Xử lý nước giải khát

Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 Phương pháp xử lí nước – Nhóm BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Nội dung Phương pháp phân riêng membrane Người làm Vi lọc Nguyễn Thanh Phong Siêu lọc MSSV: 2005130302 Lọc nano 04ĐHTP3 Kí tên Thẩm thấu ngược Phương pháp điện thẩm tích (electrodialysis) Phương pháp lắng Nguyễn Văn Tuấn Phương pháp lọc MSSV: 2005130363 Phương pháp nhiệt 04ĐHTP5 Phương pháp khí Nguyễn Đăng Tam Phương pháp xử lí tia UV MSSV: 2005130266 04ĐHTP3 Phương pháp xử lí hóa chất làm giảm độ cứng nước Tách sắt Phương pháp hóa học Nguyễn Kim Đăk MSSV: 2005130366 Xử lí nước acid kiềm Ức chế VSV hóa chất 04ĐHTP5 NaClO Ca(ClO)2 ClO2 O3 Phương pháp kết lắng Lữ Phú Sĩ Phương pháp hấp phụ (adsorption) MSSV: 2005130304 Phương pháp trao đổi ion 04ĐHTP3 Giới thiệu ionit Thiết bị Quy trình xử lí Phương pháp xử lí nước – Nhóm I TIÊU CHUẨN VỀ NƯỚC TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT Yêu cầu vệ sinh 1.1 Chỉ tiêu hóa vệ sinh Không sử dụng axit vô (HCl, H2SO4, HNO3…) để pha chế nước giải khát Hàm lượng kim loại nặng (mg/l), theo qui định Bộ y tế (QĐ 505, 4-1992) Phẩm màu, hương liệu, chất bảo quản, sử dụng loại theo danh mục qui định hành (QĐ 505/BYT) Không phép sử dụng loại phụ gia không rõ nguồn gốc, nhãn, bao bì hỏng Đối với phụ gia mới, hóa chất mới, nguyên liệu mới, muốn sử dụng để pha chế, bảo quản nước giải khát, phải xin phép Bộ Y tế Chất tổng hợp (Saccarin, dulsin, cyclamat…): không sử dụng để pha chế nước giải khát (Trường hợp sản phẩm dành riêng cho bệnh nhân kiêng đường phải xin phép Bộ y tế ghi rõ tên đường + mục đích sử dụng nhãn) 1.2 Chỉ tiêu vi sinh vật Đối với nước giải khát không cồn, theo qui định bảng Bảng 1: Chỉ tiêu vi sinh vật nước giải khát không cồn Mức Tên tiêu Không đóng chai Đóng chai Tổng số vi khuẩn hiếu khí, số khuẩn lạc/ml, không lớn 5.104 102 E Coli, con/l, không lớn Không có Cl Perfringens Không có Không có Vi khuẩn gây nhày, (Leuconostoc) Không có Nấm Men-mốc, số khóm nấm/ml, không lớn 103 Không có St aureus Không có Không có Đối với bia loại nước giải khát có độ cồn thấp theo qui định bảng Bảng 2: Chỉ tiêu vi sinh vật nước giải khát Mức Không Đóng chai Tên tiêu đóng chai (hộp) Tổng số vi khuẩn hiếu khí, số khuẩn lạc/ml, không lớn 103 102 Phương pháp xử lí nước – Nhóm E Coli Cl Perfringens Vi sinh vật gây (quan sát mắt) Nấm men-mốc, khóm nấm/ml, không St aureus/vi khuẩn bệnh đường ruột Không có Không có Không có đục số lớn 102 Không có gây Không có 1.3 Chỉ tiêu cảm quan thành phần vô Tên tiêu Đơn vịGiới hạn tối Phương pháp thử đa cho phép Màu sắc TCU 15 Mùi vị Độ đục pH Độ cứng, tính theo CaCO3 Tổng chất rắn hoà tan (TDS) Hàm lượng Nhôm Hàm lượng Amoni Mức độ giám sát TCVN 6185 – 1996(ISO A 7887 – 1985) SMEWW 2120 – Không có Cảm quan, A mùi, vị lạ SMEWW 2150 B 2160 B NTU TCVN 6184 – 1996(ISO A 7027 – 1990)hoặc SMEWW 2130 B – Trong TCVN 6492:1999 A khoảng6,5- SMEWW 4500 – H+ 8,5 mg/l 300 TCVN 6224 – 1996 A SMEWW 2340 C mg/l 1000 SMEWW 2540 C B mg/l 0,2 mg/l Hàm lượng Antimon mg/l 0,005 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0,01 Hàm lượng Bari mg/l 0,7 Hàm lượng Bo tính chung mg/l 0,3 cho Borat Axit TCVN 6657 : 2000 (ISO B 12020 :1997) SMEWW 4500 – NH3C B hoặcSMEWW 4500 – NH3D US EPA 200.7 C TCVN 6626:2000 B SMEWW 3500 – As B US EPA 200.7 C TCVN 6635: 2000 (ISO C 9390: 1990) Phương pháp xử lí nước – Nhóm boric Hàm lượng Cadimi mg/l 0,003 Hàm lượng Clorua(*) mg/l 250300(**) Hàm lượng Crom tổng số mg/l 0,05 Hàm lượng Đồng tổng số mg/l Hàm lượng Xianua mg/l 0,07 Hàm lượng Florua mg/l 1,5 Hàm lượng Hydro sunfur mg/l 