Trong cơng nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhơm hoặc sắt và phương pháp keo tụ dùng các chất polyme. Ngồi ra, chúng ta cĩ thể kết hợp hai phương pháp với nhau, khi đĩ các polyme cĩ nhiệm vụ tăng cường quá trình keo tụ cho các muối nhơm hoặc sắt.
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Cơng ty giấy Tân Mai
Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhơm hoặc sắt hĩa trị III, cịn gọi là phèn nhơm hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hịa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các anion và cation theo phản ứng sau :
Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SO42- FeCl3 2Fe3+ + 3Cl-
Nhờ hĩa trị cao của các ion kim loại, chúng cĩ khả năng ngậm nước tạo thành các phức chất hexa Me(H2O)63+ (trong đĩ Me cĩ thể là Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trị pH của mơi trường mà chúng cĩ khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhơm các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 đến 4; với sắt, chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3.
Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau :
Me(H2O)63+ + H2O Me(H2O)5OH2+ + H3O+ Tăng axit Me(H2O)52+ + H2O Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+
Tăng kiềm Me(H2O)4(OH)2+ + H2O Me(H2O)3+ + 3H2O + H3O+ Me(OH)3 + OH- Me(OH)4-
Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6, đĩ là các sản phẩm mang nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al3(OH)45+. Các hợp chất này mang điện tích dương mạnh và cĩ khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các bơng cặn. Các hydroxyt nhơm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và cĩ hoạt tính tạo bơng keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bơng keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ, chất mang mùi vị,…tồn tại ở trạng thái hịa tan hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do cịn kết hợp với nước qua phản ứng thủy phân cũng tạo thành các hydroxyt như sau :
Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhơm, sắt ta thấy cĩ khả năng tạo ra 03 loại bơng cặn sau :
Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít.
Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và trung hịa về điện tích. Loại này khơng cĩ khả năng kết dính và hấp phụ trong quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng khơng đáng kể.
Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các anion cĩ trong nước nên bơng cặn cĩ hoạt tính bề mặt cao, cĩ khả năng hấp phụ các chất bẩn trong khi lắng, tạo thành các bơng cặn lớn hơn. Trong xử lý nước bằng keo tụ, loại bơng cặn thứ ba chiếm ưu thế và cĩ tính quyết định đến hiệu quả keo tụ.
b.2 Keo tụ hoặc tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử
Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng cĩ cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 103 đến 107 g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch vào khoảng 0,1 đến 01 m. Chúng cịn được sử dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng phèn nhơm hoặc sắt là những chất keo tụ chính. Chúng giúp cho quá trình keo tụ xảy ra nhanh hơn và tạo ra các bơng cĩ kích thước lớn hơn để cĩ thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng.