17 : 17 31/12/2020 Lượt xem : 3544Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân ( 2018 ), keo tụ – tạo bông là qui trình giải quyết và xử lý có tầm quan trọng cao ở hầu hết mạng lưới hệ thống giải quyết và xử lý nước và nước thải. Mục đích của qui trình này là nâng cao hiệu suất cao vô hiệu chất rắn lơ lửng của quy trình đi sau nó như là lắng hay lọc .
Giới thiệu về phương pháp keo tụ – tạo bông
a. Khái niệm
Theo Nguyễn Thị Thủy ( 2003 ), keo tụ là một giải pháp giải quyết và xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo lơ lửng trong nước nhờ tính năng của các chất keo tụ mà link với nhau tạo thành bông keo có size lớn hơn và người ta hoàn toàn có thể tách chúng ra khỏi nước một cách thuận tiện bằng các giải pháp lắng lọc hay tuyển nổi .
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân ( 2018 ), keo tụ – tạo bông là qui trình giải quyết và xử lý có tầm quan trọng cao ở hầu hết mạng lưới hệ thống giải quyết và xử lý nước và nước thải. Mục đích của qui trình này là nâng cao hiệu suất cao vô hiệu chất rắn lơ lửng của quy trình đi sau nó như là lắng hay lọc .
b. Quá trình keo tụ
Trong tiến trình keo tụ – tạo bông các chất rắn lơ lửng có kích cỡ rất nhỏ và mang điện tích sẽ tạo được điều kiện kèm theo để kết lại với nhau thành các bông cặn đủ lớn và nặng để hoàn toàn có thể vô hiệu khỏi nước thải một cách thuận tiện. Việc vô hiệu các hạt keo này cũng sẽ làm giảm nồng độ sắt kẽm kim loại nặng, chất hữu cơ độc, … do các chất này bám trên mặt phẳng các hạt keo. Trong giải quyết và xử lý nước thải công nghiệp nó được ứng dụng để :
– Cải thiện hiệu suất cao quy trình giải quyết và xử lý thứ cấp
– Loại bỏ sắt kẽm kim loại nặng trong nước thải
– Xử lý màu của nước thải
– Ứng phó với các thời gian tải nạp tăng cao
– Giúp đạt được tiêu chuẩn xả thải với ngân sách thấp
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy ( 2006 ), bằng cách sử dụng quy trình keo tụ người ta còn hoàn toàn có thể tách được hoặc làm giảm các thành phần có trong nước như sắt kẽm kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các amoni, PO43 -, … cải tổ độ đục và sắc tố của nước .
Bảng thống kê năng lực giải quyết và xử lý hoàn toàn có thể đạt bằng quy trình keo tụ
|
Các thành phần trong nước
|
Khả năng tách tối đa
|
|
Các chất vô cơ
|
|
Độ đục
|
+ + +
|
|
Chất rắn lơ lửng
|
+ + +
|
|
Photphat ( PO43 – )
|
+ + +
|
|
Ni-trát
|
0
|
|
A-môn
|
0
|
|
Clorua ( Cl – )
|
-, 0, +
|
|
Sunfat ( SO4 – )
|
Tùy hóa chất
|
|
Florua ( F – )
|
+ +
|
|
Sắt
|
+ + +
|
|
Mangan
|
+
|
|
Nhôm
|
+ + +
|
|
Đồng
|
+ + +
|
|
Kẽm
|
+ +
|
|
Coban
|
0
|
|
Niken
|
0
|
|
Vanadi
|
+ + +
|
|
Asen
|
+ + +
|
|
Cadimi
|
+ +, + + +
|
|
Crom
|
0, +
|
|
Chì
|
+ + +
|
|
Sele
|
+ + +
|
|
Thủy ngân
|
+ +
|
|
Bari
|
+
|
|
Xianua ( CN – )
|
0
|
|
Các chất hữu cơ
|
|
Màu
|
+ + +
|
|
Mùi
|
0, +
|
|
TOD ( theo C )
|
+ + +
|
|
Phenol ( C6H5OH )
|
0
|
|
Cacbon mạch vòng
|
+ +
|
|
BOD ( theo O2 )
|
+ + +
|
|
Hóa chất bảo vệ thực vật ( Parathion, BHC, Dieldrin )
|
+, + +
|
|
COD ( theo O2 )
|
+ +
|
|
Các vi sinh vật
|
|
Vi-rut
|
+ + +
|
|
Vi trùng
|
+ + +
|
|
Tảo
|
+ +
|
(Nguyễn Thị Thu Thủy, 2006)
Ghi chú:
· 0 : không giảm
· + : giảm từ 0 đến 20 %
· + + : giảm từ 20 đến 60 %
· + + + : giảm trên 60 %
Theo Nguyễn Văn Sức ( 2012 ), mạng lưới hệ thống keo tụ – tạo bông liên tục gồm có :
– Hệ thống bổ trợ chất hóa học : bơm liên tục chất keo tụ vào nước thải .