0,05 Hàm lượng Sắt tổng số mg/l 0,3 (Fe2+ + Fe3+) Hàm lượng Chì mg/l 0,01 Hàm lượng Mangan tổng mg/l 0,3 số Hàm lượng Thuỷ ngân mg/l 0,001 tổng số Hàm lượng Molybden Hàm lượng Niken mg/l 0,07 mg/l 0,02 Hàm lượng Nitrat mg/l 50 Hàm lượng Nitrit mg/l SMEWW 3500 B TCVN6197 – 1996(ISO C 5961 – 1994) SMEWW 3500 Cd TCVN6194 – 1996(ISO A 9297 – 1989) SMEWW 4500 – Cl– D TCVN 6222 – 1996(ISO C 9174 – 1990) SMEWW 3500 – Cr – TCVN 6193 – 1996 C (ISO 8288 – 1986) SMEWW 3500 – Cu TCVN 6181 – 1996(ISO C 6703/1 – 1984) SMEWW 4500 – CN– TCVN 6195 – B 1996(ISO10359 – – 1992) SMEWW 4500 – F– SMEWW 4500 – S2B TCVN 6177 – 1996 A (ISO 6332 – 1988) SMEWW 3500 – Fe TCVN 6193 – 1996 B (ISO 8286 – 1986)SMEWW 3500 – Pb A TCVN 6002 – 1995(ISO A 6333 – 1986) TCVN 5991 – 1995 B (ISO 5666/1-1983 – ISO 5666/3 -1983) US EPA 200.7 C TCVN 6180 -1996 C (ISO8288 -1986)SMEWW 3500 – Ni TCVN 6180 – 1996(ISO A 7890 -1988) TCVN 6178 – 1996 A (ISO 6777-1984) Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hàm lượng Selen mg/l 0,01 Hàm lượng Natri mg/l 200 Hàm lượng Sunphát mg/l 250 Hàm lượng Kẽm mg/l Chỉ số Pecmanganat mg/l TCVN 6183-1996 (ISO 9964-1-1993) TCVN 6196 – 1996 (ISO 9964/1 – 1993) TCVN 6200 – 1996(ISO9280 – 1990) TCVN 6193 – 1996 (ISO8288 – 1989) TCVN 6186:1996 ISO 8467:1993 (E) C B A C A 1.4 Hàm lượng chất hữu Nhóm Alkan clo hoá Tên tiêu Đơn vịGiới hạn tối Phương pháp thử đa cho phép Mức độ giám sát Cacbontetraclorua Diclorometan 1,2 Dicloroetan 1,1,1 – Tricloroetan Vinyl clorua 1,2 Dicloroeten Tricloroeten Tetracloroeten Hydrocacbua Thơm Tên tiêu mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l C C C C C C C C Đơn vịGiới hạn tối Phương pháp thử đa cho phép Mức độ giám sát Phenol dẫn xuất Phenol Benzen Toluen Xylen Etylbenzen Styren Benzo(a)pyren Nhóm Benzen Clo hoá Tên tiêu mg/l SMEWW 6420 B B mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 10 700 500 300 20 0,7 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 B C C C C B Monoclorobenzen 1,2 – Diclorobenzen 20 30 2000 50 70 40 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 US EPA 524.2 Đơn vịGiới hạn tối Phương pháp thử đa cho phép Mức độ giám sát mg/l mg/l B C 300 1000 US EPA 524.2 US EPA 524.2 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1,4 – Diclorobenzen mg/l 300 US EPA 524.2 Triclorobenzen mg/l 20 US EPA 524.2 Nhóm chất hữu phức tạp Tên tiêu Đơn vịGiới hạn tối Phương pháp thử đa cho phép C C Di (2 – etylhexyl) adipate Di (2 – etylhexyl) phtalat Acrylamide Epiclohydrin Hexacloro butadien Hoá chất bảo vệ thực vật Tên tiêu C C C C C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 80 0,5 0,4 0,6 US EPA 525.2 US EPA 525.2 US EPA 8032A US EPA 8260A US EPA 524.2 Mức độ giám sát Đơn vịGiới hạn tối Phương pháp thử đa cho phép Mức độ giám sát Alachlor Aldicarb Aldrin/Dieldrin Atrazine Bentazone Carbofuran Clodane Clorotoluron DDT mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 20 10 0,03 30 0,2 30 C C C C C C C C C 1,2 – Dibromo – Cloropropan 2,4 – D 1,2 – Dicloropropan 1,3 – Dichloropropen Heptaclo heptaclo epoxit Hexaclorobenzen Isoproturon Lindane MCPA Methoxychlor Methachlor Molinate Pendimetalin mg/l US EPA 525.2 US EPA 531.2 US EPA 525.2 US EPA 525.2 US EPA 515.4 US EPA 531.2 US EPA 525.2 US EPA 525.2 SMEWW 6410B, SMEWW 6630 C US EPA 524.2 mg/l mg/l mg/l mg/l 30 20 20 0,03 US EPA 515.4 US EPA 524.2 US EPA 524.2 SMEWW 6440C C C C C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 2 20 10 20 C C C C C C C C Pentaclorophenol mg/l US EPA 8270 – D US EPA 525.2 US EPA 8270 – D US EPA 555 US EPA 525.2 US EPA 524.2 US EPA 525.2 US EPA 507, US EPA 8091 US EPA 525.2 C C Phương pháp xử lí nước – Nhóm Permethrin mg/l 20 US EPA 1699 Propanil mg/l 20 US EPA 532 Simazine mg/l 20 US EPA 525.2 Trifuralin mg/l 20 US EPA 525.2 2,4 DB mg/l 90 US EPA 515.4 Dichloprop mg/l 100 US EPA 515.4 Fenoprop mg/l US EPA 515.4 Mecoprop mg/l 10 US EPA 555 2,4,5 – T mg/l US EPA 555 Hoá chất khử trùng sản phẩm phụ Tên tiêu Đơn vịGiới hạn tối Phương pháp thử đa cho phép Monocloramin Clo dư Bromat Clorit 2,4,6 Triclorophenol Focmaldehyt Bromofoc Dibromoclorometan Bromodiclorometan Clorofoc Axit dicloroaxetic Axit tricloroaxetic Cloral hydrat (tricloroaxetaldehyt) Dicloroaxetonitril Dibromoaxetonitril Tricloroaxetonitril C C C C C C C C C Mức độ giám sát mg/l SMEWW 4500 – Cl G B mg/l Trong SMEWW 4500Cl A khoảng0,3 – US EPA 300.1 0,5 mg/l 25 US EPA 300.1 C mg/l 200 SMEWW 4500 Cl C US EPA 300.1 mg/l 200 SMEWW 6200 US C EPA 8270 – D mg/l 900 SMEWW 6252 C US EPA 556 mg/l 100 SMEWW 6200 C US EPA 524.2 mg/l 100 SMEWW 6200 C US EPA 524.2 mg/l 60 SMEWW 6200 C US EPA 524.2 mg/l 200 SMEWW 6200 C mg/l 50 SMEWW 6251 C US EPA 552.2 mg/l 100 SMEWW 6251 C US EPA 552.2 mg/l 10 SMEWW 6252 C US EPA 8260 – B mg/l 90 SMEWW 6251 C US EPA 551.1 mg/l 100 SMEWW 6251 C US EPA 551.1 mg/l SMEWW 6251 C Phương pháp xử lí nước – Nhóm US EPA 551.1 SMEWW 4500J Xyano clorit (tính theo mg/l 70 C CN–) Phân loại phương pháp xử lí nước Stt Tên phương pháp Mục đích xử lý Phương pháp vật lý Lắng Tách số tạp chất không tan có kích thước lớn Lọc Tách tạp chất có kích thước khác tùy theo đường kính mao quản màng lọc Phân riêng membrane  Vi lọc Tách tế bào vi sinh vật  Siêu lọc Tách hợp chất keo, đại phân tử, virus  Lọc nano Làm mềm nước, tách số muối hòa tan  Thẩm thấu ngược Tách ion Điện thẩm tích Tách chất tích điện Nhiệt Giảm độ cứng tạm thời, khí, ức chế tiêu diệt số loài vi sinh vật Xử lý chân không Bài khí, khử mùi Xử lý tia UV Ức chế tiêu diệt vi sinh vật Phương pháp hóa học Phản ứng trao đổi Làm mềm nước Phản ứng oxy hóa Tách sắt Xử lý acid, kiềm Chỉnh pH 10 hợp chất hóa học khác Xử lý chất ức chế Ức chế tiêu diệt vi sinh vật 11 vi sinh vật Phương pháp hóa lý 12 Kết lắng Tách số tạp chất lơ lửng dạng keo 13 Trao đổi ion Làm mềm nước, tách ion 14 Hấp phụ Tách số tạp chất màu, mùi,… II PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ Phân riêng màng membrance Phân riêng màng membrance trình tách cấu tử có phân tử lượng khác hòa tan pha lỏng tách cấu tử rắn có kích thước nhỏ khỏi pha lỏng pha khí Sản phẩm trình phân riêng membrance cho ta hai dòng sản phẩm: - Dòng sản phẩm qua membrance gọi permeate - Dòng không qua membrance gọi retentate Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hình 1: Phân riêng màng membrance Động lực trình phân riêng chênh lệch áp suất hai bên bề mặt membrance chênh lệch áp suất tạo nhờ hoạt động bơm để đưa nguyên liệu vào thiết bị phân riêng Hiện phân riêng màng membrance ứng dụng rộng rãi ngành công nghệ sinh học, công nghệ hóa học, xử lý môi trường, phân tích định tính định lượng ….đặc biệt ứng dụng ngành công nghệ thực phẩm Được ứng dụng để xử lý nước công nghiệp trước đưa vào sản xuất Người ta chia membrance thành loại chủ yếu dựa kích thước mao quản: vi lọc( microfiltration MF), siêu lọc( ultrafiltration UF), lọc nano( nanofiltration NF) thẩm thấu ngược ( reversed osmosis RO) Hình 2:Khả phân riêng trình 1.1 Vi lọc 10 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hàm lượng Ca(OH)2 Na2CO3 cần sử dụng phụ thuộc vào nồng độ muối Ca 2+ Mg2+ có nguồn nước cần xử lí.Biết nồng độ muối này, ta tính lượng hóa chất cần dùng Quá trình xử lí chia thành giai đoạn: - Xử lí nước với Ca(OH)2 - Xử lí nước với