Bài liên quan: Xử lý các sự cố bể tự hoại hiếu khí và kỵ khí có trong các nhà máy công nghiệp, cao ốc văn phòng.
3 công nghệ xử lý nước thải sinh chi phí thấp, hiệu quả và an toàn nhất hiện nay
Tiết kiệm chi phí với công nghệ xử lý nước không hóa chấtTrong nước mặt, nước ngầm cũng như nước thải, có rất nhiều chất hoà tan, chất keo, chất rắn lơ lửng ( nước thải ). Xử lý bằng chiêu thức keo tụ là cho vào trong nước các chất keo tụ ( coagulant ). Các chất này sẽ trung hoà các điện tích của các hạt keo hoà tan trong nước, ngăn cản sự hoạt động hỗn loạn của các ion giúp cho việc link tạo bông keo tụ thuận tiện. Đối với nước thải có hàm lượng SS cao, quy trình keo tụ cũng có tính năng lớn trong việc kết bông cặn để đến quy trình lắng sau đó sẽ loại được các bông cặn này, tức là đã giảm được một lượng SS đáng kể .
Dung dich keo
Hệ phân tán cao – hệ keo : = 1.10 – 6 – 1.10 – 4 mm
Hệ keo là do hàng ngàn, hàng chục ngàn phân tử, nguyên tử, ion tập hợp lại – hệ keo là hệ dị thể .
1. Các tính chất của dung dịch keo
– Tính chất quang học
– Tính chất hấp phụ
– Tính chất động học
– Tính chất điện học
Tính chất của dung dịch keoTính chất của dung dịch keo
1.1. Tính chất quang học – Hiệu ứng Tyndall
Khi chiếu chùm tia sáng qua một bình đựng dung dịch keo, ta thấy có chùm tia sáng hình nón ( hiện tượng kỳ lạ đó không thấy ở dung dịch thật ), hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Tyndall .
Nguyên nhân do hạt keo có tính tán xạ ánh sáng, khi được chiếu sáng thì hạt keo trở thành một nguồn sáng mới, mổi hạt keo trên đường đi của tia sáng trở thành nguồn sáng nên khi chiếu chùm tia sáng qua dung dich keo thì thấy chùm sáng hình nón .
1.2. Tính chất hấp phụ
Do có điện tích nên hạt keo có tính hấp phụ :
– Hấp phụ đặc trưng : nếu hạt keo có điện tích dương nó chỉ hấp phụ ion âm và ngược lại .
– Hấp phụ tinh lọc :
Trong dung dịch keo có chất điện ly, mặt phẳng chất hấp phụ rắn ( hạt keo ) sẽ ưu tiên hấp phụ các ion theo thứ tự sau :
+ Ion tạo thế : là các ion có trong thành phần cấu trúc nên mặt phẳng chất hấp phụ ( nhân keo ) hoặc các ion có trong mặt phẳng vật rắn .
Ví dụ : chất hấp phụ là ( AgI ) n, trong dung dịch có I -, Cl -, Ca2 +, Mg2 + thì trước hết ion I – sẽ được hấp phụ trên mặt phẳng ( AgI ) n
+ Sau khi hấp phụ ưu tiên ( I – ), mặt phẳng vật rắn tích điện âm, nó sẽ hấp thụ các ion trái dấu ( ion đối ). Nếu trong dung dịch có nhiều ion đối thì mặt phẳng sẽ hấp phụ ion có điện tích lớn hoặc hấp phụ ion nào có nửa đường kính ( kể cả vỏ solvat ) nhỏ nhất .
Trong dung dịch nước thứ tự ưu tiên là :
Cation hoá trị 1 : Cs + > Rb + > K + > Na + > Li +
Cation hoá trị 2 : Ba + 2 > Sr + 2 > Ca + 2 > Mg + 2
Anion hoá trị 1 : I – > NO3 – > Br – > Cl – > F –
– Quá trình hấp phụ có sự trao đổi ion giữa các hạt keo và môi trường tự nhiên được gọi là hấp phụ trao đổi. Ưng dụng trong làm mềm nước .
1.3. Tính chất động học của hệ keo
– Sự khuếch tán : khuếch tán là sự luân chuyển vật chất từ vùng có nồng độ cao đế vùng có nồng độ thấp dưới ảnh hưởng tác động của hoạt động nhiệt hỗn loạn dẫn đến sự san bằng nồng độ các hạt keo trong toàn thể tích của hệ. Do có kích cỡ lớn hơn nên các hạt keo có tốc độ hoạt động thấp haơn các ion, phân tử .