– Bể trộn nhanh : tạo điều kiện kèm theo cho vận tốc chuyển dời cao của hạt keo và trộn chất keo tụ với nước thải .
– Bể bông tụ : khuấy nhẹ để ngày càng tăng sự tích hợp của hạt keo .
– Bể lắng : lắng các hạt keo .
Lý thuyết quá trình keo tụ hóa học
Ø Bản chất của hạt keo trong nước thải
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân ( 2018 ), hạt keo có size rất nhỏ ( lớn hơn nguyên tử và ion nhưng không hề thấy bằng mắt thường ) biến thiên từ 0,001 µm đến 10 µm. Do diện tích quy hoạnh mặt phẳng lớn và có mang điện tích, các hạt keo có khuynh hướng hấp phụ các ion vào môi trường tự nhiên xung quanh nó .
Theo Trịnh Xuân Lai ( 2004 ), trong quy trình giải quyết và xử lý nước ta thường gặp 2 loại keo :
– Keo kỵ nước : keo không tích hợp với các thành phần nước của thiên nhiên và môi trường để tạo ra vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng không liên quan gì đến nhau mang điện tích lớn và khi điện tích này được trung hòa thì độ bền của hạt keo sẽ bị phá vỡ .
– Keo háo nước : có năng lực tích hợp với các phân tử nước tạo thành vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng không liên quan gì đến nhau mang điện tích bé và dưới công dụng của các chất điện phân không bị keo tụ .
Trong quy trình giải quyết và xử lý nước thải bằng chất keo tụ thì kỵ nước đóng vai trò hầu hết .
Theo Hoàng Văn Huệ ( 2002 ), tiềm năng của đông tụ là giảm điện thế zeta, tức là giảm chiều cao hàng rào nguồn năng lượng tới giá trị tới hạn, bằng cách cho thêm các ion có điện tích dương để phá vỡ sự không thay đổi của trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòa điện tích .
Ø Sự kết dính của hạt
Quá trình làm mất tính không thay đổi của các hạt keo hoàn toàn có thể diễn ra 4 chính sách chính :
– Làm giảm độ dày 2 lớp điện tích của hạt keo
– Hấp phụ và trung hòa điện tích mặt phẳng của hạt keo
– Kết dính các hạt keo vào các chất kết tủa
– Hấp phụ và tạo cầu nối giữa các hạt keo
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ – tạo bông
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ và tạo bông cặn. Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2018) tổng hợp từ Wang et al.(2005), đã nói về các yếu tố sau:
a. Mật độ hạt keo
Ảnh hưởng đến liều lượng chất keo tụ sử dụng và hiệu suất cao của quy trình keo tụ. Mật độ hạt keo cao kéo theo liều lượng chất keo tụ cần sử dụng cao. Tuy nhiên, tỷ lệ hạt keo thấp, vận tốc keo tụ diễn ra rất chậm do bị hạn chế thời cơ tiếp xúc với nhau. Trong trường hợp này không nên tăng liều lượng chất keo tụ mà nên thêm chất trợ keo tụ hoặc hoàn lưu bùn về cho bể keo tụ .
b. Liều lượng chất keo tụ
Liều lượng chất keo tụ sử dụng còn phụ thuộc vào nồng độ hạt keo và pH nước thải. Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2018) tổng hợp từ Wang et al.(2005), đã trích dẫn nhiều tài liệu cho thấy liều lượng của phèn nhôm và phèn sắt sử dụng có thể chia ra làm 4 trường hợp sau:
– Trường hợp 1 : liều lượng quá thấp, không đủ để làm mất tính không thay đổi của hạt keo .
– Trường hợp 2 : liều lượng đủ để làm mất tính không thay đổi của hạt keo .
– Trường hợp 3 : liều lượng cao hơn mức thiết yếu hoàn toàn có thể làm tái không thay đổi của hạt keo .
– Trường hợp 4 : liều lượng vượt mức bảo hòa, tạo thành các hydroxide sắt kẽm kim loại kết tủa, các kết tủa kết dính các hạt keo và đưa chúng ra khỏi nước thải .