Na2CO3 Hình 14: Các giai đoạn phương pháp làm giảm độ cứng nước hóa chất Các hóa chất bổ sung vào thiết bị phải dạng dung dịch Các thiết bị có cánh khuấy hoạt động để phân bố hóa chất nước Nếu bể phản ứng tích lớn, sục hóa chất vào bể thông qua hệ thống dẫn khí bố trí đáy bể bơm tuần hoàn phần nước bể để đảo trộn Tách sắt phương pháp hóa học Nguồn nước thiên nhiên, sắt tồn dạng muối hóa trị II Hàm lượng sắt từ >0,5mg/l, nước có mùi Cặn sắt bám bám đường ống dẫn nước làm giảm lưu lượng dòng chảy, lâu ngày gây tắc nghẽn Hình 15: Nước bị nhiễm sắt Phương pháp xử lí: - Dùng phương pháp chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ điều điện có oxy: 19 Phương pháp xử lí nước – Nhóm - Tạo Fe(OH)3 kết tủa màu nâu đỏ dạng cặn Tiếp theo sử dụng trình lắng lọc để tách khỏi nước Muối sulfur sắt, muối mangan cung sử dụng phương pháp để loại bỏ Thiết bị có nhiều dạng khác Nguyên lí hoạt động: nước phun thành dạng hạt (tăng diện tích tiếp xúc bề mặt nước) môi trường thổi không khí liên tục để cấp oxy Phản ứng oxy hóa nhanh đạt hiệu suất cao Đôi bổ sung chlorine vào nước (chất xúc tác cho phản ứng oxy hóa muối sắt) Hình 16: Thiết bị tách sắt Xử lí nước acid kiềm Theo Kalunhans cộng (1992) nước có độ cứng >10mg-E tổng lượng khoáng ≈ 1g/l, quy định số nước cho phép, sử dụng acid để làm giảm độ cứng Acid thong dụng H2SO4, có HCl lactic acid Cơ chế: - Acid vô phản ứng với muối bicarbonate tạo muối trung tính, độ cứng tạm thời nước chuyển qua độ cứng vĩnh cửu - Lactic acid phản ứng với muối bi carbornate tạo muối không tan lactate calcium magnesium Kết tủa se tách khỏi nước phương pháp lắng lọc Theo Senior cộng (1998), để hỗ trợ cho số trình xử lí nước nhanh hiệu quả, số trường hợp cần phải hiệu chỉnh pH Có thể sử dụng NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3 Nguồn nước ngầm nhà máy sản xuất thức uống có chất lượng tốt nên phải dùng đến phương pháp thực tế sản xuất Ức chế vi sinh vật hóa chất Nhiều hợp chất hóa học có khả ức chế vi sinh vật khả oxy hóa Cơ chế tác động: O nguyên tử có khả oxy hóa mạnh, chui vào bên tế bào vi sinh vật, tham gia phản ứng với số nhóm chức protein làm rối loạn trình trao đổi chất tế bào 20 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 4.1 Sodium hypoclorite (NaClO) Khi cho NaClO vào bể xử lí nước xảy phản ứng chủ yếu sau đây: Liều lượng sử dụng thời gian xử lí:phụ thuộc vào nồng độ tế bào vi sinh vật có nước Để diệt bào tử vi khuẩn cần tăng liều lượng sử dụng thời gian xử lí Trong thực tế sản xuất, thời gian xử lí thường không thấp 1h 4.2 Calcium hypochlorite (Ca(ClO)2) Hòa Ca(ClO)2 vào nước sau cho vào bể nước cần xử lí Các phản ứng chủ yếu Ngoài xảy phản ứng: Khi xử lí nước Ca(ClO)2 độ cứng vĩnh cửu nước tăng lên 4.3 Chlorine dioxide (ClO2) ClO2 khí không bền có khả cháy nổ nên phải tạo phân xưởng xử lí nước phản ứng sodium chlorite acid chlohydric: - - ClO2 có khả ức chế vi sinh vật tương tự NaClO Ca(ClO)2 Ưu điểm ClO2 so với NaClO Ca(ClO)2 : Mùi nước không bị thay đổi sau trình xử lí Quá trình tạo nên hợp chất hữu độc hại chlorphenol, trihalomethane,… bị hạn chế đáng kể (nếu nguồn nước ban đầu lẫn phenol chất hữu khác) Nhược điểm ClO2: Thời gian tiếp xúc với nước phải đủ lâu ức chế hiệu hệ vi sinh vật Khi nhiệt độ tăng khả ức chế vi sinh vật giảm 21 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hình 17: Hệ thống thiết bị xử lí nước ClO2 4.4 Ozone (O3) Trong nước, ozone không bền bị phân giải thành oxy phân tử oxy nguyên tử Khả diệt vi sinh vật phụ thuộc vào loại vi sinh vật, trạng thái sinh lí tế bào, nồng độ ozone nước số yếu tố khác Ozone phản ứng với số tạp chất có nước, đặc