– Chuyển động Brow : hạt keo luôn hoạt động hỗn loạn, nên các hạt keo khó lắng đây chính là nguyên do làm cho hệ bền. Cường độ hoạt động giảm nhanh khi kích cỡ hạt tăng. Các hạt keo có khối lượng tương đối lớn nên dưới tính năng của trọng tải các hạt keo có xu thế lắng xuống .
– Ap suất thẩm thấu : áp suất thẩm thấu của dung dịch keo nhỏ hơn nhiều so với dung dịch thật so với cùng điều kiện kèm theo nhiệt độ, khối lượng, nguyên do do các hạt trong dung dịch keo bị giảm di do sự tập hợp các phân tử, ion thành hạt keo .
1.4. Tính chất điện học
a. Hiện tượng điện động
Các hạt sét tích điện âm chuyển độn vể phía Anốt dưới công dụng của điện trường gọi là hiện tượng kỳ lạ điện chuyển .
Nước đóng vai trò pha phân tán hoạt động về Katốt dưới công dụng của điện trường gọi là hiện tượng kỳ lạ điện thẩm .
Khi cho dòng nước chảy qua một màng xốp đặt trong mà hai đầu có cắm điện cực thì kim của điện kế bị lệch. Hiện tượng đó chứng tỏ pha lỏng hoạt động với pha rắn đã gây ra điện thế gọi là thế chảy .
Khi cho cát thạch anh lắng trong ly đựng nước có cắp điện cực thì kim của điện kế cũng bị lệch. Như vậy pha rắn hoạt động tương đối với pha lỏng sẽ tạo ra điện thế gọi là thế sa lắng .
b. Thế điện động – Điện tích kép
Trên ranh giới phân loại giửa hai pha có thành phần hoá học khác nhau sảy ra quy trình phân bổ điện tích kèm theo sự chuyển các phân tử mang điện từ pha này sang pha khác, hiệu quả là điện tích được tạo thành trên mặt phẳng của một pha bằng điện tích của pha kia nhưng trái dấu. Như vậy đã có lớp điện tích kép được tạo thành .
Khi nhúng thanh sắt kẽm kim loại dễ bị oxy hoá vào dung dịch điện ly thì ion của lưới tinh thể sắt kẽm kim loại dễ bị hydrat hoá và chuyển vào dung dịch, trên mặt phẳng sắt kẽm kim loại còn lại điện tử dư. Nhờ lực hút tĩnh điện ở vùng tiếp xúc với mặt phẳng tích điện âm của sắt kẽm kim loại, các ion có điện tích dương ( của dung dịch từ sắt kẽm kim loại ) tập trung chuyên sâu lại. Như vậy trên ranh giới sắt kẽm kim loại – dung dịch, Open lớp điện tích képcân bằng hoàn toàn có thể xem như một tụ điện phẳng ( gọi là lớp Helmholtz ). Bề mặt bên trong mang điện tích âm ( – ), bên ngoài ( + ) còn khoảng cách vô cùng nhỏ bé bằng nửa đường kính của ion solvat hoá .
Sự xuất hiện của lớp điện tích kép dẫn đến việc hình thành giữa hai pha điện thế
Giữa ion tạo thế và ion đối có lực hút tĩnh điện và do sự hấp thụ tinh lọc nên số ion đó bị ghì sát vào mặt phẳng pha rắn và tạo thành lớp hấp phụ ( lớp không hoạt động ). Tuy nhiên chỉ có một phần ion đối phân bổ theo cấu tạocủa lớp Helmholtz, phần còn lại nằm sâu vào dung dịch tạo thành lớp khuếch tán. Các ion này hoạt động tương đối tự do nên lớp khuếch tán là lớp hoạt động .
Thể điện động- điện tích képThể điện động – điện tích kép
Thế điện động – Điện tích kép
Nhiều trường hợp số ion đối trong lớp Helmholtz lớn hơn số ion tạo thế khi đó các ion của lớp khuếch tán cùng dấu với ion tạo thế .
