Quá trình keo tụ xảy ra phụ thuộc vào các yếu tố:
Tăng nhiệt độ → tăng chuyển động Brown → tăng số va chạm cĩ hiệu quả giữa các hạt
Thêm chất điện ly → giảm ζ .Quá trình keo tụ bắt đầu xảy ra khi ζ đạt giá trị tới hạn
Thay đổi nồng độ hạt phân tán Tác dụng cơ học
Thời gian
1. Keo tụ bằng chất điện li đơn giản.
Bản chất: Nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu
Cơ chế: Tăng nồng độ hoặc hĩa trị của ion trong dd, ion chuyển từ khuếch tán vào lớp điện tích kép → giảm bề dày lớp điện kép → giảm điện thế ζ
Khi ζ → 0 thì lực đẩy của hạt giảm đến cực tiểu, sự keo tụ sẽ xảy ra, các hạt thường kết dính, tập hợp lại và sa lắng
Quy tắc:
- Ion gây keo tụ cĩ điện tích ngược dấu với ion keo (hạt keo)
- Ngưỡng keo tụ: là nồng độ tối thiểu của chất điện ly cần cĩ trong hệ keo để hiện tượng Keo tụ bắt đầu xuất hiện. Ngưỡng keo tụ tỷ lệ nghịch với hĩa trị của ion gây keo tụ
Cn =
Trong đĩ: C là nồng độ dung dịch điện ly
Vk ,Vđ là thể tích hệ keo và thể tích dung dịch điện ly Ví dụ:
Các hệ keo âm: As2S3, AgI bị keo tụ bởi các ion Na+, Ca2+, Al3+,…
Các hệ keo dương Fe(OH)3 , Al(OH)3 bị keo tụ bởi các ion Cl-, SO42-,…
Nhược điểm:
rất cao
Liều lượng chất điện ly cho vào nước thải phải thật chính xác
-Nếu nồng độ chất điện ly trongnước vượt quá mức cần thiết sẽ dẫn đến quá trình tích điện trởlại với các hạt keo, hiệu quả keo tụ giảm đi và hệ keo trong nước sẽ trở về trạng thái bền vững.
2. Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu
Cơ chế: xảy ra đồng thời ba cơ chế
- Nén lớp điện tích kép,giảm thế điện động zeta nhờ ion trái giấu - Hấp phụ- trung hịa điện:
Hấp phụ các chất mang điện tích trái dấu với các hạt keo lên bề mặt Giảm thế điện thế bề mặt và làm mất ổn định hệ keo
Hàm lượng chất keo tụ tăng → nồng độ hạt keo tăng Quá nhiều chất keo tụ → tái ổn định hệ keo
- Keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng: Phèn nhơm Al(OH)3 ↓
Phèn sắt Fe (OH)↓
Tác nhân gây keo tụ: Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối nhơm và
muối sắt như:
- Nhơm sunfat Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, nhơm clorua AlCl3.6H2O, aluminat natri NaAlO2, nhơm polyclorua [Al(OH)1,5(SO4)0.125Cl1.25]n.
- Sắt clorua FeCl3, sắt (III) sunfat Fe2(SO4)3.8H2O, sắt (II) sunfat FeSO4.7H2O, sunfat sắt nhơm AlFe(SO4)3.nH2O, sunfat clo sắt FeClSO4,FeCl3Fe(SO4)3 …
Các phản ứng chung:
- Các muối nhơm, muối sắt được đưa vào nước dưới dạng hịa tan. Quá trình điện ly và thủy phân xảy ra như sau:
Al2(SO4)3 ==> 2Al3+ + 3SO42- FeCl3 ==> Fe3+ + 3Cl-
- Mặt khác, các ion kim loại tự do cịn kết hợp với nước → các hydroxit kết tủa: Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+
Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ - Ở pH cao : Al(OH)3 + OH- → Al(OH)4-
Fe(OH)3 + OH- →Fe(OH)4-
MUỐI NHƠM
- Al2(SO4)3 cĩ thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng sau:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2
- Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1). Phản ứng xảy ra như sau:
6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O = 8Al(OH)3 + 2Na2SO4
Ưu điểm :
• Về mặt năng lực keo tụ ion nhơm (và cả sắt(III)), nhờ điện tích 3+, cĩ nănglực keo tụ thuộc loại cao nhất (quy tắc Shulz-Hardy) trong số các loại muối ítđộc hại mà lồi người biết.
• Muối nhơm ít độc, sẵn cĩ trên thị trường và khá rẻ.
• Cơng nghệ keo tụ bằng phèn nhơm là cơng nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểm sốt, phổ biến rộng rãi.
