Đề tài Nghiên cứu mô hình xử lý nước của công ty HOYA

g pháp này được sử dụng nhiều trong sử lý nước thải, đặc biệt đối với nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ. II.1.1 - Xử lí nước thải bằng phương pháp cơ học: II.1.1.1 - Song chắn rác: - Mục đích: Giữ lại các vật thô như: giẻ, giấy, rác, vỏ hộp, mẩu gỗ… ở trước song chắn. - Song chắn làm bằng sắt tròn hoặc vuông (sắt tròn có Ф = 8 ÷ 10 mm), thanh nọ cách thanh kia một khoảng: d = 60 ÷ 100 mm để chắn các vật thô d = 10 ÷ 25 mm để chắn các vật nhỏ - Song chắn được đặt nghiêng theo dòng chảy một góc (60 ÷ 75o). - Vận tốc dòng chảy thường là: 0,8 ÷ 1m/s để tránh lắng cát. II1.1.2 - Lưới lọc: - Lưới lọc đặt sau song chắn rác để loại bỏ các tạp chất rắn có kích thước nhỏ hơn, mịn hơn. Các loại tạp chất sẽ được giữ lại trên mặt lưới lọc, nhưng ta phải cào lấy các tạp chất và vệ sinh lưới lọc thường xuyên, để tránh làm tắc dòng chảy. - Ngoài ra, người ta còn thiết kế loại lưới lọc hình tang trống cho nước chảy từ ngoài vào trong hoặc từ trong ra ngoài. Trước song chắn rác còn có thể lắp thêm máy nghiền để nghiền nhỏ các tạp chất. II.1.1.3 - Lắng cát: - Phương pháp này dựa theo nguyên lý trọng lực, dòng nước thải được cho chảy qua “bẫy cát”. Bẫy cát là các loại bể, hố, giếng… cho nước thải chảy vào theo chiều khác nhau: Theo tiếp tuyến, theo dòng ngang, theo dòng từ trên xuống và tỏa ra xung quanh… Nước qua ‘bẫy cát’ dưới tác dụng của trọng lực, cát nặng sẽ lắng xuống đáy. - Cát lắng ở bẫy cát thường ít chất hữu cơ, sau khi lấy ra khỏi bể lắng cát, sỏi được loại bỏ… - Các loại bể lắng cát thông dụng là bể lắng ngang. Bể thường thiết kế hai ngăn, một ngăn cho nước qua và một ngăn cào cát sỏi lắng và hai ngăn này làm việc luân phiên nhau. - Ngoài bể lắng cát, còn có các loại bể lắng khác để lắng các loại hạt lơ lửng, các loại bùn ( kể cả bùn hoạt tính)… nhằm làm trong nước. Nguyên lý làm việc của các loại bể này cũng giống như bể lắng cát. ● Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng: Lưu lượng nước thải, thời gian lắng (hay thời gian lưu nước), khối lượng riêng và tải trọng tính theo tính chất rắn lơ lửng tải trọng thủy lực, sự keo tụ các chất rắn, vận tốc dòng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ nước thải, kích thước bể lắng… Các loại bể lắng: a/ Bể lắng ngang: Trong bể lắng ngang, nước chảy theo phương ngang theo chiều từ đầu đến cuối bể. * Hình dạng, cấu tạo: - Hình hộp chữ nhật làm bằng gạch hoặc bêtông cốt thép. - Tỷ lệ: L:H >= 10. - Độ dốc ít nhất 0.02 theo chiều dọc và 0.05 theo chiều ngang * Nguyên lý hoạt động: - Nước chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể đến cuối bể. Với tốc độ nước V [mm/s] đều khắp mọi điểm trong vùng lắng. Giả sử, các hạt đều cùng một vị trí xuất phát (điểm vào bể), khi đó dựa vào kích thước của từng hạt mà hạt đó có thể lắng được hay không. - Xét một hạt có quỹ đạo rơi có dạng đường thẳng (xét trường hợp lí tưởng) đúng bằng chiều dài của đáy bể và có độ cao bằng chiều cao bể ,tương ứng với tốc độ lắng của hạt là: Vp [mm/s] khi đó hạt đó lắng được. Như vậy,nếu các hạt cặn có tốc độ lắng nhỏ hơn Vp sẽ không lắng được.  Hình - 2.1- Mô hình bể lắng ngang 1 - nước thô vào 2 - máng thu nước, 3 - xả cặn bùn * Ưu điểm của bể lắng ngang: - Dễ xây dựng. - Hiệu suất lắng khá cao. * Nhược điểm: - Tốn diện tích mặt bằng - Khó thu cặn. b/ Bể lắng đứng: * Hình dạng, cấu tạo: - Hình trụ vuông hoặc tròn. Đáy chóp tạo góc ít nhất 50o so với mặt bằng. Thường đi kèm với khoang phản ứng đổi chiều dòng nước. * Nguyên tắc hoạt động: - Nước chảy theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên còn các hạt cặn rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. - Khi xử lý nước không dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước sẽ lắng xuống được, các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nước lên phía trên bể. - Khi sử dụng nước có dùng chất keo tụ, trong nước có chứa các hạt cặn kết dính. Do đó ngoài hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước lắng xuống được và các hạt cặn khác cũng lắng được. Nguyên nhân là do trong quá trình các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dâng của dòng nước bị đẩy lên trên, chúng kết dính với nhau và tăng dần kích thước do đó tốc độ rơi lớn hơn tốc độ chuyển động của dòng nước làm cho nó lắng xuống được. - Đầu tiên nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể rồi đi xuống dưới qua bộ phận hãm làm triệt tiêu chuyển động xoáy rồi vào bể lắng. Trong bể lắng đứng, nước chuyển động từ trên xuống, cặn từ trên xuống đáy bể. Nước thụ vào Nước lắng ra Xả bùn - Nước đã lắng được thu vào máng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang bể lọc. Hình - 2.2 - Sơ đồ bể lắng đứng - Người ta thường thiết kế bể lắng đứng với diện tích mặt nước không quá 100 m2, có tỷ lệ giữa đường kính và chiều cao ít hơn hoặc bằng 1,5. - Trên hình - 2.2 là sơ đồ bể lắng đứng. Đáy chóp của nó có độ dốc ít nhất là 500 nếu người ta xử lý nước bằng chất keo tụ, và 600 trong trường hợp xử lý độ cứng. + Ở tâm bể lắng đứng là ống hình trụ đóng vai trò buồng phản ứng. Nước theo ống dẫn vào buồng phản ứng (nếu cho hoá chất keo tụ) và theo ống trụ đi xuống, toả đều ra 4 phía rồi đi lên. + Việc thu nước được thực hiện nhờ hệ máng thu bố trí ở xung quanh gần mép trên bể. Nếu diện tích mặt nước của bể lớn hơn 12 [ m2 ] thì nên bố trí thêm các máng thu theo đường hướng tâm, nếu nó lớn hơn 30 m2 thì cần 6 ¸ 8 máng thu. Máng thu nước nên có mặt tràn hình răng cưa hoặc đục lỗ f = 20 ¸ 30 [mm] để nước qua. Diện tích máng thu tính sao cho tốc độ nước chảy trong máng bằng 0,6 ¸ 0,7 [m/s]. + Cặn ở đáy bể được xả định kỳ nhờ áp suất thủy tĩnh bằng cách mở van xả đáy hoặc dùng bơm hút bùn. * Ưu điểm của bể lắng đứng: - Thuận tiện khi xả cặn. - Xây dựng dễ dàng. - Chiếm ít diện tích bề mặt. * Nhược điểm: - Độ sâu xây dựng lớn. - Hiệu suất lắng nhỏ hơn bể lắng ngang. c/Bể lắng li tâm: - Bể lắng li tâm có dạng hình tròn, đáy côn, có cánh gạt bùn, đường kính từ 5m trở lên.Bể lắng li tâm thường được sử dụng để lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao( >2000 mg/l ) với công suất lớn.Bể lắng li tâm là loại trung gian giữa bể lắng ngang và bể lắng đứng. Nước trong vùng lắng chuyển động từ trong ra ngoài( nên gọi là lắng li tâm ) và từ dưới lên trên. II.1.2 - Xử lí nước thải bằng phương pháp hóa – lí: Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản úng hóa học, các quá trình hóa lí diễn ra giữa chất bẩn với hóa chất cho thêm vào. Các phương pháp hóa học là: oxy hóa, trung hòa, đông keo tụ. thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm với quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lí khác. Những phản ứng xảy ra là: phản ứng trung hòa, phản ứng oxy hóa-khử, phản ứng tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại. II.1.2.1 - Trung hòa: Nước thải thường có các giá trị pH khác nhau( có thể mang tính axit hoặc tính bazo ) vì vậy, ta phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng (6,6 ÷ 7,6). Hóa chất sử