Luận văn Xử lý nước thải giấy tái chế tại công ty sản xuất giấy Bình Minh

liệu trung hòa - Hấp thụ khí axít bằng nước thải kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước thải axít. LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 25 Phương pháp trung hòa được áp dụng với dòng nước thải có mang tính axit hoặc kiềm như nước thải của nghành công nghiệp cán thép, thuốc nhuộm Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá trị thành của chất thải hóa học[8] . • Phương pháp oxy hóa khử : Trong quá trình oxy hóa các tạp chất độc hại trong nước thải có thể chuyển thành các chất ít độc hơn, dễ loại bỏ ra khỏi nước thải ; song quá trình tiêu tồn một lượng lớn các chất hóa học. Do đó người ta hạn chế sử dụng phương pháp này, trừ khi trong nước có các tạp chất không thể bị loại bỏ bằng các phương pháp khác .Ví dụ khử Xyanua hay hợp chất hòa tan Asen. Các loại chất thường sử dụng trong phương pháp này là Cl2 (lỏng hoặc khí), nước javen, Kali penmanganat Hoạt động của các chất oxy hóa được xác định bởi các đại lượng .Trong các chất được biết trong tự nhiên, Flo là chất oxy hóa mạnh nhất nhưng cũng chính vì vậy mà nó không được ứng dụng trong thực tế. Thế oxy hóa của một số chất hóa học như sau [8]: Chất oxi hóa O3 Cl2 H2O2 KMnO4 Thế oxy hóa 2.07 0.94 0.68 0.59 • Phương pháp kết tủa hóa học: phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào chất thải với kim loại cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa; hoặc dựa trên độ hòa tan của kim loại trong dung dịch dựa vào pH nhất định của dung dịch nồng độ bão hòa thì sẽ có kết tủa, nhất là môi trường kiềm hoặc kiềm yếu. LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 26 Phương pháp kết tủa thường dung để xử lý nước thải của ngành công nghiệp luyện kim và gia công kim loại. 2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Cơ sở của phương pháp này là sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxi hoá sinh hoá. Thực chất của phương pháp này gọi là quá trình lên men – là sự phân huỷ một số chất hữu cơ, chúng thường kèm theo sự thoát khí dưới sự tác dụng của các enzyme do vi sinh vật tiết ra. Các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học nhìn chung thường được chia thành hai loại cơ bản sau: phương pháp hiếu khí và phương pháp yếm khí. - Phương pháp hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống của chúng, cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiêt độ trong khoảng từ 20 đến 40oC - Phương pháp yếm khí: phương pháp này sử dụng các vi sinh vật yếm khí. Phương pháp sinh học để xử lý nước thải rất thích hợp cho việc loại bỏ chất ô nhiễm tự nhiên trong thiên nhiên như: hồ oxy hoá cấp ba, hồ thông khí nhân tạo ( hồ nước được thông khí), hồ oxy hoá hiếu khí hay yếm khí ( hồ oxy hóa tuỳ tiện). 2.4. Phương pháp điện hoá Người ta sử dụng các quá trình oxy hoá anôt và khử catốt để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hoà tan và phân tán. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải. LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 27 Phương pháp điện hóa đạt hiệu suất cao nhưng chi phí cao do tiêu tốn điện năng lớn. Trong quá trình điện phân thì tại cực dương (anốt) các ion cho điện tử nghĩa là có phản ứng oxy hóa xảy ra; còn trên cực âm (catốt) xảy ra quá trình nhận điện tử nghĩa là có phản ứng khử [6]. Các quá trình này thích hợp để làm sạch nước khỏi các tạp chất như xyanua, sunfoxyanua, các amin, alcol, hợp chất nitơ, thuốc nhuộmTrong các quá trình này các tạp chất bị phân hủy hoàn toàn thành CO2, NH3, và H2O cùng các sản phẩm không độc khác thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo. • Anôt: thường được làm từ các vật liệu không hoà tan khác nhau có tính chất điện phân như: grafit, mahetit (Fe3O4), đioxyt mangan và đioxyt rutenđiphủ trên nền Titan. • Catốt: Được làm bằng Molipđen, hợp kim của Vônfram với sắt hay Niken, than chì, thép không gỉ Đông tụ điện: Tiến hành điện phân với việc sử dụng anôt hoà tan bằng nhôm hay thép. Dưới tác dụng củ dòng điện xảy ra quá trình hoà tan của kim loại dẫn đến các cation của sắt hoặc nhôm chuyển vào nước gặp nhôm hydroxit của các kim loại đó ở dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra mãnh liệt. Phương pháp này thích hợp để loại bỏ các tạp chất có độ bền cao Trong quá trình điện phân (với trường hợp anôt là điện cực nhôm) xảy ra các phản ứng sau: Trong dung dịch: NaCl → Na+ + Cl- H2O ⇔ H+ + OH- Quá trình oxy hóa khử xảy ra ở các điện cực: • Tại cực dương (anod), xảy ra quá trình oxy hóa: Al – 3e = Al3+ LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 28 Sau đó Al3+ thuỷ phân tạo thành các hợp chất theo các phản ứng sau: Al3+ + H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3 + H+ Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)4- + H+ Ngoài ra có các phản ứng ở Anốt pH < 7: 2H2O - 4e =O2 + 4H+ pH > 7: 4OH- - 4e = O2↑ + 2 H2O 2Cl- - 2e = Cl2↑ • Tại cực âm (catốt), xảy ra quá trình khử: 2H+ + 2e → H2 ↑ Phản ứng khử các hợp chất hữu cơ RO + 4e + 4H+ → RH2 + H2 O R + 2e + 2H+ → RH2 Khi tan vào dung dịch Al3+ tác dụng ngay với nước tạo thành keo nhôm theo phương trình sau: Al3+ + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3H+ Quá trình này xảy ra nhanh, Al(OH)3↓ tạo thành mang điện tích dương, có độ hoà tan nhỏ, hút các ion âm trong dung dịch lên bề mặt tạo thành dung dịch keo. Quá trình phân huỷ tạo thành các monome và có thể tạo thành các polyme mạch dài qua quá trình trùng ngưng. Trong quá tình thuỷ phân, các tinh thể mới hình thành hấp phụ các phân tử hợp chất hữu cơ hoặc các hợp chất cao phân tử trên bề mặt tạo ra cầu nối giữa các hạt, hình thành mạng không gian gọi là bông keo. Các bông keo cuốn theo các tạp chất lơ lửng có trong nước bị ô nhiễm. Các tinh thể Hydroxit nhôm Al(OH)3 được hình thành hấp phụ đặc biệt các ion để hình thành các hạt keo. Ví dụ: {[Al(OH)3]m.n.Al3+(3n – x)Cl-}xCl- LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 29 Các hạt keo sẽ hấp phụ, hút các hạt keo, các ion tích điện trái dấu dẫn tới keo tụ. Trong quá trình hình thành các hạt keo và keo tụ có thể kéo theo kết tủa các tạp chất lơ lửng trong nước thải, sa lắng xuống dưới tác dụng trọng lực. Bên cạnh đó, khí H2, Cl2, O2 thoát ra ở cả hai điện cực còn có tác dụng khuấy trộn dung dịch và làm tăng thêm hiệu quả của quá trình. Đặc biệt quá trình đông tụ điện còn có tác dụng tẩy mày cho các nước thải mang màu trong nhiều ngành công nghiệp như ngành dệt nhuộm, ngành bia.. NaCl H2O 3 2 Nước thải 4 1 5 Bùn cặn Hình 2.1. Hệ thống thiết bị điện phân Anod tan 1. Bể điều hoà 4. Bể điện phân 2. Bể chuẩn bị dung dịch 5. Bể lắng 3. Nguồn điện 1 chiều 6. Thiết bị tách nước LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 30 Ưu điểm của phương pháp là thiết bị gọn và điều khiển đơn giản, không sử dụng các tác nhân hoá học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến hành quá trình, không có chất độc, bùn cặn có tính chất cơ học tốt và có thể nghiên cứu để sử dụng được. 2.5 Phương pháp tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (các hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng bằng cách làm nổi tạp chất lên bề mặt dung dịch. Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm của phương pháp này là có thể loại bỏ được hoàn toàn các tạp chất nhỏ và nhẹ, lắng chậm trong một khoảng thời gian ngắn. Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt. thiÕt bÞ thu v¸ng n­íc th¶i rabÓ tuyÓn næi thiÕt bÞ thu bïn bïn ®­îc lÊy ra n­íc th¶i vµo hoµn l­u n­íc th¶i BÓ tuyÓn næi hîp c« ®Æc bïn Hình 2.2: Sơ đồ một bể tuyển nổi LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 31 Quá trình tuyển nổi được tiến hành bằng các sục các khí bọt nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các bọt khí đó sẽ kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt nổi lên bề mặt, chúng tập hợp nhau tạo thành các lớp bọt và được gạt loại đi. Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự kết dính màng mỏng của bọt khí và các tạp chất, các chất bẩn có tính kỵ nước thì sẽ dễ dàng nổi theo các bọt khí. Trong trường hợp cần tách các hạt rắn kỵ nước, khi bong khí dính chặt vào chúng sẽ tạo thành một đường bao là biên giới của pha rắn - lỏng - khí giới hạn diện tích dính của bọt khí. Đường tiếp tuyến với mặt bọt khí tại điểm tiếp xúc và bề mặt của hạt rắn tạo thành một góc θ gọi là góc biên của sự thấm ướt. Bãng khÝ H¹t r¾n Hình 2.3: Sự kết dính giữa hạt rắn và bóng khí trong tuyển nổi Khả năng tạo thành tổ hợp tuyển nổi của các hạt - bọt khí, vận tốc của quá trình, độ bền vững của mối dính kết và thời gian tồn tại của tổ hợp trên phụ thuộc vào bản chất của hạt, vào đặc tính tác dụng tương hỗ của các tác nhân với bề mặt hạt và khả năng thấm ướt của bề mặt hạt. Năng lượng tạo thành tổ hợp bọt khí - hạt bằng: A =σ.(1- cosθ) Trong đó θ là sức căng bề mặt của nước trên biên giới với khí. Đối với hạt thấm ướt tốt θ → 0, cosθ →1, do đó độ bền vững của sự kết dính là nhỏ nhất, ngược lại đối với hạt không thấm ướt độ bền vững đó là lớn nhất. LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 32 Đối với các hạt ưa nước thì phải dùng chất tuyển nổi – là tập hợp của nhiều chất hoạt động bề mặt. Các chất này hấp thụ lên bề mặt chất rắn và chuyển bề mặt của nó thành bề mặt kỵ nước. Ví dụ: R – O – C – SH S Chất này làm giảm sức căng bề mặt rắn lỏng. Bên cạnh phương pháp tuyển nổi thông thường người ta còn sử dụng phương pháp tuyển nổi bằng điện. Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các bọt khí được tạo thành trong quá trình điện phân để loại bỏ các hạt lơ lửng. Tại anốt là các bóng khí oxy còn trên catôt là hydro. Khi sử dụng điện cực hoà tan thì xảy ra đồng thời quá trình đông tụ điện và tuyển nổi dẫn đến sự tăng hiệu suất xử lý nước thải[8]. 2.6 Phương pháp hấp phụ Hấp phụ là quá trình tích tụ các phân tử khí hoặc lỏng lên bề mặt của chất rắn ( chất hấp phụ). Quá trình hấp phụ là tự xảy ra do chất hấp phụ là những chất có bề mặt riêng lớn; vì thế nó có xu hướng hấp phụ các chất khác lên bề mặt để làm giảm năng lượng tự do bề mặt. Các chất sử dụng làm chất hấp phụ là các chất có bề mặt riêng lớn, cấu trúc xốp và có độ phân tán cao. Một số chất hấp phụ thường dùng như than hoạt tính, silicagel, zeolit, keo nhôm, đất sét... Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch nước thải hoàn toàn khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học cũng như xử lý cục bộ. Ví dụ: quá trình hấp phụ được sử dụng để tách các chất hữu cơ như phenol, alkyl benzen-sunfonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước. LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 33 Sau đây xin giới thiệu qua về các chất được sử dụng làm chất hấp phụ như khoáng Bentonit, khoáng Diatomit, than hoạt tính... a. Khoáng Bentonit (Bt) Khoáng Bt là khoáng sét thuộc loại aluminosilicat, có thành phần hoá học có thể viết chung là Si8(AlxMy)O20 trong đó M là Ca, Mg, Na. Có hai loại chính là bentonit kiềm thổ (Ca, Mg) và bentonit kiềm (Na, Ka). Bt được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp: làm các loại vật liệu xây dựng, các ngành vật liệu chịu lửa, gốm giấy cao su, chất dẻo, chất xúc tác, chất mang vật liệu học, chất hấp phụ trong các lĩnh vực dược phẩm, chất hoạt động bề mặt và trong bảo vệ môi trường... Khoáng Bt sau khi hoạt hoá cũng có những đặc tính ưu việt như tính chất trao đôi ion, tính trương nở, và tính hấp phụ. Nguyên nhân tạo nên đặc tính trao đổi ion là do sự thay thế đồng hình và sự có mặt của nhóm OH trong mạng lưới tinh thể của khoáng Bt. Các chất khoáng sau khi hoạt hoá được sử dụng với vai trò như một chất hấp phụ. Quá trình làm sạch nước thải bằng hấp phụ được tiến hành ở điều kiện khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước cần xử lý hấp phụ. b. Zeolit Zeolit là các aluminosilicat tinh thể có kích thước mao quản (pore) rất đồng đều, cho phép chúng phân chia thành các phân tử theo hình dáng và kích thước xác định. Thành phần hóa học của chúng như sau: (M+)x.(AlO2)x.(SiO2)y.zH2O Trong đó: M là các cation bù trừ điện tích khung Z là số phân tử nước kết tinh trong zeolit Người ta biết khoảng 40 cấu trúc Zeolit tự nhiên khác nhau. Hiện nay có khoảng 200 loại Zeolit tổng hợp, nhưng mới chỉ có một lượng rất nhỏ LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 34 trong đó được sử dụng cho kỹ thuật hấp phụ, mà chủ yếu trong công nghệ lọc – hóa dầu. Có hai cách phân loại Zeolit, đó là theo kích thước mao quản hoặc theo tỷ lệ Si/Al. Một số loại Zeolit tiêu biểu là Zeolit loại A; Zeolit loại B; Zeolit loại X hay Y, vvCác Zeolit là những chất xúc tác cưc kỳ quan trọng trong lọc - hóa dầu. Zeolit có bề mặt riêng lớn, do đó có khả năng hấp phụ cao. Tính chất hấp phụ của Zeolit có thể được khống chế và thay đổi tuỳ thuộc vào tính chất ưa nước hay kỵ nước của vật liệu [7]. c. Khoáng Diatomit Là loại khoáng tự nhiên có thành phần chủ yếu là SiO2 và có thêm Al2O3 cùng một số các oxit khác với hàm lượng nhỏ hơn nước. Đây là loại khoáng có cấu trúc xốp, thường ở trạng thái phân tán cao (hoặc có thể chuyển về dạng bột mịn). Do có độ xốp lớn nên Diatomit có thể được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: vật liệu cách điện, cách âm, bê tông nhẹ, dung dịch khoanKhi Diatomit chứa lớn hơn 90% SiO2, trên 2% Fe2O3, 3% chất hữu cơ và có độ ẩm 2% thì nó được dùng làm chất trợ lọc, trợ lắng, làm trong nước, làm giảm độ cứng của nước sinh hoạt. Diatomit