Luận văn Nghiên cứu xử lý nước thải xí nghiệp in

năng khử. Trong mụi trường axit H2O2 chuyển mối Fe2+ thành Fe3+ HNO2 thành HNO3 và chuyển SO32- thành SO42-. Trong dung dịch loóng quỏ trỡnh oxi húa cỏc chất hữu cơ xảy ra chậm, do đú người ta sử dụng chất xỳc tỏc là cỏc ion kim loại cú hỏo trị thay đổi như Fe2+ , Cu2+, Mn2+ Trong quỏ trỡnh xử lý nước người ta khụng chỉ dựng tớnh chất oxi húa của H2O2 mà cũn sử dụng cả tớnh khử của nú như trong qỳa trỡnh loại bỏ clo khỏi nước. c. Oxi h úa bằng Oxy trong khụng khớ. Oxi trong khụng khớ được sử dụng 4Fe2+ + O2 + 2H2O 4Fe3+ + 4OH- Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ Quỏ trỡnh oxi húa được tiến hành bằng sự thụng giú qua nước trong cỏc thỏp phun mưa.. d. Oxi húa bằng Ozon. Oxi húa bằng ozon cho phộp đồng thời khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử mựi trong nước. Quỏ trỡnh ozon húa cú thể làm sạch nước thảI khỏi phenol,sản phẩm dầu mỏ, H2S, cỏc hợp chất asen, chất hạot động bề mặt, chất nhuộm Trong sử nước bằng ozon, cỏc hợp chất hữu cơ bị phõn hủy và xảy ra sự khử trựng đối với nước. Độ hũa tan của ozon trong nước phụ thuộc vào pH và hàm lượng của 31 chất hũa tan trong nước. Một hàm lượng khụng lớn axit và muối trung tớnh sẽ làm tăng độ hũa tan của ozon và sự cú mặt của kiềm sẽ làm giảm độ hũa tan của ozon. Tỏc động của ozon trong quỏ trỡnh oxi húa cú thể diễn ra theo 3 hướng: - Oxy húa trực tiếp với sự tham gia của một nguyờn tử oxi. - Kết hợp toàn bộ cỏc phõn tử ozon với chất bị oxi hoa tạo thành nguyờn tử oxi. - Tăng cường xỳc tỏc của tỏc động oxi húa của oxi trong khụng khớ bị ozon húa. Ozon cú thể oxi húa cỏc chất vụ cơ và hữu cơ hũa tan trong nước thải như quỏ trỡnh oxi húa một loạt chất hữu cơ và khoỏng chất ( Fe2+, Mn2+) tạo thành kết tủa của cỏc hidroxyt hay dioxyt pemanganat khụng tan: 2FeSO4 + H2SO4 + O3 = Fe2(SO4)3 + H2O + O2 MnSO4 + O3 + H2O = H2MnO3 + O2 + H2SO4 H2MnO3 + 3O3 = HMnO4 + 3O2 + H2O Cũn cỏc amoniac bị oxi húa bằng ozon trong mụi trường kiềm theo phản ứng sau: NH3 + 4O3 4NO3- + 4O2 +H2O + H+ Cỏc chất cú mối liờn kết đụi C=C tỏc dụng với ozon như sau: C C O O + O3 O3 C+ = OO- + O = C C C C C O Ozon cú khả năng phản ứng cao khi tỏc dụng với cỏc phenol trong khoảng nồng độ rất rộng. Quỏ trỡnh làm sạch nước bằng ozon cú thể tiến hành 32 theo một hay nhiều bậc tựy theo đũi hỏi của việc xử lý. 2.3. Xử lý nước thải bằng phương phỏp húa lý 2.3.1 Xử lý bằng phương phỏp keo tụ 2.3.1.1. Phương phỏp keo tụ Keo tụ là phương phỏp làm trong và khử màu nước thải bằng cỏch dựng cỏc chất keo tụ hoặc cỏc chất trợ keo tụ để liờn kết cỏc chất bẩn ở dạng lơ lửng và tạo thành cỏc đỏm bụng cú kớch thước lớn hơn. Cỏc đỏm bụng được tỏch ra khỏi nước thải bằng lắng, lọc. Trong quỏ trỡnh keo tụ ngoài việc tỏch bỏ kim loại nặng ta cũn đồng thời loại bỏ được cả những hạt màu, hạt keo khụng thể loại bỏ được bằng phương phỏp lắng thụng thường. Cỏc chất keo tụ hay được sử dụng là phốn nhụm, muối sunphỏt sắt, PAC(polylAluminumClorua) để tỏch cỏc ion kim loại nặng như Pb2+, Cd2+, Cr3+, Zn2+, Ni2+, Hg2+, Co2+.. Trong nước thải thường tồn