Nghiên cứu các quá trình keo tụ tạo bông người ta đưa ra các cơ chế quá trình như sau:
1.8.3.1 Cơ chế nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động Zeta nhờ ion trái dấu
Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép, làm tăng điện tích trong lớp điện tích kép thứ nhất, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện. Mức giảm điện thế phụ thuộc vào nồng độ và hóa trị của ion trái dấu đưa vào. Nồng độ và hóa trị của ion bổ sung càng cao, quá trình trung hòa điện tích càng nhanh, lực đẩy tĩnh điện, các hạt keo xích lại gần nhau, kết dính với nhau và tạo thành bông keo tụ.
1.8.3.2 Cơ chế hấp phụ trung hòa điện tích
Ngoài cơ chế nén lớp điện tích kép nói trên, các hạt keo cũng hấp phụ lên bề mặt các ion dương trái dấu làm thay đổi điện tích bề mặt hạt keo. Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion tích điện cao được hấp phụ tạo nên sự trung hòa điện tích.
Tuy nhiên lượng ion trái dấu đưa vào chỉ có được hiệu quả tối ưu ở một giá trị nào đó, khi lượng ion trái dấu đưa vào vượt giá trị đó sẽ xảy ra hiện tượng tái ổn định của hệ keo trong nước, thúc đẩy quá trình tích điện trở lại đối với các hạt keo, làm
tăng thế điện động zeta và hiệu quả của quá trình keo tụ giảm đi, quá trình này được mô tả trên hình 1.9
Hình 1.9: Mô tả sự phụ thuộc giữa điện thế bề mặt hạt keo và lượng ion trái dấu đưa vào.
1.8.3.3 Cơ chế hấp phụ - bắc cầu
Khi sử dụng chất keo tụ là các hợp chất polime, nhờ cấu trúc mạch dài, các đoạn phân tử polime hấp phụ lên bề mặt hạt keo tạo ra cầu nối với nhau, hình thành bông keo tụ có kính thước lớn làm tăng tốc độ lắng của các hạt keo. Khả năng bông tụ nhờ cơ chế bắc cầu, phụ thuộc vào nhóm polime lên bề mặt hạt keo cũng như số lượng polime có trong dung dịch. Cũng giải thích tương tự cơ chế trên lượng polime đưa vào dung dịch chỉ cần đến một giá trị tối ưu, vượt quá giới hạn tối ưu đó, quá trình hấp phụ sẽ dẫn đến hiệu quả xấu là tạo ra sự cân bằng trong hệ keo, thường nồng độ polime đưa vào dung dịch khoảng 1mg/l.
Quá trình tạo bông keo với polime nhờ cơ chế bắc cầu có thể thực hiện qua các bước sau:
Phân tán dung dịch polime vào trong hệ huyền phù Vận chuyển polime trong hệ tới bề mặt hạt
Hấp phụ polime lên bề mặt hạt - - 0 + D iệ n tí ch b ề m ặt h ạt k eo
Liên kết giữa hạt đã hấp phụ polime với nhau.
Quá trình phân tán polime vào trong hệ huyền phù và vận chuyển đến bề mặt hạt cho đến nay vẫn chưa có công trình nào nói đến. Quá trình hấp phụ polime xảy ra rất nhanh và không thuận nghịch ngay trên bề mặt giữa pha lỏng và pha rắn. Hiệu quả của quá trình keo tụ với polime nhờ cơ chế bắc cầu, phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, độ hòa tan của nó kém đi, dung dịch sẽ có độ nhớt cao hơn.
1.8.3.4 Cơ chế keo tụ hấp phụ cùng lắng
Các ion kim loại hóa trị cao sử dụng trong quá trình keo tụ như Al3+, Fe3+ tạo ra trong nước các sản phẩm thủy phân khác nhau ở các giá trị cao thấp của pH, các liên kết này tồn tại và tích điện, nhưng ở các giá trị trung bình nào đó thì chỉ có mặt các hydroxit nhôm hoặc sắt tạo ra và lập tức lắng xuống, Trong quá trình lắng xuống chúng kéo theo các bông keo và tạp chất có trong hệ huyền phù. Cơ chế đó gọi là cơ chế cùng lắng.