biệt chất màu cải thiệt độ Hình 18: Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lí nước ozone 22 Phương pháp xử lí nước – Nhóm IV PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ Xử lý nước phương pháp hấp phụ Đây phương pháp ứng dụng rộng rãi để làm triệt để nước khỏi chất hữu hòa tan sau xử lý hóa sinh,nếu nồng độ chất không cao, khó phân hủy sinh học độc 1.1 Nguyên lý Hấp phụ trình xải bề mặt tiếp xúc hai pha dị thể (rắn-khí, rắnlỏng, lỏngkhí ) Các phần tử bề mặt khối vật chất tác dung lên phần tử pha tiếp xúc với nó, tạo thành lực hướng phía nhằm cân lực theo hướng ◊ Đây nguyên nhân trình hấp phụ 1.2 Phân loại Hấp phụ gồm hai loại: Hấp phụ vật lý: loại hấp phụ gây tương tác yếu phần tử;nó giống tương tác tượng ngưng tụ.Lực tương tác lực Van Der Wall Hấp phụ hóa học: loại hấp phụ gây tương tác mạnh phần tử tạo hợp chất bề mặt bề mặt chất hấp phụ phần tử bị hấp phụ 1.3 Qúa trình thực Chất hấp phụ - Than hoạt tính - Silicagel - Các chất hấp phụ vô khác - Chất hấp phụ tự nhiên Than hoạt tính: chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực có bề mặt riêng lớn Các lỗ xốp có bán kính hiệu dụng từ vài chục đến hàng chục nghìn anstron Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt chất không phân cực dạng khí dạng lỏng Than hoạt tính có ba dạng chủ yếu: - Dạng bột cám ( Powered_PAC ) - Dạng hạt ( Gramalated_GAC ) - Dạng khối đặc ( Extraded Solid Block_SB) Ngày than hoạt tính coi chất hấp phụ chủ yếu công nghệ xử lý làm môi trường : Làm nước để uống, Xử lý nước thải công nghiệp Xử lý “cấp ba” nước Tái sinh than hoạt tính 23 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Đại đa số chất hấp phụ than hoạt tính giải hấp nhiệt Đối với chất có nhiệt độ xử lý phù hợp - Riêng hợp chất kim loại thông thường phải giải hấp axit sau rửa nước sấy để tái sinh Silicagen - Là gel anhydric axit silisic có cấu trúc lỗ xốp phát triển - Silicagel dễ dàng hấp phụ chất phân cực chất tạo với nhóm hydroxyl liên kết kiểu cầu hydro - Đối với chất không phân cực, hấp phụ silica gel chủ yếu tác dụng lực mao quản lỗ xốp nhỏ Tái sinh Silicagel - Cũng than hoạt tính silica gel tái sinh khí khô nhiệt độ 2000C - Giải hấp khí nóng ẩm hay nước cần lưu ý thời gian thực để tránh làm giảm hoạt tính silicagen Chất hấp phụ khác - Keo nhôm,hydroxit kim loại: sử dụng lực tương tác lớn - Chất hấp phụ tự nhiên: sét, bentonit, diatonit… song khả hấp phụ chúng thường làm tăng lên nhiều sau xử lý biện pháp phù hợp ◊ Tính ưu việt chất hấp phụ tự nhiên chúng có giá thành thấp so với Quá trình hấp phụ Quá trình hấp phụ gồm ba giai đoạn: - Chuyển vật chất từ nước thải đến bề mặt hạt hấp phụ( khuếch tán ) - Hấp phụ - Chuyển vật chất vào hạt hấp phụ (khuếch tán trong) Quá trình thực - Vận tốc trình hấp phụ phụ thuộc nồng độ, cấu trúc chất hòa tan, nhiệt độ nước, hình dạng tính chất chất hấp phụ - Quá trình hấp phụ diễn nhanh nên giai đoạn xác định vận tốc trình hấp phụ trình khuếch tán khuếch tán - Trong vùng khuếch tán ngoài, vận tốc truyền khối xác định chủ yếu cường độ rối dòng, phụ thuộc vào vận tốc chất lỏng - Ở vùng khuếch tán trong, cường độ truyền khối phụ thuộc hình dạng kích thước lỗ xốp, hạt, kích thước phân tử chất cần hấp phụ hệ số truyền khối Hệ thống hấp phụ Quá trình xử lý nước hấp phụ tiến hành với khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước, lọc nước qua lớp chất hấp phụ trạng thái đứng yên giả lỏng, Khi trộn chất hấp phụ với nước, người ta sử dụng than hoạt tính dạng hạt 0,1 mm nhỏ Hệ thống hấp phụ Hệ thống hấp phụ gồm nhiều bậc : - Hấp phụ bậc ứng dụng chất hấp phụ rẻ chất thải sản xuất - 24 Phương pháp xử lí