d. Phạm vi và phương phỏp nghiờn cứu
2.1.4.Động học của quỏ trỡnh keo tụ
2.1.4.1. Cỏc giai đoạn của quỏ trỡnh keo tụ
Quỏ trỡnh keo tụ cỏc chất cặn bẩn trong nước bằng phốn xảy ra qua cỏc giai đoạn sau:
− Pha trộn cỏc chất keo tụ với nước
− Thuỷ phõn phốn đồng thời phỏ vỡ độ bền vững của hệ keo tự nhiờn.
− Hỡnh thành bụng cặn
Về thực chất ba giai đoạn này xảy ra liờn tục và gần như đồng thời. Với cỏc phương phỏp keo tụ khỏc nhau, sự khỏc biệt cú tớnh chất đặc trưng chủ yếu là ở hai giai đoạn đầu của quỏ trỡnh keo tụ. Khi cho hoỏ chất vào nước, quỏ trỡnh thuỷ phõn, hấp thụ và trao đổi ion của lớp điện tớch kộp diễn ra rất nhanh chúng (gần như tức thời) và phụ thuộc vào điều kiện mụi trường phản ứng như loại hoỏ chất sử dụng, độ pH của nước, nồng độ và tớnh chất của cặn tự nhiờn v.v... Đồng thời, hệ keo mới hỡnh thành cũng cú những tớnh chất hoàn toàn khỏc nhau. Do tốc độ phản ứng nhanh, nờn quỏ trỡnh hoà trộn phải được thực hiện rất nhanh với hiệu quả cao, thực hiện bằng việc đưa cỏc phần tử hoỏ chất phõn tỏn đều trong toàn bộ khối nước trước khi quỏ trỡnh thuỷ phõn xảy ra. Theo kết quả nghiờn cứu, hằng số tốc độ thuỷ phõn của anion và cation trong khoảng 10-10s, thời gian liờn kết cỏc sản phẩm thuỷ phõn kộo dài 10-3-10-2s, và thời gian hấp thụ trao đổi ion với cỏc hạt keo tự nhiờn mất khoảng 10-4s. Sau đú bắt đầu quỏ trỡnh hỡnh thành cỏc bụng cặn, hiệu quả của giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào số lượng va chạm của cỏc
hạt cặn. Dưới tỏc động của sự chuyển động nhiệt, cỏc hạt cặn bộ va chạm và dớnh kết với nhau tạo thành cỏc bụng cặn cú kớch thước lớn dần lờn cho đến khi chỳng khụng cũn tham gia vào quỏ trỡnh chuyển động nhiệt. Đến đõy muốn cho hiệu quả keo tụ cao hơn nữa cần tạo điều kiện cho cỏc bụng cặn tiếp tục chuyển động và va chạm nhau. Như vậy giai đoạn hỡnh thành cỏc bụng cặn là khõu cuối cựng cú tớnh chất quyết định đến hiệu quả của toàn bộ cỏc quỏ trỡnh keo tụ bẩn.
Thực nghiệm đó chứng minh rằng, để tạo ra bụng cặn cú kớch thước lớn và cú khả năng lắng cao thỡ quỏ trỡnh keo tụ bằng khuấy trộn dũng nước cú tỏc động lớn hơn rất nhiều lần quỏ trỡnh keo tụ do chuyển động nhiệt và vỡ thế nú đúng vai trũ chủ yếu trong quỏ trỡnh keo tụ.
2.1.4.2. Giới hạn bền vững bụng cặn trong quỏ trỡnh keo tụ khuấy trộn
Quỏ trỡnh keo tụ nước bằng phốn trong cỏc cụng trỡnh xử lý nước cú những đặc điểm sau :
− Cỏc hạt cặn bẩn và cỏc hạt keo tạo ra do thuỷ phõn phốn cựng tham gia vào quỏ trỡnh keo tụ .
− Tốc độ tạo ra bụng cặn là hàm số của tốc độ phản ứng hoỏ học và cường độ khuấy trộn.
− Kớch thước của bụng cặn được tạo thành lớn hơn hàng nghỡn lần so với hạt cặn tự nhiờn.
− Bụng cặn tạo ra do quỏ trỡnh keo tụ cú cỏc tớnh chất vật lý và kớch thước hỡnh học khỏc xa bụng cạn lý tưởng mà ta xột ở trờn
Vỡ vậy, muốn thu được cỏc số liệu đỳng đắn để thiết kế và quản lý cỏc cụng trỡnh keo tụ nước phải xột đến toàn bộ cỏc yếu tố trờn.
