III. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY GIẤY
1. Phương pháp xử lý nước thải nói chung
1.2. Các phương pháp hóa lý
- Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10−4 mm thường không thể tự lắng mà tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn này phải sử dụng biện pháp cơ học kết hợp biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ
SV: PHẠM THỊ KIM ANH_20112768_KTHH1_ĐHBK Hà Nội Trang 38 lửng trong nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Các bông cặn mới sẽ dễ dàng lắng xuống dưới bể lắng.
- Để thực hiên quá trình keo tụ, người ta thường cho vào trong nước các chất keo tụ thích hợp như: phèn nhôm 𝐴𝑙2(𝑆𝑂4)3, phèn sắt 𝐹𝑒𝑆𝑂4, 𝐹𝑒2(𝑆𝑂4)3 hoặc 𝐹𝑒𝐶𝑙3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan.
Phèn nhôm: cho vào nước chúng phân ly thành Al3+ → Al(OH)3 Al3++ 3H2O Al(OH)3 + 3H+
Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân:
- pH > 4.5 : không xảy ra quá trình thuỷ phân.
- pH = 5.5 – 7.5 : đạt tốt nhất.
- pH > 7.5 : hiệu quả keo tụ không tốt.
Nhiệt độ của nước thích hợp vào khoảng 20-40oC, tốt nhất 35-40oC.
Ngoài ra các yếu tố ảnh hưởng khác như : thành phần Ion, chất hữu cơ, liều lượng…
Phèn sắt: gồm sắt (II) và sắt (III):
Phèn Fe (II) : khi cho phèn sắt (II) vào nước thì Fe(II) sẽ bị thuỷ phân thành Fe(OH)2.
Fe2++ 2H2O Fe(OH)2 + 2H+ Trong nước có O2 tạo thành Fe(OH)3
- pH thích hợp là 8 – 9 => có kết hợp với vôi thì keo tụ tốt hơn.
- Phèn FeSO4 kỹ thuật chứa 47-53% FeSO4.
Phèn Fe (III):
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ Ảnh hưởng của độ pH
- Phản ứng xảy ra khi pH > 3.5.
- Hình thành lắng nhanh khi pH =5.5 - 6.5
So sánh phèn sắt và phèn nhôm:
- Độ hoà tan Fe(OH)3 < Al(OH)3 - Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1.5 Al(OH)3
SV: PHẠM THỊ KIM ANH_20112768_KTHH1_ĐHBK Hà Nội Trang 39 - Trọng lượng đối với Fe(OH)3 = 2.4; Al(OH)3 =3.6
- Keo sắt vẫn lắng khi nước có ít huyền phù.
- Lượng phèn FeCl3 dùng = 1/3 –1/2 phèn nhôm.
- Phèn sắt ăn mòn đường ống.
b) Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được xem là phương pháp ưu việt nhất. Sử dụng phương pháp này sẽ xử lý được triệt để, có thể loại bỏ hầu hết các chất vô cơ và hữu cơ, loại cả màu sắc lẫn mùi vị, không để lại ô nhiễm phụ sau xử lý, thu gom và kiểm soát hoàn toàn chất thải
- Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc 2 pha không hòa tan là pha rắn (chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng.
- Chất bị hấp phụ sẽ đi từ pha lỏng (hoặc pha khí) đến pha rắn cho đến khi nồng độ chất bị hấp thụ trong dung dịch đạt cân bằng.
- Các chất hấp phụ thường được sử dụng: than hoạt tính, tro, sỉ, mạt cưa, silicagen, keo nhôm.
Giới thiệu về than hoạt tính:
- Than hoạt tính là chất hấp phụ đầu bảng, có phổ sử dụng rất rộng. Nó có khả năng hấp phụ cả chất vô cơ lẫn hữu cơ, các chất phân cực và không phân cực, đặc biệt là các chất hữu cơ có phân tử lớn.
- Than hoạt tính khử màu, khử mùi rất tốt. Sau khi sử dụng có thể tái sinh.
- Than hoạt tính được dùng để :
Lọc nước uống hoặc nước công nghiệp với độ tinh khiết cao.
Xử lý nước thải công nghiệp khi nước thải nhà máy này không thể phâ hủy ngay bằng vi sinh vật được, hay trong đó có chứa chất hữu cơ độc hại.
Xử lý bậc III đối với nước thải đã qua xử lý nhưng vẫn còn các chất trơ với vi sinh vật, để giảm chỉ số COD xuống đến đạt tiêu chuẩn quy định.
Than hoạt tính có thể ở dạng bột hoặc hạt.
Than hạt thường có thêm các chất phụ gia và các chất kết dính lại được nén ép thành từng viên nên khả năng hấp phụ kém hơn than bột.
Than hạt chủ yếu được dùng như lớp lọc, có thể lọc ngược hoặc lọc xuôi. Khả năng hấp phụ của than hạt phụ thuộc rất nhiều vào thời gian lưu của nước qua bể lọc.
SV: PHẠM THỊ KIM ANH_20112768_KTHH1_ĐHBK Hà Nội Trang 40 c) Trao đổi ion
Phương pháp này dựa trên cơ sở lợi dụng khả năng có thể trao đổi ion của một số hợp chất cao phân tử thiên nhiên và nhân tạo gọi là ionit. Những hợp chất có khó khả năng trao đổi cation gọi là cationit, những hợp chất có khả năng trao đổi anion gọi là anionit.
Một cationit thường dùng để làm mềm nước (loại ion Ca2+, M2+) là zeolit có nguồn gốc tự nhiên, có thành phần là Na2Al2Si2O8.xH2O, ion Na ở trong mạng lưới tinh thể zeolit có khả năng di chuyển ra trong dung dịch nước nhường chỗ lại cho các ion Ca2+, Mg2+, Fe2+ có trong nước. Như vậy trong dung dịch nước chỉ còn ion Na+.