1.8.4 Động học của quá trình keo tụ [14,15]
Quá trình keo tụ xảy ra qua các giai đoạn sau:
Giai đoạn pha trộn các chất keo tụ trong nước, giai đoạn thủy phân chất keo tụ đồng thời phá hủy trạng thái ổn định của hệ và giai đoạn hình thành bông cặn. Khi hệ keo trong nước đã bị các chất keo tụ làm mất đi trạng thái ổn định của nó thì tốc độ tạo bông keo quyết định bởi chuyển động tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt keo với nhau. Quá trình tiếp xúc giữa các hạt keo đạt được nhờ khuếch tán và chuyển động có hướng. Khuếch tán chỉ có tác dụng để hình thành bông keo nhỏ, muốn hình thành bông keo có kích thước lớn hơn thì phải có chuyển động định hướng của các hạt để chúng tiếp xúc với nhau. Trong xử lý nước dùng quá trình keo tụ chuyển động định hướng với vận tốc nhỏ của các hạt có một ý nghĩa đáng kể.
Hiệu quả của quá trình keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với mỗi nguồn nước cụ thể, khi đã xác định được loại hóa chất sử dụng và liều lượng tối ưu thì hiệu quả keo tụ chỉ còn phụ thuộc vào các yếu tố vật lý là cường độ khuấy trộn nước để tăng số lượng va chạm giữa các hạt. Dưới tác động của chuyển động nhiệt, ban đầu các hạt có kích thước nhỏ va chạm và kết dính tạo thành hạt có kích thước lớn hơn cho đến khi chúng không còn khả năng tham gia vào chuyển động nhiệt nữa, lúc này tác
động khuấy trộn tham gia vào quá trình tạo bông cặn lớn hơn cường độ khuấy trộn được hiển thị bằng gradien vận tốc G và thời gian phản ứng tạo thành bông cặn t. Trong thực tế hai đại lượng này được xác định bằng thực nghiệm cho từng trường hợp cụ thể chuyển động nhiệt, chuyển động phân tử Brown để tạo ra bông cặn có kích thước nhỏ tuân theo định luật Smoluchowski như sau:
= . . (1.3)
Trong đó:
N: số phân tử chuyển động
α p: Hệ số va chạm của quá trình tạo bông cặn k: Hằng số Boltzmann
µ: Độ nhớt động học t: Thời gian
T: Nhiệt độ
Để tạo ra được bông cặn kích thước lớn hơn khi chúng không có khả năng chuyển động nhiệt ta có biểu thức sau:
= . . .φ. G.N (1.4)
Trong đó (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
G : gradient vận tốc
φ: phần thể tích chất rắn ( thể tích/thể tích) α0: : Hệ số va chạm
Quan hệ trên chỉ đúng khi gradient vận tốc không đổi nhưng trong thực tế phải lấy gradient vận tốc trung bình.
Trong đó
v: thể tích bể phản ứng µ: độ nhớt động học
1.9 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU [18,22,24]1.9.1 Xử lý bằng phương pháp keo tụ 1.9.1 Xử lý bằng phương pháp keo tụ
Nước thải nhiễm dầu chứa thành phần chính là dầu khoáng, ngoài ra còn rác, cặn lắng, đất sét,.. Chúng phát sinh chủ yếu từ các quá trình sau: súc rửa, làm mát bồn chứa, vệ sinh máy móc, thiết bị, rơi rãi xăng dầu xuống nguồn nước, xảy ra sự cố...Nếu không có biện pháp xử lý sẽ gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường như làm huỷ hoại hệ sinh thái động thực vật và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Nồng độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải nhiễm dầu thể hiện cụ thể qua bảng 1.5:
Bảng 1.5: Thông số cơ bản của nước thải nhiễm dầu của tổng kho B xăng dầu Petrolimex khu vực 2
STT Thông số Đơn vị Giá trị QCVN29:2010/BTNMT, cột B 1 BOD5 (200C) mg/l 175 50 2 COD mg/l 200 100 3 Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 150 100 4 Dầu mỡ khoáng mg/l 250 15 5 Coliform MPN 6000 5000
1.9.1.1 Quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu
Hình 1.10: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải nhiễm dầu
1.9.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
Nước nhiễm dầu theo hệ thống thu gom chảy vào bể điều hòa. Tại đây lớp dầu thô trên mặt nước được thiết bị vớt tách dầu loại ra khỏi nước và được đưa tới bể chứa dầu. Hoá chất Hoá chất Bể chứa dầu Bể chứa dầu Bể chứa bùn Bể chứa bùn Xử lý định kỳ Xử lý định kỳ
Nước thải vào
Nước thải vào
Bể điều hoà
Bể điều hoà
Bể tách dầu cải tiến
Bể tách dầu cải tiến
Bể phản ứng, keo tụ tạo bông Bể phản ứng, keo tụ tạo bông Bể trung gian Bể trung gian Bể lọc áp lực Bể lọc áp lực Nano dạng khô Nano dạng khô Nguồn tiếp nhận Nguồn tiếp nhận
Nước thải sau khi tách dầu được bơm lên bể phản ứng. Hóa chất keo tụ và hóa chất hiệu chỉnh môi trường được châm vào bể với liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ bằng máy pH. Dưới tác dụng của hệ thống cánh khuấy với tốc độ lớn được lắp đặt trong bể, hóa chất keo tụ và hóa chất hiệu chỉnh môi trường được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải. Trong điều kiện môi trường thuận lợi cho quá trình keo tụ, hóa chất keo tụ và những chất ô nhiễm trong nước thải tiếp xúc, tương tác với nhau, hình thành các bông cặn nhỏ li ti trên khắp diện tích và thể tích bể. Hỗn hợp nước thải này tự chảy qua bể keo tụ tạo bông.
