- hi: đô sâu tại thủy vự c
b.Tuyển nổi (Flotation)
Ngược lại với lắng, tuyển nổi là một phương pháp tách rắn-lỏng hay lỏng-lỏng tác động lên các hạt có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng chứa nó.
- Nếu sự khác nhau về tỷ trọng đương nhiên đủ để tách, ta gọi là tuyển nổi tự nhiên;
- Tuyển nổi gọi là trợ giúp, nếu nó sử dụng phương tiện ngoài để cải thiện việc tách các hạt có khả năng nổi;
- Tuyển nổi gọi là kích hoạt, khi tỷ trọng của các hạt lớn hơn tỷ trọng chất lỏng, ta tìm cách giảmtỷ trọngcác hạt này bằng cách lợi dụng khả năng mà một số hạt rắn (lỏng) liên kết với các bọt khí để tạo nên các “hạt khí” loãng hơn chất lỏng mà chúng tạo ra pha phân tán.
Trong lĩnh vực xử lý nước, thông thường tuyển nổi là loại các tạp chất bẩn ra khỏi nước bằng cách tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước. Muốn vậy, người ta cho vào nước chất tuyển nổi hoặc tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lên mặt nước, sau đó loại hỗn hợp chất bẩn và chất tuyển nổi ra khỏi mặt nước. Thuật ngữ tuyển nổi, tuyển nổi kích hoạt sử dụng các bọt khí, tức là dùng các bọt khí nhỏ li ti có đường kính 40-70 micron tương tự như ở trong “nước trắng” được cấp từ vòi nước của mạng cấp nước dưới áp suất mạnh, phân tán và bão hòa trong nước. Những hạt chất bẩn chứa trong nước (dầu, sợi giấy, cellulose, len...) sẽ dính vào các bọt không khí và cùng các bọt không khí nổi lên mặt nước, rồi được loại khỏi nước. Đây là phương pháp tuyển nổi khí hòa tan (Dissolved Air Flotation- DAF).
Tuyển nổi cũng được định nghĩa là quá trình tách các hạt lơ lửng ra khỏi chất lỏng bằng cách sục vào chất lỏng dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ, các hạt không thấm ướt sẽ dính vào bọt và cùng với bọt nổi lên trên bề mặt chất lỏng và được hớt ra ngoài.
Tác nhân thông dụng nhất trong các phương pháp tuyển nổi xử lý nước thải là không khí. Không khí được cấp vào nước và tạo bọt theo các phương thức sau:
- Sục không khí vào nước ở áp suất cao, sau đó giảm áp-gọi là tuyển nổi bằng không khí hòa tan.
- Sục khí ở áp suất khí quyển gọi là tuyển nổi bằng không khí.
- Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không gọi là tuyển nổi chân không.
Bọt khí có thể có thể tạo ra bằng các phản ứng hóa học và sinh học sinh ra. Ví dụ: phản ứng sinh học sinh ra khí CO2 tạo ra các bọt nhỏ làm dính các hạt bùn hoạt tính và nổi lên trên.
- Vốn đầu tư và chi phí vận hành không lớn; - Thiết bị đơn giản;
-Có độ lựa chọn tách các tạp chất;
- Tốc độ quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng và có khả năng cho bùn cặn có độ ẩm thấp hơn (90-95%).
Phương pháp tuyển nổi được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải của nhiều ngành công nghiệp như chế biến dầu mỏ, sợi tổng hợp, giấy, da, chế tạo máy, thực phẩm và hóa chất.
c. Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý bằng các phương pháp khác khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. nếu các chất cần khử bị hấp 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.
Hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là hiện tượng hấp phụ. Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa pha lỏng và pha rắn. trong công nghệ xử lý nước thải khi nói về phương pháp hấp phụ tức là nói về quá trình hấp phụ chất bẩn hòa tan ở bề mặt biên giới giữa pha lỏng và pha rắn. Người ta phânbiệt ba loại hấp phụ sau đây:
- Hấp thụ là quá trình, trong đó những phân tử của chất bẩn hòa tan chẳng những tập trung ở bề mặt mà còn bị hút sâu vào các lớp bên trong của chất rắn (hoặc chất lỏng). Tốc độ hấp thụ thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ hấp phụ. Khi xử lý nước thải chứa các chất bẩn dạng khí hòa tan thì người ta dùng các phương pháp hấp thụ- tháp hấp thụ hoặc tháp lọc khí;
- Hấp phụ lý học là quá trình hút (hay còn gọi là tập trung) của một hoặc hỗn hợp các chất bẩn hòa tan thể khí hoặc thể lỏng trên bề mặt chất rắn;
- Hấp phụ hóa học là quá trình hút các chất tan dạng khí dưới tác dụng hóa học. Nói cách khác, tức là các chất tan hấp phụ lên bề mặt và tạo phản ứng hóa học với chất rắn.