tại nhiều chất rắn lơ lửng khỏc nhau, người ta cú thể dựng cỏc phương phỏp xử lý khỏc nhau để loại bỏ chỳng ra khỏi nước tựy thuộc vào kớch thước d của cỏc hạt lơ lửng đú: - d > 10-4 mm : dựng phương phỏp lắng lọc. - d < 10-4 mm : phải kết hợp phương phỏp cơ học cựng phương phỏp hoỏ học. Thực chất của phương phỏp là cho vào dung dịch nước thải cỏc chất tạo khả năng dớnh kết kộo cỏc hạt lơ lửng, làm cho chỳng lắng theo gọi là phương phỏp keo tụ trong xử lý nước. Để thực hiện quỏ trỡnh này người ta cho vào nước cỏc chất keo tụ phản ứng thớch hợp : Al2(SO4)3; FeSO4; hoặc FeCl3, PAC... a. Với phốn nhụm (như Al2(SO4)3.18H2O hay Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O ) : cho vào nước chỳng phõn ly thành Al3+ -----> Al(OH)3 33 Al3+ + 3H2O == Al(OH)3 + 3H+ Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quỏ trỡnh thuỷ phõn: - pH > 4.5 : khụng xảy ra quỏ trỡnh thuỷ phõn. - pH = 5.5 – 7.5 : đạt tốt nhất. - pH > 7.5 : hiệu quả keo tụ khụng tốt. Nhiệt độ của nước thớch hợp vào khoảng 20-40oC, tốt nhất 35-40oC. Ngoài ra cỏc yếu tố ảnh hưởng khỏc như : thành phần Ion, chất hữu cơ, liều lượng b. Với phốn sắt ( như FeSO4, FeCl2v à FeCl3) : gồm sắt (II) và sắt (III): Phốn Fe (II) : khi cho phốn sắt (II) vào nước thỡ Fe(II) sẽ bị thuỷ phõn thành Fe(OH)2. Fe2+ + 2H2O == Fe(OH)2 + 2H+ Trong nước cú O2 tạo thành Fe(OH)3 - pH thớch hợp là 8 – 9 => cú kết hợp với vụi thỡ keo tụ tốt hơn. - Phốn FeSO4 kỹ thuật chứa 47-53% FeSO4. Phốn Fe (III): Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ - Phản ứng xảy ra khi pH > 3.5 - Hỡnh thành lắng nhanh khi pH =5.5 - 6.5 So sỏnh phốn sắt và phốn nhụm: - Độ hoà tan Fe(OH)3 < Al(OH)3 - Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1.5 Al(OH)3 - Trọng lượng đối với Fe(OH)3 = 2.4; Al(OH)3 =3.6 - Keo sắt vẫn lắng khi nước cú ớt huyền phự. 34 - Lượng phốn FeCl3 dựng = 1/3 –1/2 phốn nhụm - Phốn sắt ăn mũn đường ống. Tuy nhiờn việc ứng dụng cụ thể phải xỏc định liều lượng và loại phốn thớch hợp. c. Với chất keo tụ là polimer aluminium chloride (PAC). Cỏc loại phốn như phốn đơn (Al2(SO4)3.18H2O), phốn kộp (Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O); (Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O) là cỏc loại phốn nhụm đó được dựng phổ biến từ lõu để làm chất keo tụ, lắng trong nước. Trong nước, muối nhụm thuỷ phõn tạo ra nhụm hidroxit (Al(OH)3) ở dạng bụng. Cỏc bụng này kết tụ cỏc hạt keo, huyền phự hoặc nhũ tương lơ lửng trong trạng thỏi bất ổn định thành những đỏm mõy trờn một diện tớch lớn trong mụi trường lỏng, cuối cựng tạo thành một khối đủ nặng để lắng xuống đỏy, tỏch hỗn hợp nước sử lớ thành 2 pha rắn và lỏng rừ rệt làm nước trở nờn trong suốt Tuy nhiờn, cỏc loại phốn nhụm nờu trờn cú một số nhược điểm như: +Làm giảm đỏng kể độ pH, phải dựng vụi để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phớ sản xuất tăng. +Khi quỏ liều lượng cần thiết thỡ hiện tượng keo tụ bị phỏ huỷ làm nước đục trở lại ( khụng kết tủa được). +Phải dựng thờm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng. +Hàm lượng Al dư trong nước > so với khi dựng chất keo tụ khỏc và cú thể > tiờu chuẩn (0,2mg/lit). +Khả năng loại bỏ cỏc chất hữu cơ tan, khụng tan và cỏc kim loại nặng thường bị hạn chế. +Ngoài ra, cú thể làm tăng lượng SO −24 trong nước thải sau xử lớ là loại 35 cú độc tớnh đối với vi sinh vật. Do đú, người ta đó và đang quan tõm tới việc sản xuất và đưa vào sử dụng cỏc chất keo tụ mới cú khả năng khắc phục những nhược điểm trờn để thay thế phốn nhụm truyền thống. Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, tồn tại dưới dạng polime vụ cơ là poli nhụm clorua (polimer aluminium chloride), thường viết tắt là PAC (hoặc PACl). Hiện nay, ở cỏc nước tiờn tiến, người ta đó sản xuất PAC với lượng lớn và sử dụng rộng rói để thay thế phốn nhụm sunfat trong sử lớ nước sinh hoạt và đặc biệt là xử lớ nước thải. Ở việt nam Viện Cụng nghệ Húa học (Trung tõm Khoa học Tự nhiờn và Cụng nghệ quốc gia) vừa sản xuất thành cụng chất keo tụ PAC (Poly Aluminium Chloride) thay thế hàng nhập ngoại với giỏ thành rẻ hơn và tớnh năng tương đương với hàng nhập ngoại. Sản phẩm PAC dựng để xử lý nước cú nhiễm phốn, sắt, nước thải cỏc loại. PAC cú nhiều ưu điểm so với phốn nhụm sunfat và cỏc loại phốn vụ cơ khỏc: - Hiệu quả keo tụ và lắng trong > 4-5 lần. Tan trong nước tốt, nhanh hơn nhiều. - Ít làm biến động độ pH của nước nờn khụng phải dựng vụi để xử lớ và do đú ớt ăn mũn thiết bị hơn. - Khụng làm đục nước khi dựng thừa hoặc thiếu. - Khụng cần (hoặc dựng rất ớt) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng. - [Al] dư trong nước < so với khi dựng phốn nhụm sunfat. - Khả năng loại bỏ cỏc chất hữu cơ tan và khụng tan cựng cỏc kim loại nặng tốt hơn. - Khụng làm phỏt sinh hàm lượng SO −24 trong nước thải sau xử lớ là loại cú độc tớnh đối với vi sinh vật. 36 PAC cú cụng thức tổngquỏt là [AlClx(OH)3-x]n (1)hoặc Aln(OH)mCl3l-m hoặc [Al2(OH)n.Cl6-n.xH2O]m với m=4-10,n=2-5 Trong cụng thức (1) thỡ tỏc giả cho rằng x=1–2, phõn tử lượng từ 7500 – 35000 đ.v.C và độ dài từ 35 – 250Å. PAC thương mại ở dạng bột thụ màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, rất dễ tan, tan tốt trong nước và kốm toả nhiệt. Nhược điểm: - Do nú cú hiệu quả rất mạnh ở liều lượng thấp nờn việc cho quỏ nhiều lượng PAC sẽ gõy hiện tượng tỏi ổn định của hạt keo. - Lượng Cloride trong PAC sẽ thỳc đẩy quỏ trỡnh ăn mũn, đặc biệt là ở những nơi đúng cặn bựn. 2.3.1.2 Cơ chế của quá trình keo tụ [7] Keo tụ - hiện tượng tạo thành tập hợp lớn từ cỏc tập hợp nhỏ do nhiều cơ chế khỏc nhau cú thể chia thành hai giai đoạn chớnh là khử tớnh bền của hạt keo và tạo ra liờn kết giữa chỳng. Để khử tớnh bền, thường quy về bốn cơ chế sau : - Nộn ộp làm giảm độ dày lớp điện kộp - Hấp phụ và trung hoà điện tớch. - Lụi cuốn, quột cựng với chất kết tủa - Hấp phụ và tạo cầu liờn kết giữa cỏc hạt keo Hệ keo bền là do điện tớch bề mặt và lớp vỏ hydrat cựng với cỏc chất bị hấp phụ trờn bề mặt ngăn cản khụng cho chỳng tiến lại gần nhau ở một khoảng cỏch mà lực hấp phụ phõn tử phỏt huy tỏc dụng. Núi cỏch khỏc do cỏc yếu tố trờn giữa cỏc hạt keo hỡnh thành một hàng rào thế năng, chỳng muốn tạo được tập hợp lớn cần