LẮNG BẰNG MƠ HÌNH JARTET VÀ MƠ HÌNH LẮNG
3.1.2. Cơ sở lý thuyết.
Xử lý bắng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hố chất là chất keo tụ cĩ thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thơng thường quá trình tạo bơng xảy ra theo 2 giai đoạn sau:
- Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ.
- Trung hồ hấp phụ lọc các tạp chất trong nước.
Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như phèn nhơm Al2 (SO4), phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các phèn này được đưa vào nước dưới dạng hồ tan.
Khi cho phèn nhơm vào nước, chúng phân ly thành các ion Al3+ sau đĩ các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3 .
Al3+ + 3 H2O = Al(OH)3 + H+
Trong phản ứng thuỷ phân trên đây, ngồi Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành, cịn giải phĩng ra các ion H+ . Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-) . Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, khơng đủ để trung hịa ion H+ thì cần phải kiềm hố nước. Chất dùng để kiềm hố thơng dụng nhất là vơi (CaO) . Một số trường hợp khác cĩ thể dùng Na2CO3, hay NaOH.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bơng:
* Trị số pH của nước
Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2 (SO4) vào, trị số pH của nĩ bị giảm thấp, vì Al2 (SO4) là một loại gồm một loại muối axit mạnh bazơ yếu. Sự thuỷ phân của nĩ cĩ thể tăng tính axit của nước. Đối với hiệu quả keo tụ cĩ ảnh hưởng, chủ yếu là trị số pH của nước sau khi cho phèn vào. Cho nên trị số pH dưới đây đều là trị số pH của nước sau khi cho phèn vào.
Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ.
- Aûnh hưởng của pH đối với độ hồ tan nhơm hydroxit . Nĩ là một hydroxit điển hình. Trị số pH của nước quá cao hoặc quá thấp đều đủ làm cho nĩ hồ tan, khiến hàm lượng nhơm dư trong nước tăng thêm .
Khi pH < 5,5: Al(OH)3 cĩ tác dụng rõ ràng như một chất kiềm, làm cho hàm lượng Al3+ trong nước tăng nhiều như phản ứng ( 3 – 5).
Al(OH) 3 + 3 H+ → Al3+ + 3 H2O ( 3 – 5).
Khi 9 > pH > 7,5: Al( OH) 3 cĩ tác dụng như một axit làm cho gốc AlO2 trong nước xuất hiện phản ứng sau:
Al(OH) 3 + OH- → AlO2 + 2 H2O
Khi pH > 9, độ hồ tan của Al( OH) 3 nhanh chĩng tăng lớn sau cùng thành dung dịch muối nhơm.
Khi trong nước cĩ SO4, trong phạm vi pH = 5,5 - 7 trong vật kết tủa cĩ muối sunfat kiềm rất ít hồ tan. Trong phạm vi này, khi trị số pH biến đổi cao muối sunfat kiềm ở hình thái Al(OH)4SO4 khi pH biến đổi thấp ở dạng Al(OH)SO4.
Tĩm lại trong phạm vi pH từ 5,5 đến 7 lượng nhơm dư trong nước đều rất nhỏ .
- Ảnh hưởng của pH đến điện tích của hạt keo nhơm hyroxit. Điện tích của hạt keo trong dung dịch nước cĩ quan hệ đến thành phần của ion trong nước, đặt
biệt là nồng độ ion H+. Cho nên trị số pH đối với tính mang điện của hạt keo cĩ ảnh hưởng rất lớn. Khi 5 < pH < 8 nĩ mang điện dương, cấu tạo của đám keo này do sự phân hủy của nhơm sunfat mà hình thành. Khi pH < 5 vì hấp thụ SO4 mà mang điện tích âm, khi pH = 8, nĩ tồn tại ở trạng thái hydroxit trung tính, vì thế mà dễ dàng kết tủa nhất.
- Aûnh hưởng cuả pH đối với chất hữu cơ trong nước. Chất hữu cơ trong nước như chất hữu cơ bị thối rửa, khi pH thấp, dung dịch keo của axit humic mang điện tích âm. Lúc này dễ dàng dùng chất keo tụ khử đi. Khi pH cao nĩ trở thành muối axit humic dễ tan. Vì thế mà hiệu quả khử đi tương đối kém. Dùng muối nhơm khử loại này, thích hợp nhất ở pH = 6 - 6,5.
- Aûnh hưởng pH đến tốc độ keo tụ dung dịch keo. Tốc độ keo tụ dung dịch keo và điện thế cuả nĩ cĩ quan hệ. Trị số điện thế càng nhỏ, lực đẩy giữa các hạt càng yếu, vì vậy tốc độ keo tụ càng nhanh. Khi điện thế bằng 0 nghĩa là đạt đến điểm đẳng điện. Tốc độ keo tụ cuả nĩ lớn nhất.
Dung dịch keo này hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế cuả nĩ và điểm đẳng điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH cuả nước. Nhơm hydroxit và các chất humic, đất sét hợp thành dung dịch keo trong nước thiên nhiên đều là lưỡng tính, cho nên pH là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ.
Từ một số nguyên nhân trên, đối với một loại nước cụ thể thì khơng cĩ phương pháp tính tốn trị số pH tối ưu mà chỉ xác định thực nghiệm. Chất lượng nước khác nhau, trị số pH tối ưu khác nhau, nghĩa là cũng một nguồn nước, các mùa khác nhau, trị số pH tối ưu cĩ thể thay đổi.