còn gọi là đất thảo mộc, màu trắng, xám sáng hay hơi vàng, rất nhẹ, gồm các hạt được gắn kết yếu với nhau. Diatomit có nguồn gốc từ những hóa thạch của những động vật nguyên sinh hữu cơ dạng đơn bào (protozoa đơn bào - những loại rong biển, tảo giáp) hai nguyên tử. Lượng chứa các mảnh xác hoá thạch trong 1 cm3 Diatomit của các mỏ khác nhau, dao động từ 2 đến 50 triệu mảnh; số mảnh hóa thạch có trong Diatomit rất biến động. Các mảnh giáp xác tảo (diatome) hóa thạch là các tiêu thể opan vô cùng nhỏ (0,03 ÷0,15 mm), làm cho khoáng Diatomit rất nhẹ và xốp. Thành phần hoá học của khoáng diatomit như sau: [SiO2] = 55,0 ÷95,0%, LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 35 [Al2O3] = 1,0 ÷10,5%, [Fe2O3 + FeO ] = 0,2÷10,0%, [CaO + MgO] = 0,2÷4,0%, nhiệt độ nóng chảy của Diatomit là Tonc= 1150÷1600 oC. Nghiên cứu quá trình chuyển hóa khoáng tự nhiên Diatomit thành chất có khả năng hấp phụ tốt là nghiên cứu biến đổi cơ học, lý học và hóa học của các khoáng đó, để tạo thành các chất có khả năng hấp phụ cao hơn so với khoáng nguyên khai. Nghĩa là làm cho độ xốp, bề mặt riêng và hoạt tính hấp phụ của khoáng đã hoạt hoá tăng lên. d. Than hoạt tính Than hoạt tính được chế tạo theo phương pháp loại trừ với nguyên liệu chứa thành phần cacbon như : than. xenlulozơ, gỗ, sọ dừa, bã mía, tre, mùn cưaCó thể xuất phát từ các nguồn nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau, khi chế tạo người ta có thể quy về 2 phương pháp chính trong giai đoạn hoạt hóa là : hoạt hóa hóa học và hoạt hóa vật lý. Thông thường than được sản xuất theo phương pháp hoạt hóa hóa học, bằng cách trộn nguyên liệu với các hóa chất và đốt yếm khí từ 500 ÷900oC. Các chất vô cơ khi đốt sẽ phân huỷ ra các chất có tính oxy hóa hoặc phân huỷ các chất hữu cơ qua phản ứng dehydrat hóa. Phương pháp hoạt hóa vật lý thường tiến hành theo 2 giai đoạn : than hóa và hoạt hóa. • Giai đoạn than hóa là giai đoạn đốt yếm khí tại 400÷500oC nhằm loại bỏ các thành phần bay hơi trong nguyên liệu, đồng thời một số chất hữu cơ có thể trùng hợp polyme tạo ra khung cacbon chưa hoàn chỉnh. • Giai đoạn hoạt hóa là để phát triển độ xốp của nguyên liệu thông qua phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao (800÷1100oC). Trong quá trình oxy hóa, một số nguyên tử cacbon bị đốt thành khí (CO, CO2), khí này bay hơi để lại lỗ trống, đó chính là cơ chế tạo nên độ xốp. Tác nhân oxy hóa có thể dùng là : hơi nước, không khí, khí cacbonic, khí thải LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 36 Khả năng hấp phụ tốt các chất trong dung dịch của than hoạt tính được sử dụng rất nhiều trong công nghệ thực phẩm, làm sạch nước thải và làm sạch nước uống (ví dụ : dùng than hoạt tính để khử độc của nước thải khỏi các hợp chất hữu cơ thơm)[4]. 2.7 Phương pháp trao đổi ion Bản chất của quá trình trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng giá trị điện tích nhưng trái dấu dung dịch khi chúng tiếp xúc với nhau. Phản ứng tổng quát : mA + R.mB ⇔ mA.R + B Trong đó: A,B : cation (anion) R : gốc anion (cation) Cationit : R-SO3 + NaCl ⇔ R’-SO3-Na + HCl Anionit: R-OH + NaCl ⇔ R-Cl + NaOH Các cationit là các chất có khả năng trao đổi các ion dương với dung dịch.Những chất này mang tính axit, khi tiếp xúc với nước thì các ion H+ của cationit sẽ trao đổi với các ion kim loại trong nước. Cột cationit để xử lý các