nước – Nhóm - Hấp phụ nhiều bậc đạt hiệu cao hơn:than sau hấp phụ bậc tách phương pháp lắng lọc, nước thải vào bậc hai để tiếp tục xử lý than Hình 19: Sơ đồ hệ thống hấp thụ-Nạp chất hấp phụ ngược dòng Xử lý điều kiện động tiến hành lọc nước thải qua lớp chất hấp phụ Vận tốc lọc phụ thuộc nồng độ chất tan dao động từ 24 đến 5m3/m2h Nước tháp chuyển động từ lên Điều kiện thúc đẩy trình hấp phụ: Tiến hành với chế độ chảy cho gia đoạn khuếch tán định vận tốc trình Trở lực giai đoạn giảm cách thay đổi cấu trúc kích thước hạt Các yếu tố ảnh hưởng - Độ hòa tan: chất hòa tan dễ hấp phụ chất hòa tan - Cấu trúc phân tử: chất hữu mạch nhánh dễ hấp phụ chất hữu mạch thẳng - Khối lượng phân tử: nhìn chung phân tử lớn dễ hấp phụ - Độ phân cực: chất hữu phân cực hấp phụ dễ chất hữu no - 25 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hình 20: Thiết bị lọc nước Thiết bị có dạng hình trụ đứng, phần đỉnh đáy dạng hình cầu Thiết bị làm thép không rỉ Mặt đáy phần thân trụ lưới Người ta cho lớp sỏi mịn lên mặt lưới, sau cho tiếp lớp than hoạt tính lên phía lớp sỏi Khoảng không gian trống phía phần đỉnh chiếm khoảng 30- 40% tổng thể tích thiết bị Trong trình hoạt động, nước bơm vào thiết bị cửa đỉnh Khi đó, nước qua lớp than hoạt tính theo hướng từ xuống thoát thiết bị cửa đáy Chức lớp sỏi mịn bên thiết bị hạn chế lôi hạt than hoạt tính theo dòng nước xử lý thoát thiết bị Dù vậy, tượng nước sau trình xử lý bị lẫn hạt than hoạt tính luôn xảy Các nhà sản xuất cần thực tiếp trình lọc nước thiết bị sử dụng cột lọc ceramic thiết bị với cột lọc polymer để tách cặn than 1.4 Ưu điểm Phương pháp hấp phụ có khả làm cao Chất hấp phụ sau sử dụng có khả tái sinh; điều làm hạ giá thành xử lý ưu điểm lớn phương pháp Hiệu xử lý phương pháp đạt khoảng 80 ÷ 95% , hiệu làm cao 1.5 Ứng dụng 26 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hấp phụ sử dụng để làm triệt để chất thải hữu hòa tan sau xử lý sinh học, thường chất phân hủy đường sinh học có tính độc khử thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, hợp chất hữu có vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, kim loại nặng, màu hoạt tính khỏi nước thải công nghiệp Khử muối phương pháp trao đổi ion Nguyên lý tiêu làm việc trạm lọc ionit Khử muối nước phương pháp trao đổi ion tức lọc nước qua bể lọc H – cationit OH0- anionit Khi lọc nước qua bể lọc H- cationit kết qua trao đổi cation muối hòa tan nước với ion H + hạt cationit, muối hòa tan nước biến thành acid tương ứng: RH + NaCl= RNa + HCl 2RH + Na2SO4 = 2RNa + H2SO4 2RH + Ca(HCO3)2 = R2Ca + 2CO2 + 2H2O Và lọc tiếp nước khử cation bể H-cationit qua bể lọc anionit (OHanionit), hạt anionit hấp thụ từ nước anion acid mạnh Cl-,SO 42- nhả vào nước số lượng tương đương anion OH- (An)OH + HCl = (An)Cl + 2H2O 2(An)OH + H2SO4 = (An)2SO4 + 2H2O Các acid yếu hòa tan nước ( acid silixixc acid cacbonic) hấp thụ hạt anionit có nhóm hoạt tính chất kiềm mạnh nước không anion acid mạnh ( Cl-,SO42-) Vì để khử muồi acid yếu hòa tan nước phải dùng sơ đồ bể lọc ionit bậc Qua bể lọc H- cationit bậc I khử phần lớn cation muối hòa tan, sau lọc tiếp qua bể lọc anionit bậc I với lớp vật liệu lọc hạt anionit có nhóm hoạt tính kiềm yếu khử anion acid mạnh Trong bể lọc H- cationit anionit bậc I nước khử muối triệt để hơn, bể lọc anionit bậc I chứa lớp lọc hạt anionit kiềm mạnh để hấp thụ anion acid yếu Các bể lọc H- cationit hoàn nguyên dung dịch acid nồng độ 1-1,5% bể lọc anionit hoàn nguyên dung dịch kiềm soda Sau rửa bể lọc khỏi sản phẩm hoàn nguyên, lại đưa bể vào làm việc bình thường để khử muối nước Trong trạm khử muối phương pháp trao đổi ion