Bằng phương pháp nhân tạo, người ta đã chế ra các loại nhựa không tan trong nước nhưng khi có mặt trong dung dịch chúng có khả năng trao đổi cation, đó là các phân tử hữu cớ chứa nhóm axit, có công thức chung là RCOOH. Cơ chế trao đổi ion:
2RCOOH + CaSO4 Ca(RCOO)2 + H2SO4
2RCOOH + NaCl NaRCOO + HCl
Cũng bằng phương pháp nhân tạo, người ta đã chế ra một loại nhựa có khả năng trao đổi ion. Đó là các phân tử hữu cơ chứa nhóm bazơ, có công thức chung là RNH3OH. Cơ chế trao đổi ion :
RNH3OH + H2SO4 (RNH3)2SO4 + 2H2O RNH3OH + HCl RNH3Cl + H2O
Với việc lựa chọ những nhựa trao đổi ion thích hợp, người ta có thể loại hết tất cả các cation và anion có trong nước, làm cho nước trở nên tinh khiết
Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như Zn, Cu, Cr, Mn, Ni, Hg ... cũng như các hợp chất của As, P, 𝐶𝑁−, chất phóng xạ.
Thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm khử cứng và khử khoáng.
d) Tuyển nổi
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và hạt cặn nhỏ
SV: PHẠM THỊ KIM ANH_20112768_KTHH1_ĐHBK Hà Nội Trang 41 hơn khối lượng riêng của nước thì cặn sẽ theo bọt khí nổi lên mặt nước và ta có thể vớt các hạt cặn cùng với bọt khí ra.
e) Phương pháp điện hóa
Nước thải có thể làm sạch các tạp chất hòa tan hoặc phân tán nhờ tác dụng của dòng điện một chiều xảy ra quá trình oxi hóa ở điện cực dương (anot) và khử ở điện cực âm (catot).
Phương pháp điện hóa cho phép lấy ra từ nguồn nước thải các sản phẩm có giá trị bằng sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hóa, có thể không cần hoặc ít cần hóa chất thông thường.
Hiệu suất của phương pháp điện hóa được tính bằng các yếu tố như mật độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo dòng điện.
Điện phân dung dịch
Khi có 2 điện cực cùng nhúng trong một dung dịch và cho dòng điện một chiều đi qua, tại cực dương (anot) các ion âm sẽ cho electron nghĩa là xảy ra quá trình oxi hóa điện hóa; ngược lại tại cực âm (catot) các ion dương sẽ nhận electron, nghĩa là xảy ra phản ứng khử.
Sơ đồ bể điện phân
Quá trình điện phân đã được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua, sunfoxyanua, cac andehyt, hợp chất nitơ Trong quá trình oxi hóa điện hóa, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, NH3 và nước, hay tạo thành các
SV: PHẠM THỊ KIM ANH_20112768_KTHH1_ĐHBK Hà Nội Trang 42 chất đơn giản hơn và không độc hai có thể tách â bằng phương pháp khác. Dưới đây là ví dụ minh họa cho các quá trình xử lý điện hóa.
- Oxy hóa ở anot của xyanat xảy ra theo phản ứng sau:
CNO- + 2H2O → NH4+ + CO32-
- Hoặc oxy hóa đến mức tạo thành khí nitơ:
2CNO- + 4OH- - 6e → 2CO2 + N2 + 2H2O
- Trường hợp bổ sung thêm NaCl, khí clo được giải phóng ở anot sẽ oxy hóa xyanua:
2Cl- - 2e → Cl2
CN- + CL2 + 2OH- → CNO- + 2Cl- + H2O
2CNO- + 4OH- +3Cl2 → 2CO2 + N2 + 6Cl- + 2H2O - Sunfoxyanua được phân hủy theo phản ứng sau:
CNS- + 10OH- - 8e → CNO- + SO42- + 5H2O - Khử crom hóa trị VI (Cr2O72-):
Cr2O72- + 14H+ + 12e → 2Cr + 7H2O - Khử NH4NO3:
NH4NO3 + 2H+ + 2e → NH4NO2 + H2O NH4NO2 → N2 + 2H2O
- Có thể oxy hóa phenol nhờ oxy mới sinh ngay trong quá trình điện phân:
2H+ + 2e → H2
4OH- - 4e → 2H2O + O2
C6H5OH + 14O → 6CO2 + 3H2O
- Các hợp chất halogen hữu cơ độc hại sẽ được chuyển thành các hợp chất hữu cơ ít độc hại hơn khi không còn liên kết với halogen:
SV: PHẠM THỊ KIM ANH_20112768_KTHH1_ĐHBK Hà Nội Trang 43 RCL + 2e + H+ → R – H + Cl-
Đông tụ điện
Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra quá trình đông tụ do hiện tượng sinh điện và phóng điện của hạt mang điện trên các điện cực, phá vỡ điện cực solvat ( hiện tượng chất tan lien kết với phân tử nước) làm cho một số chất trước đây hòa tan được nhờ hiện tượng solvat hóa thì nay kết tủa trở lại. Nhờ quá trình này có thể làm sạch nước chứa hầm lượng các hạt keo của các chất ô nhiễm.
Khi sử dụng các điện cực tan, ví dụ như sắt hay nhôm thì các cation sắt hay nhôm sẽ phản ứng với nước tạo thành các hydroxyt của các kim loại này ở dạng bông và quá trình đông tụ sẽ được tạo ra.
Sơ đồ hệ thống thiết bị đông tụ bằng điện