phương pháp thường giai đoạn xử lý bậc (giai đoạn xử lý sơ bộ), giai đoạn kết thúc trình xử lý nước thải dùng để loại tạp chất không tan nước Các chất dạng vô hay hữu Các phương pháp học thường dùng là: lọc qua lưới, lắng, cyclon thuỷ lực, lọc qua lớp cát quay ly tâm 7.1.1 Phương pháp lắng Những chất lơ lửng (huyền phù) chất có kích thước hạt lớn 10-1 mm Những chất lơ lửng nước thải gồm hạt tập hợp hạt khác hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng chất xuất xứ Tính chất chất dạng huyền phù lơ lửng khả giữ nguyên chỗ trạng thái lơ lửng Thời gian tồn chúng tùy thuộc vào kích thước hạt Các hạt lớn lắng lên mặt nước tác dụng trọng lực 7.1.2 Phương pháp lọc Lọc trình tách hạt rắn khỏi pha lỏng pha khí cách cho dòng khí lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp vật ngăn xốp Các hạt rắn bị giữ lại bề mặt lớp vật ngăn khí chất lỏng thấm qua vật ngăn 7.1.3 Bể điều hoà Thông thường, lưu lượng, nhiệt độ, hàm lượng chất ô nhiễm v.v dòng thải thay đổi theo thời gian Sự tăng giảm đại lượng gây khó khăn cho hoạt động hệ thống xử lý ảnh hưởng tới việc thải vào nguồn tiếp nhận Yêu cầu đặt thiết kế phải thực theo giá trị lớn lưu lượng dòng thải Trong trình xử lý, lưu lượng dòng vào tăng đột ngột với biên độ lớn làm cho trình xử lý bị tải trường hợp láng, lọc, hay tác dụng trường hợp phải xử lý hoá học hay sinh học Vai trò bể điều hoà nhằm hạn chế dao động Trong trường hợp đơn giản, kết hợp nhiệm vụ xử lý sơ điều hòa dòng thải thiết bị Phân loại bể điều hòa a Theo chức năng: Ta phân biệt bể điều hoà lưu lượng, bể điều hoà nồng độ bể điều hoà lưu lượng nồng độ b Theo chế độ hoạt động: Có thể chia để điều hoà hoạt động gián đoạn theo chu kì bể điều hoà hoạt động liên tục Loại bể điều hòa hoạt động gián đoạn thực tế bể chứa (đôi có khuấy) bố trí thành bể làm 58 việc luân phiên Loại bể điều hoà làm việc liên tục tuỳ thuộc theo cấu trúc dòng chảy bể mà ta chia ra: + Loại đẩy lý tưởng (chế độ dòng chảy) + Loại khuấy lý tưởng (chế độ chảy xoáy) Để thực trình khuấy trộn bể điều hoà tiến hành theo phương thức sau: Đổi hướng dòng chảy theo chiều ngang, chiều đứng theo đường mòn Khuấy khí loại cánh khuấy Sục khí Kết hợp hai ba phương thức thiết bị Yêu cầu vị trí đặt bể điều hoà Tuỳ thuộc vào hệ thống sản xuất sở sản xuất phương án xử lý chất thải mà lựa chọn vị trí đặt bể điều hoà thích hợp Thông thường, bể điều hoà lưu lượng bố trí nguồn tạo nước thải, với bể điều hoà nồng độ (khi lưu lượng không thay đổi) bố trí khu vực trạm xử lý Khi đó, sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý, bể điều hoà bố trí phía sau bể lắng thô, nước thải có chứa lượng lớn tạp chất vô không tan với kích thước lớn Bể điều hoà đặt trước bể láng đó, nước thải chứa chủ yếu chất hữu không tan Trường hợp quy trình xử lý có bể trung hòa bể điều hòa giúp trình phản ứng tiến hành thuận lợi Trong số trường hợp, bể điều hoà bố trí đặt vị trí phía sau bể xử lý sơ cấp trước bể xử lý sinh học Điều làm giảm lượng bùn bọt bể điều hòa Nếu bể điều hoà lưu lượng dòng cần phải bố trí trước bể lắng sơ cấp bể xử lý sinh học phải thiết kế hệ thống khuấy trộn mạnh để ngăn cản lắng huyền phù, làm giảm bớt chênh lệch nồng độ bố trí phận sục khí để làm giảm bốc mùi khó chịu thiết bị xử lý Nguyên lý cấu tạo làm việc bể điều hoà Có số loại bể điều hòa sau: a Bể điều hoà có tường ngăn: Loại hình chữ nhật, tường ngăn bố trí theo chiều dọc theo chiều ngang Dòng chảy qua bể phải giữ chế độ xoáy 59 Hình 7.1 Bể điều hoà với tường ngăn a - tường dọc, b - tường ngang b Bể điều hoà hình tròn: Dẫn nước vào theo đường chuyển tiếp: Nước thải dẫn vào theo đường tiếp tuyến với chu vi vị trí đáy bể dẫn theo đường ống trung tâm nằm vị trí phía bể c Bể điều hoà có cánh khuấy khí: