Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Hoá Lý

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.

Phổ biến nhất vẫn là  phương pháp keo tụ, tạo bông

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.

Các yếu tố ảnh hưởng tới Quá trình keo tụ phụ, tạo bông:

• Độ  pH
• Nhiệt độ nước thải
• Tạp chất có trong nước
• Liều lượng chất keo tụ và chất trợ keo tụ
• Tốc độ khuấy trộn
• Môi chất tiếp xúc: nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến cho quá trình kết tủa càng hoàn toàn, tốc độ kết tủa tăng.

Ảnh hưởng của pH đến quá trình keo tụ tạo bông là ảnh hưởng quan trọng nhất .

ứng dụng quá trình keo tụ tạo bông:

Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước, kể cả xử lý nước thải và xử lý nước cấp, trong xử lý nước thải keo tụ tạo bông được ứng dụng Xử Lý Nước Thải Xi Mạ xử lý nước thải bệnh viện, xử lý nước thải lò mổ, xử lý nước thải công nghiệp, xử lý nước thải chứa dầu mỡ , xử lý nước thải cao su, xử lý nước thải thuỷ sản, xử lý nước thải sinh hoạt.Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Chung Cư – Tòa Nhà …

.

Bảng các quá trình xử lý nước thải.