Có nhiều phương pháp để xử lý nước thải, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, có thể sử dụng riêng rẽ từng phương pháp hoặc kết hợp một số phương pháp trong từng công đoạn của quá trình xử lý. Trong công nghiệp giấy phương pháp keo tụ điện hóa là một trong những phương pháp đang được nghiên cứu sử dụng để có thể xử lý nước thải mang lại hiệu quả cao.
Trong phạm vi đồ án này nghiên cứu phương pháp điện hóa xử lý nước thải nhà máy giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân.
Bằng phương pháp điện hóa thực hiện các quá trình điện phân để xử lý nước thải. Phương pháp này thực hiện phản ứng điện cực oxy hóa khử các chất có trong nước thải bằng dòng điện một chiều bên ngoài. Mỗi loại nước thải cần có phương pháp xử lý thích hợp.
Khi có dòng điện một chiều đi qua hệ thống điện hóa thì: Trên catôt sẽ xảy ra quá trình nhận electron và thực hiện phản ứng khử, trên anốt sẽ xảy ra quá trình nhường electron và thực hiện phản ứng oxi hóa.
Quá trình điện hóa được nghiên cứu ứng dụng để xử lý môi trường làm sạch nước và nước thải. Với nguyên lý: chuyển các chất bẩn có hại thành không có hại bằng phản ứng điện cực trên anốt hoặc catốt hoặc nhờ phản ứng của các chất đó với sản phẩm sơ cấp của quá trình điện cực.
Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra quá trình điện hóa nhờ hiện tượng phóng điện của các hạt mang điện trên các điện cực, tạo thành trong dung dịch các chất có khả năng phá vỡ các muối solvat (clo, oxy) trên bề mặt hạt.
Khi sử dụng các anốt hòa tan bằng nhôm hoặc thép có thể làm sạch các tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao. Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan của các kim loại, các cation sắt hoặc nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hyđrôxyl tạo thành hyđrôxyt của các kim loại đó ở dạng bông và xảy ra quá trình đông tụ.
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 33 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Phương pháp keo tụ điện hóa là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải. Keo tụ điện với anốt tan là một phương pháp tạo ra các chất keo tụ như Al(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3,… gây keo tụ, hình thành các bông keo có khả năng keo tụ nhiều chất hữu cơ, chất màu trong dung dịch. Bên cạnh đó khí H2, O2, thoát ra ở hai điện cực catốt và anốt làm tuyển nổi, khuấy trộn dung dịch tăng thêm hiệu quả xử lý. Các hạt keo đã hấp phụ các chất màu, chất hữu cơ, các tạp chất khác trong dung dịch dưới tác dụng của tuyển nổi sẽ nổi lên trên mặt dung dịch hoặc lắng xuống đáy bình [9].
Thực chất quá trình lắng keo tụ là quá trình giảm thế ξ dựa vào sự hoạt động của các chất đông tụ, đó là các chất khi tan trong nước có khả năng thủy phân tạo kết tủa hydroxit tạo thành các hạt keo dương, các hạt keo dương này tương tác tĩnh điện với các hạt keo âm có sẵn trong nước thải, phá trạng thái bền của hệ tạo thành các hạt có kích thước, trọng lượng lớn hơn và dễ dàng lắng xuống. Để tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian làm việc của hệ thống lắng người ta thường bổ sung thêm chất trợ lắng, các chất này có cấu trúc là các cao phân tử với các nhóm chức khác nhau.
Chất keo tụ thường dùng là muối của nhôm và sắt hoặc các dạng tồn tại khác của chúng. Hoạt động của các chất keo tụ theo nguyên tắc sau: Khi cho vào nước chúng phân ly thành các ion dương có hóa trị khác nhau +3, +2 các ion này một mặt hấp phụ lên bề hạt keo làm giảm thế ξ mặt khác chúng thủy phân tạo thành các hydroxit không tan tích điện dương Me(OH)nm+, các mầm hidroxit này hấp phụ các ion tích điện trái dấu trong dung dịch tạo thành các hạt mixen dương theo cơ chế:
Me3+ + H2O → Me(OH)2+ ↓ + H+ (1.6) Me(OH)2+ + H2O → Me(OH)2+ ↓ + H+ (1.7) Me(OH)2+ + H2O → Me(OH)3 ↓ + H+ (1.8) Khi có dòng điện một chiều đi qua dung dịch trên anốt, catốt xảy ra các phản ứng sau:
Ở anốt:
* Hòa tan nhôm: Al – 3e → Al3+ (1.9) * Thoát oxy:
Sinh viên: Hoàng Tuấn Anh 34 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm ở pH < 7,0: 2H2O – 4e → O2 + 4H+ (1.10) ở pH > 7,0: 4OH- - 4e → O2 + 2H2O (1.11) Ở catốt: * Ở pH < 7.0: 2H+ + 2e → H2 (1.12) * Ở pH > 7,0: H2O + 2e → H2 + 2OH- (1.13) Khi dùng điện cực anốt nhôm ion Al3+ vừa mới hình thành trên lớp dung dịch sát anode nhôm, chúng tham gia các phản ứng thủy phân [11]:
pH < 4,0: Al3+ bị hydrat hóa chuyển thành Al3+.6H2O pH = 5,7 ÷ 8,0 các phản ứng thủy phân xảy ra như sau:
Al3+ + H2O → Al(OH)2+ + H+ (1.14) Al3+ + 2H2O → Al(OH)2+ + 2H+ (1.15) 2Al3+ + 2H2O → Al2(OH)24+ + 2H+ (1.16) Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ (1.17) 3Al3+ + 4H2O → Al3(OH)45+ + 4H+ (1.18) Al3+ + 4H2O → Al(OH)4 + 4H+ (1.20) Quá trình thủy phân cứ tiếp tục:
Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)2+ + H+ (1.21) Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)3 + H+ (1.22) Al(OH)3 + H2O → Al(OH)4- + H+ (1.23) Các hạt mang điện này trên đường chuyển về cực đối chúng tiếp tục bị thủy phân, tạo thành các sản phẩm phức đa nhân và sản phẩm cuối cùng là Al(OH)3. Dạng hydroxo Al tồn tại một cân bằng với Al(OH)3 và có độ hòa tan phụ thuộc pH. Ở pH < 5,5 các phức nhôm hydroxo tích điện dương Al(OH)2+, Al(OH)2+ (chiếm 95%). Ở pH: 6,0 ÷ 9,0 thì Al(OH)3 tạo ra nhiều nhất. Khi pH > 10,0 thì Al(OH)4- có hàm lượng lớn nhất [4,11].