Loại phổ biến, dùng máy khuấy loại mái chèo, loại chân vịt tuốc bin Sự lựa chọn loại máy khuấy tốc độ khuấy tuỳ thuộc vào độ nhớt chất lỏng Với bể lớn thường ta bố trí làm nhiều cánh khuấy cố gắng giảm thấp không gian chết bể để chống tượng lắng đọng d Bể điều hoà có sục khí: Loại thường dùng cho chất lỏng có độ nhớt thấp Không khí nén dẫn vào hệ thống ống có đục lỗ, đặt đáy bể điều hoà Không khí nén qua lỗ tạo thành bong bóng làm khuấy đảo lớp nước phía (lỗ thường đục mặt ống để tránh tắc) Tuỳ theo cách đục lỗ hàng dọc hai hàng dọc, tuỳ theo chiều dài ống tạo dòng dòng tuần hoàn theo mặt cắt ngang bể Hình 7.2 Bể điều hoà với thổi khí nén 1- Dẫn nước vào; 2- Hệ thống nước; 3- Máng có cửa phân phối nước, 4- Ống phân phối khí có lỗ 7.1.4 Phương pháp pha loãng Khi lưu lượng dòng chảy sông lớn, khả tự làm sông cao Trong trường hợp này, lưu lượng nước thải không lớn xa khu dân cư xả trực tiếp nước thải vào sông Trong trường hợp này, nồng độ chất ô 60 nhiễm pha loãng, trình tự làm nước diễn thuận lợi gây tổn thất đến hệ sinh thái thủy sinh Khi sử dụng phương pháp cần ý đặc biệt tới sút giảm nồng độ oxy hoà tan sông kể từ điểm nhận nước thải Nồng độ oxy hoà tan nước sông thường đạt tối đa 10 mg/l, nhu cầu oxy phản ứng phân huỷ sinh học chất hữu lớn Khi dùng phương pháp pha loãng, đoạn sông phía hạ lưu kể từ điểm xả thải thường có nồng độ oxy thấp, gây ảnh hưởng đến việc nuôi trồng thuỷ sản 7.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HOÁ VÀ HOÁ - LÍ Các phương pháp xử lý hoá hoá-lý sử dụng rộng rãi kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp, đặc biệt cần phải xử lý mức cao cần phải quay vòng nước Phương pháp dùng để thu hồi chất khử chất độc, chất có ảnh hưởng xấu giai đoạn làm sinh hoá sau Cơ sở phương pháp hoá học phản ứng hoá học, trình lý hoá diễn chất ô nhiễm với hoá chất cho thêm vào Những phản ứng diễn phản ứng oxy hoá khử, phản ứng tạo chất kết tủa phản ứng phân huỷ chất độc hại Các phương pháp hoá học oxy hoá, trung hoà keo tụ (hay gọi đông tụ) Thông thường đôi với trung hoà có kèm theo trình keo tụ 7.2.1 Phương pháp trung hoà Khái niệm Nước thải công nghiệp mang tính axit kiềm Tính axit kiềm thể qua giá trị pa chúng: pH = nước có tính trung tính pH < nước có tính axit pH > nước có tính kiềm Ý nghĩa Để tránh tượng ăn mòn, phá huỷ vật liệu hệ thống ống dẫn, công trình thoát nước, đảm bảo độ pH cho phép nguồn nước tiếp nhận sông, ngòi, ao hồ, nước thải công nghiệp có tính axit kiềm mạnh phải xử lý trước thải vào hệ thống thải chung nhà máy thải vào nguồn tiếp nhận Mục đích phương pháp xử lý để nước thải đạt độ trung hoà Trong công nghệ xử lý nước thải, giá trị pH cho phép thải nguồn tiếp nhận phải theo TCVN 61 Mặt khác, nước thải cần xử lý phương pháp sinh học thường trước tiên phải xử lý phương pháp trung hoà độ pH trung tính thường điều kiện tối ưu cho trình phân hủy chất ô nhiễm Nguyên lý Bản chất phương pháp trung hoà phản ứng hóa học axit kiềm muối với axit kiềm có nước thải Chất chọn để thực phản ứng với axit kiềm có nước thải gọi tác nhân trung hoà hoá học Tác nhân trung hoà thường dùng để xử lý chất thải chứa axit đá vôi, đá đôlomit, vôi loại, xút, sôđa để xử lý chất thải chứa kiềm khí CO2 axit sufuric Quá trình trung hoà thực theo phương thức gián đoạn liên tục Chọn tác nhân trung hoà phương pháp trung hoà thích hợp phải dựa số yếu tố sau: - Lượng nước thải cần xử lý - Loại nước thải (nước thải chứa axít hay kiềm) - Chất lượng nước thải (độ pH, chất có nước thải nồng độ nó, v.v ) - Yêu cầu cần xử lý (độ pH cần đạt) - Tác nhân trung hoà cần rẻ tiền, dễ kiếm - Thiết bị đơn giản, dễ vận hành dễ chế tạo - Tổng chi phí cho nhỏ * Cho đến có số phương pháp trung hoà thường sử dụng là: + Trộn nước thải chứa