kim loại nặng. Các anionit là các chất có khả năng trao đổi các ion âm với dung dịch. Những chất này mang tính bazơ, khi tiếp xúc với nước thì các ion OH- của anionit sẽ trao đổi với các anion trong nước, cột anionit để xử lý các gốc như Cl-, S2- Các ionit sau khi được sử dụng có thể được tái sinh lại. Các cationit được tái sinh bằng cách sử dụng dung dịch axit có nồng độ từ 2 ÷8%, còn các LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 37 anionit được tái sinh bằng dung dịch kiềm. Nhờ quá trình này mà các ionit sẽ được tái sử dụng, đồng thời có thể dùng để thu hồi các sản phẩm có giá trị. Người ta thường dùng phương pháp trao đổi ion để làm sạch nước hoặc nước thải có chứa các kim loại như : Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mncũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho ta thu hồi được các chất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao, vì vậy nó là một phương pháp được sử dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước thải [8]. 2.8 Phương pháp khử trùng. Khử trùng khác với tiệt trùng, quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết vi sinh vật. Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virut, amoeb gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các hợp chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợp chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axit. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình là khả năng diệt khuẩn của các hoá chất này, quá trình khuấy trộn ban đầu, đặc tính của nước thải, thời gian tiếp xúc giữa nước thải và chất khử trùng, đặc điểm của các vi sinh vật. 2.9 Phương pháp keo tụ Xử lý bằng phường pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hoá chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua hai giai đoạn sau: LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 38 - Bản thân chất keo tụ phát sinh thuỷ phân, quá 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. Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như phèn nhôm, phèn sắt FeSO4 hoặc loại FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hoà tan . Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân li thành các ion Al3+. sau đó, các ion này bị thuỷ phân thành Al(OH)3. Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ Trong phản ứng thuỷ phân trên đây, ngoài Al(OH)3 (nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ) được tạo thành mà còn giải phóng ra các ion H+. Các ion này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3- ). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hoà ion H+ thì cần phải kiềm hoá nước. Chất dùng để kiềm hoá thông dụng là vôi. Một số trường hợp khác có thể dùng xođa (Na2CO3) hay xút (NaOH). Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông khi sử dụng phèn nhôm: 2.9.1 Trị số pH của nước: Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al2(SO4)3 vào, trị số pH của nó bị giảm thấp vì đây là một loại muối gồm axit mạnh và bazơ yếu. Sự thuỷ phân của nó có thể tăng thêm tính axit của nước. Đối với hiệu quả keo tụ, ảnh hưởng chủ yếu là trị số pH của nước sau khi cho phèn vào. Cho nên trị số pH dưới đây đều là trị số pH của nước sau khi cho phèn vào. Trị số pH có ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ. LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 39 Ảnh hưởng