CHƯƠNG 3

MỘT SỐ PHƯƠNG XỬ LÝ NƯỚC BẰNG HÓA LÝ

TRUNG HÒA N C TH IƯỚ Ả

1. Mục đích: Nước thải có thể chứa kiềm, acid tránh hiện

tượng xâm thực, tránh cho các quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại.

Còn nhằm tách 1 số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải.

Được thực hiện trong các bể trung hòa liên tục hoặc gián đoạn theo chu kì. Trong 1 số trường hợp còn kết hợp chức năng lắng cặn.

Nước thải được xem là trung hòa khi pH = 6.5 – 8.5

1. Trộn nước thải có tính axit với nước thải có tính kiềm.

2. Đưa hóa chất vào để trung hòa.3. Trung hòa nước thải axit bằng cách cho

chảy qua lớp vật liệu trung hòa.4. Dùng khí thải, khói trung hòa nước thải

chứa kiềm.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUNG HÒA

Được dùng khi nước thải của 2 nhà máy gần nhau, hoặc cùng 1 nhà máy có tính chất đối lập nhau.

Trộn nước thải trong thùng chứa có cánh khuấy hoặc khuấy trộn bằng không khí.

Làm s ch b m t ạ ề ặkim lo iạ

T y r kim lo iẩ ỉ ạ

N c th i có tính ướ ảacid m nhạ N c th i có tính ướ ả

ki m m nhề ạ

Công ngh s n xu t xi mệ ả ấ ạCông ngh s n xu t xi mệ ả ấ ạ

Đối với nước thải acid: Tác nhân:

o NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômit (CaCO3.MgCO3).

o Rẻ nhất là 5 – 10 % Ca(OH)2 Xôđa và NaOH ở công nghiệp.

o Đôi khi còn sử dụng các chất thải khác nhau của sản xuất trung hòa nước thải.

Lưa chọn tác nhân phụ thuộc vào:o Thành phần, nồng độ axit của nước thải.o Quá trình có tạo ra cặn bã hay không ?

loại nước thải chứa axit như sau: Chứa axit yếu (H2CO3, CH3COOH).

Chứa axit mạnh (HCl, HNO3).

Chứa H2SO4, H2SO3.

H2SO4 + sữa vôi CaSO4.2H2O (thạch cao). Thạch cao lắng đọng trên thành ống dẫn,

gây kín ống. Cách khắc phục:

Rửa ống dẫn bằng nước sạch. Cho thêm chất làm mềm đặc biệt (Vd:

hexametaphotphat. Tăng tốc độ dòng nước trung hòa.

Các tác nhân

Lượng tiêu tốn riêng của kiềm để trung hòa axit, Kg/Kg

H2SO4 HCl HNO3 H3PO4 CH3COOH HF

Canxi oxit 0.57 0.77 0.44 0.86 0.47 1.7

Các Hydroxit

Ca(OH)2 0.75 1.01 0.59 1.13 0.62 1.85

NaOH 0.82 1.09 0.63 1.22 0.67 2

KOH 1.14 1.53 0.89 1.71 0.94 2.8

Các cacbonat

CaCO3 1.02 1.37 0.8 1.53 0.83 2.5

MgCO3 0.86 1.15 0.67 1.21 0.7 2.1

Na2CO3 1.09 1.45 0.84 1.62 0.89 2.63

Đối với nước thải kiềm: Sử dụng các axit khác nhau. Hoặc khí thải mang tính axit.

Kiềm Lượng axit 100%, g

H2SO4 HCl HNO3

NaOH 1.22 0.91 1.57

KOH 0.88 0.65 1.13

Ca(OH)2 1.32 0.99 1.70

Kim loại Tác nhân (kg/kg)

CaO Ca(OH)2 Na2CO3 NaOH

Kẽm 0.85 1.13 1.6 1.22

Niken 0.95 1.26 1.8 1.36

Đồng 0.88 1.16 1.66 1.26

Sắt 1.0 1.32 1.9 1.43

Chì 0.27 0.36 0.51 0.38

Cần phải bổ sung thêm 1 lượng hóa chất cần thiết để lắng kim loại nặng.

Vì thành ph n và l u l ng n c th i trong các ầ ư ượ ướ ảtr m trung hòa dao đ ng l n.ạ ộ ớ

Xây d ng các b đi u hòa l n c n ph i có thi t ự ể ề ớ ầ ả ếb t đ ng đ đi u ch nh l ng hóa ch t cho ị ự ộ ể ề ỉ ượ ấvào.

Mục đích: Trung hòa nước axit có nồng độ axit <= 1.5 mg/l

và không chứa muối kim loại nặng. Vật liệu lọc:

Manhetit (MgCO3), đôlômit, đá vôi, đá phấn, đá hoa, xỉ, xỉ tro.