axit nước thải chứa kiềm với + Xử lý nước thải chứa axit Cho nước thải qua lớp đệm đá vôi - Xử lý nước thải vôi - Trung hoà xút NaOH sôđa Na2CO3 - Nếu dòng thải axit thiếu dinh dưỡng (N P) dùng Na3PO4 NH4H2PO4 thêm vào dung dịch xử lý sinh học + Xử lý nước thải chứa kiềm - Phương pháp sục khí CO2 - Trung hòa axit sunfuric - Thổi khói lò qua dòng thải - Thêm axit H2SO4 HCl vào dòng thải - Các phương pháp xử lý khác 62 Các phản ứng trung hoà toả lượng nhiệt đáng kể Nếu dòng thải axit chứa nhiều ion SO42- không nên dùng CaCO3 CaO làm chất trung hoà sản phẩm phản ứng CaSO4.nH2O dạng kết tủa mịn bao bọc CaCO3 CaO làm phản ứng ngừng * Lựa chọn tác nhân trung hoà có nhiều loại: - Loại khuấy trộn: Khuấy khí sục khí - Loại tháp: Tháp phun, tháp chảy màng tháp địa * Phương pháp trộn nước thải Phương pháp đơn giản kinh tế trộn loại nước thải chứa axit kiềm với Tùy theo công nghệ sản xuất xí nghiệp, nhà máy mà nước thải mang tính axit, tính kiềm hai Phụ thuộc vào chế độ thải, lượng nước thải chất lượng loại nước thải mà thực trình trung hoà loại nước thải có tính chất khác (tính axit kiềm) theo phương thức trộn gián đoạn hay liên tục, thực ngăn hay nhiều ngăn nối tiếp có khuấy trộn Nếu chế độ thải không đặn nồng độ axit hay kiềm nước thải cao dòng chất thải phải điều hoà lưu lượng nồng độ thiết bị điều hòa Như vậy, đảm bảo chế độ làm việc ổn định thiết bị trung hòa Nếu xí nghiệp thải hai loại nước thải chứa axit kiềm, trình trộn thực thời gian thích hợp thiết bị trung hoà đặt trạm xử lý nước thải xí nghiệp Mặt khác, thực trình trộn dòng thải có tính chất khác xí nghiệp công nghiệp gần Chẳng hạn xí nghiệp thải nước thải chứa kiềm Nước thải bơm đến trạm xử lý xí nghiệp khác gần mà xí nghiệp thải nước thải mang tính axit Thí dụ: Xí nghiệp chuyên sản xuất vật liệu xây dựng thải nước thải mang tính kiềm dạng bùn vôi Bùn vôi trộn với nước thải mang tính axit nhà máy hoá chất gần Phương pháp trộn nước thải mang tính chất khác phương pháp xử lý đơn giản, hữu hiệu kinh tế Phương pháp không tiêu tốn thêm hoá chất, thiết bị đơn giản, tận dụng dòng thải xí nghiệp để xử lý nước thải xí nghiệp khác * Các phương pháp xử lý nước thải axit Nước thải axit thường có dây chuyền công nghệ sản xuất ngành công nghiệp như: công nghiệp nhẹ, công nghiệp vật liệu công nghiệp hóa chất Thí dụ: nước thải công nghệ cán thép, xí nghiệp sản xuất thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, dược phẩm chứa axit sunfuric, axit nước, axit clohydric 63 Nước thải chứa axit phân thành loại: Nước thải chứa axit mạnh axit clohydric (HCl), axit nước (HNO3) muối canxi chúng dễ tan nước Nước thải chứa axit mạnh axit sunfuric (H2SO4) axit cacbonic (H2CO3) muối canxi chúng khó tan nước - Nước thải chứa axit yếu axit acetic (CH3COOH) Phương pháp chủ yếu để xử lý nước thải chứa axit phương pháp trung hòa Khi trung hoà nước thải chứa axit mạnh, muối chúng khó tan nước bị kết tủa lắng cặn Cho dòng nước thải chảy qua lớp đá vôi Phương pháp phương pháp thường dùng để xử lý nước thải chứa axit Lớp đá vôi coi lớp đệm có hoạt tính hoá học Phản ứng hoá học xảy liên tục lớp đệm hoạt tính hoá học Phản ứng xảy tâm hoạt hoá theo phản ứng: CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 Vật liệu lớp đệm đá vôi CaCO3 dùng magiê cacbonat MgCO3 đá đôlômit v.v Tính toán lượng đá vôi thích hợp trì tính hoạt hoá phải dựa vào yếu tố - Lượng nước thải cần xử lý - Chất lượng nước thải cần xử lý - Độ hoạt hoá lớp đệm - Kích thước hạt lớp đệm - Chế độ thuỷ động tháp trung hòa Tuy nhiên thời gian sử dụng, tính hoạt hoá lớp đá bị giảm đòi hỏi phải thay lớp Chu kỳ thay lớp đá vôi phụ thuộc vào lượng chất lượng nước thải cần xử lý Nhược điểm thứ hai phương pháp nước thải có nồng độ axit lớn chứa chất hữu xuất hiện tượng tạo bọt làm giảm hiệu suất trình xử lý Xử lý nước thải vôi Vôi thường dùng trung hoà nước thải chứa axit dạng bột cacbonat canxi CaCO3, cacbonat magiê MgCO3 dạng vôi bột hay sữa vôi hydroxyt canxi Ca(OH)2 Đây tác nhân trung hoà rẻ tiền dễ kiếm Phản ứng xảy với nước thải có chứa axit sunfuric: CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 - Q Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O - Q 64 Sử dụng vôi hay sữa vôi thường hay gặp tượng đóng rắn tạo thành bờ cửa nạp vôi vào thiết bị trung hòa hydroxit canxi Ca(OH)2 gặp không khí tác dụng với CO2 tạo thành CaCO3, CaCO3 đóng rắn làm giảm lưu lượng tắc đường ống Theo Nelson để trung hoà nước thải chứa axit sunfuric axit nước có nồng độ 1,5% dùng đá đôlômit nung với thành phần gồm 47,5% CaO, 34,3% MgO 1,8% CaCO3 Loại đá có ưu điểm loại đá vôi khác giữ lại lượng sunphat dư nhỏ tránh tượng lắng cặn thiết bị phản ứng Xử lý nước thải xút NaOH sôđa Na2SO4 Trung hoà nước thải chứa axit xút sôđa nhanh hiệu Nếu nước thải chứa axit cacbonic axit sunfuric phản ứng xảy sau: NaOH + H2CO3 → Na2SO4+ 2H2O Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3 hay NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O Xử lý nước thải chứa axit xút hay sôđa có ưu điểm: Xử lý nhanh có hiệu lượng nước thải cần xử lý nhỏ Khi không cần phải thiết bị xử lý chứa kiềm mà cần tính lượng cần thiết đưa vào trộn với nước thải đầu ống hút bơm nước thải Nếu lượng nước cần xử lý lớn người ta thực phản ứng theo phương thức gián đoạn hay liên tục thiết bị phản ứng Xút chứa bể riêng nạp vào thiết bị phản ứng theo mẻ (phương thức gián đoạn) hay liên tục (phương thức liên tục) nhờ bơm đa tốc độ Nước thải cần xử lý đưa vào thiết bị phản ứng, axit chứa nước thải tham gia phản ứng với xút tạo thành muối nước Sản phẩm phản ứng phần lớn dạng tan không làm tăng độ cứng nguồn nước tiếp nhận - Tuy nhiên xút sôđa hoá chất đắt tác nhân trung hoà khác vôi nên phương pháp thường dùng có xút sôđa phế liệu công nghệ khác * Xử lý nước thải chứa kiềm Nước thải chứa kiềm hay gặp công nghiệp hoá chất công nghiệp dệt Nước thải có tính kiềm mạnh phải xử lý trước thải vào nguồn nước khác Phương pháp sục khí cacbonic CO2 Nguyên lý phương pháp sục khí CO2 vào nước thải Khí CO2 tan vào nước tác dụng với nước tạo thành axít cacbonic H2CO3 Khi nước thải chứa kiềm, axit phản ứng với chất kiềm (chẳng hạn nước thải chứa NaOH) 65 CO2 + H2O → H2CO3 H2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O Nếu H2CO3 dư: Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3 Khí cacbonic khí chứa bình CO2 tinh khiết Nhưng dùng khí CO2 tinh khiết chi phí xử lý nước thải lớn Do người ta phải tận dụng nguồn CO2 phế thải có sẵn nhà máy Nguồn CO2 rẻ tiền dễ kiếm có nhà máy khí CO2 khí thải ống khói nồi - CO2 chiếm khoảng 14% khí thải Thiết bị cần quạt để hút khí thải, ống dẫn khí đến trạm xử lý, phễu lọc khí để tách lưu huỳnh bụi than trước sục vào bể trung hoà Ngoài ra, phận phân phối khí để khí khuếch tán nước thải (đốt, hấp phụ ) để tránh gây mùi khó chịu cho trình xử lý Ngoài ra, nguồn CO2 phế thải tận dụng nguồn CO2 thiết bị lên men cồn rượu, CO2 lò vôi Vấn đề tính mặt kinh tế cho việc thu hồi CO2 dẫn sục vào bể trung hoà tiện lợi đơn giản Phương pháp tạo CO2 nước thải chứa kiềm - Tạo CO2 cách đốt khí cháy nước: Quá trình gọi cháy chìm (submerged combustion) sử dụng để xử lý nước thải nylon đạt độ trung hoà trước xử lý phương pháp sinh học Ở hệ thống phải làm việc theo phương thức liên tục bao gồm thùng bốc hơi, đèn cháy mặt nước chứa thùng bốc hơi, bể trộn không khí khí đốt tạo thành hỗn hợp cháy - Tạo CO2 phương pháp lên men: Người ta cho lên men kỵ khí nước thải chứa kiềm nước thải chứa chất hữu nhờ vi khuẩn