phải cú năng lượng hoạt hoỏ đủ lớn để vượt qua mức năng lượng đú. Bằng biện phỏp nào đú cú thể làm giảm thế năng (đẩy) giữa chỳng là làm tăng tốc độ keo tụ, quỏ trỡnh đú tương tự quỏ trỡnh xỳc tỏc làm 37 giảm năng lượng hoạt hoỏ thỳc đẩy tốc độ phản ứng hoỏ học. Biện phỏp làm giảm thế năng quan trọng nhất là đưa vào hệ một chất điện ly, đú chớnh là chất keo tụ. Tuy nhiờn để gõy ra được hiện tượng keo tụ nồng độ chất điện ly cần phải đạt một giỏ trị tối thiểu nào đú, gọi là ngưỡng keo tụ. Lưu ý rằng giỏ trị ngưỡng keo tụ càng nhỏ (hiệu suất keo tụ cao) khi hoỏ trị của ion của chất điện ly lớn. Đối với cơ chế nộn ộp làm giảm độ dày của lớp khuyếch tỏn xảy ra chủ yếu đối với hệ keo cú thế năng cao, độ dày lớp khuyếch tỏn khụng lớn, cường độ ion của dung dịch nhỏ. Cơ chế tỏc dụng keo tụ hoàn toàn mang bản chất tĩnh điện mụ tả qua lý thuyết của Derjiaguin, Landau, Vewey và Overbeek (lý thuyết DLVO). Ion của chất điện ly cựng dấu với điện tớch bề mặt (sơ cấp) thỡ bị đẩy và ion đối của nú thỡ bị hỳt. Khi tương tỏc giữa hai loại điện tớch khỏc nhau xảy ra lớp khuyếch tỏn bị co lại, độ co lại tỷ thuận với nồng độ hoỏ trị của ion trong lớp khuyếch tỏn, cũng tức là trong dung dịch. Thể tớch của lớp khuyếch tỏn để duy trỡ trung hoà sẽ bị nhỏ đi và vỡ vậy độ dày cũng giảm theo. Khoảng cỏch để lực đẩy phỏt huy tỏc dụng bị giảm tạo điều kiện cho tương tỏc Van der Waals, làm giảm hàng rào thế năng giữa cỏc hạt keo. Lý thuyết DLVO cú nhiều hạn chế khụng phự hợp với phần lớn hệ keo tụ, lý thuyết này khụng giải thớch được hiện tượng đảo chiều điện tớch hay hệ bền trở lại khi cho chất keo tụ quỏ liều lượng. Đối với cơ chế hấp phụ và trung hoà điện tớch: Trong quỏ trỡnh keo tụ, hệ keo cú điện tớch bề mặt õm bằng với Al3+, tuỳ điều kiện pH, độ kiềm của mụi trường cú thể tồn tại rất nhiều dạng hợp chất và hợp chất trung gian: phức chất hydroxo, cỏc monomer mang điện tớch dương, điện tớch õm và cỏc polyme của nhụm và Al3+. Dưới đõy mụ tả quỏ trỡnh keo tụ bằng phốn nhụm theo cơ chế hấp phụ: Phốn nhụm Al2(SO4)3 khi cho vào nước lập tức bị hoà tan. Cỏc ion sunfat phõn tỏn nhanh vào nước ở dạng SO42-. Cỏc ion nhụm phản ứng với 38 nước hoặc thuỷ phõn. Trong dạng đơn giản nhất, ion nhụm được bao quanh bởi 6 phõn tử nước và cú 3 điện tớch (+) như Al(H2O)63+ hoặc Al3+. Tuy nhiờn trong cỏc điều kiện pH sử dụng trong quỏ trỡnh, cỏc ion nhụm hoỏ trị III phản ứng (thuỷ phõn ) ngay để tạo nhiều chất khỏc nhau như sau : Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+ (1) Al3+ + 2 H2O = Al(OH)2+ + 2H+ (2) 7Al3+ + 17H2O = Al7 (OH)174+ + 17H+ (3) Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 (r) + 3H+ (4) Cỏc ion AlOH2+ và Al(OH)2+ trong phản ứng (1) và (2) là cỏc monome tức là chỳng chứa một nguyờn tử nhụm, mặc dự cỏc ion này cú điện tớch nhỏ hơn +3 nhưng chỳng là chất keo tụ hiệu quả cho cỏc hạt keo õm do chỳng cú thể hấp phụ trờn bề mặt của nhiều hạt rắn.. Cỏc ion như Al7 (OH)174+ cú thể giống như cỏc polyme, vỡ chỳng chứa một vài ion nhụm. Chỳng cú khả năng hấp phụ rất mạnh lờn hầu hết cỏc hạt keo õm và là cỏc chất keo tụ rất