Ở dạng viên (30 – 80 mm). Chiều cao (H):

o Nước thải chứa HCl, HNO3: 1 – 1.5 m.o H2SO4: 1.5 – 2m.

Đá vôiĐá hoa

Đá ph nấĐá ph nấ X đ ngỉ ồ

Thiết bị lọc: Trong các thiết bị lọc – trung hòa đặt nằm ngang

hay đứng. Nước thải có thể đi từ trên xuống hoặc từ dưới

lên. Thiết bị và ống dẫn hệ thống trung hòa cần được

chế tạo bằng các vật liệu chịu axit.

Mục đích: Trung hòa nước thải kiềm. Tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu

tử độc hại. Ưu điểm của trung hòa bằng CO2 so với HCl,

H2SO4: Giảm chi phí đáng kể. Các cacbonat được hình thành có nhiều lợi hơn so

với sunfat, clorua. Tác động ăn mòn và độc hại nhỏ. Giảm CO2 giảm hiệu ứng nhà kính.

Khí lò hơi: CO2 từ 7-14% thể tích, SO2 từ 0,04% -0,2%. SO2 + H2O = H2SO3

H2SO3 + 2NaOH = Na2SO3 + 2H2O

H2SO3 + Na2SO3 = 2NaHSO3

Song trung hòa chủ yếu xảy ra giữa khí CO2 có nhiều chất trong khí khói và nước thải theo hai giai đoạn:

CO2 + H2O + 2NaOH => Na2CO3 + 2H2O (pH~11)

Na2CO3 + CO2 + H2O => 2NaHCO3 (pH~8)

SCR, l ng, ắl c…ọ

Trung hòa X lý sinh h cử ọ

Tr n l n n c th iộ ẫ ướ ả B sung ổtác ch tấ

V t li u ậ ệtrung hòa Ki m = khói th iề ả

Đi u ch nh đ pH c a n c th i.ề ỉ ộ ủ ướ ảLo i các kim lo i n ng.ạ ạ ặ

Đi u ch nh đ pH c a n c th i.ề ỉ ộ ủ ướ ảLo i các kim lo i n ng.ạ ạ ặ

Tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng.

Tách các chất hòa tan như chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải:

Tách các chất lơ lửng. Làm đặc bùn sinh học.

Ứng dụng: Xử lý nước thải sinh hoạt. Xử lý nước thải công nghiệp:

o Nhiễm dầu.o Thuộc da.o Chế biến thịto Tái chế giấy…

Phân loại chất rắn trong nước thải

10 100

10-2 10-1

110-110-2

10-5 10-4 10-3

10-310-410-5

10-610-710-8

Kích thước hạt, µm

Kích thước hạt, mm

Chất rắn keo Chất rắn lơ lửng

Khử bằng đông tụ Lắng được

Chất rắn tan

Là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học và hóa học. Có thể thay thế bể lắng. Có thể đứng trước hoặc sau bể lắng.

Là giai đoạn xử lý triệt để sau khi xử lý sinh học. Ví dụ:

Nước thải từ nhà máy → Song chắn rác → Bể điều hoà (máy thổi khí) → Thiết bị tuyển nổi → Thiết bị lọc sinh học BIOFOR- hiếu khí (máy thổi khí) → Thiết bị lắng đứng (→ Bể chứa bùn → Xe chở bùn) → Thiết bị lọc áp lực → Bể khử trùng vách ngăn (H/C khử trùng) → Nước thải sau xử lý thải ra nguồn tiếp nhận đạt tiêu chuẩn.

Tạo sự tiếp xúc giữa pha khí và pha rắn trong pha lỏng.

Pha khí sẽ kết dính với pha rắn. Lực nổi đủ lớn sẽ đẩy tập hợp khí – rắn lên

trên. Sau đó sẽ tập hợp lại thành các lớp bọt

chứa các hàm lượng rắn cao hơn so với ban đầu.

vớt ra

Kết dính làm sao??? Kết dính làm sao???

Sự dính kết giữa chất bẩn với bề mặt phân chia giữa khí và nước.

Do có năng lượng tự do trên bề mặt hiện tượng thấm ướt (xuất hiện ở những nơi tiếp xúc giữa 3 pha rắn – lỏng – khí).

Khi bọt khí bám và hạt rắn tỷ trọng giảm lực đẩy nổi xuất hiện.

αBóng khí

Hạt rắn

Chất giúp tăng sự kết dính: Mục đích: giúp các hạt rắn ưa nước trở thành

kỵ nước nhờ 2 đầu phân cực của chúng. Dầu mỡ, và hỗn hợp các sản phẩm chế biến từ

dầu, than đá, gỗ. Axit với các gốc hydrocacbon (axit béo và muối:

natri olenat, axit oleic, axit stearic…). Các hợp chất chứa lưu huỳnh hóa trị 2 ở phần phân

cực (mecaptan, xantozen, ditiocacbonat,…) Các hợp chất chứa anion của axit sunfuric ở phần

phân cực (ankylsunfat, ankylsunfonat…) Các hợp chất chứa N, P ở nhóm phân cực (amin,

muối amon, atanolamin, muối piridin…).

Các chất ổn định kích thước bọt:o Có tác dụng giảm năng lượng bề mặt phân pha.o Dầu bạch dương, cresol, natri alkylsilicat, phenol…

Kích thước các bọt khí Є vào sức căng bề mặt ở bề mặt phân pha lỏng – khí.

Khi sức căng bề mặt càng thấp thì bọt khí càng nhỏ.

Các chất ổn định bọt có 2 đầu: phân cực và không phân cực, phân cực phản ứng với pha lỏng, không phân cực phản ứng với pha khí làm giảm sức căng bề mặt ổn định bọt khí.

Phương thức cấp không khí vào nước: Sục khí ở áp suất khí quyển tuyển nổi bằng

không khí. Sục khí vào nước ở áp suất cao, sau đó giảm áp

tuyển nổi áp suất. Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển sau đó

thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không tuyển nổi chân không.

a. Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học.

b. Tuyển nổi không khí bằng máy bơm nén khí.c. Tuyển nổi với tách không khí từ nước.d. Tuyển nổi điện, sinh học, hóa học.e. Tuyển nổi ion.f. Tuyển nổi tách phân đoạn bọt.g. Tuyển nổi tách phân đoạn bọt rồi phân hủy bức

xạ.…

1. Buồng tuyển nổi.2. ống cấp khí.3. Trục.4. Cánh quạt.

N c ướth iả N c ướ

sau x lýử

Không khí

Một ngăn máy tuyển nổi

Qua các vòi phun. Qua các tấm xốp.

1. Buồng tuyển nổi

2. Đầu phun.

3. Rãnh gom cặn.

4. Bộ phận điều

chỉnh mức chất

lỏng.

Cặn

Nước thải

Không khí

N c sau ướx lýử

Nc

thi

ướả

Không khí

Nc

thi s

au x

lýướ

ảử

1. Bu ng tuy n n i.ồ ể ổ

2. T m l c.ấ ọ

3. Cào bã

4. Rãnh gom c nặ

Bản chất: Tạo dung dịch quá bão hòa không khí. Khi giảm áp suất các bọt khí sẽ tách ra dung dịch và

làm nổi chất bẩn lên. Phân loại:

Theo cách giảm áp suất: Tuyển nổi chân không, Tuyển nổi áp suất…

Theo chế độ hoàn lưu nước: Tuyển nổi tuần hoàn. Tuyển nổi không tuần hoàn.

Nguyên tắc hoạt động: Nước thải được bão hòa không khí ở áp suất khí quyển trong

buồng sục khí. Vào buồng tuyển nổi, áp suất khoảng 225 – 300 mmHg nhờ

bơm chân không. Khi đó các bọt khí rất nhỏ nổi lên và kéo theo chất bẩn. Thời gian là 20 phút.

Ưu điểm: Sự hình thành rắn – khí diễn ra trong môi trường tĩnh (xác xuất

vỡ thấp). Chi phí năng lượng thấp.

Khuyết điểm: Số lượng bọt khí nhỏ nên không áp dụng cho nước thải có SS

lớn ( <250 – 300 mg/l). Phải xây dựng lắp ráp các thùng chân không rất kín với thiết bị

gạt cơ giới bên trong.

Nguyên tắc: Bão hòa không khí dưới áp suất cao (1.5 – 4

atm) Tách khí hòa tan ở áp suất khí quyển.

Ưu điểm: Vận hành ổn định và đơn giản. Cho phép tách SS với nồng độ cao 4 – 5 g/l.

Hóa ch tấ

Nước thải

Bơm cấp hóa chất

Không khí

Bình tạo áp

Bơm tạo áp

Dòng tràn với cặn đặc

Tấm chắn

N c trongướ

Van kiểm soát áp suất

Tháo chất rắn lắng

Bộ phận cào gom bùn cặn

Hóa ch tấ

Nước thải

Bơm cấp hóa chất

Van kiểm soát áp suất

Cặn rắn lắng

Bộ phận cào gom bùn cặn

Tấm chắn

Nước trong

Nước trong tuần hoànKhông

khí

Bình tạo áp

Bơm tạo áp suất

Nước đi từ bể lắng, từ dòng thải của nhà máy

Dòng tràn với cặn đặc

1. ống tháo nước trong 2. Thiết bị điều chỉnh mức chất lỏng

3. Bộ phận gạt bọt 4.ống tháo cặn lắng

5. ống tháo cặn tuyển nổi 6. Bộ phận cào cặn lắng

7.ống dẫn hỗn hợp không khí – chất thải lỏng.

Bùn c nặ

N c th iướ ả

Váng c nặ

N c s chướ ạ

1. Than thi t b .ế ị2. Đi n c c.ệ ự

Đường kính bóng khí vào khoảng 20 – 100 µm.

Cần phải chọn phù hợp: Loại vật liệu. Đường kính sợi anot và catot. Mật độ dòng điện. ( tối ưu: 200 – 260 A/m2 )

Dùng để cô đặc từ bể lắng đợt 1. Cặn được đưa vào 1 bể và đun nóng từ 35 –

55o trong vài ngày. VSV phát triển lên men sinh ra các chất khí

(CO2, CH4…) kéo cặn nổi lên trên. Gạt bỏ cặn. Kết quả cặn được giảm độ ẩm đến 80%.

Quá trình hóa học sinh ra các bọt khí như O2, Cl2, CO2…

Bọt khí này kết dính các chất lơ lửng. Nhược điểm: tiêu hao hóa chất.

Định nghĩa: Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa,thu hút…)các phân tử khí,hơi hoặc các phân tử,ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng-rắn,lỏng-khí,khí-rắn.Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ,còn chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ.

Trong quá trình hấp phụ có tỏa ra một nhiệt lượng,gọi là nhiệt hấp phụ.Bề mặt càng lớn tức là độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ tỏa ra càng lớn

==> Mục đích của phương pháp này: Xử lý nước thải chứa nhiều loại chất bẩn khác nhau Có thể xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học

hoặc qua các biện pháp xử lý hóa học

Hấp phụ chất bẩn hòa tan là kết quả của sự chuyển phân tử của những chất có từ nước vào bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của trường bề mặt.Trường lực bề mặt gồm có 2 dạng: Hydrat hóa các phân tử chất tan,tức là tác dụng tương hỗ giữa

các phân tử chất rắn hòa tan với những phân tử nước. Tác dụng tương hỗ giữa các phân tử chất bẩn bị hấp phụ thì

đầu tiên sẽ loại được các phân tử trên bề mặt chất rắn.Khi xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên

sẽ loại được các phân tử của các chất không phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được các chất phân ly.Khả năng hâp phụ chât bẩn trong nước thải còn phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ

Hấp phụ vật lý Khi đã được hấp phụ lên bề mặt chất rắn,tương tác giữa các chất hấp phụ và chất bị hấp phụ không

lớn,cấu trúc điện tử của chất bị hấp phụ ít thay đổi,nhiệt hấp phụ không lớnCác nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử,phân tử,các ion…)ở bề mặt bởi lực

liên kết Vander Walls yếu.Nói một cách khác,trong hấp phụ cật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bẳng lực liên kết phân tử yếu (lực vander walls) và liên kết hidro.Sự hấp phụ vật lý luôn thuận nghịch.Nhiệt hấp phụ không lớn.

Đặc trưng của hấp phụ vật lýXảy ra ở nhiệt độ thấp,dưới nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụLoại tương tác: Tương tác giữa các phân tửEntanpi thấp: ∆H < 20 KJ/molXảy ra hấp phụ đa lớpNăng lượng hoạt hóa thấpNăng lượng trạng thái của chất bị hấp phụ không thay đổiThuận nghịch

Hấp phụ hóa họcCó những lực hóa trị mạnh (do các liên kết bền của liên kết ion,liên kết cộng hóa trị,liên kết phối

trí…)liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha

Nói một cách khác hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha (bề mặt pha hấp phụ).Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, ion,liên kết cộng hóa trị,liên kết phối trí…),sự hấp phụ hóa học luôn luôn thuận nghịch.Nhiệt hấp phụ hóa học lớn,có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol.

Đặc trưng hấp phụ hóa họcXảy ra ở nhiệt độ caoLoại tương tác :xảy ra liên kết công hóa trị giữa chất bị chất phụ và bề mặtEntanpi cao: 50 kJ/mol < ∆H < 800 KJ/molChỉ xảy ra hấp phụ đơn lớpCác năng lượng hoạt hóa caoMật độ electron tăng lên ở bề mặt phân cách hấp phụ - chất bị hấp phụChỉ xảy ra thuận nghịch ở nhiệt độ cao

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hấp phụHấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học đều tỏa nhiệt.Tuy nhiên,ở hấp phụ vật lý tỏa nhiệt

yếu,khoảng vào chục kJ/mol.Còn ở hấp phụ hóa học tỏa nhiệt mạnh có thể đạt tới hàng trăm kJ/mol vào cỡ hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học.Vì sự hấp phụ hóa học tỏa nhiệt nên theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng,lượng chất bị hấp phụ phải giảm khi nhiệt độ tăng.Tuy vậy,ở nhiệt độ thấp hấp phụ hóa học thường diễn ra chậm và khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hấp phụ có thể tăng theo.Điều này có thể liên quan đến hàng rào hoạt hóa đặc trưng cho tương tác hóa học giữa các phân tử bị hấp phụ và các tiểu phân của lớp bề mặt hấp phụ hóa học mà tốc độ phụ thuộc vào hàng rào hoạt hóa gọi là hấp phụ hoạt hóa.

Trong hấp phụ vật lý,lượng chất bị hấp phụ ở áp suất không đổi sẽ giảm đi khi tăng nhiệt độ.Tốc độ của quá trình hấp phụ vật lý ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ,vì trong toàn cục tốc độ này được xác định bởi tốc độ của sự khuếch tán.

Trong hấp phụ hóa học thường lượng chất bị hấp phụ cũng giảm đi khi nhiệt độ tăng nhưng tỉ lệ này là một tỉ lệ dễ thay đổi và thường thường thì lượng chất bị hấp phụ hóa học lớn hơn lượng chất bị hấp phụ vật lý,còn tốc độ của quá trình thì phụ thuộc vào nhiệt độ và đặc trưng bằng năng lượng hoạt hóa xác định và tương đối lớn

Than hoạt tínhLà một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể

vụn grafit (ngoài carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát). Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn , là một chất liệu xốp, có rất nhiều lỗ lớn nhỏ do vậy mà nó là một chất lý tưởng dùng để lọc hút nhiều loại hóa chất.

Bề mặt riêng rất lớn của than hoạt tính là hệ quả của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thừa hưởng từ nguyên liệu hữu cơ xuất xứ, qua quá trình chưng khô (sấy) ở nhiệt độ cao, trong điều kiện thiếu khí. Phần lớn các vết rỗng - nứt vi mạch, đều có tính hấp thụ rất mạnh và chúng đóng vai trò các rãnh chuyển tải (kẽ nối). Than hoạt tính thường được tự nâng cấp (ví dụ, tự rửa tro hoặc các hóa chất tráng mặt), để lưu giữ lại được những thuộc tính lọc hút, để có thể thấm hút được các thành phần đặc biệt như kim loại nặng.

Là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như tro của vỏ lạc (đậu phộng), gáo dừa hoặc than đá. Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính ô xi hóa ở nhiệt độ cực cao. Quá trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ và giữ các tạp chất. Than hoạt tính lọc nước qua hai quá trình song song:

Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ, Hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi ion.

Thuộc tính làm tăng ý nghĩa của than hoạt tính là: nó là chất không độc ,giá thành sản xuất rẻ (được tạo từ gỗ thành than hoạt tính và từ nhiều phế chất hữu cơ khác, ví dụ: từ vỏ, xơ dừa,trấu), và đồng thời cũng xử lý chất thải rất dễ sau khi đã dùng (bằng cách đốt). Nếu như các chất đã được lọc là những kim loại nặng thì việc thu hồi lại, từ tro đốt, cũng rất dễ.

THAN HOẠT TÍNH DẠNG BỘT THAN HOẠT TÍNH DẠNG HẠT

Cơ chế: bề mặt than có hàng triệu lỗ nhỏ và khe nứt nen chất thải cũng như các chất gây mùi khác sẽ rơi vào trong các lỗ đó và bị bẫy lại cho đến khi khả năng này bão hòa

Khi than hoạt tính đã hấp phụ “no” (bão hòa) nó không còn khả năng hấp phụ tiếp tục nữa. Đối với than trong trường hợp này không thể bỏ đi mà phải tái sinh và tái sử dụng. Việc hoàn nguyên than hoạt tính gồm :

Làm khô : là quá trình khử nước ở nhiệt độ 30-100 C Nung :làm bay hơi hay khí hóa các hợp chất hấp phụ ở nhiệt độ 100-800 C Hoạt hóa: chất hấp phụ được hoạt hóa trở lại (có thể sử dụng lại từ quá trình phân hủy hay oxi

hóa tác dụng của dòng hơi nước 120 C) Nếu là quá trình hấp phụ hơi dung môi, khí, mùi thì không có bước làm khô

Ứng dụng: Trong y tế (carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn, Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho các chất xúc tác khác, Trong kỹ thuật thì làm một thành phần của cái lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá, cũng như trong tủ mát

và máy điều hòa nhiệt độ), Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi lượng.

SilicagelSilica gel là chất rắn có lỗ xốp nhỏ,dạng cục hoặc viên hình cầu tùy thuộc phương

pháp tạo hạt khi điều chế,có loại trong suốt như thủy tinh,có loải đục.Độ xốp thay đổi trong giới hạn 20-60%,đường kính lỗ xốp khoảng 3-10nm,bề mặt riêng 200-800m2/gam. Hút nước mạnh và có khả năng hấp phụ chất khí.Được dùng làm chất hấp phụ để làm sach4 dầu khoáng và nước,tách các rượu.axit amin, vitamin, chất kháng sinh,freon,…Cũng dùng làm chất mang xúc tác, chất hút ẩm, làm khô và chất hấp phụ (pha tĩnh) trong phân tích sắc kí.

Xét về bản chất hóa học,là oxit silic hidrat hóa ở trạng thái rắn vô định hình,có thành phần biến đổi.Công thức hóa học đơn giản của nó là SiO2.nH2O (n<2), nó được sản xuất từ natri othosilicat (Na2SiO4) hoặc Silic TetraClorua (SiCl4).

Hiện nay silica gel có vai trò rất quan trọng trong công nghệ hóa học từ đơn giản đến phức tạp. Silica gel được dùng rất nhiều làm xúc tác trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu, lọc nước,...

Phương pháp tái sinh: Sau thời gian sử dụng, chất hấp phụ cần được tái sinh để thu hồi cấu tử hấp phụ bằng các phương pháp:

Làm nóng chất hấp phụ (nhả hấp phụ) Rửa bằng nước Hút cấu tử hấp phụ bằng chất hấp phụ khác mạnh hơn Giảm áp suất

Định nghĩa:Trích ly là quá trình tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp nhờ một dung môi có

khả năng hòa tan chọn lọc một số chất trong hỗn hợp đó

Mục đích trích ly:Loại bỏ hoặc thu hồi chất bẩn trong nguồn nước thải nhưng có giá trị

như:các dung môi hữu cơ độc hại,các hợp chất hữu cơ nhân thơm như phenol,chất thải dầu mỏ,thuốc trừ sâu,thuốc bảo vệ thực vật…

Ưu điểm: xử lý triệt để và có chọn lựa đối tượng Nhược điểm: chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên ít được sử dụng ở các

công trình lớn,thường được dử dụng cho các trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao.

Nguyên lý của quá trình trích ly

Trong nước thải tồn tại 2 loại pha: 1 pha (thành phần) là nước và pha kia (thành phần khác) là chất rắn.Ta lợi dụng đặc tính này để phân tách 2 pha ra,loại bỏ thành phần chất bẩn ra khỏi nước sạch. Ta thực hiện như sau: bổ sung một thành phần khác (một dung môi hoặc chất rắn khác không hòa tan trong nước) nhưng có khả năng hòa tan chất bẩn,khuấy trộn đều để dung môi và chất bẩn tiếp xúc với nhau là lớn nhất.Dung môi này khi cho vào nước thải sẽ bắt lấy (hòa tan) các chất bẩn ra khỏi thành phần của nước.Vì nước và dung môi ta bổ sung vào để xử lý không hòa tan vào nhau nên sau 1 thời gian chúng sẽ phân lớp và ta dễ dàng tách phần nước sạch với phần dung môi chứa chất bẩn.

Trong quá trình trích ly,nếu trích ly 1 lần chưa đạt được hiệu quả như mong muốn ta có thể trích ly lần thứ 2,3 tùy theo mục đích trích ly và hiệu quả kinh tế.

Trích ly gồm 2 dạng Trích ly rắn (chất trích ly) – lỏng (nước thải): gọi là trích ly rắn

Trích ly lỏng (dung môi trích ly) – lỏng (nước thải): trích ly lỏng.Sau khi trích ly hoàn tất ta có thể tiến hành chưng cất phần dung môi chứa chất bẩn để thu lại dung môi cho các lần xử lý sau và xử lý chất bẩn hiệu quả hơn (nếu chất bẩn ở đây là chất có giá trị thì càng nên thực hiện quá trình chưng cất để tăng hiệu quả xử lý và tăng hiệu quả về giá trị kinh tế)

Tháp trích ly với vòng tiếp xúc (vòng đệm)Tháp trích ly vòng đệm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và cho hiệu suất

cao.Biện pháp này dùng để khử phenol bằng benzen hoặc dầu than đá hay bằng butylaxetat hoặc bằng ete isopropyl.

Tháp trích ly kiểu vòi phun tiaĐối với vòi phun,mức độ phân tán dung môi nhờ các vòi phun là yếu tố quyết định.Nếu

chọn đúng loại vòi phun,kích thước và điều kiện công tác của nó có thể đạt được mức độ phân tán cao.

Tháp trích ly với đĩa roto quayLà một tháp trụ,theo chiều cao chia thành nhiều ngăn bằng các vách có thể trích ly được các

chất bẩn dạng nhũ tương trong nước thảiHiệu suất và khả năng vận chuyển của thiết bị trích ly này tùy thuộc vào kích thước bên

trong :đường kính tháp, đường kính đĩa, đường kính các vòng stato và chiều cao mỗi ngăn.

Tháp trích ly kiểu rungTháp trích ly kiểu rung tạo ra trong tháp các pha nước – dung môi được phân tán và khuấy

trộn nhờ chuyển động thẳng, vòng được tuân theo trục tháp

Tháp trích ly kiểu lắng – trộnTháp trích ly kiểu lắng trộn được dùng với lưu lượng lớn và số bận khá cao.Theo cấu tạo có

thể là loại đứng hoặc ngang.