thường dùng cationit hữu acid mạnh, anionit dùng hai loại: kiềm yếu( Bể I) kiềm mạnh( Bể II) 27 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hình 21: Sơ đồ trạm lọc ionit bậc để khử mặn Nếu bể lọc H- cationit dùng cationit sunfua cacbon bể lọc anionit dùng anionit kiềm yếu, trạm khử muối ionit bậc làm giảm hàm lượng muối hòa tan nước từ 100-300 xuống 2-10mg/l hàm lượng acid silixic nước thực tế không bị giảm Khử muối hòa tan nước theo sơ đồ lọc ionit bậc không kinh tế, bể lọc Hcationit phải ngừng làm việc để hoàn nguyên để lọt ion Na+ vào nước lọc tiêu tốn khối lượng nước lớn để rửa bể H- cationit bể anionit Trạm ionit bậc đạt hiệu khử muối cao hoàn nguyên bể lọc lượng tiêu thụ đơn vị lớn acid kiềm Để khử phần muối hòa tan nước thường dùng sơ đồ lọc qua bể H-cationit hai bậc, sau khử CO2 lọc tiếp qua bể anionit 28 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Hình 22: Sơ đồ trạm khử muối ionit có hai bậc H-cationit Bể lọc H- cationit bậc II làm việc đến cho lọt Na vào nước lọc hoàn nguyên lượng acid cao tiêu chuẩn, thu dung dịch acid nửa cuối trình hoàn nguyên bể H- cationit bậc II, hòa với nước rửa để xới bể H-cationit bậc I, làm cho phép tiết kiệm 15-20% lượng acid dùng để hoàn nguyên Sơ đồ trạm lọc ionit( hình 12.3) với bể lọc anionit kiềm mạnh cho phép giảm tổng hàm lượng muối hòa tan nước xuống từ 1-3 mg/l hàm lượng acid silixic giảm đến 0,05-0,15 mg/l Để khử muối hòa tan nước triệt để người ta dùng sơ đồ lọc ionit hai bậc ( hai bậc H- cationit hai bậc anionit; bể lọc bậc I chứa hạt anionit kiềm yếu, bậc II chứa anionit kiềm mạnh) Với sơ đồ giảm tổng hàm lượng muối từ 100-400mg/l xuống đến 0,1-0,2 mg/l hàm lượng acid silixic giảm đến 0,02-0,1 mg/l Việc khử hoàn toàn muối hòa tan nước đạt trạm lọc ionit ba bậc Hình 23: Sơ đồ trạm ionit để khử hoàn toàn muối hòa tan nước 29 Phương pháp xử lí nước – Nhóm Nước nguồn cần khử muối làm qua bể lọc H-cationit bậc I sang bể lọc anionit bậc I(2) có lớp lọc hạt anionit kiềm yếu Nước lọc qua bể anionit bậc I sang bể lọc H-cationit bậc II(3) chảy vào dàn thử khí CO 2(4) có quạt gió (5) Nước sau khử CO2 tập trung vào bể (6) máy bơm (7) bơm vào bể lọc anionit bậc II (8) chúa anionit kiềm mạnh Bể anionit bậc II có nhiệm vụ khử acid silixic hòa tan lạo nước sau bể lọc bậc I Bể lọc H-cationit bậc III(9) dùng để khử Na + xót lại Bể lọc anionit bậc III(10) dùng để khử sản phẩm hòa tan giữ lại mảnh vỡ cationit, đồng thời nâng cao mức độ sử dụng anionit bể lọc II 30 Phương pháp xử lí nước – Nhóm V TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Công nghệ sản xuất nước giải khát – Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM, 2014 Lê Văn Việt Mẫn, Giáo trình Công nghệ sản xuấtcác sản phẩm từ sữa thức uống pha chế, NXB Đại học quốc gia TP.HCM, 2012 Trần Văn Ngân Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải 31 Phương pháp xử lí nước – Nhóm DANH MỤC HÌNH ẢNH 32 Phương pháp xử lí nước – Nhóm MỤC LỤC 33 [...]... nghệ xử lý và làm sạch môi trường : Làm sạch nước để uống, Xử lý nước thải công nghiệp và Xử lý “cấp ba” nước Tái sinh than hoạt tính 23 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt Đối với mỗi chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp - Riêng đối với các hợp chất của kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng axit sau đó rửa bằng nước. .. bị đột biến 17 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 Hình 12: Cơ chế tác động của tia UV Trong quá trình xử lí nước, thông số công nghệ cần quan tâm là công suất đèn UV, độ dày lớp nước chảy qua thiết bị, thời gian tiếp xúc của nước và tia UV Hình 13: Thiết bị xử