IV.1.
Phƣơng pháp luận:
Mục đích của quá trình keo tụ là xác định pH tối ưu, liều lượng phèn tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông để hổ trợ cho quá trình khử màu, chất rắn lơ lửng.
Keo tụ là quá trình làm cho các hạt cặn phân tán trong nước, tạo thành dạng bông dễ lắng. Trong quá trình keo tụ lượng chất lơ lửng, mùi, màu sẽ giảm xuống. Ngoài ra các chất như silicát, hydratcacbon, chất béo, màu mỡ và lượng lớn vi trùng bị loại bỏ.
Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hoá chất là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ tạo thành các hạt lớn hơn và lắng xuống. Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xẩy ra 2 giai đoạn sau:
Bản thân chất keo tụ phát sinh thuỷ phân, quá trình hình thành dung dịch keo và ngưng tụ.
Trung hoà 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 nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các phèn này được đưa vào nước dưới dạng hoà tan.
Khi cho phèn nhôm vào nước chúng phân ly thành các ion Al3+ sau đó các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3 theo phương trình sau:
Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+
Trong phản ứng thuỷ phân trên thì ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến tính hiệu quả keo tụ tạo thành, còn giải phóng ra H+. Các ion H+ sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên trong nước( được đánh giá bằng HCO3). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ trung hoà ion H+ thì cần phải kiềm hoá nước.
Hàm lượng chất keo tụ đưa vào nước phải cần xác định bằng thực nghiệm. Liều lượng chất keo tụ dựa vào các yếu tố sau:
Dạng và nồng độ chất bẩn
Loại chất keo tụ
Ảnh hưởng của chất keo tụ đến quá trình làm sạch tiếp theo và quá trình xử lý cặn.
Hiệu suất quá trình keo tụ phụ thuộc vào giá trị pH. Để keo tụ bằng phèn nhôm, pH tối ưu từ 4.5- 8.0 hoặc nếu dùng phèn sắt( FeSO4) phải duy trì pH từ 9.0-11.
Để tạo bông cặn lớn dễ lắng người ta cho vào chất trợ keo tụ. Đó là chất cao phân tử tan trong nước và dễ phân ly thành ion. Tuỳ thuộc nhóm ion phân ly mà các chất trợ keo tụ các điện tích âm hoặc dương( loại anion, cation, nonion).
Việc chọn hoá chất, liều lượng tối ưu và thứ tự cho vào nước, xác định lượng cặn tạo thành phải được tiến hành thí nghiệm.
IV.2.
Cơ sở lý thuyết:
Nước dùng cho sinh hoạt và ăn uống để có thể đạt được tiêu chuẩn thì cần phải giải quyết hai vấn đề sau:
Loại được hầu hết các cặn bẩn trong nước.
Đảm bảo không chứa các loại vi sinh gây bệnh.
Quá trình keo tụ để loại bỏ cặn bẩn: cặn bẩn trong nước thiên nhiên thường là các hạt cát, sét, bùn, sinh vật phù du, sản phẩm phân huỷ các chất hưu cơ, …Ngoài các cặn lớn có thể loại bỏ cặn bằng cách lắng tĩnh điện, còn có các cặn bé tồn tại lơ lửng cần được xử lý.
Quá trình keo tụ phèn nhôm: khi cho phèn nhôm vào nước nó sẽ phân ly thành các ion hoà tan theo phương trình:
Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SO42-
Các kim loại mang điện tích dương một mặt tham gia vào quá trình trao đổi với các cation trong lớp điện tích kép của hạt keo tự nhiên mang điện tích âm, làm giảm thế điện động giúp cho các hạt keo dễ dàng liên kết với nhau bằng lực hút phân tử, tạo ra các bông cặn lắng, mặt khác các ion kim loại tự do lại kết hợp với các phân tử nước bằng phản ứng thuỷ phân.
Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+
Các phản ứng Hydroxit nhôm là các hạt keo dương, có khả năng cùng với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm tạo thành các lớp bông cặn, đồng thời các phân tử Hydroxit nhôm kết hợp với các anion có trong nước tạo ra các bông cặn có hoạt động bề mặt cao, các bông cặn này khi lắng sẽ hấp thu cuốn theo hạt keo, cặn bẩn, các chất
hữu cơ, …tồn tại ở trạng thái lơ lửng hoặc hoà tan trong nước, trong xử lý nước bằng keo tụ, loại bông cặn này chiếm đa số và có tính quyết định đến kết quả keo tụ.
Trong thực tế thuỷ phân phèn nhôm xẩy ra các giai đoạn sau:
Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + H+
Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+
Tốc độ thuỷ phân của phèn nhôm tăng khi pha loãng dung dịch hoặc khi tăng nhiệt độ hoặc được kiềm hoá dưới nước(pH).
Thực tế Al(OH)3 là những liên kết lưỡng tính đặc trưng trong môi trường axít ta có phản ứng: Al(OH)3 + 3H+ Al+ + 3H2O Al(OH)3 + OH- AlO2- + 2H2O K1 =
3 3 3 H OH Al Al K1 là hằng số cân bằng.Nồng độ các phân tử Al(OH)3 trong nước sau quá trình thuỷ phân các chất keo tụ là yếu tố quyết định hiệu quả keo tụ trong phản ứng thuỷ phân, do đó cần phải khử ion H+ để điều chỉnh pH, ion H+ được điều chỉnh bằng kiềm hoá vôi.
Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo bông.
