Tài liệu Phương pháp keo tụ trong xử lý nước thải

  • Số trang: 27 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 34 |
  • Lượt tải: 0
thanhphoquetoi

Tham gia: 05/11/2015

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ – MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÔN HỌC HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG An Giang , 02/2011 LOGO NHÓM 1       Hồ Văn Thắng Nguyễn Khắc Duy Võ Minh Đức Võ Trương Khánh Duy Nguyễn Văn Trường Trần Hữu Hoai QUÁ TRÌNH KEO TỤ NỘI DUNG 1. KHÁI NIỆM 2. CẤU TẠO HẠT KEO 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ 4. CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH KEO TỤ TẠO BÔNG 5. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN TRONG QUÁ TRÌNH KEO TỤ 1. Khái niệm Tạp chất trong nước thiên nhiên thường đa dạng phong phú về chủng loại và kích thước, chúng có thể là các hạt cát, sét, mù sinh vật phù du, sản phẩm hữu cơ dễ bị phân hủy kích thước các hạt dao động từ vài phần triệu milimet đến vài milimet . Bằng các biện pháp hóa học như tuyển nổi ,lắng lọc chỉ có thể loại bỏ được các hạt có kích thước lớn hơn 104 mm , với các hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm , nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải mất rất nhiều thời gian và cũng rất khó có thể đạt dược hiệu quả cao, do vậy cần phải áp dụng phương pháp xử lí hóa học ,đó là phương pháp keo tụ 1. Khái niệm  Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm , phèn sắt với dạng dung dịch hòa tan , các chất điện li hoặc các chất cao phân tử …  Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta còn có thể tách được hoặc làm giảm đi thành phần có trong nước như kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các anion PO43 …và có thể cải thiện được độ đục và màu sắc của nước. 1. Khái niệm Bảng: Tác dụng của quá trình keo tụ trong xử lí nước cấp Các thành phần trong nước Các chất vô cơ Độ đục chất rắn lơ lửng Photphat, PO43Nitrat (NO3- ), Amon (NH4+ ) clorua(Cl- ),Sunfat (SO42-) Florua ( F-) ++ Fe,Al,Cu,As,Cd,Pb,Se Zn,Cr,Hg ++ Mn,Ba Co,Ni,CNCác chất hữu cơ Màu,COD,TOC,BOD Cacbon mạch vòng , hóa chất bảo vệ thực vật (parathon,dieldrin) Khả năng tách tối đa nhờ quá trình keo tụ +++ +++ 0 +++ + 0 +++ ++ 2. Cấu tạo của hạt keo Tùy thuộc vào nguồn gốc , xuất xứ , các hạt cặn trong nước đều có thể mang điện tích âm hoặc dương . Khi thế cân bằng điện động bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết dích với nhau nhờ lực liên kết phân tử và lực điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do , các tổ hợp tạo thành thường được gọi là các hạt keo.  Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, các hạt keo có tính chất khác nhau .  Hạt keo thường được chia làm hai loại. - keo kỵ nước - keo háo nước 2. Cấu tạo của hạt keo i. ii. Keo kỵ nước (hydropholic) không tan , phân chia thành các hạt nhỏ , không ngậm dầu, nước . ví dụ như các kim loại như vàng ,bạc, silic. Keo ngậm nước (hydrophilic) có khả năng hấp phụ các phân tử nước . ví dụ như vi trùng , virus, các polime hòa tan , lòng trắng trứng … Ngoài ra các hạt keo còn được phân loại theo các dạng sau : - Keo phân tử là các phân tử lớn (polime) - Keo phân tán gồm nhiều phân tử phân tán (cát, đất sét) - Keo liên kết gồm nhiều phân tử khác nhau liên kết với nhau 3. Các phương pháp keo tụ - Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản . - Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu. - Phương Pháp keo tụ dùng các chất polimer . 3. Các phương pháp keo tụ • Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản.  Quá trình keo tụ bằng các chất điện ly đơn giản được xem như một cơ chế keo tụ tối ưu vì nó giải thích qua sự nén điện tích trong lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép để phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo trong nước.  Keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản đòi hỏi liều lượng chất điện ly cho vào nước thải phải thật chính xác.  Phương pháp keo tụ dùng chất điện ly đơn giản rất ít khi hầu như không được sử dụng . 3. Các phương pháp keo tụ • Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu.  Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị 3, còn gọi là phèn nhôm hoặc phèn sắt làm chất keo tụ.  Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các cation và anion theo phản ứng sau : Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SO42- FeCl3 Fe3+ + 3Cl- 3. Các phương pháp keo tụ  Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau.  Khi tăng pH: Me(H2O)63+ + H2O Me(H2O)5OH2+ + H3O+  Tăng axit Me(H2O)5 2+ + H2O Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+  Tăng kiềm Me(H2O)4(OH)2+ Me(H2O)3+ H2O + OH- Me(H2O)3+ + H3O+ + 3H2O Me(OH)4- 3. Các phương pháp keo tụ  Nhôm khi pH bắt đầu từ 6 trở lên và với sắt khi pH bắt đầu từ 5 trở lên, các phản ứng dừng lại ở trạng thái hydroxit Me(OH)3 kết tủa lắng xuống.  