tốt. Al(OH)3 (r) là dạng rắn, vụ định hỡnh, kết tủa hydroxyt nhụm được tạo thành trong hầu hết cỏc quỏ trỡnh keo tụ. Phốn nhụm là dạng axit, cỏc proton được giải phúng vào dung dịch trong cỏc phản ứng (1) đến phản ứng (4). Cuối cựng, cấu tử nhụm tạo thành khi phốn nhụm được đưa vào dung dịch phụ thuộc trước hết vào pH của dung dịch và vào lượng phốn bổ sung. Phốn cú thể hoạt động như là chất keo tụ theo hai cỏch. Trong nước, phốn cấp vào đủ sẽ chuyển thành kết tủa Al(OH)3 (r). Kết tủa này phủ lờn lớp keo và vỏ bọc dễ dớnh. Nú tạo cho cỏc hạt rắn gốc va chạm vào nhau trong bể tạo bụng, nhờ vậy sẽ tăng nhanh quỏ trỡnh kết bụng của cỏc hạt này thành cỏc hạt lớn. Cỏc mục tiờu này cú thể cần thiết khi keo tụ hệ cú độ đục thấp, vỡ vậy kộo dài thời gian keo tụ là cần thiết để kết dớnh cỏc hạt rắn. Cơ chế thứ hai của keo tụ bằng phốn là sự hấp phụ cỏc monome và polyme nhụm điện tớch (+) lờn cỏc hạt keo õm, do quỏ trỡnh trung hoà điện 39 tớch gốc lờn cỏc hạt này hoặc làm mất ổn định hạt keo sao cho sự kết bụng cú thể thực hiện được khi cú sự tiếp xỳc với nhau. Kiểu keo tụ này chỉ được sử dụng trong trường hợp nước cú độ đục lớn, vỡ vậy trong trường hợp dung dịch cú độ đục nhỏ cú thể bổ sung thờm một số hạt rắn vào nước. Phốn nhụm cú thể ở dạng lỏng hoặc khụ. Thành phần cỏc cấu tử phốn và pH dung dịch là hàm của pAlT hoặc -lg [ ]TAl , ở đõy [ ]TAl là tổng nồng độ phốn (mol/l). Đối với dung dịch phốn rất loóng (pAlT ≥ 4), cỏc cấu tử tan chủ yếu là cỏc phức hydroxo như AlOH2+. Trong hệ đậm đặc (pAlT ≤ 0,5), cỏc cấu tử tan chủ yếu là sulfato như AlSO4+. Trong khoảng giữa (0,5 < pAlT < 4), phức hệ nước đơn giản là Al3+ hoặc Al(H2O)63+. Tại pAlT =2,5, phần cấu tử nhụm tồn tại ở dạng Al3+ là nhiều nhất. Cỏc chất bẩn trong nước (dạng vụ cơ) cú điểm đẳng điện trong khoảng pH = 5 ữ5,5, cỏc chất hữu cơ cú khoảng rộng hơn. Với pH trờn vựng đẳng điện, cỏc hạt huyền phự tớch điện õm, mật độ điện tớch càng lớn khi pH của hệ càng cỏch xa điểm đẳng điện, thường cỏc hạt keo trong mụi trường nước và nước thải tớch điện õm (do pH của nước tự nhiờn = 5,5 ữ 8,5). Khi đưa Al+3 vào nước trong khoảng pH này sẽ xảy ra quỏ trỡnh thuỷ phõn tạo ra phức Al(OH)2+ và phức Al(OH)3, cỏc phức này liờn kết với nhau qua cầu ụxy, hydroxyl tạo ra cỏc dime, trime, polyme. Tỷ lệ hỡnh thành chỳng phụ thuộc vào pH mụi trường. Giỏ trị pH càng cao thỡ quỏ trỡnh thuỷ phõn càng triệt để, tức là tăng cỏc cấu tử chứa nhiều nhúm chức OH. Trong quỏ trỡnh thuỷ phõn muối nhụm cú hỡnh thành proton, nú làm giảm độ pH của nước do tiờu hao kiềm. Hệ nước thải chứa cỏc huyền phự và cỏc cấu tử hỡnh thành từ quỏ trỡnh thuỷ phõn phốn sẽ xảy ra cỏc quỏ trỡnh sau - Nếu pH thấp hơn điểm đẳng điện của hạt huyền phự thỡ cỏc hạt huyền phự và cỏc cấu tử của phốn đều mang điện (+) và do vậy quỏ trỡnh keo tụ 40 khụng xảy ra., khả năng hấp phụ của hạt huyền phự đối với cỏc hợp chất nhụm rất kộm. - Khi pH thấp cũng khụng xảy ra hoặc ớt khả năng hỡnh thành Al(OH)3 kết tủa để lụi cuốn ( theo cơ chế quột ) cỏc huyền phự. - Nếu pH cao hơn 8 dạng tồn tại của nhụm chủ yếu là aluminat, mang điện (- ) cựng dấu với điện tớch hạt huyền phự nờn keo tụ cũng khụng xảy ra. - Vựng pH = 5,8-8, thành phần cấu tử Al(OH)3 chiếm phần lớn và Al3+ cú nồng độ thấp nhất do tớch số tan của Al(OH)3 rất thấp ở nhiệt độ 18-20 0C. Liều lượng chất keo tụ Al+3 nằm ở dạng Al(OH)3 khụng tan. Trong quỏ trỡnh hỡnh thành và kết tủa Al(OH)3 tồn tại cỏc polyme nhụm trung gian mang điện (+) hấp phụ lờn bề mặt hạt huyền phự để trung hoà điện tớch. Lượng chất keo tụ phụ thuộc độ đục ban đầu, mật độ điện tớch, mật độ điện tớch lại phụ thuộc vào độ mịn của hạt. Mật độ điện tớch càng cao khi càng cỏch xa điểm đẳng điện của hạt huyền phự, điểm đẳng điện của Al(OH)3 và cỏc polyme nhụm nằm trong khoảng pH=7ữ9 tuỳ thuộc vào sự cú mặt của cỏc anion khỏc. Khi lượng keo tụ dư so với lượng cần thiết để trung hoà thỡ do lực tương tỏc hoỏ học giữa hạt huyền phự và cỏc polyme mạnh, lượng chất keo tụ đó hấp phụ thừa điện tớch cần để trung hoà và do vậy hạt keo sẽ bị thay đổi điện tớch từ (-) về (+), cựng dấu với điện tớch polyme và hệ huyền phự bền trở lại. Khi đó ở trạng thỏi này và tiếp tục đưa chất keo tụ vào thỡ hiện tượng keo tụ tiếp tục nhưng theo cơ chế khỏc, tức là do kết tủa của hydroxyt nhụm, chỳng sẽ kết tủa và lụi cuốn, quột cỏc hạt huyền phự theo. 2.3.1.3. Ảnh hưởng một số yếu tố đến quỏ trỡnh keo tụ Theo tài liệu [8], khi xử lý nước thải bằng phốn nhụm nếu pH<7,5 thỡ ngoài keo của Al(OH)3 trong thành phần bụng cặn được tạo ra cũn cú keo của muối kiềm của nhụm Al(OH)SO4 và Al2(OH)4SO4, tỷ lệ cỏc loại này phụ 41 thuộc vào pH của nước thải. Trong mụi trường trung hoà và axit yếu, cỏc hạt keo của hydroxyt và muối kiềm của nhụm hấp thụ ion H+ và ion Al3+ nờn cú điện tớch (+) và quỏ trỡnh keo tụ hệ keo này tăng nhanh khi tăng nồng độ ion õm đa hoỏ trị như SO42- trong nước (cỏc ion õm 1 hoỏ trị như Cl- ớt cú tỏc dụng). Khi pH > 7,5-8, hạt keo hydroxyt nhụm tớch điện õm do hấp thụ ion aluminat AlO2- với ion gõy keo tụ là ion (+) đa hoỏ trị. Cỏc phõn tớch trờn chứng tỏ rằng pH và thành phần muối ảnh hưởng rất lớn đến quỏ trỡnh keo tụ. Hỡnh 2-5 cho thấy tỷ lệ cỏc hợp chất trong cặn lắng phụ thuộc pH của nước thải. Hiệu quả keo tụ cũng cũn phụ thuộc vào liều lượng chất keo tụ, nồng độ ban đầu của ion thủy ngõn cần xử lý, vỡ số va chạm giữa cỏc hạt phụ thuộc vào nồng độ, cũn hiệu quả va chạm phụ thuộc vào tớnh chất phõn tỏn, hoạt tớnh bề mặt của cặn và phốn. Ảnh hưởng của khuấy trộn, thời gian đụng tụ cũng là cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh keo tụ. Để tăng cường quỏ trỡnh tạo thành bụng keo với mục đớch tăng độ lắng, người ta tiến hành keo tụ bằng cỏch cho thờm vào nước thải hợp chất cao phõn tử gọi là chất trợ keo tụ, việc sử dụng chỏt trợ keo cho phộp hạ liều Hình 2-5 Tỷ lệ các hợp chất trong căn lắng phụ thuộc pH nước thải Al2(OH)4(SO)4 100 80 60 40 20 pH 4,8 5,2 5,6 6,0 6,4 6,8 7,2 7,6 8,0 A l(O H )(SO )4 A l( O H ) 3 42 lượng chất keo tụ, giảm thời gian của quỏ trỡnh đụng tụ đồng thời làm tăng tốc độ lắng của cỏc bụng keo. Cỏc chất trợ keo thường dựng là Polyacrylamit (PAA), tựy theo cỏc nhúm ion khi phõn ly mà cỏc