sinh axit làm cho độ pH môi trường giảm Kết tủa trình chuyển chất hoà tan dung dịch sang pha rắn dựa độ hoà tan hydroxit muối vô Quá trình ứng dụng để tách kim loại Zn, Cd, Cr, Cu, Pb, Mn, Hg khỏi nước thải dạng kết tủa hydroxit kim loại M(OH)2 dạng sunfit kim loại MS Tác nhân kim loại sữa vôi Ca(OH)2 NaS Phản ứng xảy sau: M2+ + 2OH- = M(OH)2 Na2S + MSO4 = MS + Na2SO4 M2+ kim loại nặng Độ hòa tan đa số M(OH)2 MS phụ thuộc vào độ pH Đa số MS có độ hoà tan giảm độ pH tăng phần lớn M(OH)2 có độ tan cực tiểu độ pH định 66 Xử lý nước thải chứa kiềm axit sunfuric Đây phương pháp trung hoà kiềm axit Nếu nước thải chứa axit phản ứng xảy sau: Tương tự phương pháp xử lý nước thải chứa axit xút, phương pháp có ưu nhược điểm: - Lượng tác nhân trung hòa nhỏ - Tốc độ phản ứng lớn, trình xảy nhanh dẫn đến hiệu trình cao Song giá thành dùng tác nhân trung hòa axit thường cao so với dùng khí thải CO2 Ngoài axit đậm đặc có tính ăn mòn nên gây khó khăn cho trình chứa, dẫn nạp axit vào bể trung hoà Thường thiết bị chứa đường ống dẫn axit tráng lớp vật liệu chống ăn mòn axit 2.2 Phương pháp keo tụ Tạo trình làm keo tụ hạt keo dính hạt nhỏ lại thành tập hợp hạt lớn để lắng cách đưa vào chất lỏng tác nhân tạo có tác dụng phá keo hấp phụ hạt nhỏ lên bề mặt dính hạt nhỏ lại với Các chất thường dùng phương pháp lắng đông tụ dễ loại bỏ chất rắn lơ lửng nước thải là: - Phèn Al(SO4)nH2O (n = 13-18) - Sôđa kết hợp với phèn Na2CO3 + Al2(SO4)3 - Sắt Sunphat FeSO4.7H2O - Nước vôi Ca(OH)2 - Natrialuninat Na2Al2O4 - Sắt Clorua sắt (III) sunphat FeSO4 Thí dụ: + Dùng phèn loại bỏ photphat nước thải: Al(SO4)3 + PO43- → AlPO42- + SO4 pH tối ưu: 5,6 - + Dùng vôi loại bicacbonat, cacbonat photphat, magiê + Dùng sắt clorua để tạo photphat 67 + Dùng natri aluminat để loại photphat Cơ chế tạo môi trường kiềm: Với muối sắt có phản ứng tương tự Các Al(OH)3 Fe(OH)3 keo dương, hạt bùn nước keo âm trung hoà dính vào hạt keo Al(OH)3 Fe(OH)3 hấp phụ hạt bùn vào làm thành tập hợp hạt dễ lắng Tác nhân tạo chất hữu cơ, ví dụ: Polyacryamit đưa vào nước thải cấu tạo mạch dài có chỗ tích điện hút hạt keo âm vào theo chế bắc cầu, hạt bùn nước bám vào thành tập hợp hạt lớn lực hấp phụ Hình 7.3 Thiết bị tạo khuấy khí 7.2.3 Phương pháp oxy hoá a Ozon hoá: Ozon chất oxy hoá có hoạt tính cao độ hoà tan nước lớn gấp 10 lần O2 Nó bền môi trường axit so với môi trường kiềm Phương pháp thường dùng để xử lý nước thải có chứa chất bẩn hữu dạng hoà tan keo Đặc tính ozon có khả oxy hoá cao, dễ dàng nhường oxy nguyên tử hoạt tính cho tạp chất hữu Oxy hóa ozon dùng để làm nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu H2S, hợp chất As, hợp chất bề mặt, CN-, chất màu, hyđrocacbon thơm, thuốc trừ sâu , có khả tiêu diệt vi khuẩn Nếu kết hợp chiếu tia cực tím tốc độ oxy hoá ozon tăng 102 - 104 lần Phản ứng oxy hoá cyanit ozon có dạng: 68 CN- + O3 = CNO- + O2 Thiết bị ozon hóa có nhiều dạng loại đệm, loại tháp sủi bọt Hình 7.4 Thiết bị loại đệm để thực phản ứng oxy hoá ozon b Oxy hoá peroxyt H2O2 H2O2 chất oxy hoá mạnh dùng để oxi hóa phenol, CN-, hợp chất chứa S ion kim loại Quá trình xảy mãnh liệt có mặt chất xúc tác Fe++, Fe+++, Cu++ Cr+++, pH tối ưu - c Oxy hoá pemanganat kaly (KmnO4) KMnO4 chất oxy hoá tương đối mạnh dùng để oxy hoá phenol, CNvà hợp chất chứa S, độ pH trình 9,5, pH cao phản ứng xảy nhanh Phản ứng pemanganat kaly có dạng: C2H5OH + 4KMnO4 = 4MnO2 + 2K2CO3 + 3H2O Thiết bị dùng để thực trình oxy hoá thường loại khuấy trộn chất phản ứng thể lỏng rắn- lỏng loại tháp thể lỏng- khí 7.2.4 Phương pháp khử Quá trình khử thực phản ứng oxy hoá khử dùng để làm nước thải khỏi hợp chất Hg, Cr, As Để khử Hg hợp chất hữu chứa Hg chất khử thường dùng FeS, NaHS, bột Fe, bột Al, H2S Trong trình