Tại bể keo tụ tạo bông, hóa chất keo tụ được châm vào bể với liều lượng nhất định. Dưới tác dụng của hóa chất này và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn li ti từ bể phản ứng sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn tại bể keo tụ tạo bông có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể tách dầu thô cải tiến. Hỗn hợp nước và bông cặn hữu dụng tự chảy sang bể tách dầu thô cải tiến. Bể tách dầu thô cải tiến được thiết kế với những tấm vách nghiêng để loại bỏ những thành phần cặn thô, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi để các hạt dầu nổi lên trên mặt nước. Dầu này được loại khỏi nước thải bằng thiết bị tách dầu tự động. Phần cặn dầu thô này cũng được dẫn về bể chứa dầu. Phần cặn lắng xuống đáy bể được bơm về bể chứa bùn. Nước sau bể tách dầu thô cải tiến tự chảy vào bể trung gian. Đây là nơi trung chuyển nước giữa bể tách dầu thô cải tiến và công trình xử lý dầu
Phần lớn dầu thô, chất rắn lơ lũng, BOD, COD,... được loại ra khỏi nước thải sau khi qua bể điều hòa, bể phản ứng, bể keo tụ tạo bông, bể tách dầu thô cải tiến. Phần còn lại được xử lý tại bể lọc áp lực và bể nano dạng khô.
Nước được bơm từ bể trung gian qua lớp vật liệu lọc áp lực . Cặn lơ lửng được giữ lại trên lớp vật liệu lọc, nước đi ra khỏi bể lọc áp lực đi vào bể nano dạng khô để tách phần dầu và cặn còn sót lại trong nước thải. Vi sinh được loại ra khỏi nước tại bể này. Đây là công nghệ khử trùng không dùng hóa chất.
Nước sau khi qua bể nano đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định của pháp luật. Bùn cặn từ bể điều hòa và bể tách dầu thô cải tiến được đưa về bể chứa bùn và được cơ quan chức năng thu gom và xử lý định kỳ.
1.9.2 Xử lý bằng vải lọc dầu SOS
Là biện pháp xử lý tại chỗ bằng vải lọc dầu SOS-1. Vải lọc dầu SOS – 1 được sản xuất từ 100% sợi tái chế của ngành công nghiệp dệt với đặc tính đặc biệt. Vải có khả năng lọc sạch dầu kể cả váng dầu rất mỏng lẫn trong nước thải bất kể nước ngọc hay nước mặn với lưu tốc lớn. Khả năng lọc dầu không bị ảnh hưởng ngay khi vải ngập trong nước, dầu bị hút vào sẽ đẩy nước ra khỏi sợi vải và chiếm chỗ.
SOS – 1 có khả năng hút lượng dầu gấp 20 lần trọng lượng bản thân, cao hơn so với vật liệu thấm dầu phổ biến bằng polypropylene và vượt xa loại vật liệu này ở đặc tính có thể cho nước chảy qua với vận tốc lớn. Sản phẩm này mang lại hiệu quả kinh tế cao do vải sử dụng được nhiều lần.