Bảng pH thích hợp cho hoạt động của các chất keo tụ
|
Hóa chất
|
pH thích hợp
|
|
Al2 ( SO4 ) 3
|
4,0 – 7,0
|
|
FeSO4
|
> 8,5
|
|
FeCl3
|
4,0 – 6,5 và > 8,5
|
|
Fe2 ( SO4 ) 3
|
3,5 – 7,0 và > 9,0
|
( Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2018) tổng hợp từ Wang et al.(2005)
c. Hiệu điện thế zeta
Hiệu điện thế zeta càng lớn thì lực đẩy tĩnh điện của các hạt keo càng lớn và các hạt keo càng không thay đổi. Khả năng kết dính của các hạt keo tăng lên khi điện tích của các hạt giảm xuống và keo tụ tốt nhất khi điện tích của hạt bằng không .
d. Ái lực của hạt keo với nước
Các hạt keo ưa nước có độ không thay đổi cao vì các chất keo tụ khó thay thế sửa chữa vị trí của các phân tử nước trên mặt phẳng hạt keo. Độ không thay đổi của hạt keo ưa nước phụ thuộc vào vào ái lực của nó với nước hơn là điện tích mặt phẳng. Theo 1 số ít ước tính để vô hiệu các hạt keo này cần phải có một liều lượng chất keo tụ lớn gấp 10 – 20 lần liều lượng sử dụng cho các hạt keo kỵ nước .
e. Ion âm trong dung dịch
Khi sử dụng phèn nhôm hay phèn sắt ở liều lượng cao hoàn toàn có thể dẫn đến việc tái không thay đổi của các hạt keo. Tuy nhiên, hiện tượng kỳ lạ này hoàn toàn có thể không xảy ra nếu trong nước thải có chứa nhiều ion âm như sunfat, photphat. Người ta thấy rằng, nếu nồng độ SO42 – trong nước thải lớn hơn 10 – 14 ( mg / L ) hoàn toàn có thể ngăn hiện tượng kỳ lạ tái không thay đổi của các hạt keo .
f. Ion dương trong dung dịch
Sự hiện hữu của các ion dương Ca, Mg trong nước thải giúp keo tụ các các hạt keo có điện tích âm tốt hơn vì nó làm giảm điện tích âm và lực đẩy tĩnh điện của các hạt keo .
g. Nhiệt độ
Nhiệt độ thấp làm giảm hiệu suất cao của các quy trình keo tụ, nhất là khi sử dụng phèn nhôm. Do đó, để keo tụ ở nhiệt độ thấp khuyến khích cần sử dụng phèn sắt thay phèn nhôm. Để làm giảm ảnh hưởng tác động của nhiệt độ người ta hoàn toàn có thể sử dụng chất trợ keo tụ như bentonite, việc đưa thêm các hạt sét có điện tích âm vào làm cho quy trình keo tụ chuyển sang dạng trung hòa điện tích hơn là dạng kết dính vào các chất kết tủa .
Nhiệt độ cao hoàn toàn có thể làm tăng quy trình keo tụ do các chính sách sau :
+ Tăng tốc độ phản ứng ;
+ Giảm thời hạn thiết yếu để tạo bông cặn ;
+ Giảm độ nhớt của nước ;
+ Thay đổi cấu trúc của các bông cặn lớn
Các chất keo tụ
Theo Nguyễn Văn Phước ( 2010 ), chất đông tụ dùng trong giải quyết và xử lý nước thải là muối nhôm, muối sắt hoặc hỗn hợp của chúng .
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân ( 2018 ), các chất keo tụ sử dụng trong giải quyết và xử lý nước thải hay nước thường có những đặc thù sau đây :
– Là muối sắt kẽm kim loại hóa trị 3 hay các polymer đã được kiểm chứng là chất keo tụ hiệu suất cao cao
– Không độc hay tạo ảnh hưởng tác động xấu cho người
– Tạo thành loại sản phẩm có độ hòa tan thấp hay không hòa tan ở pH thường gặp của nước thải ( bảo vệ để lại ít dư lượng nhất )
Các chất keo tụ thường được sử dụng Al2 ( SO4 ) 3, FeSO4 ( kết tinh ), Fe2 ( SO4 ) 3, FeCl3, Ca ( OH ) 2 .
