2. PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ
1.3. Đông tụ và keo tụ 1 Đông tụ
1.3.1. Đông tụ
Hỗn hợp phân tán nhỏ được loại ra khỏi nước bằng phương pháp đông tụ. Đông tụ là phương pháp xử lý nước bằng tác chất nhằm hình thành các phân tử lớn từ các phân tử nhỏ. Phần tử các chất đục mang điện tích âm. Việc loại các chất này nhờ các chất đông tụ là tạo thành muối từ các chất kiềm và axit yếu. Chất đông tụ trong nước tạo thành các bông hydroxit kim loại, lắng nhanh trong trường trọng lực. Các bông này có khả năng hút các hạt keo và hạt lơ lửng kết hợp với chúng. Các chất này tham gia vào phản ứng trao đổi với ion nước và hình thành các tạp chất có phối trí phức tạp (trang 51, [11]).
Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau:
Me3+ + HOH Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + HOH Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + HOH Me(OH)3 + H+
⇨Me3+ + 3HOH Me(OH)3 + H+
(trang 120,[4]) Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối nhôm hoặc muối sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Đây là hai loại hóa chất rất thông dụng trong xử lý nước cấp nhất là xử lý nước sinh hoạt (trang 138, [5]).
Các muối nhôm gồm có: Al2(SO4)3.18H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, NaAlO2. Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O. Trong đó được sử dụng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3 vì Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp, hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH= 5 ÷ 7,5 (trang 121, [4]).
Trong phần lớn các trường hợp, người ta dùng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỉ lệ (10:1) ÷ (20:1). Phản ứng xảy ra như sau:
Việc sử dụng hỗn hợp này cho phép tăng hiệu quả của quá trình làm trong nước, tăng khối lượng và tốc độ lắng của các bông keo tụ, mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường.
Al2(OH)5Cl có độ axit thấp dùng làm sạch nước có độ kiềm yếu nhờ phản ứng:
Al2(OH)5Cl + Ca(HCO3)3 4Al(OH)3+ CaCl2 + 2CO2
Các muối sắt Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3
cũng thường được dùng làm chất đông tụ (trang 121, [4]). Dùng FeCl3 để loại photphat:
Fe3Cl3 + 6H2O + PO43- FePO4 + 3Cl- + 6H2O Tạo bông keo qua phản ứng:
FeCl3 + 6H2O Fe(OH)3 + 3HCl Fe2(SO4)3 + 6H2O 2Fe(OH)3+ 3H2SO4
Các muối sắt thường được dùng làm chất đông tụ vì có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do:
Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp
Có khoảng pH tối ưu của môi trường rộng hơn.
Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối.
Có thể khử được mùi khi có H2S
Nhưng các muối sắt có nhược điểm là chúng tạo thành các phức hòa tan nhuộm màu qua phản ứng của các cation sắt với một số chất hữu cơ (trang 285, [4]).
Trong quá trình tạo bông keo của hiđroxit nhôm hoặc sắt, người ta thường thêm các chất trợ đông như: tinh bột, các ete, xenlulozơ,…, với liều lượng 1 - 5mg/l, hay chất trợ đông tụ tổng hợp nhất là polyarylamit nhằm giảm liều lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ và nâng cao tốc độ lắng
1.3.2. Keo tụ
Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vào nước. Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng.
● Keo tụ điện hóa:
Keo tụ không có tác chất hay keo tụ điện hóa diễn ra bằng cách dẫn nước qua các tấm nhôm được xếp cách nhau 10 - 20 mm. Bản chất của quá trình là hòa tan anot của các tấm nhôm được nối lần lượt với các cực dương và cực âm của nguồn điện có cường độ cao và hiệu điện thế thấp. Khi đó ion nhôm sẽ chuyển vào nước và tạo thành hydroxit.
Ưu điểm của quá trình này là hình thành và lắng nhanh các sợi bông dai và không cần điều chỉnh pH.
Nhược điểm của nó là chi phí điện năng cao. Phương pháp này có thể được dùng để xử lý nước phù sa.
1.4. Tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước. Sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Thực chất đây là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt. Ngoài ra, quá trình này còn để tách các chất hòa tan như các hoạt động bề mặt (trang 100, [2]).
Trong công nghiệp, tuyển nổi được áp dụng để xử lý chất khoáng, tái sinh nguyên liệu từ nước rửa, làm sạch nước thải, xử lý bùn và thu hồi khoáng sản quí. Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông, đặc biệt là đối với chất mùn và tảo sau quá trình keo tụ tạo bông được tách ra khỏi nước bằng tuyển nổi (trang 85, [5]).
Phương pháp này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên trên mặt nước. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều hạt bẩn (trang 100, [2]).
Tuyển nổi bọt nhằm tách các hạt lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hòa tan ra khỏi pha lỏng. Kĩ thuật này có thể dùng cho xử lý nước thải
chế biến thịt, v.v… (trang 100, [2]).
Ngoài ra, tuyển nổi ion và phân tử là một phương pháp mới để tách các chất tan ra khỏi nước, được sử dụng trong những năm gần đây (trang 74, [3]).
Hiệu suất của phương pháp tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và số lượng bong bóng khí, kích thước các tạp chất trong nước thải. Kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15 ÷ 30µm, kích thước hạt tạp chất là 0,2 ÷ 1,5µm.
Có nhiều phương pháp tuyển nổi để xử lý nước thải như: Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dịch.
Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ giới. Tuyển nổi nhờ các tấm xốp.
Tuyển nổi bằng phương pháp tách phân đoạn bọt. Tuyển nổi hóa học, sinh học và ion.
Tuyển nổi điện.