THẢI 2.1 Các thơng số vật lý
2.4.2 PHƯƠNG PHÁP HĨA LÝ
Bản chất của quá trình xử lý hĩa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hĩa học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đĩ để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hĩa học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hịa tan nhưng khơng độc hại hoặc gây ơ nhiễm mơi trường.
Các phương pháp hĩa lý được áp dụng để xử lý nước thải là đơng tụ, keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, trích li, chưng cất, cơ đặc, lọc ngược và siêu lọc, kết tinh, nhả hấp... Các phương pháp này được ứng dụng để loại ra khỏi nước thải các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng), các khí tan, các chất vơ cơ và hữu cơ hịa tan.
• Phương pháp đơng tụ và keo tụ
Quá trình lắng chỉ cĩ thể tách được các hạt rắn, huyền phù nhưng khơng thể tách được các chất nhiễm bẩn dưới dạng keo và hịa tan vì chúng là những hạt rắn cĩ kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đĩ một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lực địi hỏi trước hết cần trung hịa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Q trình trung hịa điện tích thường gọi là quá trình đơng tụ, cịn quá trình tạo thành các bơng lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ
• Q trình đơng tụ
Trong đơng tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hịa điện tích. Hiệu quả đơng tụ phụ thuộc vào hĩa trị của ion, chất đơng tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt. Hĩa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đơng tụ càng cao.
Quá trình thủy phân các chất đơng tụ và tạo thành các bơng keo xảy ra theo các giai đoạn sau:
Me3+ + HOH = Me(OH)3 + 3H+
Liều lượng của chất đơng tụ tùy thuộc vào nồng độ tạp chất rắn trong nước thải
Các chất đơng tụ thường dùng là các muối nhơm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Việc chọn chất đơng tụ phụ thuộc thành phần, tính chất hĩa lý và giá thành của nĩ, nồng độ tạp chất trong nước, pH và giá thành phần muối của nước. Các muối nhơm được làm chất đơng tụ là Al2(SO4)3.28H2O; NaAlO2, Al2(OH)5Cl; KAl(SO4)2.12H2O và NH4Al(SO4)2.12H2O.
Trong số đĩ, sunfat nhơm được sử dụng rộng rãi nhất. Nĩ hoạt động hiệu quả khi pH = 5 - 7,5. Sunfat nhơm tan tốt trong nước và cĩ giá thành tương đối rẻ. Nĩ được sử dụng ở dạng khơ hoặc dạng dung dịch 50%. Quá trình tạo bơng đơng tụ của một số muối nhơm như sau:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3 ↓ + 3CaSO4 + 6CO2
Các muối sắt được dùng làm chất đơng tụ là Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.4H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3. Hiệu quả lắng trong cao hơn khi sử dụng dạng khơ hoặc dung dịch 10 - 15%. Các sunfat được dùng ở dạng bột. Liều lượng chất đơng tụ phụ thuộc pH của nước thải. Đối với Fe3+ pH từ 6 – 9, cịn đối với Fe2+ pH ≥ 9,5. Để kiềm hĩa nước thải phải dùng NaOH và Ca(OH)2 . Quá trình tạo bơng đơng tụ diễn ra theo phản ứng:
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 ↓ + 3HCl
Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3 ↓ + 3H2SO4 Khi kiềm hĩa :
2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 ↓ + 3CaCl2 Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 ↓ + 3CaSO4 Muối sắt cĩ ưu điểm so với muối nhơm:
- Hoạt động tốt ở nhiệt độ nước thấp. - Giá trị tối ưu pH trong khoảng rộng hơn. - Bơng bền và thơ hơn.
- Cĩ thể ứng dụng cho nước cĩ nồng độ muối rộng hơn. - Cĩ khả năng khử mùi và vị lạ do cĩ mặt của H2S. Tuy nhiên chúng cũng cĩ một số nhược điểm:
- Bề mặt các bơng ít phát triển hơn. - Tạo thành các phức nhuộm tan mạnh.