chất trợ keo tụ cú điện tớch õm hay dương. Hỡnh 2.6 Quỏ trỡnh tạo thành bụng cặn khi keo tụ Hai qỳa trỡnh húa học này kết tụ cỏc chất rắn lơ lửng và cỏc hạt keo để tạo nờn những hạt cú kớch thước lớn hơn. Nước thải cú chứa cỏc hạt keo cú mang điện tớch (thường là điện tớch õm). Chớnh điện tớch của nú ngăn cản khụng cho nú va chạm và kết hợp lại với nhau làm cho dung dịch được giữ ở trạng thỏi ổn định. Việc cho thờm vào nước thải một số húa chất (phốn, ferrous chloride...) làm cho dung dịch mất tớnh ổn định và gia tăng sự kết hợp giữa cỏc hạt để tạo thành những bụng cặn đủ lớn để cú thể loại bỏ bằng quỏ trỡnh lọc hay lắng cặn. Cỏc chất tạo bụng cặn thường được sử dụng là cỏc chất hữu cơ cao phõn tử như polyacrilamid. Việc kết hợp sử dụng cỏc chất hữu cơ cao phõn tử với cỏc muối vụ cơ cải thiện đỏng kể khả năng tạo bụng cặn. 43 2.3.2 Phương phỏp hấp phụ kết hợp với keo tụ. Phương phỏp hấp phụ được sử dụng rộng rói để làm sạch triệt để nước thải. Đõy là phương phỏp tối ưu để loại bỏ cỏc chất ụ nhiễm hũa tan hoặc tồn tại dưới dạng hệ keo. Quỏ trỡnh hấp phụ được sử dụng để tỏch cỏc chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen-sulphonic axớt, thuốc nhuộm, cỏc hợp chất thơm, một số chất vụ cơ trong đú cú Hg. Quỏ trỡnh hấp phụ sử dụng cỏc chất hấp phụ như than hoạt tớnh, đất sột, silicagen, keo nhụm trong đú than hoạt tớnh là chất hấp phụ thụng dụng nhất. Bản chất quỏ trỡnh hấp phụ chớnh là việc vận chuyển cỏc chất ụ nhiễm từ trong nước thải vào bờn trong chất hấp phụ. Cơ chế của quỏ trỡnh bao gồm 3 giai đoạn chớnh : - Di chuyển chất cần hấp phụ tới bề mặt hấp phụ. - Thực hiện quỏ trỡnh hấp phụ. - Di chuyển chất cần hấp phụ vào bờn trong hạt hấp phụ. Tốc độ quỏ trỡnh hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất và cấu trỳc của cỏc chất tan, nhiệt độ của nước, loại và và tớnh chất của cỏc chất hấp phụ. Qua thực nghiệm thấy rằng quỏ trỡnh xử lý nước thải mực in bằng phương phỏp keo tụ cũng đồng thời xảy ra quỏ trỡnh hấp phụ. Sự tạo thành những hợp chất bụng keo trong qỏu trỡnh keo tụ sẽ hấp thụ chất màu và một số cỏc cặn lơ lửng làm cho dung dịch nước thải mất màu và dễ dàng lắng cỏc cặn bẩn, tạo điều kiện dễ dàng cho việc loại bỏ ở cỏc giai đoạn sau của quỏ trỡnh xử lý. Sử dụng phương phỏp hấp thụ cú thể hấp thụ đến 58 – 95% cỏc chất hữu cơ và màu. 44 2.4 Một số phương phỏp xử lý và hiệu quả xử lý. [4] Bảng 2.3 Cỏc phương phỏp xử lý và hiệu quả của nú Nhỡn vào bảng 2.3 chỳng ta thấy nếu khụng cần xử lý triệt để và chỉ cần tỏch cỏc chất rắn lơ lửng, khử màu và một phần COD thỡ ỏp dụng cụng nghệ xử lý Sơ bộ với cỏc phương phỏp húa lý, húa học là đạt được mục tiờu xử lý đặt ra. 45 CHƯƠNG 3 - LỰA CHỌN CễNG NGHỆ XỬ Lí VÀ NỘI DUNG NGHIấN CỨU 3.1 Đặt vấn đề. Lựa chọn cụng nghệ xử lý như thế nào phụ thuộc vào mục đớch sử dụng nước thải sau xử lý. Nếu như nước sau xử lý đổ vào cống thải chung của thành phố thỡ nước sau xử lý phải đạt TCVN-5945 cho nước thải loại B. Tuy nhiờn xột qỳa trỡnh tạo thành nước thải của phõn xưởng in và cỏc kết quả phõn tớch, chỳng tụi thấy việc tận dụng nước thải để tuần hoàn