dụng là: dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dung dich nước thải. Bảng các dung dịch hóa chất thường dùng: Tên hóa chất Công thức hóa học Lượng cần thiết tính bằng mg/l để trung hòa 1mg/l axit hoặc kiềm tính theo CaCCO3 (mg/l ) Canxi cacbonat CaCO3 1 Canxi oxit CaO 0,56 Canxi hidroxit Ca(OH)2 0.74 Magie oxit MgO 0.403 Magie hidroxit Mg(OH)2 0.583 Vôi sống dolomit [CaO0.6MgO0.4] 0.497 Xút(Natri hidroxit) NaOH 0.799 Soda(natri cacbonat) Na2CO3 1.059 Axit sulfuric H2SO4 0.98 Axit clohydric HCl 0.72 Axit nitric HNO3 0.63 II.1.2.2 - Đông tụ và keo tụ: a/ Các khái niệm: - Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiểm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng cần tăng kích thước của chúng nhờ tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng trọng lực đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, tiếp theo là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hòa điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ (coagulation), còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhở gọi là quá trình keo tụ (Flocculation). - Trong tự nhiên, tùy theo nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa rắn có nguồn gốc silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm, ngược lại các hyddroxit sắt và nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện từ tạo thành tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do. Các tổ hợp trên được gọi là các hạt ‘bông keo’ (flocs). Theo thành phần cấu tạo người ta chia chúng thàng hai loại keo: + Keo kỵ nước (Hydropholic) là loại chống lại các phân tử nước. + Keo háo nước (hydrophilic) là loại hấp thụ các phân tử nước, trong đó keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước và nước thải. Lớp Ion trái dấu bên ngoài Lớp Ion trái dấu bên trong Hạt mang điện tích âm Mặt trượt b/ Cơ chế của quá trình đông tụ hoàn toàn có thể giải thích đơn giản bằng mô hình hai lớp, như minh họa: Hình - 2.4 - Điện tích trên hạt lơ lửng giải thích bằng thuyết hai lớp. Mặt trượt đẩy Hút Lực đẩy R Lực hút A Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua lớp chất lỏng thì điện tích âm đó giảm bớt bởi các ion dương ở lớp bên trong. Hiệu số điện năng giữa các hạt gay thế điện động. Khác với thế nhiệt động E (là hiệu số điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng). Thế Zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau. Hình - 2.5 – Giảm điện tích thực trên hạt rắn bằng cách thêm các Ion trái dấu hóa trị III. Nếu như điện tích âm là điện tích đẩy như ở hình - 2.5 và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút tĩnh điện (Lực Van der van) do cấu trúc phân tử của hạt. Tổng của hai loại điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn liên kết với nhau. Vì vậy, mục tiêu của đông tụ là làm giảm thế zeta-tức giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm ion có điện tích dương ●Vậy trong đông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòa điện tích. Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đông tụ mang điện tích trái dấu với hạt hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao. Quá trình thủy phân chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3++ HOH – Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH - Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH - Me(OH)3 + 3H+ Phản ứng tổng quát: Me3+ + 3HOH - Me(OH)3 + 3 H+ Liều lượng của chất đông tụ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất rắn trong nước thải, được giới