Nhược điểm: phụ thuộc lớn vào pH MUỐI SẮT
- Gồm Fe (II) và
Fe(III):FeCl3,Fe2(SO4)3.2H2O,Fe2(SO4)3.3H2O,Fe2(SO4).7H2O - Phèn Fe (II)
Khi cho phèn Fe (II) vào nước thải Fe(II) sẽ bị thủy phân thành Fe(OH)2 Fe2+ + 2H2O ↔ Fe(OH)2 + 2H+
Trong nước cĩ O2 tạo thành Fe(OH)3
pH thích hợp là từ 8-9 => cứ kết hợp với vơi thì keo tụ tốt hơn - Phèn Fe (III)
Fe3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3 +3H+ Phản ứng xảy ra khi pH >3.5
Hình thành lắng nhanh khi pH = 5.5 – 6.5
Sự khác nhau giữa phèn Fe và phèn Al - Độ hịa tan Fe(OH)3 < Al(OH)3 - Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1,5Al(OH)3
- Trọng lượng đối với Fe(OH)3 = 2,4 , Al(OH)3 = 3,6 - Keo Fe vẫn lắng khi nước cĩ ít huyền phù
- Lượng phèn FeCl3 dựng = 1/3→ 1/2 phèn nhơm - Phèn Fe ăn mịn đường ống
Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bơng cặn xảy ra theo các giai đoạn sau :
Me3+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)+ + H+ Me(OH)+ + HOH ↔ Me(OH)3 + H+
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân:
- Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân pH > 4,5 : khơng xảy ra quá trình thủy phân
pH = 5,5 -7,5 : đạt tốt nhất
- Nhiệt độ của nước thích hợp vào khoảng 20 - 40ºC,tốt nhất là 35 - 40ºC
- Ngồi ra cịn yếu tố ảnh hưởng khác như : thành phần ion ,chất hữu cơ,liều lượng
3. Keo tụ bằng hợp chất cao phân tử,hợp chất polyme:
Một số chất trợ lắng thường gặp 1. PAM
PAM là chất keo tụ dạng polyme tan trong nước được sử dụng để trợ lắng làm trong nước
cấp và nước thải.
PAM được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp như: Lọc dầu, kim loại, dệt nhuộm, sản xuất giấy và xử lý nước bảo vệ mơi trường.
Lựa chọn loại PAM thích hợp cho mơi trường nước khác nhau, cụ thể là:
PAM Anionic thích hợp cho xử lý nước thải cĩ mức độ đục, hàm lượng ion kim loại cao mơi trường nước cĩ pH > 7
PAM Cationic thích hợp cho xử lý nước thải cĩ hàm lượng ion chất hữu cơ cao trong mơi trường nước cĩ pH < 7.
PAM Non-ionic thích hợp cho việc tách hỗn hợp ion chất hữu và vơ cơ.
PAM ion lưỡng tính được sử dụng khi nước thải rất khĩ xử lý, trong cơng nghiệp hố chất và sản xuất giấy.
2. PAC (Poly Aluminium chloride)
Là một polymer khơng ion, cĩ phân tử lượng cao.
Dạng bột cĩ màu nâu vàng, cĩ thể đựng trong chai hoặc can nhựa để bảo quản lâu dài.
Tỷ trọng: 0.55 ~ 0.75 g/cm3 pH hoạt tính 3.0 ~ 12.0
Khả năng tan trong nước: dễ tan, hồ tan hồn tồn
* Ứng dụng chính
SN-557S là chất trợ lắng cho quá trình kết lắng các loại bùn, rác, nước thải… 1. Trong quá trình khai thác mỏ (than đá, đồng, uran, vàng…)
2. Cơng nghiệp hố chất vơ cơ 3. Cơng nghiệp khai thác kim loại 4. Cặn bùn sét
5. Lọc a xít
3.Songfloc SA-307
Là một polymer anion, cĩ phân tử lượng cao.
Tỷ trọng đống 0.55 ~ 0.70 g/cm3 Khoảng pH hoạt động tốt: 4.0 ~ 12.0
Khả năng tan trong nước: dễ tan, hồ tan hồn tồn trong nước
* Ứng dụng chính
SA-307J là chất trợ lắng cho quá trình kết lắng các loại bùn, rác, nước thải... 1. Cơng nghiệp giấy
3. Cơng nghiệp hố chất (tạo màu, nhuộm…) 4. Cơng nghiệp thực phẩm
5. Cơng nghiệp da
Ưu điểm
Kinh tế - sử dụng liều lượng thấp
Hoạt động trong mơi trường acid cũng như bazơ Khơng làm thay đổi giá trị pH
Loại bỏ hoặc giảm bớt việc sử dụng muối vơ cơ Hiệu quả trong việc loại bỏ chất rắn
Dễ hịa tan trong nước
Sản phẩm dạng bột, cần ít diện tích kho trữ