khử hợp chất hữu chứa Hg, ban đầu hợp chất chứa Hg bị phân huỷ sau ion Hg+ bị khử thành Hg kim loại tách khỏi nước cách lắng, lọc As nước thải nằm dạng ASO2-, AsO33-, AsS2-, AsS3 Để tách As khỏi nước thải ta tiến hành khử As thành hợp chất khó tan As2O3 tách tách lọc CrO42- dung dịch thường bị khử đến Cr3+ than hoạt tính, SO2, NaHSO3, NaHSO4 Phản ứng khử CrO42- NaHSO3 pH = - có dạng: Phản ứng khử cro So Ở pa = 2,5 có dạng: 69 7.2.5 Phương pháp trao đổi ion Trao đổi ion trình tương tác dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi lớn pha rắn với có dung dịch Quá trình dùng để tách kim loại Pb, Zn, Cu, Hg, Cr, Ni, Cd, Mn hợp chất As, P, CN chất lỏng phóng xạ khỏi nước thải Trao đổi ion sử dụng với cation anion hữu vô Tuy nhiên, phần lớn ứng dụng trao đổi ion liên quan đến loại chất vô loại chất hữu thường đòi hỏi chất tái sinh có nồng độ cao sử dụng dung môi hữu để khử chất hữu Nói chung, ion điện tích cao dễ tạo muối bền vững với chất trao đổi iom so với ion có điện tích thấp loại có hoá trị cao thường dễ bị khử khỏi dung dịch so với loại có hoá trị thấp 7.2.6 Phương pháp hấp phụ Hấp phụ tách chất hữu khí hoà tan khỏi nước thải cách tập trung chất bề mặt chất rắn (hấp phụ vật lý) hay cách tương tác chất bẩn hoà tan với chất rắn (hấp phụ hoá học) Phương pháp hấp phụ dùng để khử mùi vị, màu, chất bẩn hữu khó phân hủy, kim loại nặng, khỏi nước thải công nghiệp Phương pháp thường sử dụng nước thải cần xử lý đạt tiêu chuẩn cao tái sử dụng lại nước thải Trong phần lớn trường hợp, phương pháp hấp phụ dùng phương pháp xử lý cuối cùng, sau xử lý sính học Chất hấp phụ dùng phổ biến than hoạt tính loại vật liệu khác than bùn, gỗ, than củi, tro, xỉ Quá trình hấp phụ bị chi phối yếu tố sau: - Diện tích bề mặt chất hấp phụ - Bản chất hấp phụ - Độ pH - Nồng độ dung dịch - Thời gian tiếp xúc - Bản chất hệ tiếp xúc 7.2.7 Phương pháp tuyển Tuyển loại tạp chất bẩn khỏi nước cách tạo cho chúng khả dễ lên mặt nước Muốn người ta cho vào nước chất tuyển tác nhân tuyển để thu hút kéo chất bẩn lên mặt nước, sau loại hỗn hợp chất bẩn chất tuyển khỏi nước Khi tuyển người ta thường 70 dùng bọt khí nhỏ li ti phân tán bão hoà nước Những hạt chất bẩn chứa nước (dầu, sợi gíấy, ce11ulose, len ) dính vào bọt không khí bọt không khí lên mặt nước, loại khỏi nước.Tuyển trình tách hạt lơ lửng khỏi chất lỏng bàng cách sục vào chất lỏng dòng khí phân tán dạng bọt nhỏ, hạt không thấm ướt dính vào bọt với bọt lên bề chất lỏng hớt Bọt khí tạo cách sục khí, phản ứng hoá học sinh học sinh Ví dụ: Phản ứng sinh học sinh khí CO2 tạo bọt nhỏ làm dính hạt bùn hoạt tính lên Hình 7.5 Thiết bị tuyển ổi, khí sinh ph ản ứng hoá học 7.2.8 Phương pháp thẩm thấu ngược Thẩm thấu ngược trình tách nước qua màng bán thấm từ phía dung dịch đặc sang phía dung dịch loãng áp suất tác đụng lên dung dịch vượt áp suất thẩm thấu Màng thường sản xuất từ vật liệu polyme Cơ chế thấm ngược Màng hấp phụ lớp nước lên bề mặt màng, lớp nước khả hoà tan chất tan Nếu chiều dày lớp nước hấp phụ lớn đường kính lỗ mao quản màng màng cho nước qua Các ion khó qua xung quanh ion có lớp vỏ hydrat bao quanh làm cho đường kính lớp vỏ hydrat lớn đường kính lỗ mao quản màng nên chúng bị giữ lại không qua màng, trường hợp ngược lại lớn lọt qua màng Độ thẩm thấu tính v(m3/m2 s): Lượng nước lọc thu đơn vị thời gian đơn vị bề mặt màng: v = k(P – Pn) P: áp suất tác dụng N/m2 Pn: áp suất thẩm thấu N/m2 k: hệ số phụ thuộc chất màng 71 Hình 7.6 Thiết bị lọc thẩm thấu ngược 7.2.9 Phương pháp điện hoá học Phương pháp điện hoá học phá huỷ tạp chất độc hại nước thải dung dịch cách oxy hoá điện hoá điện cực anốt phục hồi chất quý đưa dùng lại sản xuất Thông thường nhiệm vụ phân huỷ chất độc hại thu hồi chất quý giải đồng