Khi dùng muối nhơm làm chất keo tụ, trị số pH tối ưu nằm trong giới hạn 6,6 ≈ 7,5. Quy luật nĩi chung là khi lượng chất keo tụ cho vào tương đối ít, dung dịch keo tự nhiên trong nước chủ yếu là dựa vào qúa trình keo tụ của bản thân nĩ mà tách ra, nên dùng pH tương đối là thích hợp, vì khi điện tích dương cuả dung dịch keo nhơm hydroxit tương đối lớn. Như vậy rất cĩ lợi để trung hồ điện tích
âm cuả dung dịch keo tự nhiên, giảm thấp điện thế cuả nĩ. Khi lượng phèn cho vào tương đối nhiều. chủ yếu là làm cho dung dịch nhơm hydroxit cuả bản thân chất keo tụ hình thành keo tụ càng tốt. Để khử đi vật huyền phù và dung dịch keo tự nhiên cĩ trong nước, làø dựa vào tác dụng hấp phụ dung dịch keo nhơm hydroxit, cho nên pH gần bằng 8 là thích hợp nhất, vì nhơm hydroxit dễ kết tủa xuống.
Nếu độ kiềm cuả nước nguồn quá thấp sẽ khơng đủ để khử tính axit do chất keo tụ thuỷ phân sinh ra. Kết quả làm cho trị số pH cuả nước sau khi cho phèn vào qúa thấp. Ta cĩ thể dùng biện pháp cho kiềm vào để điều chỉnh trị số pH cuả nước ra.
Nĩi chung kiềm cho vào nước cĩ thể dùng sút (NaOH), kali hydroxit (KOH), natri cacbonat, hay canxi hydroxit (Ca(OH)2) .
* Lượng dùng chất keo tụ
Quá trình keo tụ khơng phải là một loại phản ứng hố học đơn thuần, nên lượng phèn cho vào khơng thể căn cứ vào tính tốn để xác định. Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên mơn để tìm ra lượng phèn cho vào tối ưu.
Lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nĩi chung là 0,1 ∼ 0,5 mgđ/l, nếu dùng Al2(SO4).18 H2O thì tương đương 10 ∼ 50mg/l. Nĩi chung vật huyền phù trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết càng lớn. Cũng cĩ thể chất hữu cơ trong nước tương đối ít mà lượng keo tụ tương đối nhiều.
* Nhiệt độ nước
Khi dùng muối nhơm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh huởng lớn đến hiệu quả keo tụ. Khi nhiệt độ nước rất thấp (thấp hơn 50C), bơng phèn sinh ra to và xốp, chứa phần nước nhiều, lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém.
Khi dùng nhơm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước thấp nhất là: 25 – 300C.
Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng cuả nhiệt độ nước đối với hiệu quả keo tụ khơng lớn.
* Tốc độ hỗn hợp cuả nước và chất keo tụ:
Quan hệ tốc độ hổn hợp cuả nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồng
đều cuả chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là một nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến qúa trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm. Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân cuả chất keo tụ trong nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mới cĩ khả năng sinh thành lượng lớn keo hydroxit hạt nhỏ làm cho nĩ nhanh chĩng khuếch tán đến những nơi trong nước kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng. Sau khi hỗn hợp hình thành bơng và lớn lên, khơng nên khuấy qúa nhanh khơng những bơng phèn cĩ thể đánh vỡ đám bơng phèn đã hình thành.
* Tạp chất trong nước:
Nếu cho các ion trái dấu vào dung dịch nước cĩ thể khiến dung dịch keo tụ. Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Khi dùng Al2(SO4)3 làm chất keo tụ, dung dịch keo Al(OH)3 sinh thành thường mang điện tích dương nên ảnh hưởng của tạp chất trong nước đến quá trình keo tụ dung dịch keo chủ yếu là anion
* Mơi chất tiếp xúc:
Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hồn tồn, làm cho tốc độ kết tủa nhanh thêm. Lớp cặn bùn đĩ cĩ tác dụng làm mơi chất tiếp xúc, trên bề mặt cuả nĩ cĩ tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng cuả các hạt cặn bùn đĩ như những hạt nhân kết tinh. Cho nên hiện nay thiết bị dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác, phần lớn thiết kế cĩ lớp cặn bùn.
Rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ. Để tìm ra điều kiện tối ưu để xử lý bằng keo tụ, khi thiết kế thiết bị hoặc điều chỉnh vận hành, cĩ thể trước tiên tiến hành thí nghiệm mẫu ở phịng thí nghiệm bằng thiết bị Jartest .
3.1.3. Mơ hình
Hình 3.1 Mơ hình thiết bị Jartest
Thiết bị gồm 6 cánh khuấy quay cùng tốc độ, tốc độ quay cĩ thể điều chỉnh được ở dãy 10 ÷ 150 vịng/phút. Cánh khuấy cĩ dạng turbine gồm 2 bảng phẳng nằm cùng một mặt phẳng thẳng đứng. Cánh khuấy đặt trong 6 beakers dung tích 1 lít chứa cùng một mẫu nước thơ trong một đợt thí nghiệm.