Tháp trích ly với lớp đệm bằng sàng rung (tháp mâm)Trục quay chính giữa có gắn kết với các mâm cố định có đục lỗ,khi trục chính giữa quay sẽ làm

cho các mâm rung lên.Khi đó,cho cung môi và nước thải vào trong tháp,2 thành phần này tiếp xúc với nhau,khi dung môi và nước thải gặp các mâm,sự rung của mâm làm cho các phân tử nước,phân tử chất bẩn và các phân tử dung môi xử lý va đập chuyển động nhanh và mạnh hơn,phân tán ra khắp các mâm trong tháp,từ đó tăng khả năng tiếp xúc giữa pha dung môi với pha chất bẩn dẫn đến quá trình hòa tan và trích ly diễn ra nhanh hôn và nước thải được xử lý triệt đễ hơn.

Tháp trích ly nhiều ngăn kiểu lắng trộn (tháp đệm): Trục chính giữa có gắn kết với các cánh khuấy,khi trục quay các cánh khuấy cũng chuyển

độngquay theo.Ngoài ra trong tháp còn có các lớp vật liệu đệm (màng ngăn).Khi nước thải và dung môi xử lý được đưa vào trong tháp,hỗn hợp này được các màng ngăn chứa tạm thời trong từng khoang,lúc này 2 pha nước thải và dung môi gặp nhau,kết hợp với chuyển động của các cánh khuấy trộng đều hỗn hợp dung môi với nước thải làm cho chúng tiếp xúc với nhau nhiều hơn nên làm tăng hiệu quả trích ly chất bẩn ra khỏi nước sạch.Sau đó để yên chờ cho 2 pha tách ra rồi ta tháo nước sạch và dung môi chứa chất bẩn ra khỏi tháp.

Các chất trao đổi tion có thể là các chất vô vơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhan tạo. Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau,…

Các chất chứa nhôm silicat loại : Na20.Al2O3.nSiO2.mH2O. Các chất florua apatit [Ca5(PO4)3]F và hydroxyt apatit [Ca5(PO4)3]OH Các chất có nguồn gốc từ các chất vô cơ tổng hợp gồm silicagel, permutit

(chất làm mềm nước) , ... Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axut humic của

đất (chất mùn) và than đá, chúng mang tính axit yếu. Các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp là các nhựa có bề mặt riêng lớn,

chúng là những hợp chất cao phân tử. Ví dụ, các chất trao đổi cation sunfua RSO3H, trong đó H – ion trái dấu và SO3 – ion nhận điện tử ; hoặc cation cacboxylic : R-COOH ;

cation phenolic : R-OH ; cation photpho : R – PO3 - H.

Hạt Na – Cationit ( Purolite C-100) CATION AXÍT MẠNH SYN 07

HẠT NHỰA PUROLITE Hạt trao dổi ion

Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn .Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau .

Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành và tái sinh liên tục ; và trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến.

Cho phép xử lý và thu hồi các chất bẩn có giá trị trong nước thải cũng như trong nước cấp

Trong xử lý nước cấp: phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử các muối, khử cứng,khử khoáng,khử nitrat,khử màu,khử kim loại và các ion kim loại ra khỏi nguồn nước.

Trong XLNT: phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại các KLN( kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thủy ngân, cadimi...)

Ưu điểm: xử lý triệt để và có lựa chọn đối tượng Nhược điểm: chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên ít được

sử dụng ở các công trình lớn,thường được sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao.

Người ta sử dụng nhựa trao đổi ion trong XLNC chủ yếu nhằm 2 mục đích khử cứng và khử khoáng. Khử cứng nhằm loại bỏ các ion Ca2+,Mg2+. KHử khoáng nhằm loại bỏ hầu hết các ion có trong nước.

Khử cứng cho nước cần xử lý chảy qua cột lọc cation ở dạng Rna2RNa + CaSO4 RCa +Na2SO42RNa + MgSO4 RMa +Na2SO4

Cơ chế trao đổi ion có thể gồm những giai đoạn sau : Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất thải lỏng tới bề mặt của lớp

biên giới mà Chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion. Khuếch tán lớp ion qua lớp biên giới Chuyển ion đã qua biên giới phân pha và hạt nhựa trao đổi. Khuếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng

trao đổi ion Phản ứng hoá học trao đổi ion A và B Khuếch tán ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân pha. Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất

lỏng. Khuếch tán các ion B qua màng Khuếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng.

Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tự khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng.

Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng.

Là một màng mỏng làm từ vật liệu Cellulose Acetate, Polyamide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0.001 micron. Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine không giống nhau.

