Trong cơng nghệ xử lí nước bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng:
Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản.
Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhơm hoặc sắt.
Phương pháp keo tụ dùng các chất polyme. Phương pháp này cịn sử dụng khi cần tăng cường cho các phương pháp keo tụ khác.
Phương pháp keo tụ dùng chất điện ly đơn giản địi hỏi liều lượng cho vào phải thật chính xác, nếu khơng hiệu quả keo tụ sẽ giảm đi, hệ keo trong nước sẽ trở lại với trạng thái bền vững. Ơû phương pháp dùng polyme, các loại polyme khơng bảo quản được lâu, đặc biệt là khi hồ tan trong nước, cơng nghệ sản xuất tốn kém , giá thành cao. Vì vậy hai phương pháp này ít được sử dụng so với phương pháp dùng hệ keo ngược dấu.
KEO TỤ BẰNG HỆ KEO NGƯỢC DẤU :
Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhơm hoặc muối sắt hố trị 3 , cịn gọi là phèn nhơm hay sắt làm chất keo tụ , đây là hai loại hố chất rất thơng dụng. Các muối này được đưa vào dưới dạng muối hồ tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các cation và anion theo phản ứng sau:
Al2(SO4)3 → 2Al3+ + SO42-
FeCl3 → Fe3+ + 3Cl-
Nhờ hố trị cao của các ion kim loại , chúng cĩ khả năng ngậm nước tạo thành các phức chất hexa Me(H2O)63+ ( trong đĩ Me3+ cĩ thể là Al3+ hay Fe3+ ). Tuỳ thuộc vào giá trị pH của mơi trường mà chúng cĩ khả năng tồn tại ở các dạng khác nhau , thí dụ với nhơm các phức chất này chúng tồn tại ở pH từ 3 đến 4; cịn với sắt chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3 .
Khi tăng pH, các phản ứng xảy ra như sau :
Me(H2O)63+ + H2O → Me(H2O)5OH2+ + H3O+
Tăng axit Me(H2O)52+ + H2O → Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+
Tăng kiềm Me(H2O)4(OH)2+ + H2O → Me(H2O)3+ + 3H2O + H3O+
Me(OH)3 + OH- → Me(OH)4- + H3O+
Với nhơm khi pH bắt đầu từ 6 trở lên và với sắt khi pH từ 5 trở lên , các phản ứng dừng lại ở trạng thái hydroxyt Me(OH)3 kết tủa lắng xuống. Độ hồ tan của các hydroxyt này là quá nhỏ nên ở pH tối ưu các ion kim loại này được tách hết ra khỏi nước. Quá trình tạo thành Me(OH)4 – chỉ xảy ra khi pH của nước lớn hơn 7,5 đối với nhơm và 10 đối với sắt .
Các sản phẩm hydroxyt tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6 , đĩ là các sản phẩm mang nhiều nguyên tử kim loại . Các hợp chất này mang điện dương
mạnh và cĩ khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm tạo thành bơng cặn . Các hydroxyt sắt tạo thành khác nhau tuỳ thuộc vào pH và các điều kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và cĩ hoạt tính tạo bơng keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bơng keo này khi lớn sẽ hấp phụ , cuốn theo các hạt keo hạt bẩn hữu cơ, chất mang mùi vị… tồn tại ở trạng thái hồ tan hoặc lơ lững trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do cịn kết hợp với nước qua phản ứng thủy phân cũng tạo thành các hydroxyt.
Để tăng cường quá trình tạo bơng keo với mục đích tăng tốc độ lắng , người ta tiến hành quá trình keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ keo tụ. Việc sử dụng các hợp chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ , giảm thời gian quá trình đơng tụ và nâng cao tốc độ lắng của bơng keo. Các chất trợ keo tụ cĩ hai nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp. Các chất trợ keo tụ cĩ nguồn gốc tự nhiên là tinh boat, dextrin, các ete, xenlullo và dioxit silic hoạt tính,… trong khi đĩ các chất cĩ nguồn gốc tổng hợp thường dùng là polyacryamit, polyacrylic axit, polydiallydimetyl- amon,polyalumilum chloride (PAC),…
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bơng bằng phèn nhơm
a. Trị số pH của nước :
Nước thải sau khi đã cho phèn nhơm vào thì trị số pH của nước giảm vì phèn nhơm là một loại giữa muối axit mạnh và bazơ yếu . Sự thủy phân của nĩ cĩ thể tăng thêm tính axit của nước do phản ứng thủy phân sản sinh ra H+. Trị số pH của nước cĩ ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ.
(1)Ảnh hưởng của độ pH đối với việc hồ tan nhơm hydrơxit. Nĩ là một hydroxit lưỡng tính điển hình . Trị số pH của nước quá cao hoặc quá thấp đều làm cho nĩ hồ tan, khiến hàm lượng nhơm dư trong nước tăng lên.
Khi trị số pH giảm thấp đến 5.5 trở xuống, Al(OH)3 cĩ tác dụng rõ ràng như một chất kiềm, làm cho hàm lượng Al3+ trong nước tăng nhiều, như phản ứng sau :
Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O
Khi pH của nước tăng cao đến 7.5 trở lên, Al(OH)3 cĩ tác dụng như một axitlàm cho gốc AlO2- trong nước xuất hiện như phản ứng sau :
Al(OH)3 + OH- → AlO2- + 2H2O
Khi trị số pH đạt 9 trở lên , độ hồ tan của Al(OH)3 nhanh chĩng tăng lên sau cùng thành dung dịch muối nhơm.