Bảng:
Ưu và điểm yếu kém của các chất keo tụ
|
Hóa chất
|
Ưu điểm
|
Nhược điểm
|
Aluminum sulface
Al2 ( SO4 ) 3.18 H20
|
Dễ dữ gìn và bảo vệ và sử dụng ; được sử dụng phổ biến ; tạo ít bùn hơn khi sử dụng vôi ; hiệu suất cao nhất ở pH 6,5 – 7,5
|
Tạo thêm muối hòa tan trong nước, chỉ hiệu suất cao trong một khoảng chừng pH nhỏ
|
Sodium aluminate
Na2Al2O4
|
Hiệu quả khi sử dụng để giải quyết và xử lý nước cứng ; cần liều lượng thấp
|
Thường sử dụng tích hợp với phèn, giá tiền cao, không hiệu suất cao với nước mềm
|
Polyaluminum chlorie
Al13 ( OH ) 20 ( SO4 ) 2. Cl15
|
Trong một vài trường hợp tạo bông cặn dày hơn và dễ lắng hơn khi sử dụng phèn nhôm
|
Ít phổ biến
|
Ferric sulfate
Fe2 ( SO4 ) 3
|
Hiệu quả ở pH 4-6 và 8,8 – 9,2
|
Tạo thêm muối hòa tan trong nước, cần thêm alkalinity
|
Ferric chlorie
FeCl3. 6H2 O
|
Hiệu quả ở pH 4 – 11
|
Tạo thêm muối hòa tan trong nước, tiêu thụ alkalinity gấp 02 lần phèn nhôm
|
Ferric sulfate
Fe2 ( SO4 )
|
Không nhạy cảm với pH như vôi
|
Tạo thêm muối hòa tan trong nước, cần thêm alkalinity
|
Vôi
Ca ( OH ) 2
|
Sử dụng phổ biến và rất hiệu suất cao ; hoàn toàn có thể không tạo thêm muối trong nước thải sau giải quyết và xử lý
|
Rất nhờ vào vào pH ; tạo lượng bùn lớn ; sử dụng quá liều sẽ cho chất lượng nước đầu ra thấp
|
( Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2018 tổng từ US Army Corps of Engineers, 2001)
Bảng
Đặc điểm lý hóa của các chất keo tụ
|
Tên hóa chất
|
Công thức
|
Trọng lượng phân tử
|
Trọng lượng riêng kg/m3
|
|
Khô
|
Dung dịch
|
|
Aluminum sulfate
|
Al2 ( SO4 ) 3.18 H20
Al2 ( SO4 ) 3.14 H20
|
666,7
594,3
|
961 – 1201
961 – 1201
|
1249 – 1281 ( 49 % )
1330 – 1362 ( 49 % )
|
|
Ferric chlorie
|
FeCl3
|
162,1
|
|
1346 – 1490
|
|
Ferric sulfate
|
Fe2 ( SO4 ) 3
Fe2 ( SO4 ) 3.3 H2O
|
400
454
|
|
1121 – 1153
|
|
Ferrous suflate
|
FeSO4. 7H20
|
278,0
|
993 – 1057
|
|
|
Vôi
|
Ca ( OH ) 2
|
56 theo CaO
|
561 – 801
|
|
( Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ hợp Châu Ngân, 2018 tổng từ Metcalf & Eddy, 1991)
Phèn nhôm
Theo Lê Văn Cát ( 2007 ), nhôm sunfat Al2 ( SO4 ) 3.18 H2O là chất keo tụ truyền thống cuội nguồn. Được sử dụng thoáng rộng. Không phải toàn bộ các thành phần hóa học trong keo tụ điều có tính năng, chỉ có thành phần nhôm có công dụng keo tụ, thường được tính theo phần % Al2O3 và là một trong những chỉ tiêu chất lượng số 1 của một chất keo tụ. Phèn đơn tiêu chuẩn ( nhôm sunfat ) có hàm lượng nhôm tính theo Al2O3 là 15,5 % ( 8,1 % Al3 + ). Khi sử dụng phèn nhôm, muối nhôm bị thủy phân và tạo ra axit, mỗi ion Al3 + tạo ra 3 ion H +, tương ứng với, 0,75 axit clohydric đặc ( 36 % ). Axit sinh ra sẽ làm giảm độ kiềm của nước ( 1 mol H + tiêu tốn 61 g HCO3 – ) và giảm pH. Mức độ giảm pH nhờ vào vào độ kiềm của nước, pH giảm mạnh khi độ kiềm thấp và ngược lại do kiềm đóng vai trò là hệ đệm của hệ. Do sau khi keo tụ nước được liên tục giải quyết và xử lý vi sinh để khử nitrát và chất hữu cơ với vùng pH tối ưu của nó là khoảng chừng 8 – 9, quy trình cần một lượng kiềm khá lớn, thế cho nên chính sách keo tụ cũng cần bảo vệ hòa giải các yếu tố trên .