thời Nhờ trình oxy hoá khử mà chất bẩn độc hại biến đổi thành chất không độc Vì để khử chất độc hại nước thải thường phải dùng nhiều phương pháp nối tiếp: oxy hoá-lắng cặn hấp phụ: tức hoá học, học hoá lý học Những biện pháp hoá lý để xử lý nước thải dựa sở ứng dụng trình: keo tụ, hấp phụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hoá, dùng màng bán thấm, cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí, khử màu Điện thấm tách trình tách chất độc hại bị ion hoá tác dụng lực điện động tạo dung dịch hai phía màng ngàn Sơ đồ nguyên tắc trình đưa đây: Hình 7 T ách chất nguy hại ion hoá tác dụng lực điện Sơ đồ a b có phòng cách màng ngăn Hai điện cực đặt hai đầu Phòng 1, đổ nước Phòng đổ dung dịch chất cần tách Màng mA màng anion cho anion qua Màng mB màng cation cho cation qua Màng m1 m2 cho anion cation qua Dưới tác dụng điện trường ion dương (+) chuyển sang catot, ion âm (-) chuyển sang anốt 72 Tại Anôt Tại Catot O2 tạo thành giải O2 tạo thành giải + ion A- từ phòng chuyển qua màng vào phòng ion Me+ từ phòng chuyến qua màng sang phòng + Kết quả: Phòng tạo dung dịch axit HA Phòng tạo dung dịch kiềm MeOH Phòng kết tủa chất MeA Do màng m1 m2 cho H+ OH- thấm qua vào phòng tạo thành H2O nên hiệu dùng màng m1 m2 dùng màng mA mB + Trao đổi ion: Phương pháp thu hồi cation anion chất trao đổi ion Các chất trao đổi ion chất rắn thiên nhiên vật liệu nhựa nhân tạo Chúng có khả trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion cho phép sử dụng chất quý có lẫn nước thải cho hiệu suất xử lý cao + Dializ - màng bán thấm: Phương pháp tách chất tan khỏi hạt keo cách dùng màng bán thẩm Đó màng xốp đặc biệt không cho hạt keo qua Ngoài phương pháp hoá lý kể trên, để xử lý nước thải người ta dùng phương pháp khác như: Khử chất phóng xạ khử khí, khử mùi, khử muối nước thải Ví dụ: Hình Sơ đồ nguyên tắc trình thấm tách * Bình cho dung dịch chứa chất hữu phân tử lớn NaOH * Bình cho nước qua dung dịch NaOH 73 Ví dụ mục đích: Tách chất hữu khỏi NaOH Màng cho ion Na+ OHqua Kết bình dung dịch chứa chất hữu dung dịch NaOH tách qua màng 7.2.10 Phương pháp hấp phụ cacbon Tách chất hữu khí hoà tan khỏi nước thải cách tập trung chất bề mặt chất rắn (hấp phụ) cách tương tác chất bẩn hoà tan với chất rắn (hấp phụ hoá học) Hấp phụ trình tách cấu tử độc hại nằm pha khí pha lỏng với nồng độ thấp lên bề mặt lỗ mao quản chất hấp phụ pha rắn xốp Hấp phụ lỏng - rắn dùng để tách chất độc hại: Phenol, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hợp chất cácbuahydro thơm, hợp chất bề mặt, chất màu khỏi nước thải Chất hấp phụ rắn thường dùng than hoạt tính, tro, xỉ, silicagen Chất hấp phụ phải thoả mãn yêu cầu: 74 • Hấp phụ chọn lọc • Bề mặt riêng lớn • Dễ hoàn nguyên • Đảm bảo độ bền nhiệt • Không có hoạt tính xúc tác với phản ứng oxy hoá Dễ kiếm, rẻ tiền [...]... cơ chế bắc cầu, các hạt bùn trong nước sẽ bám vào nó thành tập hợp hạt lớn hơn do lực hấp phụ Hình 7. 3 Thiết bị tạo bông bởi khuấy cơ khí 7. 2.3 Phương pháp oxy hoá a Ozon hoá: Ozon là chất oxy hoá có hoạt tính cao và độ hoà tan trong nước lớn gấp 10 lần O2 Nó bền trong môi trường axit hơn so với môi trường kiềm Phương pháp này thường dùng để xử lý nước thải có chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hoà tan... phenol, CNvà các hợp chất chứa S, độ pH của quá trình là 9,5, pH càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh Phản ứng bằng pemanganat kaly có dạng: C2H5OH + 4KMnO4 = 4MnO2 + 2K2CO3 + 3H2O Thiết bị dùng để thực hiện quá trình oxy hoá thường là loại khuấy trộn nếu các chất phản ứng là thể lỏng hoặc rắn- lỏng và là loại tháp nếu là thể lỏng- khí 7. 