TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP
3.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.3.2 PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ
Bản chất của quá trình xử lý hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học ủể ủưa vào nước thải chất phản ứng nào ủú ủể gõy tỏc ủộng với cỏc tạp chất bẩn, biến ủổi húa học, tạo thành cỏc chất khỏc dưới dạng cặn hoặc chất hũa tan nhưng khụng ủộc hại hoặc gõy ụ nhiễm mụi trường.
Cỏc phương phỏp húa lý ủược ỏp dụng ủể xử lý nước thải là ủụng tụ, keo tụ, hấp phụ, trao ủổi ion, trớch li, chưng cất, cụ ủặc, lọc ngược và siờu lọc, kết tinh, nhả hấp... Cỏc phương phỏp này ủược ứng dụng ủể loại ra khỏi nước thải cỏc hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng), các khí tan, các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan.
Phương phỏp ủụng tụ và keo tụ
Quỏ trỡnh lắng chỉ cú thể tỏch ủược cỏc hạt rắn, huyền phự nhưng khụng thể tỏch ủược cỏc chất nhiễm bẩn dưới dạng keo và hũa tan vỡ chỳng là những hạt rắn cú kớch thước quỏ nhỏ. ðể tỏch cỏc hạt rắn ủú một cỏch hiệu quả bằng phương phỏp lắng, cần tăng kớch thước của chỳng nhờ sự tỏc ủộng tương hỗ giữa cỏc hạt phõn tỏn 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 ủũi hỏi trước hết cần trung hũa ủiện tớch của chỳng,
thứ ủến là liờn kết chỳng với nhau. Quỏ trỡnh trung hũa ủiện tớch thường gọi là quỏ trỡnh ủụng tụ, cũn quỏ trỡnh tạo thành cỏc bụng lớn hơn từ cỏc hạt nhỏ gọi là quỏ trình keo tụ
Quỏ trỡnh ủụng tụ
Trong ủụng tụ diễn ra quỏ trỡnh phỏ vỡ ổn ủịnh trạng thỏi keo của cỏc hạt nhờ trung hũa ủiện tớch. Hiệu quả ủụng tụ phụ thuộc vào húa trị của ion, chất ủụng tụ mang ủiện tớch trỏi dấu với ủiện tớch của hạt. Húa trị của ion càng lớn thỡ hiệu quả ủụng tụ càng cao.
Quỏ trỡnh thủy phõn cỏc chất ủụng tụ và tạo thành cỏc bụng keo xảy ra theo cỏc giai ủoạn sau:
Me3+ + HOH = Me(OH)3 + 3H+
Liều lượng của chất ủụng tụ tựy thuộc vào nồng ủộ tạp chất rắn trong nước thải
Cỏc chất ủụng tụ thường dựng là cỏc muối nhụm, sắt hoặc hỗn hợp của chỳng.
Việc chọn chất ủụng tụ phụ thuộc thành phần, tớnh chất húa lý và giỏ thành của nú, nồng ủộ tạp chất trong nước, pH và giỏ thành phần muối của nước. Cỏc muối nhụm ủược làm chất ủụng tụ là Al2(SO4)3.28H2O; NaAlO2, Al2(OH)5Cl; KAl(SO4)2.12H2O và NH4Al(SO4)2.12H2O.
Trong số ủú, sunfat nhụm ủược sử dụng rộng rói nhất. Nú hoạt ủộng hiệu quả khi pH = 5 - 7,5. Sunfat nhụm tan tốt trong nước và cú giỏ thành tương ủối rẻ. Nú ủược sử dụng ở dạng khụ hoặc dạng dung dịch 50%. Quỏ trỡnh tạo bụng ủụng tụ của một số muối nhôm như sau:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3 ↓ + 3CaSO4 + 6CO2
Cỏc muối sắt ủược dựng làm chất ủụng tụ là Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.4H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3. Hiệu quả lắng trong cao hơn khi sử dụng dạng khô hoặc dung dịch 10 - 15%. Cỏc sunfat ủược dựng ở dạng bột. Liều lượng chất ủụng tụ phụ thuộc pH của nước thải. ðối với Fe3+ pH từ 6 – 9, cũn ủối với Fe2+ pH ≥ 9,5.
ðể kiềm húa nước thải phải dựng NaOH và Ca(OH)2 . Quỏ trỡnh tạo bụng ủụng tụ diễn ra theo phản ứng:
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 ↓ + 3HCl
Khi kiềm hóa :
2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 ↓ + 3CaCl2 Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 ↓ + 3CaSO4 Muối sắt cú ưu ủiểm so với muối nhụm:
- Hoạt ủộng tốt ở nhiệt ủộ nước thấp.
- Giá trị tối ưu pH trong khoảng rộng hơn.
- Bông bền và thô hơn.
- Cú thể ứng dụng cho nước cú nồng ủộ muối rộng hơn.
- Có khả năng khử mùi và vị lạ do có mặt của H2S.
Tuy nhiờn chỳng cũng cú một số nhược ủiểm:
- Có tính acid mạnh làm ăn mòn thiết bị.