thiệu trong bảng 2.1. Bảng 2.1 - Liều lượng chất đông tụ ứng với hàm lượng khác nhau của tạp chất: Nồng độ tạp chất (mg/l) Liều lượng chất đông tụ khan (mg/l) 1 ÷ 100 25 ÷ 35 101÷ 200 30 ÷ 45 201 ÷ 400 40 ÷ 60 401 ÷ 600 45 ÷ 70 601 ÷ 800 55 ÷ 80 801 ÷ 1000 60 ÷ 90 1001 ÷ 1400 65 ÷ 105 1401 ÷ 1800 75 ÷ 115 1801 ÷ 2200 89 ÷ 125 2201 ÷ 2500 90 ÷ 130 c / Các bước thực hiện một quá trình keo tụ. Để tiến hành keo tụ người ta phải tiến hành các bước sau đây: - Định lượng và hòa trộn chất keo tụ. Nhiệm vụ của nó là đưa vào đủ số lượng chất keo tụ cần thiết vào trong nước cần xử lý và hòa trộn đều chúng vào hệ thống. - Phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo. - Tạo ra bông keo tụ kích thước nhỏ nhờ Gradient lớn để cho các bông keo nhỏ hình thành. - Tạo ra bông keo tụ lớn nhờ Gradient vận tốc nhỏ, quá trình này cần sự có mặt của chất trợ keo tụ. Khuấy phụ thuộc vào tiết diện cánh khuấy và tộc độ quay của nó, do vậy muốn thay đổi cường độ khuấy chỉ cần thay đổi tốc độ quay của cánh khuấy. Hiện nay, người ta thường áp dụng những thiết bị kết hợp giữa khuấy trộn với tạo bông, hoặc đảm bảo cả hai giai đoạn chính: xáo trộn, đông tụ và lắng trong. Những thiết bị này thường dùng năng lượng cơ khí, thời gian giai đoạn là: xáo trộn, tạo bông keo và lắng trong. d/ Các chất đông tụ thường dùng: Trong xử lí nước thải người ta thường sử dụng các loại chất đông tụ sau: Al2SO4.18H2O, NaAlO2….Với mục đích khử màu, khử chất khó phân hủy sinh học giảm COD. - Nhôm sunfat được dùng khá rộng rãi bởi vì Al2(SO4)3 dễ hòa tan trong nước, chi phí thấp, trong quá trình đông tụ Al2(SO4)3 tác dụng với canxi hidrocacbonat trong nước theo phản ứng sau: Al2(SO4)3+2Ca(HCO3)2 = Al(OH)3↓+3CaSO4 + 6CO2 - Trong phần lớn các trường hợp người ta sử dụng hỗn hợp NaNO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) ÷ (20:1). Phản ứng xảy ra như sau: 6NaAlO2 +Al2(SO4)3 + 12H2O = Al(OH)3↓ + 3Na2SO4 - Việc dùng hỗn hợp trên cho phép tăng hiệu quả quá trình làm trong nước, tăng khối lượng và vận tốc lắng của các bông keo tụ mở rộng khoảng pH tối ưu. - Khoảng pH tối ưu khi dùng muối nhôm là pH =5 ÷ 7,5 - Các muối sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3 việc tạo thành keo diễn theo các phản ứng sau: FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3HCl Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3H2SO4 Trong điều kiện kiềm hóa xảy ra các phản ứng sau: Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 3CaSO4 + 2Fe(OH)3↓ 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 = 2Fe(OH)3↓ + CaSO4 Khi dùng Fe2+: FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(HCO3)2 + CaSO4 Fe(HCO)3 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + 2CaCO3 +2H2O 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ Các muối cation hóa trị 3 có tác dụng đông tụ gấp 10 lần cation hóa trị 2, khi phản ứng dưới cùng một điều kiện. Trong thực tế áp dụng các muối sắt có nhiều ưu điểm hơn và phù hợp cho xử lý nước thải hơn so với muối nhôm đó: Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp. - Có khoảng giá trị tối ưu rộng hơn. Nếu dùng muối Fe2+ thì giá trị pH tối ưu là 10 còn với Fe3+ là pH>5. - Độ bền bông keo lớn, kích thước lớn. - Có thể khử mùi khi có H2S. Tuy nhiên, muối sắt cũng có nhược điểm, chúng tạo thành các phức hòa tan nhuộm màu qua phản ứng của cation sắt với một số hợp chất hữu cơ. * Để tăng cường quá trình tạo bông keo hydroxit nhôm và sắt với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ đông tụ. - Việc sử dụng