CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
2.2. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH BIA 13 1. Phương pháp cơ học và thiết bị xử lý
2.2.2. Phương pháp hóa lý, hóa học và thiết bị xử lý
Là các phương pháp dùng các quá trình hóa lý để chuyển đổi các hợp chất hoặc các chất hòa tan trong nước thải thành các chất trơ về mặt hóa học hoặc thành các chất kết tủa để loại chúng ra khỏi nước thải. phương pháp này sử dụng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học.
a. Trung hòa
Do trong nước thải có chưa axit hoặc bazơ, loại nước thải này có khả năng ăn mòn vật liệu của các công trình xử lý, phá vỡ các quá trình sinh hoá trong các công trình xử lý sinh học, do vậy cần phải thực hiện quá trình trung hòa đối với loại nước thải nói trên. Trung hoà bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa nước thải.
b. Phương pháp keo tụ, tạo bông
Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tỏn, kớch thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1-10 àm. Cỏc hạt này khụng nổi và cũng không lắng, do đó tương đối khó tách loại. Theo nguyên tắc các hạt có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 17 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn.
Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt keo tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm họat hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó để phá tính bền của hạt keo cần trung hoà điện tích bề mặt của chúng, quá trình này gọi là quá trình keo tụ.
Các hạt keo đã bị trung hoà điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này gọi là quá trình tạo bông.
Tuy nhiên, khi xử lý, để giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông cặn người ta sử dụng một số hoá chất như: phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn rồi lắng để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải.
Việc lựa chọn chất tạo bông hay keo tụ phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải cũng như của chất khuếch tán cần loại.
c. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không thể loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu.
Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạ sắt… Trong số này than hoạt tính được dùng phổ biến nhất. Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ. Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng của từng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn có trong nước. Phương pháp này có thể hấp phụ 58 - 95% các chất hữu cơ và màu. Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được là phenol, alkylbenzen, sunfonic axit, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm.
d. Phương pháp oxy hóa – khử Phương pháp này dùng để:
- Khử trùng nước.
- Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc một nguyên tố hòa tàn
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 18 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
sang thể khí.
- Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả năng đồng hóa bằng vi khuẩn.
- Loại bỏ các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As,… và một số chất độc như cyanua.
• Oxy hóa bằng clo
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng. Thường được sử dụng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol,xyanua ra khỏi nước thải.
Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng:
Cl2 + H2O => HOCl +HCl HOCl H+ + OCl-
Lượng clo hoạt tính cho cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là: 10g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 3g/m3 đối với sau xử lý sinh học hoàn toàn.
• Ozon hóa
Ozon (O3) là một tác nhân oxi hoá mạnh với thế oxi hoá là 2,07V, ozon có thể xảy ra phản ứng oxi hoá với nhiều chất hữu cơ, các chất vô cơ trong nước, có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, H2S, các hợp chất của asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, thuốc nhuộm, hidrocacbon thơm, thuốc sát trùng.
Ozon là khí dễ biến đổi ở áp suất và nhiệt độ thường và có thể sản xuất ngay tại nơi sử dụng. Ozon oxy hóa các chất hữu cơ theo các giai đoạn sau:
- Oxy hóa alcohol thành aldehyde và sau đó thành axit hữu cơ - Thay nguyên tử oxy vào vòng liên kết của hợp chất cacbon - Bẽ gãy các liên kết kép của hợp chất cacbon
Là phương pháp xử lý nước thải có tác động mạnh mẽ đến các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước. Sau quá trình ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt hơn 99% ngoài ra ozon còn oxy hóa các hợp chất nito và photpho.
• Oxy hóa bằng phương pháp fenton
Phản ứng của gốc hydroxyl :Gốc hydroxyl là chất oxy hóa mạnh, chỉ sau Fluorine.
Nguyên tắc phản ứng Fenton để xử lý ô nhiễm nước thải mà theo đó hyđro peroxyt phản ứng với sắt (II) sunfat sẽ tạo ra gốc tự do hyđroxyl có khả năng phá hủy các chất
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 19 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
hữu cơ. Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành CO2 và nước. Hiện nay các quy định bảo vệ môi trường càng trở nên khắt khe hơn vì vậy phương pháp Fenton lại càng được chú trọng.
Dùng cho phản ứng Fenton cần có xúc tác và chất oxy hóa. Chất xúc tác có thể là muối sắt hai hoặc sắt ba còn chất oxy hóa là hyđro peroxit. Phản ứng tạo ra gốc tự do hyđroxyl diễn ra như sau:
Fe2+ + H2O2 => Fe3+ + OH- + OH.
Fe3+ + H2O2 => Fe2+ + H+ + HOO.
2H2O2 => H2O + OH. + HOO.
e. Phương pháp tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, khả năng lắng kém. Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động bề mặt.
Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các 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 cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt.
Tuỳ theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương thức sau:
- Tuyển nổi bằng khí phân tán: Trong trường hợp này, thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển nổi để tạo thành bọt khí có kích thước từ 0,1- 1 mm. Gây xáo trỗn hỗn hợp khí – nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổi lên bề mặt.
- Tuyển nổi chân không: Trong trường hợp này, bão hoà không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không. Hệ thống này ít được sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao.
- Tuyển nổi bằng khí hoà tan: Sục khí vào nước ở áp suất cao (2 - 4 atm), sau đó giảm áp suất giải phóng khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước 20 - 100 mm.
f. Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion được dùng làm sạch nước nói chung trong đó có nước thải, loại ra khỏi nước các ion kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Pb, Cd, Mn… Cũng
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 20 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
như các hợp chất có chứa asen, phosphor, xyanua và cả chất phóng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước cứng.
Trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Trao đổi ion cũng là một quá trình hấp thụ trong đó các ion có trong dung dịch thay thế những ion của chất trao đổi không hoà tan gọi là trao đổi ion.
Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. Các chất thường được sử dụng như: zeolit, đất sét, nhôm silic, silicagen, pecmutit, các chất điện li cao phân tử, các loại nhựa tổng hợp (polyme không tan).
g. Phương pháp khử trùng
Dùng các chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán... để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn tiếp nhận hoặc tái sử dụng. Khử trùng có thể dùng các hóa chất hoặc tác nhân vật lý như ozon, tia tử ngoại. Các chất khử trùng thường dùng nhất là khí hoặc nước clo, nước Javen, vôi clorua, các hypoclorit, cloramin B...
Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khử trùng thường được đặt ở cuối quá trình. Đối với nước thải ngành bia, sau khi qua các phương pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý và sinh học thì hàm lượng các vi sinh vật gây bệnh đã giảm đáng kể nhưng để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng thì cần phải qua bước khử trùng cuối cùng.