Tư vấn cách xử lý nước thải bằng phương pháp hóa-lý hiệu quả nhất: Cơ sở của các phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học, các quá trình lý hoá diễn ra giữa chất ô nhiễm với hoá chất cho thêm vào. Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc hại. Các phương pháp hoá học là oxy hoá, trung hoà và keo tụ (hay còn gọi là đông tụ). Thông thường đi đôi với trung hoà có kèm theo quá trình keo tụ.
Mục Lục
+ Tư vấn cách xử lý nước thải bằng phương pháp hóa-lý hiệu quả nhất
Các phương pháp xử lý hoá và hoá – lý được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp, đặc biệt khi cần phải xử lý ở mức cao hoặc cần phải quay vòng nước. Phương pháp này được dùng để thu hồi các chất hoặc khử các chất độc, các chất có ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh hoá sau này.
Cơ chế của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chất này phản ứng với các tập chất bẩn trong nước thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dạng hòa tan không độc hại. Các phượng pháp hóa lý thường sử dụng để khử nước thải là quá trình keo tụ, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi…than hoạt tính hà tĩnh
1.1 Quá trình keo tụ tạo bông: Quá trình này thường được áp dụng để khử màu, giảm độ đục, cặn lơ lửng và vi sinh vật. Khi cho chất keo tụ vào nước thô chứa cặn lắng chậm (hoặc không lắng được), các hạt mịn kết hợp lại với nhau thành các bông cặn lớn hơn và nặng, các bông cặn này có thể tự tách ra khỏi nước bằng lắng trọng lực.
Hầu hết chất keo tụ ở dạng Fe(III), Al(III); Al2(SO4)3.14H2O, FeCl3. Tuy nhiên trong thực tế người ta thường sử dụng phèn sắt hơn do chúng có ưu điểm nhiều hơn phèn nhôm. Trong quá trình keo tụ người ta còn sử dụng chất trợ keo tụ để tăng tính chất lắng nhanh và đặc chắc do đó sẽ hình thành bông lắng nhanh và đặc chắc như sét, silicat hoạt tính và polymer.
1.2 Phương pháp trích ly: Trích ly pha lỏng được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu cơ, các ion kim loại… Phương pháp này được ứng dụng khi nồng độ chất thải lớn hơn 3 – 4g/l, vì khi đó giá trị chất thu hồi mới bù đắp chi phí cho quá trình trích ly.
Làm sạch nước bằng trích ly gồm 3 giai đoạn
- -Trộn mạnh nước thải với chất trích ly (dung môi hữu cơ) trong điều kiệm bề mặt tiếp xúc phát triển giữa các chất lỏng hình thành 2 pha lỏng, một pha là chất trích ly với chất được trích ly, một pha là nước thải với chất trích ly.
- -Phân riêng hai pha lỏng nói trên.
- -Tái sinh chất trích ly.
Để giảm nồng độ chất tan thấp hơn giới hạn cho phép cần phải chọn đúng chất trích ly và vận tốc của nó khi cho vào nước thải.
+ Cơ sở lý thuyết quá trình keo tụ, tạo bông
Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 mm. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hoá học bề mặt trở nên rất quan trọng.
Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn.
Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang điện tích, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hoá các nhóm hoạt hoá.
Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hoá nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hoà điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hoà điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thuỷ phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau :
Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+
Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+
Me(OH)+ + HOH = Me(OH)3 + H+
————————————————
Me3+ + HOH = Me(OH)3 + H+.
Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:
- Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, Natrialuninat Na2Al2O4 Sôđa kết hợp với phèn Na2CO3 + Al2(SO4)3, NH4Al(SO4)2.12H2
- FeCl3, Phèn Al(SO4)nH2O (n = 13-18). phổ biến là Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Sắt Sunphat FeSO4.7H2O, Fe2(SO4)3.7H2
Muối nhôm:
Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãi nhất do có tính hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 5,0 –7,5. Quá trình điện ly và thuỷ phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau :
Al3+ + H2O = AlOH+ + H+
AlOH+ + H2O = Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3 + H+
Al(OH)3 + H2O = Al(OH)4– + H+
Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng sau :
Al(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3¯ + 3CaSO4 + 6CO2
Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1). Phản ứng xảy ra như sau :
6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O = 8Al(OH)3¯ + 2Na2SO4.
Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông.
Muối sắt:
Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do :
- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp;
- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn;
- Độ bền lớn;
- Có thể khử mùi H2
Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hoà tan có màu do phản ứng của ion với các hợp chất hữu cơ. quá trình keo tụ tạo bông. sử dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau :
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3¯ + HCl
Fe2(SO4)3 + 6H2O = Fe(OH)3¯ + 3H2SO4.
Trong điều kiện kiềm hoá :
2FeCl3 + 3Ca(OH)2 = Fe(OH)3¯ 3CaCL2
FeSO4 + 3Ca(OH)2 = 2Fe(OH)3¯ + 3CaSO4.
Chất trợ keo tụ:
Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quátrình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O).
Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. Tuỳ thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)nhoặc polydiallyldimetyl – amon.