Ngồi các chất nêu trên cịn cĩ thể sử dụng các chất đơng tụ là các loại đất sét khác nhau, các chất thải sản xuất chứa nhơm, các hỗn hợp, dung dịch tẩy rửa, xỉ chứa dioxit silic.
• Q trình keo tụ
Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước. Khác với qua trình đơng tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra khơng chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà cịn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng.
Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bơng hydroxyt nhơm và sắt với mục đích tăng vận tốc lắng của chúng. Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giả chất đơng tụ, giảm thời gian đơng tụ và tăng vận tốc lắng.
Cơ chế làm việc của chất keo tụ dựa trên các hiện tượng sau: hấp phụ phân tử chất keo trên bề mặt hạt keo, tạo thành mạng lưới phân tử chất keo tụ. Sự dính lại của các hạt keo do lực đẩy Vanderwalls. Dưới tác động của chất keo tụ giữa các hạt keo tạo thành cấu trúc 3 chiều, cĩ thể tách nhanh và hồn tồn ra khỏi nước.
Chất keo tụ thường dùng cĩ thể là hợp chât tự nhiên và tổng hợp chất keo tự nhiên là tinh bột, ete, xenlulo, dectrin (C6H10O5)n và dioxyt silic hoạt tính (xSiO2.yH2O).
• Tuyển nổi
Tuyển nổi được ứng dụng để loại ra khỏi nước các tạp chất phân tán khơng tan và khĩ lắng. Trong nhiều trường hợp tuyển nổi cịn được sử dụng để tách chất hịa tan như các chất hoạt động bề mặt. Về nguyên tắc, tuyển nổi được dùng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học.
Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi là hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành khơng lớn, thiết bị đơn giản, vận tốc nổi lớn hơn vận tốc lắng, cĩ thể thu cặn với độ ẩm nhỏ (90 - 95%), hiệu quả xử lý cao (95 - 98%), cĩ thể thu hồi tạp chất. Tuyển nổi kèm theo sự thơng khí nước thải, giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và các chất dễ bị oxi hĩa.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là khơng khí) vào pha lỏng. Các khí đĩ kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bĩng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đĩ chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Hiệu suất của q trình tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bọt khí. Kích thước tối ưu của chúng nằm trong khoảng 15 - 30µm. Trong q trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí cĩ ý nghĩa quan trọng. Để đạt được mục đích này, đơi khi người ta bổ sung vào nước các chất tạo bọt cĩ tác dụng làm giảm năng lượng bề mặt phân pha như dầu bạch dương, phenol, natri ankylsilicat, cresol…
Tùy thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu, quá trình tuyển nổi sẽ đạt hiệu
suất cao đối với các hạt cĩ kích thước từ 0,2 – 1,5mm. Điều kiện tốt nhất để tách
các hạt trong quá trình tuyển nổi là khi tỷ số giữa lượng pha khí và pha rắn Gk/Gr =
0,01 ÷ 0,1.
hình 3.2 Thiết bị tuyển nổi • Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hịa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải cĩ chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đĩ. Những chất này khơng phân hủy bằng con đường sinh học và thường cĩ độc tính cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ khơng lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả.
Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
- Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải đến bề mặt hạt hấp phụ (vùng khuếch tán ngồi)
- Thực hiện quá trình hấp phụ
- Di chuyển chất bên trong hạt chất hấp phụ (vùng khuếch tán trong)
Ngưới ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khống chất như đất sét, silicagen, keo nhơm…
Khi trộn chất hấp phụ với nước người ta sử dụng than hoạt tính ở dạng hạt 0,1mm và nhỏ hơn. Q trình tiến hành trong một hoặc nhiều bậc.
Hấp phụ một bậc được ứng dụng khi chất hấp phụ rất rẻ hoặc là chất thải của sản xuất. Quá trình hấp phụ nhiều bậc đạt hiệu quả cao hơn. Khi đĩ ở bậc một người ta chỉ sử dụng lượng than cần thiết để giảm nồng độ chất ơ nhiễm từ C0 đến C1, sau
đĩ than được tách ra bằng lắng, cịn nước thải đi vào bậc hai để được tiếp tục xử lý bằng than mới.