- Bề mặt các bông ít phát triển hơn.
- Tạo thành các phức nhuộm tan mạnh.
Ngoài cỏc chất nờu trờn cũn cú thể sử dụng cỏc chất ủụng tụ là cỏc loại ủất sột khỏc nhau, các chất thải sản xuất chứa nhôm, các hỗn hợp, dung dịch tẩy rửa, xỉ chứa dioxit silic.
b. Quá trình keo tụ
Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước. Khỏc với qua trỡnh ủụng tụ, khi keo tụ thỡ sự kết hợp diễn ra khụng 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.
Sự keo tụ ủược tiến hành nhằm thỳc ủẩy quỏ trỡnh tạo bụng hydroxyt nhụm và sắt với mục ủớch tăng vận tốc lắng của chỳng. Việc sử dụng chất keo tụ cho phộp giả chất ủụng tụ, giảm thời gian ủụng 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 cỏc hạt keo do lực ủẩy Vanderwalls. Dưới tỏc ủộng của chất keo tụ giữa cỏc hạt keo tạo thành cấu trúc 3 chiều, có thể tách nhanh và hoàn toàn ra khỏi nước.
Chất keo tụ thường dùng có 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
Tuyển nổi
Tuyển nổi ủược ứng dụng ủể loại ra khỏi nước cỏc tạp chất phõn tỏn khụng tan và khú lắng. Trong nhiều trường hợp tuyển nổi cũn ủược sử dụng ủể tỏch chất hũa tan như cỏc chất hoạt ủộng bề mặt. Về nguyờn tắc, tuyển nổi ủược dựng ủể khử cỏc chất lơ lửng và làm ủặc bựn sinh học.
Ưu ủiểm của phương phỏp tuyển nổi là hoạt ủộng liờn tục, phạm vi ứng dụng rộng rói, chi phớ ủầu tư và vận hành khụng lớn, thiết bị ủơn giản, vận tốc nổi lớn hơn vận tốc lắng, cú thể thu cặn với ủộ ẩm nhỏ (90 - 95%), hiệu quả xử lý cao (95 - 98%), có thể thu hồi tạp chất. Tuyển nổi kèm theo sự thông khí nước thải, giảm nồng ủộ chất hoạt ủộng bề mặt và cỏc chất dễ bị oxi húa.
Quỏ trỡnh tuyển nổi ủược thực hiện bằng cỏch sục cỏc bọt khớ nhỏ (thường là khụng khớ) vào pha lỏng. Cỏc khớ ủú kết dớnh với cỏc hạt và khi lực nổi của tập hợp cỏc búng khớ và hạt ủủ lớn sẽ kộo theo hạt cựng nổi lờn bề mặt, sau ủú chỳng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban ủầu.
Hiệu suất của quá trình tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bọt khí.
Kớch thước tối ưu của chỳng nằm trong khoảng 15 - 30àm. Trong quỏ trỡnh tuyển nổi, việc ổn ủịnh kớch thước bọt khớ cú ý nghĩa quan trọng. ðể ủạt ủược mục ủớch này, ủụi khi người ta bổ sung vào nước cỏc chất tạo bọt cú tỏc dụng làm giảm năng lượng bề mặt phân pha như dầu bạch dương, phenol, natri ankylsilicat, cresol…
Tựy thuộc vào khối lượng riờng của vật liệu, quỏ trỡnh tuyển nổi sẽ ủạt hiệu suất cao ủối với cỏc hạt cú kớch thước từ 0,2 – 1,5mm. ðiều kiện tốt nhất ủể tỏch cỏc hạt trong quá trình tuyển nổi là khi tỷ số giữa lượng pha khí và pha rắn Gk/Gr = 0,01
÷ 0,1.
Hấp phụ
Phương phỏp hấp phụ ủược dựng rộng rói ủể làm sạch triệt ủể nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải cú chứa một hàm lượng rất nhỏ cỏc chất ủú. Những chất này khụng phõn hủy
phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả.
Trong trường hợp tổng quỏt, quỏ trỡnh hấp phụ gồm 3 giai ủoạn:
- Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải ủến bề mặt hạt hấp phụ (vựng khuếch tán ngoài)
- 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 cỏc chất hấp phụ bằng khoỏng chất như ủất sột, silicagen, keo nhôm…
Khi trộn chất hấp phụ với nước người ta sử dụng than hoạt tính ở dạng hạt 0,1mm và nhỏ hơn. Quá trình tiến hành trong một hoặc nhiều bậc.
Hấp phụ một bậc ủược ứng dụng khi chất hấp phụ rất rẻ hoặc là chất thải của sản xuất. Quỏ trỡnh hấp phụ nhiều bậc ủạt hiệu quả cao hơn. Khi ủú ở bậc một người ta chỉ sử dụng lượng than cần thiết ủể giảm nồng ủộ chất ụ nhiễm từ C0 ủến C1, sau ủú than ủược tỏch ra bằng lắng, cũn nước thải ủi vào bậc hai ủể ủược tiếp tục xử lý bằng than mới.