của pH đối với độ hoà tan nhôm hidroxit - một hidroxit lưỡng tính điển hình. Trị số pH của nước quá cao hay thấp đều đủ làm cho nó hoà tan, khiến hàm lượng nhôm dư trong nước tăng thêm. Khi trị số pH giảm đến 5,5 trở xuống, Al(OH)3 có tác dụng rõ ràng như một chất kiềm, làm cho hàm lượng Al3+ trong nước tăng nhiều, phản ứng như sau: Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O Khi trị số pH tăng cao đến 7,5 trở lên, Al(OH)3 có tác dụng như một axit làm cho gốc AlO2- trong nước xuất hiện như phản ứng sau: Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O Khi trị số pH đạt đến 9 trở lên, độ hoà tan của Al(OH)3 nhanh chóng tăng lên, sau cùng thành dung dịch muối nhôm. Khi trong nước có SO42-, trong phạm vi pH = 5,5-7, trong vật kết tủa có muối sunphat kiềm, rất ít hoà tan. Trong phạm vi này, khi trị số pH biến đổi cao, muối sunphat kiềm ở hình thái Al2(OH)4SO4, khi pH biến đổi thấp thì chúng ở dạng Al(OH)SO4. Tóm lại, trong phạm vi pH từ 5.5-7.5, lượng nhôm dư trong nước đều rất nhỏ Ảnh hưởng của pH đến điện tích hạt keo nhôm hydroxit. Điện tích của hạt keo trong dung dịch nước có quan hệ với thành phần của ion trong nước, đặt biệt là với nồng độ ion H+. Cho nên trị số pH đối với tính mang điện của hạt keo có ảnh hưởng rất lớn. Khi 5 < pH < 8, hạt keo mang điện dương, đám keo này hình thành do sự phân huỷ của nhôm sunphat. Khi pH < 5, vì keo hấp phụ SO42- nên mang điện tích âm. Khi pH=8, nó tồn tại ở hình thái hydroxit trung trính, vì thế nên chúng dễ dàng kết tủa nhất . LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ 40 Ảnh hưởng của pH đến các chất hữu cơ trong nước: Chất hữu cơ trong nước thường là các thực vật bị thối rữa. Khi pH thấp, dung dịch keo của axít humic mang điện tích âm. Lúc này, chúng được dễ dàng khử đi bằng chất keo tụ. Khi pH cao, các chất hữu cơ này trở thành muối axít humic dễ tan. Vì thế mà hiệu quả xử lý tương đối kém. Dùng muối nhôm để khử loại này, thích hợp nhất là ở pH = 6 – 6.5. Ảnh hưởng của pH đối với tốc độ keo tụ dung dịch keo. Tốc độ keo tụ dung dịch keo và điện thế ζ của nó có quan hệ. Trị số điện thế ζ càng nhỏ, lực đẩy giữa các hạt càng yếu, vì vậy tốc độ keo tụ của nó càng nhanh. Khi điện thế ζ = 0 (nghĩa là đạt đến điểm đẳng điện) tốc độ keo tụ của nó lớn nhất. Dung dịch keo hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế ζ của nó và điểm đẳng điện chủ yếu được quyết đỉnh bởi trị số pH của nước. Nhôm hydroxit, các chất humic, đất sét hợp thành dung dịch keo trong nuớc thiên nhiên đều là lưỡng tính nên pH là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ. Từ một số nguyên nhân trên, đối với một loại nước cụ thể thì không có phương pháp tính toán trị số pH tối ưu, mà chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm. Chất lượng nước khác nhau, trị số pH tối ưu khác nhau, nghĩa là cùng một nguồn nước, các mùa khác nhau, trị số pH tối ưu cũng có thể thay đổi. Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, trị số pH tối ưu nói chung nằm trong giới hạn 6,5 – 7,5. Qui luật nói chung là khi lượng chất keo tụ cho vào tương đối ít, dung dịch keo tụ tự nhiên trong nước chủ yếu là dựa váo quá trình keo tụ của bản thân nó mà tách ra, nên dùng pH tương đối thấp là thích hợp, vì khi này lượng điện tích dương của dung dịch keo nhôm hydroxit LuËn v¨n tèt nghiÖp Th¹c sü - chuyªn ngµnh Qu¸ tr×nh vµ t