Với tốc độ và áp lực cực lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt của màng RO. Một phần trong số những phân tử nước “chui” qua được những lỗ lọc. Các tạp chất bị dòng nước cuốn trôi và “thải” bỏ ra ngoài. Với cách thức này, bề mặt của màng RO liên tục được rửa sạch và có tuổi thọ tới 2 - 5 năm.

NƯớC Từ NƠI SạCH ĐếN NƠI CÓ NồNG Độ MUốI CAO HƠN

Thẩm thấu ngược: sử dụng 1 áp lực đủ để đẩy ngược dung môi( nước) tứ 1 dung dịch đậm đặc đến dung dịch loãng

Áp suất cao đẩy nước qua màng, đến nơi tinh khiết

Người ta cho rằng nếu như chiều dày của lớp phân tử nước bị hấp phụ bằng hay lớn hơn nửa đường kính mao quản của màng thì dưới tác dụng của áp suất thì chỉ có nước sạch đi qua ; mặt dầu kích thứơt của nhiều ion nhỏ hơn kích thướt của phân tử nứơc.

Các màng hydrat cùa các ion này đã cản trở không cho chúng đi qua mao quản của màng. Kích thướt lớp màng hydrat của các ion khác nhau sẽ khác nhau

Lọc thẩm thấu ngược loại bỏ: 99% tất cả các loại chất rắn hòa tan, các phân tử nhỏ, các vi

khuẩn. Cu, Pt,Fe, Mn,...virut. Những hạt có kích thước khoảng 0,001 mm. Khử các chất có khối lượng phân tử thấp và áp suất thẩm thấu cao.

Để có thể thiết kế một thiết bị thẩm thấu ngược ta cần biết thành phần và số lượng nước thải, nhiệt độ và áp suất thẩm thấu.

Là sự chuyển dịch của nước qua màng bán thấm dưới tác dụng của sự chênh lệch áp lực

Tốc độ siêu lọc sẽ phụ thuộc vào áp lực tác động lên quả lọc và như vậy áp lực cao hơn sẽ tạo ra tốc độ lọc cao hơn và ngược lại

Phép thẩm tách là quá trình phân tách các chất rắn bằng sử dụng khuếch tán không bằng nhau qua màng. Tốc độ khuếch tán có liên quan đến gradien nồng độ qua màng.

Nước thải của nhiều lĩnh vực công nghiệp (hoá chất, sản xuất nhân tạo, sản xuất giấy – xenlulosza sunfat,…) chứa cáchất bẩn dễ bay hơi mhư hyđrosunfua, cacbon sunfua, metyl mecaptan, đisunfit, dimetyl sunfit,… Để xử lý các loại nước thải này ngươi ta dùng phương pháp làm thoáng.

Khi thổi không khí vào hoặc một loại khí trơ dễ bay hơi, thì hơi của chất bẩn đó khuếch tán đạt trạng thái cân bằng của chất bẩn trong nưbọt khí được xác định theo quy luật Henri.

Tháp làm thoáng bằng không khí 1. Thiết bị phu nước; Thiết bị hệ thống thổi khí; màng phòng ngừa; 4. Ống xả cặn đáy; vòng rasing; 6. Thủy tinh báo mực nước

3.8.4.2.Phương pháp chưng bay hơi Khi chất hữu cơ dễ bay hơi cùng với nước

tạo thành hỗn hợp đẳng sôi thì người ta dùng phương pháp chưng bay hơi để tách các chất đó cùng bay theo hơi nước.

3.8.5.1.Oxy hoá bằng Clo. Clo và các chất có chứa Clo hoạt tính là

những chất oxy hoá có thể lợi dụng để tách H2S, hyđrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải.

3.8.5.2. Oxy hoá bằng hyđro peoxit Hyđro peoxit H2O2 là một chất lỏng không

màu có thể trộn lẫn với nước ở bất kỳ tỉ lệ nào. H2O2 được dùng để oxy hoá các nitrit , các aldehit, phenol, xyanua, các chất thải chứa lưu huỳnh và các chất nhuộm mạnh.

3.8.5.4.Oxy hoá bằng pyroluzit Pyroluzit thường được sử dung để oxy hoá As3+ đến

As5+

Theo phản ứng sau : H2AsO2 + MnO2 + H2SO4 =H2+ MnSO4 + H2O.

3.8.5.5.Ozon hóa Phương pháp này dùng để khử tạp chất nhiễm bẩn,

khử màu, khử các vị lạ có trong nước. Quá trình oxy hoá có thể làm sạch nước thải khỏi

phenol, sản xuất dầu mỏ, H2S, các hợp chất Asen, các chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm,...

Các phương pháp điện hoá cho phép thu hồi từ nước thải các sản phẩm có giá trị bằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản và có thể tự động hoá. Không cần sử dụng tác nhân hoá học, nhược điểm là tiêu hao điện năng.

Gồm các phương pháp chính sau : • Oxy hoá của anot và khử của catot. • Đông tụ điện • Tuyển nổi bằng điện.