3.1 Khái niệm chung
Do Zn(OH)2 và Fe(OH)3 hình thành ở dạng keo nhỏ lơ lửng nên rất khó tự lắng. Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đó 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 tăng vận tốc lắng của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hòa điện tích thường gọi là quá trình đông
Đồ án tốt nghiệp Chương III. Phân tích lựa chọn phương án xử lý tụ(coagulation) còn quá trình tạo thành các hạt bông lớn gọi là quá trình keo tụ(flocculation).
Trong tự nhiên tùy theo nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do. Các tổ hợp trên được gọi là các hạt bông keo (flocs). Theo thành phẩn người ta chia chúng ra thành hai loại keo: keo kị nước và keo háo nước là loại hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn, viruts….. trong đó keo kị nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước thải.
3.2 Phân tích lựa chọn chất keo tụ
Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện tích dương lớp bên trong. Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là điện thế Zenta(ς) hay thế điện
động. Khác với thế nhiệt động (E là hiệu số điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng). Thế zenta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt và lực cản trở việc dính kêt giữa các hạt rắn với nhau.
Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy như ở hình và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút tĩnh điện – lực Vanderwaals – do cấu trúc phân tử của các hạt. Tổng của các loại hạt mang điện tích này là điện tích đẩy thực
mục tiêu của đông tụ là giảm thế năng zenta – tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm ion có điện tích dương. Như vậy trong đông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của cá hạt nhờ trung hòa điện tích. Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của các ion trái dấu với điện tích của hạt. Hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao.
Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau:
3 2 2 3 3 3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 Me HOH Me OH H Me OH HOH Me OH H Me OH HOH Me OH H Me HOH Me OH H + + + + + + + + + + + ⇔ + + ⇔ + + ⇔ + + ⇔ +
Liều lượng các chất bông nay phụ thuộc vào nồng độ các chất rắn trong nước thải.
Các hóa chất cho phép các chất keo hoặc khối chất kết hợp được với nhau đó gọi là chất đông tụ và được chia thành hai loại chất đông tụ vô cơ và chất đông tụ hữu cơ.
• Các chất đông tụ vô cơ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc các hỗn hợp của chúng. Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào các tính chất hóa lí, chi phí, nồng độ của các tạp chất trong nước, pH và thành phần muối trong nước. Trong thực tế người ta thường sử dụng các chất đông tụ vô cơ như sau: Al2(SO4)3. 18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2. 12H2O, NH4Al(SO4)2. 12H2O.
• Các chất đông tụ hữu cơ thường dùng là các polyme làm trung hòa thế zenta và cũng có hoạt động hút dính và liên kết chéo. Chất đông tụ hữu cơ hòa tan trong nước có rất nhiều điểm hoạt động và tại những điểm hoạt động này, các chất rắn lơ lửng sẽ
Đồ án tốt nghiệp Chương III. Phân tích lựa chọn phương án xử lý được kéo lại và liên kết chéo với nhau và kết hợp với nhau tạo thành các khối rất lớn với tốc độ lắng xuống cao. Nói chung các khối chất này được tạo thành theo cách này là lớn, bền vững và không dễ bị phá hủy. Hơn nữa chúng còn có một ưu điểm nữa là khả năng khử nước tốt trong bùn. Các chất đông tụ hữu cơ polyme đều thuộc một trong ba loại: Loại mang ion âm, loại mang ion dương, hay loại không mang ion. Có rất nhiều loại chất đông tụ loại này tuy nhiên trên thị trường chủ yếu là polyacrylamid.
Theo kinh nghiệm thì các khối chất được tạo ra bởi các chất đông tụ vô cơ không bền vững, nhưng chỉ cần thêm một lượng nhỏ nhất các chất đông tụ hữu cơ polyme, các khối chất sẽ kết hợp với nhau qua chuỗi mạch dài các phân tử của chất đông tụ hữu cơ polymer để hình thành các khối vững chắc. Mặt khác Polyacrylamid thường được tiếp xúc rõ ràng ở mọi dạng PH trong dòng nước thải, polyacrylamid liên kết các hạt lơ lửng tích điện lại với nhau bằng lực tương tác Van dec Van. Do là điện nên hút cực nhanh, hạt to rất nhanh nên lắng nhanh.
Do vậy trong trường hợp này ta chọn chất đông tụ là polyacrylamid với liều lượng là khoảng 1: 5 mg/l.
3.3 Cơ chế của quá trình đông tụ
Hình III.5 Cơ chế quá trình đông tụ
Quá trình đông tụ xảy ra theo 3 giai đoạn là:
• Hạt lơ lửng tiếp xúc với phân tử polyme tạo thành khối các hạt • Hạt lơ lửng không tan tiếp xúc các hạt polyme tạo thành chuỗi hạt • Các hạt tiếp xúc với nhau theo một chuỗi hỗn tạp, không quy tắc.