chất trợ đông tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ, nâng cao tốc độ lắng của bông keo. - Về nguyên lý, khi dùng các chất đông tụ đã nêu sẽ tạo ra bông keo tương ứng. Các chất màng và chất khó phân hủy sinh học bị hấp thụ vào các bông cặn này rồi lắng xuống tạo thành bùn của quá trình đông tụ keo. Phương pháp này tạo ra lượng bùn khá lớn từ 0,5-2,5 kg TS/lm3 nước thải xử lý. - Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm phải khuấy trộn đều hóa chất với nước thải. Thời gian lưu nước trong bể trộn từ 1 ÷ 5 phút. Tiếp đó thời gian cần thiết để nước phải tiếp xúc với hóa chất cho tới khi bắt đầu lắng dao động khoảng từ 20 ÷ 60 phút. Trong thời gian này các chất hóa học có tác dụng sẽ diễn ra quá trình đông tụ và keo tụ. Áp dụng phương pháp này ngoài khử màu còn giảm COD đáng kể (60÷ 70%). Bên cạnh phương pháp đông keo tụ hóa học, phương pháp keo tụ điện hóa đã được áp dụng để khử màu ở quy mô công nghiệp. e / Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đông tụ, keo tụ: Để tối ưu hóa quá trình đông keo tụ cần phải tính đến nhiều thông số có quan hệ mật thiết với nhau như: độ pH, nhiệt độ của nước, chất keo tụ sử dụng, điều kiện trộn, độ đục, độ màu… Ảnh hưởng của độ pH: Độ pH là yếu tố quan trọng nhất trong quá tình đông tụ. Đối với mỗi loại thải có một vùng pH để quá trình đông tụ xảy ra tốt nhất. Vùng pH này phụ thuộc vào loại hóa chất đông tụ sử dụng, vào nồng độ của chúng và vào thành phần nước thải. Vì vậy, cần phải điều chỉnh pH cho phù hợp để cho quá trình đông tụ diễn ra tốt nhất (thông thường pH = 6.5÷ 7.5). ● Ảnh hưởng của nhiệt độ: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ của nước tăng lên thì: - Lượng hóa chất cần thiết cho quá trình đông tụ giảm xuống. - Thời gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm theo. Vì ở nhiệt độ cao chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên, tăng số lần va chạm giữa các hạt, độ nhớt của nước giảm, chiều dày của lớp nước bọc quanh hạt keo giảm xuống. Do đó, hiệu quả dính kết giữa các hạt keo tăng lên. ● Ảnh hưởng của các muối hòa tan: Các muối hòa tan trong nước có ảnh hưởng đến quá trình đông tụ và kết bông như sau: - Thay đổi vùng pH tối ưu. - Thay đổi thời gian yêu cầu cho sự kết bông. - Thay đổi lượng hóa chất. * Ví dụ: Nếu trong nước có thêm các ion SO42- sẽ làm mở rộng vùng pH tối ưu về phía axit. Nếu thêm octophotphat thì lại không mở rộng vùng pH tối ưu về phía axit nữa. - Từ những nghiên cứu thực nghiệm cho ta thu được kết luận: + Các anion ảnh hưởng tới quá trình đông tụ nhờ các muối sắt hoặc muối nhôm nhiều hơn so với các cation. Vì vậy, các ion natri, canxi magie…có ảnh hưởng ít đến quá trình đông keo tụ. + Các anion có hóa trị cao khi mở rộng vùng pH về phía axit thì ảnh hưởng của nó rõ nét hơn các anion có hóa trị thấp. ● Ảnh hưởng của chất đông tụ, chất trợ đông: Tùy vào bản chất của từng loại nước thải mà ta lựa chọn hóa chất cho quá trình đông tụ, keo tụ phù hợp và điều chỉnh lượng hóa chất tối ưu để nâng cao hiệu quả xử lí. ●Ảnh hưởng của sự khuấy trộn: Trong quá trình đông tụ và keo tụ ta phải tiến hành khuấy trộn hóa chất theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Trộn nhanh. + Trộn mạnh và thời gian ngắn (lâu nhất là 120s). việc trộn này nhằm mục đích khuếch tán nhanh các hóa chất trong toàn bộ hóa chất cần xử lí. + Trộn nhanh bằng cach phun hóa chất vào vùng có xoáy lớn hoặc dùng các thiết bị trộn cơ khí. - Giai đoạn 2: Trộn chậm. + Trộn chậm với mục đích làm cho các phân tử kết