Thế điện động ( điện thế Zeta)
– Điện thế Open giữa lớp hoạt động và không hoạt động được gọi là thế điện động hay điện thế zeta :
– Điện thế Open giữa pha rắn và pha lỏng gọi là thế nhiệt động :
– Bước nhảy điện thế trong lớp hấp phụ :
Ví dụ: khi thêm chất điện ly hầu như không thay đổi nhưng thay đổi nhiều (do phụ thuộc vào số lượng ion đối ở lớp khuếch tán mà lượng ion đối này phụ thuộc vào nồng độ củ chất điện ly).
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện thế zeta
là đại lượng đặc trưng cho độ bền của hệ keo .
Các yếu tố ảnh hưởng tác động : lượng chất điện ly, pH, nồng độ chất keo và nhiệt độ .
2.1. Chất điện ly
– nhờ vào vào lượng ion đối của lớp khuếch tán, vậy khi biến hóa về lượng và dâu của chúng thì cũng biến hóa theo .
– Khi thêm chất điện ly vào hệ không hề biến hóa, bằng thực nghiệm người ta thấy giảm .
Các ion của chất điện ly cùng dấu với ion ở lớp khuếch tánđã ép các ion này dần vào mặt phẳng của pha rắn, bề dày của lớp điện tích kép giảm đến khi bằng bề dày của lớp Helmholtz, giảm dần cho tới khi bằng 0 và hệ đạt trạng thái đẳng điện .
Bằng thực nghiệm người ta chứng tỏ được rằng các ion đối nào có năng lực hấp phụ lớn hơn cũng như các ion hoá trị cao làm giảm mạnh. Đối với các ion có hoá trị giống nhau, năng lực hấp phụ sẽ nhờ vào vào nửa đường kính ion .
2.2. Ảnh hưởng pH
– pH có tác động ảnh hưởng lớn đến vì H +, OH – có năng lực hấp phụ lớn .
– Trong các dung dịch mà pha phân tán có đặc thù kưỡng tính như Al ( OH ) 3 thì sự biến thiên pH của thiên nhiên và môi trường hoàn toàn có thể gây ra sự đổi dấu điện của hạt keo do sự đổi khác tính ion hoá của các phân tử trong pha phân tán .
– Sự đổi dấu của trong trường hợp biến hóa pH của thiên nhiên và môi trường chỉ khác với trường hợp thêm chất điện ly ở chổ : các ion tao thế mới sau khi đổi dấu không từ dung dịch chuyển vào hệ. mà được tạo nên chính từ chất tạo nên phan phân tán do sự biến hóa phản ứng ion hoá .
2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ lam2 tang hoạt động nhiệt của các ion đối, do đó độ dày của lớp vật tư kép và thế điện động tăng khi nhiệt độ tăng. Mặt khác khi nhiệt độ tăng làm cho quy trình giải hấp tăng do vây làm giảm, khi giảm nhiệt độ thì tăng .
2.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất keo
Khi pha loãng lớp keo giãn ra, do đó tăng. Cũng có trường hợp gây nên sự phản hấp phụ ion quyết định hành động thế hiệu, do đó giảm kéo theo giảm. Khi nồng độ đậm đặc thì công dụng ngược lại .
Cơ chế quy trình keo tụ tạo bông
Trong quy trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có size lớn ( δ > 1.10 – 2 ), còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không hề lắng được. Ta hoàn toàn có thể tăng kích cở các hạt nhờ công dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán link vào các tập hợp hạt để hoàn toàn có thể lắng được. Muốn vậy, trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, thứ đến là link chúng lại với nhau .
keo tụ là cho vào trong nước một loại hoá chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho những hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường quá trình keo tụ tạo bông sảy ra qua hai giai đoạn:Xử lý bằng phương pháplà cho vào trong nước một loại hoá chất gọi là chất keo tụ hoàn toàn có thể đủ làm cho những hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường quy trình keo tụ tạo bông sảy ra qua hai quy trình tiến độ :– Bản thân chất keo tụ phát sinh thuỷ phân, quy trình hình thành dung dịch keo, và ngưng tụ .
– Trung hoà hấp phụ lọc các tạp chất trong nước .
Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống.
Cơ chế quá trình keo tụ tạo bôngCơ chế quy trình keo tụ tạo bông
Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước ( keo sét, protein … ) sẽ hút các ion dương tạo ra hai lớp điện tích dương bên trong và bên ngoài. Lớp ion dương bên ngoài link lỏng lẻo nên hoàn toàn có thể dể dàng bị trợt ra. Như vậy điện tích âm của hạt bị giảm xuống. Thế điện động hay thế zeta bị giảm xuống .