Ví dụ, khi hút các loại khí CO2, SO2, NO2, NH3,.. trong nước thải. trong điều kiện thực tế, các loại hấp phụ trên đây cùng diễn ra song song và xen kẽ. Tuy nhiên trong đa số trường hợp thì hấp phụ có ý nghĩa quyết định nên ở đây chủ yếu ta xét quá trình hấp phụ. Quá trình hấp phụ tùy thuộc đặc tính chất bẩn, dung môi và chất hấp phụ rắn.
Hấp phụ các chất bẩn hòa tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những chất đó từ nước vào bề mặt chất rắn (gọi là chất hấp phụ) dưới tác dụng của trường lực bề mặt. Trường lực bề mặt gồm hai dạng:
- Hyđrat hóa các phân tử chất tan, tức là tác dụng tương hỗ giữa những phân tử chất bẩn hòa tan với những phân tử nước trong dung dịch;
- Tác dụng tương hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyên tử trên bề mặt chất rắn.
Hai dạng tác dụng tương hỗ trên đây đối kháng với nhau. Tác dụng hydrat hóa càng mạnh thì các chất bẩn càng khó hấp phụ vào bề mặt chất rắn và ngược lại. Tác dụng
nước.
Phân tử chất bẩn có điện tích làm cho phân tử nước hướng vào bao bọc xung quanh. Kết quả phân tử chất bẩn khi phân ly thành ion sẽ hấp phụ vào bề mặt chất rắn với năng lượng rất nhỏ so với những phân tử của chính những chất đó khi không bị phân ly
Các hợp chất thơm (mạch vòng) sẽ hấp phụ với năng lượng mạnh hơn rất nhiều so với hợp chất mạch thẳng (đặc biệt là các hợp chất no) và sẽ đẩy các hợp chất mạch thẳng khỏi bề mặt chất rắn vào trong dung dịch.
Những loại nước đó có thể chứa các chất gần nhau hoặc rất khác nhau về năng lượng hấp phụ.
Các chất kỵ nước sẽ hấp phụ tốt hơn (ví dụ dầu, hydrocacbon) so với các chất ưa nước (như rượu đơn chức, acid cacboxylic R-COOH). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các chất không phân ly (benzen, nitrobenzen, clobenzen, cloroform,...) bị hấp phụ như nhau với bất kỳ giá trị pH của dung dịch.
Đặc biệt đáng chú ý là khi hấp phụ các acid và kiềm hữu cơ yếu, khi có acid mạnh hoặc kiềm mạnh thì việc phân ly các acid yếu hoặc kiềm yếu sẽ không diễn ra. Do đó việc hấp phụ các acid yếu sẽ diễn ra rất mạnh và hoàn toàn khi giá trị pH của nước thấp và tương ứng với kiềm yếu khi pH cao.
Nói chung với đa số các chất bẩn, khi hấp phụ có thể xác định giá trị pH tối ưu. Nếu các loại nước thải có giá trị pH tối ưu khác nhau thì hoặc là phải thực hiện hấp phụ ở những thùng hay tháp hấp phụ riêng biệt để tạo pH tối ưu cho từng loại nước thải; hoặc là cho hỗn hợp các loại nước thải nối tiếp qua các loại nước thải. nếu không tạo được giá trị pH tối ưu khi hấp phụ các chấtbẩn hữu cơ phân ly yếu trong nước thì sẽ tốn hao nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà vẫn không đạt được hiệu quả mong muốn.
Khi hấp phụ sẽ kèm theo hiện tượng giảm năng lượng tự do ở dạng nhiệt tỏa ra. Do đó quá trình hấp phụ sẽ diễn ra mạnh nếu kịp thời hút nhiệt tỏa ra khỏi môi trường, nghĩa là nếu thực hiện hấp phụ ở nhiệt độ thấp của nước thải. Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải cao sẽ có thể diễn ra quá trình khử hấp phụ. Vì vậy thực tế người ta dùng nhiệt để phục hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắnlà dựa vào nguyên tắc này.
Quy luật chung của quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch. Nghĩa là sau khi chất bẩn đã bị hấp phụ rồi, có thể di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch. Hiện tượng này gọi là khử hấp phụ.
Với những điều kiện như nhau, tốc độ của các quá trình thuận nghịch tương ứng tỷ lệ với nồng độ chất bẩn trong dung dịch và trên bề mặt chất hấp phụ. Khi nồng độ chất bẩn trong dung dịch ở giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn nhất. Khi nồng độ chất bẩn trên bề mặt chất hấp phụ tăng thì số phân tử (đã bị hấp phụ) sẽ di chuyển trở lại dung dịch cũng càng nhiều hơn.
- Các chất hấp phụ
Người 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 các chất hấp phụ bằng khoáng chất như đất sét, silicagen, keo nhôm. Các hydroxit kim loại ít được sử dụng để hấp phụ các chất khác nhau trong