Vải lọc dầu SOS – 1 sử dụng rất đơn giản, cho nước nhiễm dầu chảy qua vải. Vải lọc dầu được sử dụng với nhiều kiểu cách hình dạng khác nhau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dạng túi lọc bịt vào đầu ống ra của vòi bơm nước thải
Dạng túi lọc hình trụ hoặc lập phương trùm bên ngoài khung kim loại với kích thước vừa lọt vào giữa các vách ngăn đáy tàu nơi đặt bơm hút
Dạng thả nổi tự do trong khoang nước đáy tàu
Khi vải ngấm no dầu, tách dầu ra bằng phương pháp cơ học ( vắt ly tâm, ép,..), làm sạch bằng cách giặt thông thường và sử dụng lại. Vải có khả năng lọc sạch váng dầu
trong 4 lần sử dụng, sau đó sử dụng như vật liệu thấm dầu thả nổi trong nước đáy tàu. Sau thời gian dài sử dụng và chịu tác động bởi việc vắt tách giặt, vải trở nên rách nát.
Dưới đây là kết quả phân tích mẫu nước thải nhiễm dầu tại Công ty kỹ thuật máy bay Nội Bài trước và sau khi lọc bởi vải lọc dầu SOS – 1
Bảng 1.6: Kết quả phân tích mẫu nước thải nhiễm dầu xử lý bằng vải lọc SOS-1
Mẫu
Tổng hàm lượng dầu trong nước thải
trước khi lọc (mg/l) Số lớp vải lọc SOS -1 Tổng hàm lượng dầu trong nước thải
sau khi lọc (mg/l)
Tiêu chuẩn nước thải công
nghiệp TCVN 29: 2010 (mg/l) 1 24,1 3 2,0 5,0 2 12,5 2 3,0 5,0 3 11,6 1 3,0 5,0 4 485 1 4,0 5,0
( Nguồn Công ty kỹ thuật máy bay Nội Bài)
1.9.3 Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng công nghệ tuyển nổi
1.9.3.1 Khái niệm và nguyên tắc của quá trình tuyển nổi [14]
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất ( ở dạng rắn hoặc dạng lỏng ) phân tán không tan tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.
Trong xử lý nước thải về nguyên tắc, tuyển nổi thường sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ hơn hoặc nhẹ, lắng chậm, trong một thời gian được gom bằng bộ phận vớt bọt.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các khí đó sẽ kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bong bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Trong trường hợp cần tách các hạt rắn kỵ nước khi bong bóng khí dính chặt vào chúng sẽ tạo thành một đường bao là biên giới của pha rắn-lỏng-khí giới hạn diện tích dính của bọt khí. Đường tiếp tuyến với mặt bọt khí tại điểm tiếp xúc và bề mặt của hạt rắn tạo thành một góc θ.
Khả năng tạo thành tổ hợp tuyển nổi của các hạt – bọt khí, vận tốc của quá trình, độ bền vững của mối dính kết và thời gian tồn tại của tổ hợp trên phụ thuộc vào bản chất hạt, vào đặc tính tác dụng tương hỗ của các tác nhân với bề mặt hạt và và khả năng thấm ướt của bề mặt năng lượng tạo thành tổ hợp bọt khí – hạt bằng.
A = σ (1- cosθ) (1.5) Trong đó:
σ: là sức căng bề mặt của nước trên biên giới với khí.
Đối với hạt thấm ướt tốt θ ->0, cos θ->1, do đó sự bền vững của kết dính là nhỏ nhất, ngược lại đối với hạt không thấm nước độ bền vững đó là lớn nhất.
Xác suất kết dính của hạt với bóng khí phụ thuộc vào độ thấm ướt của hạt. Độ thấm ướt đó được đặc trưng bởi đại lượng góc biên θ. Góc biên thấm ướt càng cao và độ bền vững của mối kết dính trên bề mặt càng lớn.
1.9.3.2 Các phương pháp tuyển nổi
Trong xử lý nước thải, người ta phân biệt các phương pháp tuyển nổi như sau: - Tuyển nổi bằng việc tách không khí từ dung dịch
- Tuyển nổi phân tán không khí bằng phương pháp cơ học
- Tuyển nổi bằng cách cấp không khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp - Tuyển nổi điện và tuyển nổi hóa học.
- Qúa trình thực hiện liên tục có phạm vi ứng dụng rộng rãi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});