Cơ chế quá trình keo tụ tạo bông
Mục tiêu đề ra là giảm thế zeta, tức là giảm độ cao của hàng rào nguồn năng lượng đến giá trị số lượng giới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách cho thêm vào các ion có điện tích dương để phá vỡ sự không thay đổi của trang thái keo của các hạt nhờ trung hoà điện tích. Khả năng dính kết tạo bông keo tụ tăng lên khi điện tích của hạt giảm xuống và keo tụ tốt nhất khi điện tích của hạt bằng không. Chính vì thế lực tác dung lẫn nhau giữa các hạt mang điện tích khác nhau giữ vai trò đa phần trong keo tụ. Lực hút phân tử tăng nhanh khi giảm khoảng cách giữa các hạt bằng các tạo nên những hoạt động khác nhau được tạo ra do quy trình khuấy trộn .
Cơ chế của quá trình keo tụ là làm mất đi sự ổn định của dung dịch keo có trong nước bằng các biện pháp:
– Nén lớp điện tích kép dược hình thành giữapha rắn và lỏng : giảm điện thế bể mặt phẳng hấp phụ và trung hoà điện tích .
– Hình thành các cầu nối giữa các hạt keo .
– Bắt giữ các hạt keo vào bông cặn .
1. Cơ chế trung hoà điện tích
– Hấp thụ các ion hay phân tử mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt keo. Liều lượng chất keo tụ tối ưu cho vào sao cho điện thế zeta bằng 0 mV .
– Giảm thế năng mặt phẳng tức là giảm điện thế zeta khi đó sự đẩy tĩnh điện của các hạt keo giảm xuống và có năng lực liên kết lại nhờ lực tương tác tĩnh điện, khi đó hệ keo mất đi tính không thay đổi .
– Tăng hàm lượng chất keo tụ, nếu lượng chất keo tụ cho vào quá nhiều sẽ gây hiện tượng kỳ lạ keo tụ quét bông. Quá trình này làm tăng hiệu suất cao keo tụ lên, hệ keo cũng bị mất không thay đổi .
2. Cơ chế tạo cầu nối
Để tăng cường quá trình keo tụ tạo bông người ta cho thêm vào các hợp chất polymer trợ keo tụ. Các polymer này tạo sự dính kết giữa các hạt keo lại với nhau nếu polymer này và các hạt keo trái dấu nhau.
Cơ chế tạo cầu nối sảy ra ở 5 phản ứng:
– Phản ứng 1: hấp phụ ban đầu ở liều polymer tối ưu, phân từ polymer sẽ kết dính vào hạt keo
– Phản ứng 2: hình thành bông cặn. Đuôi polymer đã hấp phụ có thể duổi ra gắn kết vị trí trống trên bề mặt hạt keo khác dẫn đến việc hình thành bông cặn.
– Phản ứng 3: hấp phụ lần 2 của polymer. Nếu đoạn cuối cùng duỗi ra và không tiếp xúc với vị trí trống trên hạt khác thì polymer sẽ gấp lại và tiếp xúc với mặt khác của chính hạt đó. Nguyên nhân gây ra là do khuếch tán chậm hay độ đục hoặc mật độ hạt keo trong nước thấp.
– Phản ứng 4: khi liều lượng polymer dư làm cho bề mặt hạt keo bảo hoà các đoạn polymer điều này làm cho không còn vị rtí trống để hình thành cầu nối đưa đến hệ keo sẽ ổn định lại.
– Phản ứng 5: vỡ bông cặn. Khi xáo trộn quá lâu hoặc quá nhanh làm cho các bông cặnbị phá vỡ và trở vể trạng thái ổn định ban đầu.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
Quá trình keo tụ nhờ vào vào hai chính sách chính là trung hoà điện tích và hấp phụ tạo cầu nối. Vì thế các yếu tố nào tác động ảnh hưởng đến hai quy trình trên điền gây tác động ảnh hưởng đến quy trình keo tụ tạo bông .
– Ảnh hưởng của pH
– Nhiệt độ nước
– Liều lượng chất keo tụ và chất trợ keo tụ
– Tạp chất trong nước
– Tốc độ khuấy trộn
– Môi chất tiếp xúc : nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến cho quy trình kết tủa càng trọn vẹn, vận tốc kết tủa tăng .
( nguồn : Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Xử lý chất thải )