Khi trong nước cĩ anion SO42- , trong phạm vi pH = 5.5 – 7 sẽ hình thành muối sunfat kiềm rất ít hồ tan. Trong phạm vi này khi trị số pH cao , muối
sunfat kiềm sẽ ở hình thái Al2(OH)4SO4 cịn khi pH = 5.5 – 7 lượng nhơm dư trong nước đều rất nhỏ.
(2)Ảnh hưởng của pH đến điện tích hạt keo nhơm hydroxit, điện tích của hạt keo trong nước , đặc biệt là với nồng độ ion H+ . Cho nên trị số pH đối với tính năng mang điện của hạt keo cĩ ảnh hưởng rất lớn. Khi 5< pH <8 , nĩ mang điện dương , cấu tạo của đám keo này do sự phân hủy nhân sunfat mà hình thành. Khi pH nhỏ hơn 5 vì hấp phụ SO42- mà nĩ mang điện tích âm, khi pH = 8 , nĩ tồn tại ở hình thái hydroxit trung tính, vì thế mà dễ dàng kết tủa nhất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(3) Ảnh hưởng của pH đối với các chất hữu cơ cĩ trong nước . Chất hữu cơ trong nước do thực vật bị thối rữa. Khi pH thấp thì dung dịch keo của axit humic mang điện tích âm, lúc này dễ dàng dùng chất keo khử đi; khi pH cao nĩ trở thành muối axit humic dễ tan. Vì vậy mà hiệu quả khử đi tương đối kém. Dùng muối nhơm khử loại này thích hợp nhất ở pH = 6 – 6.5.
(4) Ảnh hưởng của pH đối với tốc độ keo tụ dung dịch keo . Tốc độ keo tụ dung dịch keo và điện thế zeta của nĩ cĩ quan hệ. Trị số điện thế zeta càng nhỏ , lực nay giữa các hạt càng nhỏ, vì vậy tốc độ keo tụ của nĩ càng nhanh . Khi điện thế zeta bằng khơng nghĩa là đạt đến điểm đẳng điện , tốc độ keo tụ của nĩ lớn nhất.
Dung dịch keo hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế zeta của nĩ và điểm đẳng điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH của nước. Nguyên nhân do :
Dqd qd
π ξ = 4 Với : : ξ : điện thế zeta
q : điện tích trên đơn vị diện tích D: hằng số điện mơi chất lỏng.
d : chiều dày lớp xung quanh mặt cắt trong vùng đĩ điện thế vẫn tồn tại. Trong đĩ, giá trị của q và d bị ảnh hưởng bởi giá trị pH của nước.
b. Liều lượng chất keo tụ :
Quá trìng keo tụ khơng phải là một loại phản ứng hố học đơn thuần nên lượng phèn cho vào cần phải tiến hành thực nghiệm chuyên mơn để tìm ra lượng phèn cho vào tối ưu. Nĩi chung huyền phù trong nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết càng lớn. Cũng cĩ thể chất hữu cơ trong nước tuy ít mà lượng chất hữu cơ cần nhiều.
Nhiệt độ nước ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ , khi nhiệt độ nước rất thấp (< 5oC) bơng phèn sinh ra to nhưng xốp chứa nhiều nước, lắng xuống rất chậm nên hiệu quả kém.
Khi dùng muối nhơm làm chất keo tụ thì nhiệt độ tốt nhất là từ 25 – 30oC
d. Điều kiện khuấy trộn :
Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồng đều của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Tốc độ khấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm .Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh vì sự thủy phân của chất keo tụ trong nước và tốc độ hình thành keo rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mới cĩ khả năng tạo thành lượng lớn keo hydroxit hạt nhỏ làm cho nĩ nhanh chĩng khuếch tán đến các nơi trong mơi trường nước , kịp thời tác dụng với các tạp chất trong nước . Sau khi hỗn hợp hình thành bơng phèn và lớn lên thì khơng nên khuấy quá nhanh vì khơng những bơng phèn khĩ lớn lên mà cịn cĩ thể đánh vở những đám bơng phèn đã hình thành.
e. Tạp chất trong nước :
Vì khi cho phèn nhơm vào nước đĩng vai trị là chất keo tụ , dung dịch keo Al(OH)3 hình thành thường mang điện tích dương nên ảnh hưởng của tạp chất trong nước đến quá trình keo tụ dung dịch keo chủ yếu là anion. Người ta đã tiến hành thí nghiệm các loại dung dịch cĩ tổng nồng độ là 10 mg đương lượng / lít của ba loại anion: HCO3-, SO42-, Cl- và cho thấy HCO3- hoặc SO42- , Cl-
với lượng quá nhiều đều làm cho hiệu quả keo tụ xấu đi.
Khi trong nước cĩ chứa một lượng lớn các chất hữu cơ cao phân tử, nĩ cĩ thể hấp phụ trên bề mặt dung dịch keo dẫn tới tác dụng bảo vệ dung dịch keo làm cho hạt keo thu được khĩ keo tụ nên hiệu quả keo tụ trở nên xấu đi.