bông cặn, phần tử gây đục, gây màu nước…có điều kiện tiếp xúc nhau tốt hơn. + Việc trộn phải đủ mạnh để gây ra các vận tốc nước khác nhau nhưng không được mạnh quá vì: nếu khuấy trộn mạnh quá các lực sẽ tác dụng lên các phần tử kết bông và có nguy cơ làm vỡ các cặn bông đó ra. Thời gian trộn thường (25 ÷ 60 phút). ● Ảnh hưởng của độ đục: Khi độ đục cao thì lượng hóa chất đông tụ và keo tụ cần thiết tương đối thấp vì : Khả năng va chạm giữa các phần tử rất lớn. Ngược lại khi độ đục bé thì quá trình đông tụ lại trở nên khó khăn. ● Ảnh hưởng của độ màu: - Các chất gây màu có nguồn gốc hữu cơ, ưa nước, có kích thước bé và mang điện tích âm. - Cơ chế mất màu nước không giống hoàn toàn các phương pháp dã dùng để khử độ đục. Lượng chất đông tụ yêu cầu phụ thuộc vào độ màu ban đầu. Ở pH tối ưu, độ màu của nước xử lí sẽ giảm tỉ lệ với việc tăng lượng hóa chất sử dụng. Độ pH tối ưu để khử màu là: (4 ÷ 6), độ pH tối ưu để khử độ đục là: (6.5 ÷ 7.5). Vì độ pH tối ưu để khử màu thấp nên trước khi nước được đưa sang thiết bị lọc ta cần phải nâng pH lên đã nếu không các hợp chất của nhôm và sắt sẽ bị hòa tan trong môi trường pH thấp. II.1.2.3 - Phương pháp hấp phụ: a / Hấp phụ: Là hiện tượng liên kêt các phân tử của một chất lỏng, hoặc khí lên bề mặt của một chất rắn khác bởi lực tương tác giữa các vật thể và lực hút tĩnh điện, trường hợp này gọi là hấp phụ vật lí. Trong trường hợp giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tạo ra một liên kết hóa học thì hiện tượng này được gọi là hấp phụ hóa học và sự hấp phụ này chỉ xảy ra duy nhất một lớp đơn phân tử. b / Tái sinh: Quá trình hấp phụ xảy ra cân bằng động và sẽ dẫn đến hiện tượng bão hòa khi bề mặt đã bị choán hết chỗ, làm cho chất hấp phụ không còn khả năng hấp phụ nữa. Vì thế, ta phải thay lớp vật liệu mới hoặc cho tiến hành tái sinh lại lơp vật liệu cũ để dùng lại. c / Một số phương pháp tái sinh: * Tái sinh bằng hơi nước: Sử dụng hơi nước để tái sinh chât hấp phụ, phương pháp này chỉ áp dụng được cho các chất dễ bay hơi. * Tái sinh bằng nhiệt: Sử dụng nhiệt độ cao (nung) trong điều kiện yếm khí để làm sạch bề mặt chất hấp phụ. Phương pháp này được dùng để thu hòi các kim loại nặng. Tuy nhiên, phương pháp này tốn kém. * Tái sinh bằng hóa chất: Dùng các dung môi hữu cơ, hoặc các dung dịch axit, kiềm để rửa bề mặt chất hấp phụ, sau đó tiến hành rửa lại bằng nước sạch và đem đi sấy khô. * Ví dụ: Sơ đồ quy trình công nghệ dùng than hoạt tính lắng nhanh. Than hoạt tính Nước vào Chất tạo bông (PAC) Chất keo tụ Nước trong lấy ra Bể lắng kết tủa Thu gom kết tủa Bể trộn than hoạt tính Bể trộn chất tạo bông Bể trộn chất keo tụ Ngoài ra, còn có một số biện pháp xử lí nước thải theo phương pháp hóa lí sau: Phương pháp trao đổi ion; Phương pháp oxi hóa khử; Phương pháp điện hóa… II.1.3 - Xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học: II.1.3.1 - Xử lí nước thải bằng phương pháp yếm khí: II.1.3.1.1 - Cơ chế của quá trình phân hủy yếm khí: - Quá trình này thực hiện nhờ các vi sinh vật (VSV) kị khí bắt buộc và không bắt buộc. - Quá trình này thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn từ : 3000 ÷ 10000 mg/l. Cơ chế phân hủy của quá trình này gồm 3 giai đoạn: * Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân. - Dưới tác dụng của emzim Hydroza do các VSV tiết ra, các hợp chất hữu cơ phức tạp như: gluxit, lipit, protein…được phân giải thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, dễ tan trong nước như: đường, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin… * Giai