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân ( 2018 ), phèn nhôm khi được thêm vào nước thải phản ứng xảy ra như sau :
Al2 ( SO4 ) 3 + H2O = 2A l ( H2O ) 63 + + 3SO42 –
Thủy phân :
Al2 ( H2O ) 63 + + H2O = Al ( H2O ) 5 ( OH ) 2 + + H3O +
Al ( H2O ) 5 ( OH ) 2 + + H2O = Al ( H2O ) 4 ( OH ) 2 + + H3O +
Al ( H2O ) 4 ( OH ) 2 + + H2O = Al ( H2O ) 3 ( OH ) 3 + H3O +
Al ( H2O ) 3 ( OH ) 3 + H3O + = Al ( H2O ) 2 ( OH ) 4 – + H3O +
Polymer hóa :
Quá trình đưa phèn nhôm vào nước thải cũng tạo ra các phức sau : Al6 ( OH ) 153 +, Al7 ( OH ) 174 +, Al8 ( OH ) 204 +, và Al13 ( OH ) 345 + .
Kh đưa phèn nhôm vào nước thải nó còn phản ứng với alkalinity của nước thải để tạo thành Al ( OH ) 3 .
Aluminum hydroxide không tan và tạo nên bông cặn có độ nhớt cao, nó lắng xuống với một tốc độ chậm, kết dính với các hạt keo và chất rắn lơ lửng và kéo các hạt này lắng theo nó. Trong phản ứng trên thiết yếu phải có 4,5 mg / L alkalinity ( tính theo CaCO3 ) để phản ứng trọn vẹn với 10 mg / L phèn nhôm. Do đó nếu thiết yếu phải sử dụng thêm vôi để bổ xung đủ lượng alkalinity cho quy trình .
Poly nhôm clorua (poly aluminum chloride – PAC) là loại polymer vô cơ chứa các thành phần nhôm, ô-xy, hydroxyl và clorua. Nó được sản xuất từ muối nhôm với các chất kiềm. Công thức hóa học có dạng [AlClx(OH)3-x]n, x = 1-2. PAC có phân tử lượng 7000 – 3500 có độ dài mạch tới trên 350A0.
Do được trung hòa với kiềm trước trong quy trình sản xuất nên năng lực sinh ra axit của chúng thấp và do mạch phân tử đã khá lớn nên quy trình keo tụ xảy ra với vận tốc nhanh hơn so với phèn .
Phèn sắt sulfate sắt ngậm nước và vôi: Trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau:
FeSO4. 7H2 O + Ca ( HCO3 ) 2 = 2F e ( HCO3 ) 2 + CaSO4 + 2H2 O
Fe ( HCO3 ) 2 + Ca ( OH ) 2 = 2F e ( OH ) 2 + 2C aCO3 + 2H2 O
4F e ( OH ) 2 + O2 + 2H2 O = 4F e ( OH ) 3
Khi Fe ( OH ) 3 lắng xuống sẽ kéo theo chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này cần thêm 3,6 mg / L alkalinity, 4,0 mg / L vôi và 0,29 mg / L ô-xy. Do sự tạo thành Fe ( OH ) 3 nhờ vào vào hiện hữu của ô-xy, do đó không hề dùng nó giải quyết và xử lý các loại nước thải không chứa ô-xy hòa tan. Có thể dùng sunfate sắt khan để thay cho sunfate sắt ngậm nước. Trong trường hợp này hoàn toàn có thể không cần cho thêm vôi và ô-xy .
Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau
FeCl3 + 3H2 O ó Fe ( OH ) 3 + 3H + + 3C l –
3H + + 3HCO3 – ó 3H2 CO3
Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau
2F eCl3 + 3C a ( OH ) 2 ó 3C aCl2 + 2F e ( OH ) 3
Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra
Ca ( OH ) 2 + H2CO3 ó CaCO3 + 2H2 O
Ca ( OH ) 2 + Ca ( HCO3 ) 2 ó 2C aCO3 + 2H2 O
Qúa trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Theo chính sách trên ta phải sử dụng một lượng vôi đủ lớn để phản ứng hết với H2CO3 và bicarbonate .