là mục đớch lõu dài của một số nhà mỏy vỡ nú mang lại hiệu qủa kinh tế cũng như kỹ thuật cho cỏc nhà mỏy. Để hiểu rừ hơn điều này, chỳng tụi đó khảo sỏt nguồn tạo thành nước thải chớnh của phõn xưởng in của Nhà mỏy in tiền Quốc Gia hiện tại: Hình 3.1 Sơ đồ nguồn tạo thành nước thải Nước rửa cú thành phần chớnh là NaOH, nước đó được làm mềm và một số húa chất khỏc hũa trộn với nhau theo tỷ lệ thớch hợp được bơm tự động vào bể chứa dung dịch rửa (1), nước rửa từ đõy được bơm tự động đến bộ phận rửa lụ bản cỏc mỏy in (2). Tại cỏc mỏy in, sau khi hệ thống dao gạt gạt cỏc mực thừa trong qỳa trỡnh in ra khỏi bản in và cỏc quả lụ, nước rửa sẽ được bơm tự động phun rửa sạch cỏc lụ bản sau mỗi lần in. Nước sau khi rửa sẽ được dẫn chảy vào bể tập trung (3) trước khi đưa đến hệ thống xử lý nước thải. Cơ chế của quỏ trỡnh tảy rửa ở đõy chủ yếu theo cơ chế hũa tan. Thực chất của quỏ trỡnh tẩy rửa mực trờn lụ in là thực hiện đồng thời cỏc qỳa trỡnh: trung Hóa chất khác Bể cấp dung dịch rửa (1) Hệ thống rửa bản các máy in (2) Bể chứa trước khi đưa vào xử lý nước thải (3) NaOH Nước mềm 46 hũa, nhũ húa (để chuyển cỏc chất liờn kết trong mực thành cỏc hạt nhỏ phõn tỏn trong nước) và chia tỏch cỏc tập hợp pigment màu trờn lụ in thành cỏc hạt rất nhỏ kộo theo nước rửa ra khỏi lụ bản in. Qua quy trỡnh xử lý nước thải phõn xưởng in kết hợp với phõn tớch thành phần nước thải ở bảng 3.1 chỳng ta nhận thấy nước thải phõn xưởng in bao gồm cỏc loại húa chất, mực in và một số dung mụi khỏc nờn nú cú COD cao, cú màu mực in và chất rắn lơ lửng Như vậy nếu loại bỏ cặn bẩn, khử màu trong nước và giảm thiểu COD thỡ cú thể tuần hoàn trở lại làm nước rửa. Xột về bản chất tạo thành COD cao ở đõy là do cỏc húa chất, NaOH bổ sung vào dung dịch nước rửa ban đầu, một phần nữa do cỏc chất liờn kết của mực in trong quỏ trỡnh rửa tạo ra. Khi phõn tớch COD của dung dịch nước rửa ban đầu, COD của nước thải chưa xử lý và nước thải đó qua xử lý ta nhận thấy rằng: COD của nước thải = 15600 > COD của nước rửa ban đầu = 1527 > COD của nước rửa sau xử lý sơ bộ = 980 (xem bảng 3.1, 3.2 và 3.3). Chỳng tụi đó phõn tớch thành phần của nước rửa ban đầu và nước thải sau xử lý sơ bộ bằng phương phỏp keo tụ và nhận thấy về cơ bản hàm lượng cỏc chất cần xử lý khụng khỏc nhau nhiều trừ hàm lượng COD như trờn. Như vậy cú thể thấy rằng nước sau xử lý nếu đạt được độ trong, độ màu và nếu bổ sung thờm một số húa chất thỡ cú thể tỏi sử dụng được cho quỏ trỡnh rửa lụ bản in. Như vậy lượng húa chất bổ sung vào nước rửa sẽ giảm đi rất nhiều làm cho chi phớ húa chất rửa và húa chất xử lý cũng giảm theo. Vỡ vậy để cú cơ sở lựa chọn phương phỏp xử lý cho thớch hợp cần phải tiến hành phõn tớch thành phần nước thải. Trờn cơ sở đú sẽ xem xột những tiờu chuẩn nào cần phải xử lý chớnh để từ đú đưa ra được cụng nghệ xử lý thớch hợp nhất. 47 Bảng 3.1 Kết quả phân tích thành phần nước thải phân xưởng in (phụ lục 1) TT Tờn chỉ tiờu Tiờu chuẩn cột B Đơn vị Kết quả 1 pH 5,5 đến 9 - 13,5 2 COD 80 mg/l 15600 3 SS 100 mg/l 2580 4 S2- 0,5 mg/l 2,43 5 Độ màu 150 Co-Pt 44092 6 Tổng Nitơ 30 mg