đoạn 2: Lên men các axit hữu cơ. - Các sản phẩm trong quá trình thủy phân sẽ được phân giải yếm khí tiếp tục tạo thành các axit hữu cơ có khối lượng phân tử nhỏ hơn như: axit butylic, propionic, axetic, foomic…là tiền đề cho sự tạo thành khí mêtan sau này. - Ngoài ra, sự lên men còn tạo thành rượu, andehit, các khí: CO2, H2, NH3, H2S… - Trong giai đoạn này, chỉ số COD và BOD có giảm nhưng giảm không đáng kể, tuy nhiên pH lại có thể giảm mạnh. * Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh khí mêtan. - Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên mem mêtan, các axit hữu cơ bị phân hủy tạo thành khí mêtan. - Sự tạo thành khí mêtan theo 2 phương thức chính sau: + Do decorboxyl hóa axit axetic: CH3-COOH CH4 + CO2 + Do khí CO2 trong đó chất nhường điện tử là H2 hoặc các chất hữu cơ khác: CO2 + 8H+ CH4 + 2H2O - Phương trình phản ứng tạo khí mêtan: CH3COOH®CH4 + CO2 4CH3CH2COOH + 2H2O ® 7CH4 + 5CO2 2CH3(CH2)2COOH + 2H2O ® 5CH4 + 3CO2 2CH3(CH2)2COOH + 2H2O ® CH4 + 4CH3COOH 2CH3CH2OH + CO2 ® CH4 + 2CH3COOH CH3COOH + H2O ® 4CH4 + CO2 * Sơ đồ quá trình lên men khí mêtan: Hợp chất hữu cơ phức tạp ( hidratcacbon, protein, lipit ) Hợp chất hữu cơ đơn giản ( đường, peptit, axit amin) A xit bay hơi ( propionic, butyric ) Axetat CH4 ,CO2 H2 , CO2 II.1.3.1.2 - Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men. * Nhiệt độ: Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình. Nhiệt độ tối ưu cho hình thành biogas là 35 ÷ 370C. Nhiệt độ lớn hơn 370C vi khuẩn ưu nhiệt hoạt động, tốc độ sinh khí tăng nhưng khả năng cầm khí giảm. Khi nhiệt độ dưới 100C vi khuẩn tạo CH4 gần như không hoạt động. * Hàm lượng chất khô: Nguyên liệu nạp cho quá trình cần có hàm lượng chất khô 7 ÷ 10%. * Có đủ các chất dinh dưỡng theo tỉ lệ COD:N:P = 350:5:1. * Tỉ số C/N: Tỉ số C/N tối ưu cho quá trình là (25 ÷ 30)/1. * Độ pH: pH tối ưu cho quá trình dao động trong phạm vi rất hẹp, từ 6,5 ÷ 7,5. Do lượng vi khuẩn tạo ra bao giờ cũng bị giảm trước khi quan sát thống pH thay đổi, nên nếu không pH giảm thì cần ngưng nạp nguyên liệu, vì nếu tiếp tục nạp nguyên liệu thì hàm lượng axit tăng lên có thể làm chất vi khuẩn tạo CH4. Ngoài ra, còn phải kể đến ảnh hưởng của dòng vi khuẩn, thời gian lưu, dòng thải không chứa các hóa chất độc như các hợp chất halogen, chất oxy hóa mạnh đặc biệt là các kim loại nặng như Cu, Ni, Zn, .. II.1.3.1.3 - Một số biện pháp xử lý yếm khí. a - Bể phân huỷ yếm khí UASB. * Quá trình phân huỷ yếm khí trong bể UASB. Trong bể đồng thời xảy ra 2 quá trình: Lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên mem yếu khí nước thải. Thiết bị này thường sử dụng cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao (COD ≥ 1500 mg/l, BOD5 ≥ 1000 mg/l). Tuy vậy quá trình xử lý không triệt để, nước sau xử lý bằng phương pháp này phải được xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí khác. * Cấu tạo bể UASB được thể hiện trong hình sau: 6 5 7 4 3 2 2 8 1 Thu nước Khí biogas Nước vào  Nước vào ‚ Hỗn hợp bùn yếm khí ƒ Cửa tuần hoàn „ Tấm chắn … Cửa † Ngăn lắng ‡ Máng chảy tràn ˆ Van xả Hình - 2.6 * Nguyên lý hoạt động. Vùng nước Vùng phân huỷ mạnh Vùng chứa bùn Nước ra Bùn đã phân huỷ Bùn thô Khí sản phẩm ra Nước thải từ bể điều hòa được phân phối đều trên diện tích đáy bể. Nước thải từ dưới lên với vận tốc 0,6 ÷ 0,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp phụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân huỷ và chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 7