2.4 Phương pháp khử Quá trình khử cũng là thực hiện phản ứng oxy... của màng nên chúng bị giữ lại không qua màng, trường hợp ngược lại thì lớn cũng lọt qua màng Độ thẩm thấu tính bằng v(m3/m2 s): Lượng nước lọc thu được trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị bề mặt màng: v = k(P – Pn) trong đó P: áp suất tác dụng N/m2 Pn: áp suất thẩm thấu N/m2 k: hệ số phụ thuộc bản chất màng 71 Hình 7. 6 Thiết bị lọc thẩm thấu ngược 7. 2.9 Phương pháp điện hoá học Phương pháp điện... đổi ion, tinh thể hoá, dùng màng bán thấm, cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí, khử màu Điện thấm tách là quá trình tách các chất độc hại bị ion hoá dưới tác dụng của lực điện động tạo ra trong dung dịch ở hai phía màng ngàn Sơ đồ nguyên tắc của quá trình đưa ra dưới đây: Hình 7 7 T ách chất nguy hại bằng ion hoá dưới tác dụng của lực điện Sơ đồ a và b có 3 phòng cách nhau bởi màng ngăn Hai điện... khí, khử mùi, khử muối trong nước thải Ví dụ: Hình 7 8 Sơ đồ nguyên tắc quá trình thấm tách * Bình 1 cho dung dịch chứa chất hữu cơ phân tử lớn và NaOH * Bình 2 cho nước đi qua dung dịch NaOH 73 Ví dụ mục đích: Tách chất hữu cơ khỏi NaOH Màng cho ion Na+ và OHqua Kết quả trong bình 2 chỉ còn dung dịch chứa chất hữu cơ còn dung dịch NaOH được tách qua màng 7. 2.10 Phương pháp hấp phụ cacbon Tách các chất... ứng hoá học và sinh học sinh ra Ví dụ: Phản ứng sinh học sinh ra khí CO2 tạo ra các bọt nhỏ làm dính các hạt bùn hoạt tính và nổi lên trên Hình 7. 5 Thiết bị tuyển ổi, khí sinh ra do ph ản ứng hoá học 7. 2.8 Phương pháp thẩm thấu ngược Thẩm thấu ngược là quá trình tách nước qua màng bán thấm từ phía dung dịch đặc hơn sang phía dung dịch loãng hơn khi áp suất tác đụng lên dung dịch vượt quá áp suất thẩm... NaHSO3, NaHSO4 Phản ứng khử CrO42- bằng NaHSO3 khi pH = 3 - 4 có dạng: Phản ứng khử cro bằng So Ở pa = 2 2,5 có dạng: 69 7. 2.5 Phương pháp trao đổi ion Trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi lớn trong pha rắn với còn có trong dung dịch Quá trình được dùng để tách các kim loại Pb, Zn, Cu, Hg, Cr, Ni, Cd, Mn hợp chất As, P, CN các chất lỏng phóng xạ khỏi nước... loại nặng, ra khỏi nước thải công nghiệp Phương pháp này thường được sử dụng khi nước thải cần xử lý đạt tiêu chuẩn cao hoặc tái sử dụng lại nước thải Trong phần lớn các trường hợp, phương pháp hấp phụ được dùng như là phương pháp xử lý cuối cùng, sau xử lý sính học Chất hấp phụ dùng phổ biến là than hoạt tính và các loại vật liệu khác như than bùn, gỗ, than củi, tro, xỉ Quá trình hấp phụ bị chi phối... tiếp xúc - Bản chất của hệ tiếp xúc 7. 2 .7 Phương pháp tuyển nổi Tuyển nổi loại các tạp chất bẩn ra khỏi nước bằng cách tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước Muốn vậy người ta cho vào nước chất tuyển nổi hoặc tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lên mặt nước, sau đó loại hỗn hợp chất bẩn và chất tuyển nổi ra khỏi nước Khi tuyển nổi người ta thường 70 dùng các bọt khí nhỏ li ti phân...+ Dùng natri aluminat để loại photphat Cơ chế tạo bông trong môi trường hơi kiềm: Với muối sắt cũng có phản ứng tương tự Các Al(OH)3 và Fe(OH)3 là keo dương, các hạt bùn trong nước là keo âm sẽ trung hoà và dính vào nhau hoặc các hạt keo Al(OH)3 và Fe(OH)3 sẽ hấp ... Nước thải axit thường có dây chuyền công nghệ sản xuất ngành công nghiệp như: công nghiệp nhẹ, công nghiệp vật liệu công nghiệp hóa chất Thí dụ: nước thải công nghệ cán thép, xí nghiệp sản xuất... hấp phụ Hình 7. 3 Thiết bị tạo khuấy khí 7. 2.3 Phương pháp oxy hoá a Ozon hoá: Ozon chất oxy hoá có hoạt tính cao độ hoà tan nước lớn gấp 10 lần O2 Nó bền môi trường axit so với môi trường kiềm... nên phương pháp thường dùng có xút sôđa phế liệu công nghệ khác * Xử lý nước thải chứa kiềm Nước thải chứa kiềm hay gặp công nghiệp hoá chất công nghiệp dệt Nước thải có tính kiềm mạnh phải xử