Dựa vào cỏc phương phỏp toỏn học, rỳt ra được cụng thức:
0.C .G0 t t 0 n e n −α π = [2-14] Trong đú
+ n0 : Nồng độ ban đầu của hạt
+ nt = (no - nx) : Nồng độ hạt tại thời điểm t
+ α0 : Hệ số hiệu quả tương tỏc (va chạm)
+ C0 : Nồng độ thể tớch bụng cặn trong nước
Từ phương trỡnh trờn, nhà bỏc học Camp đó rỳt ra kết luận: hiệu quả của quỏ trỡnh keo tụ được đặc trưng bằng chuẩn số khụng thức nguyờn Gt (chuẩn số Camp). Một số tỏc giả nghiờn cứu khỏc đề nghị dựng giỏ trị C0Gt làm chuẩn số đỏnh giỏ hiệu quả của quỏ trỡnh keo tụ, vỡ trong thực tế xử lý nước, chuẩn số Gt dao động trong một khoảng rất lớn đối với cỏc nguồn nước khỏc nhau nờn khụng thể cú một giỏ trị Gt cho mọi trường hợp.
Trong thực tế, việc xỏc định hiệu quả va chạm αo trong phương trỡnh là khụng thực hiện được. Đồng thời khụng thể căn cứ vào giỏ trị của nú để tỡm ra giỏ trị tối ưu của cỏc thụng số keo tụ như độ pH, độ kiềm, nhiệt độ, thành phần ion của nước v.v... Cũn ảnh hưởng của nồng độ cặn n1, liều lượng phốn sử dụng a đặc trưng bằng nồng độ thể tớch của bụng cặn Co cũng khụng xỏc định trực tiếp được. Theo (2.1) hiệu quả của quỏ trỡnh keo tụ tăng tỷ lệ thuận với cường độ khuấy trộn G và thời gian khuấy trộn t. Nhưng (2.1) khụng cho phộp xỏc định được giỏ trị tối ưu của cỏc chỉ số G và t . Điều này mõu thuẫn hoàn toàn với thực tế, vỡ mỗi quỏ trỡnh keo tụ cú hiệu quả đều tương ứng với một giỏ trị tối ưu nào đú của G. Nếu cường độ khuấy trộn nhỏ hơn giỏ trị này thỡ số lượng va chạm giữa cỏc hạt khụng đủ để keo tụ hoàn toàn cặn. Ngược lại nếu cường độ khuấy trộn lớn hơn giỏ trị tối ưu sẽ gõy sự phỏ vỡ cỏc bụng cặn lớn. Mặt khỏc nếu thời gian khuấy trộn nhỏ thỡ tổng số va chạm khụng đủ cho toàn bộ cỏc hạt cặn dớnh kết với nhau, nếu lớn hơn quỏ sẽ gõy ra sự lặp đi lặp lại cỏc va chạm giữa bụng cặn và hạt cặn, làm độ hoạt tớnh bề mặt của bụng cặn giảm đi và hiệu quả dớnh kết giảm.
Sau khi phõn tớch, đỏnh giỏ nhiều mụ hỡnh toỏn học thể hiện quỏ trỡnh keo tụ theo nhiều chuyờn gia khỏc nhau, tỏc giả đi đến kết luận : Để tớnh toỏn hiệu quả của quỏ trỡnh keo tụ một cỏch chớnh xỏc và tin cậy, từ đú tỡm ra giỏ trị tối ưu của cỏc thụng số điều khiển, cần phải nghiờn cứu ảnh hưởng đồng thời của tổ hợp cỏc yếu tố cú tớnh chất quyết định đến hiệu qủa keo tụ, cụ thể phải tỡm được sự phụ thuộc của hàm số
Y = f(Mo, a, To, pH, Ki, G, t ) [2-15] Trong đú:
+ Mo : Hàm lượng cặn của nước nguồn (mg/l)
+ a : Lượng phốn cho vào nước ( mg/l)
+ To : Nhiệt độ của nước
+ Ki : Độ kiềm của nước nguồn (mg/l)
+ G : Cường độ khuấy trộn (s-1)
+ t : Thời gian khuấy trộn (s) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Y : Hiệu quả keo tụ
0 0 M m Y .100% M −