lí nước bằng tia UV III PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 1 Phương pháp xử lí hóa chất làm giảm độ cứng của nước Làm giảm độ cứng của nước bằng cách chuyển muối... được độ trong Hình 18: Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lí nước bằng ozone 22 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 IV PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ 1 Xử lý nước bằng phương pháp hấp phụ Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau xử lý hóa sinh,nếu nồng độ các chất này không cao, khó phân hủy sinh học và độc 1.1 Nguyên lý Hấp phụ là một quá trình xải ra trên bề mặt tiếp... thẩm điện tích Ứng dụng để xử lý nước biển thành nước ngọt dùng trong sinh hoạt và dùng để làm giảm độ cứng nước để dùng trong sản xuất Chỉ cho phép loại bớt một phần các hợp chất điện tích ra khỏi nước Hiệu suất tách không thể đạt 100% Hiện nay phương pháp này ít được sử dụng trong công nghệ sản xuất nước uống 12 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 3 Phương pháp lắng Mục đích xử lý: Tách một số tạp chất... dưới màng lọc, khi đó: P1 = 1 atm > P2 Trong thực tế, hai giải pháp đầu được sử dụng phổ biến để xử lý nguồn nước ngầm trong ngành công nghiệp thực phẩm 14 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 Hình 8: Thiết bị lọc sử dụng cột lọc ceramic Hình 9: Thiết bị lọc sử dụng cột lọc bằng polymer 15 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 5 Phương pháp nhiệt Mục đích xử lý: Giảm độ cứng tạm thời, bài khí, ức chế hoặc tiêu diệt... với nước nguyên liệu, riêng hàm lượng muối hóa trị 2 giảm 95% Phương pháp này được ứng dụng để xử lý nước cứng trên thế giới 1.4 Thẩm thấu ngược 11 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 Mục đích của phương pháp này tạo nước tinh khiết vì phương pháp này chỉ cho dung môi( nước ) đi qua và tạo nên dòng permeate, toàn bộ cấu tử không tan bị giữ trên bề mặt màng tạo dòng retenate Và thường được ứng dụng trong xử. .. trao đổi chất của tế bào 20 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 4.1 Sodium hypoclorite (NaClO) Khi cho NaClO vào bể xử lí nước sẽ xảy ra các phản ứng chủ yếu sau đây: Liều lượng sử dụng và thời gian xử lí:phụ thuộc vào nồng độ tế bào vi sinh vật có trong nước Để diệt bào tử vi khuẩn cần tăng liều lượng sử dụng và thời gian xử lí Trong thực tế sản xuất, thời gian xử lí thường không thấp hơn 1h 4.2 Calcium... thấp hơn 1h 4.2 Calcium hypochlorite (Ca(ClO)2) Hòa Ca(ClO)2 vào nước sau đó mới cho vào bể nước cần xử lí Các phản ứng chủ yếu Ngoài ra có thể xảy ra phản ứng: Khi xử lí nước bằng Ca(ClO)2 độ cứng vĩnh cửu của nước sẽ tăng lên 4.3 Chlorine dioxide (ClO2) ClO2 là khí không bền và có khả năng cháy nổ nên phải được tạo ra tại phân xưởng xử lí nước bằng phản ứng giữa sodium chlorite và acid chlohydric: -... trong xử lý nước hiện nay chủ yếu gồm hai loại: hoạt động gián đoạn và hoạt động liên tục - Thiết bị lắng gián đoạn Hình 5: Thiết bị lắng gián đoạn Thiết bị lắng gián đoạn hoạt động theo chu kỳ Đầu tiên, người ta bơm nước cần xử lý vào thiết bị Sau đó, chờ một khoảng thời gian để các cấu tử không tan có khối lượng riêng lớn hơn nước lắng xuống đáy thiết bị Cuối cùng, người ta tiến hành tháo nước sạch... hòa tan trong nước sang dạng kết tủa, sử dụng Ca(OH)2 và Na2CO3 Đối với nước cứng tạm thời: Đối với nước cứng vĩnh cửu: Khi xảy ra các phản ứng trên, sẽ tách được Mg2+ ra khỏi nước, nhưng nồng độ Ca2+ tăng Để tách Ca2+ cần sử dụng Na2CO3 18 Phương pháp xử lí nước – Nhóm 1 Hàm lượng Ca(OH)2 và Na2CO3 cần sử dụng sẽ phụ thuộc vào nồng độ của muối Ca 2+ và Mg2+ có trong nguồn nước cần xử lí.Biết được