Quá trình tạo thành Me(OH)4- chỉ xảy ra khi pH ≥ 7,5 đối với nhôm và pH ≥ 10 đối với sắt . 3. Các phương pháp keo tụ  Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm và sắt thấy có  khả năng tạo ra các loại bông cặn như sau : - Tổ hợp các hạt keo tự nhiên bị phá vỡ thế điện động zeta, loại này chiếm số ít . - Các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau trung hòa về điện tích. vì vậy số lượng cũng không đáng kể. - Các hạt keo đươc hình thành do thủy phân chất keo tụ với các anion có trong nước nên bông cặn có hoạt tính bê mặt cao, có khả năng hấp thụ các chất bẩn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn.Loại này được quan tâm nhiều nhất. Các loại phèn nhôm, sắt thường được sử dụng: nhôm sunfat Al2(SO4)3.14H2O; nhôm clorua AlCl3.6H2O : nhôm policlorua [Al(OH)1.5(SO4)0.125Cl1.25]n ; aluminat NaAlO2… 3. Các phương pháp keo tụ • Keo tụ tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử.  Quá trình này đươc sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 103- 107 g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch vào khoảng 0.1-1µm.  Chúng giúp quá trình keo tụ xảy ra nhanh hơn và tạo ra các bông keo có kich thước lớn hơn để có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng.  Dựa vào hóa trị, chia làm 3 loại: - loại anion. - cation. - loại không ion.  Dựa cấu tạo hóa học, phân tử lượng và độ tích điện của chúng. 3. Các phương pháp keo tụ  Các chất cao phân tử được dùng là N-dimetylamino propylmethacrylat ( trùng hợp từ acrylamit ); polynatriacrylat ( sản phẩm trùng hợp của acrylamit ).  Các polime cấu tạo mạch dài, phân tử lượng cao. khi phân ly trong nước chúng keo tụ thành các hạt bẩn trong nươc dưới dạng liên kết chuỗi.  Lượng polyme thường dùng tối đa đến 0,5mg/l  Tuy nhiên, các loại polyme này có nhược điểm là không bảo quản được lâu, đặc biệt khi hòa tan trong nước, công nghệ sản xuất tốn kém, giá thành cao. 4. Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông  Các quá trình keo tụ và tạo bông. a. Quá trình nén lớp điện tích kép. Quá trình đòi hỏi nồng độ cao của các ion trái dấu cho vào để giảm thế điện động zeta. Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích, giảm thế điện động zeta làm cho lực làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy và tạo ra sự kết dính giữa các hạt keo. b. Quá trình keo tụ do hấp thụ trung hòa điện tích. Các hạt keo hấp thụ ion trái dấu lên bề mặt song song với cơ chế nén lớp điện tích kép nhưng cơ chế hấp thụ nhạnh hơn. Hấp thụ ion trái dấu làm trung hòa điện tích, giảm thế điện động zeta tạo ra khả năng kết dính giữa các hạt keo. 4. Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông c. Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc cầu. Các polyme vô cơ hoặc hữu cơ (không phải Al hoặc Fe) có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo.(lưu ý cần tính đủ lượng tối ưu để tránh hiện tượng tái ổn định của hệ keo). d. Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng. Hình thành các tinh thể Al(OH)3, Fe(OH)3, các muối không tan, các polyelectrolit. Cơ chế này không phụ thuộc vào quá trình tạo bông, không có hiện tượng tái ổn định hệ keo. Khi lắng, chúng hấp thụ cuốn theo các hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất vô cơ, hữu cơ lơ lững và hòa tan trong nước. 4. Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông  Cơ chế của quá trình keo tụ tao bông. (a). Cơ chế nén lớp điện tích kép.  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 và làm tăng điện tích trong điên tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện.  Mức giảm điện thế phụ thuộc vào nồng độ và hóa trị của các ion trái dấu đưa vào.  Nồng độ và hóa trị của ion bổ sung vào càng cao, quá trình trung hòa điện tích càng nhanh, lực đẩy tĩnh điện càng giàm. Đến một lúc nào đó, lực hút Wan der Walls (lực hấp dẫn) thắng lực đẩy tĩnh điện, các hạt keo xích lại gần nhau, kết dính với nhau và tạo thành bông keo. 4. Các cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông (b). Cơ chế hấp thụ - trung hòa điện tích.  Các hạt keo cũng hấp phụ lên bề mặt các ion trái dấu, làm thay đổi điện tích bề mặt hạt keo. Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion tích cao được hấp phụ tạo nên sự trung hòa điện tích. Các nhóm này phá vỡ trạng thái bề của hệ keo nhờ cơ chế nén điện tích kép và cơ chế hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt hạt keo, làm giảm thế điện động zeta, giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo điều kiện cho các hạt keo kết dính vào nhau, trong đó cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích đóng vai trò đáng kể.  Tuy nhiên, lượng ion trái dấu đưa vào chỉ có được hiệu quả tối ưu ở một giá trị nào đó. -Thứ nhất: nếu lượng ion trái dấu dưa vào đạt già trị tối ưu sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình keo tụ. -Thứ hai: nếu lượng ion trái dấu dưa vào không đạt già trị tối ưu sẽ làm giãm hiệu quả của quá trình keo tụ.
- Xem thêm -