Bài giảng Phương pháp keo-Tụ tủa bông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNKHOA MÔI TRƯỜNGPHƯƠNG PHÁP KEO-TỤ TỦA BÔNGThực hiện	Đỗ Thị Cẩm Vân Lớp cao học K15 MTGiáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị HàNỘI DUNG CHÍNHKEO TỤ (COAGULATION)- TỦA BÔNG (FLOCULATION)CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TỦA BÔNGCÁC TÁC NHÂN GÂY KEO TỤ-TỦA BÔNGKEO TỤ (COAGULATION)- TỦA BÔNG (FLOCULATION)Quá trình keo tụ và tủa bông: Các hạt keo lơ lửng trong nước thải bền vững do các điện tích trái dấu trên bề mặt, làm cho các hạt keo đẩy nhau. Hai quá trình đan xen với nhau trong quá trình phản ứng, hoán đổi cho nhau, trên thực tế chúng là các quá trình tách biệt. Giai đoạn đầu thì keo tụ là chiếm ưu thế, nó tạo ra các flocs có khối lương lớn hơn phục vụ cho quá trình tủa bông. Các hóa chất được trộn lẫn vào với nước thải để đẩy mạnh quá trình tập hợp các chất rắn lơ lửng. Keo tụ tủa bông có thể là giai đoạn tiền xử lý đối với quá trình trao đổi ion, lọc... Keo tụ (coagulation) Các chất keo tụ cung cấp điện tích trái dấu với dấu của các hạt keo nhằm làm giảm điện tích của các hạt keo (thế zeta)Các hạt keo kết hợp lại với nhau thành những hạt lớn hơn (flocs)Các chất keo tụ được đưa vào dung dịch bằng cách trộn nhanh Tuy nhiên, lượng của chất keo tụ không sử dụng quá liều vì nó có thể dẫn đến đổi dấu điện tích các hạt keo, làm cho các hệ keo tái bền vững trở lại. KEO TỤ (COAGULATION)- TỦA BÔNG (FLOCULATION)Tủa bông (floculation) Các vật liệu polime nhằm cho vào tạo ra các cầu nối cho các hạt bông (flocs)Cầu nối được hình thành khi các đoạn của chuỗi polime bám dính vào các phân tử chất keo Bản chất: các tác nhân bông tụ đưa vào dung dịch từ từ và nhẹ nhàng cho phép chúng tiếp xúc với hạt flocs nhỏ tạo thành các hạt lớn hơn dễ lắng đọng.Chất tủa bông âm phản ứng chống lại các phần tử chất keo mang điện tích trái dấu gây ra sự mất bền vững hoặc bởi cầu nối hoặc bởi trung hòa các điện tích KEO TỤ (COAGULATION)- TỦA BÔNG (FLOCULATION)Giải thích: Trạng thái ổn định của hệ keo sẽ mất đi nếu đưa vào dung dịch một lượng nhỏ (1-10 ppm) các muối kim loại đa hóa trị có tính thủy phân như: Al2(SO4)3, FeCl3 hoặc bazơ yếu đa điện tích như Ca(OH)2, polyamin Khi lượng cation đa hóa trị tăng lên đủ lớn (50-100ppm) xảy ra hiện tượng keo tụ, các hạt keo tập hợp lại thành chùm.Cơ chế khác: Với nồng độ cation đa hóa trị nhỏ chỉ đủ để tạo thành chùm hạt, hiện tượng kết tách cũng xảy ra nhưng theo kiểu “bắc cầu qua phân tử polyme”. CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TỦA BÔNGBa quá trình keo tụHạt lơ lửng tiếp xúc với phân tử polyme tạo thành khối các hạt Hạt lơ lửng không tan tiếp xúc các hạt polyme tạo thành chuỗi hạt Các hạt tiếp xúc với nhau theo một chuỗi hỗn tạp, không quy tắc CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TỦA BÔNG Lượng polyme sử dụng phải tối ưu, khi lượng polyme là quá dư, hạt keo lơ lửng lại tái bền và làm cho nước vẫn đục. Giải thích như sau:- Pứ 1: (lượng polime tối ưu): hấp phụ sơ cấp, một hạt hoặc chùm hạt lơ lửng liên kết với một phân tử polyme.- Pứ 2: kết bông xảy ra sau pứ 1, liên kết bền giữa các hạt vẫn còn điện tích. - Pứ 3: (hấp phụ thứ cấp) không xảy ra kết bông, khi lượng polyme không đủ, các hạt vẫn còn điện tích và các phần tử điện tích trái dấu gần nhau tự kết hợp để trở thành hạt tái ổn định.- Pứ 4: (lượng polyme quá dư) không kết bông, một hạt hoặc chùm hạt liên kết với nhiều ptử polyme. Kết bông trở lên kém, và sau quá trình xử lý tạo ra nhiều sản phẩm phụ không mong muốn.- Pứ 5: vỡ bông do lực cơ học tác động quá mạnh làm phá vỡ trạng thái cân bằng của hệ keo. CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH KEO TỤ-TỦA BÔNGTÁC NHÂN GÂY KEO TỤ-TỦA BÔNGCác tác nhân gây keo tụ thông thường Tên gọiCông thứcKhối lượng TBpH ở 1%NhômAl2(SO4)3.14H2O1143,4Vôi sữaCa(OH)24012Sắt (III) sunfatFe2(SO4)3.3H2O51,53-4Sắt (II) sunfatFeSO4.7H2O1393-4Sắt CloruaFeCl3.6H2O913-4NatrialuminatNa2Al2O410011-12Nhôm CloruaAlCl344 Phải không độc, rẻ, không tan trong khoảng pH trung tính và không để lại một lượng kim loại cao sau khi xử lý.Chứa iôn Mn+ là hạt nhân gắn kết. Sau đây là các giai đoạn của quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo: TÁC NHÂN GÂY KEO TỤ-TỦA BÔNGĐặc điểm chung tác nhân gây keo tụ Me3+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)3 + H+ Me3+ + 3HOH ↔ Me(OH)3 + 3H+ Dùng phèn loại bỏ photphat trong nước thải: Dùng vôi loại bicabonat, cacbonat, photphat, magie: Dùng sắt Clorua để tạo thành photphat. Các chất keo tụ khác dạng hữu cơ (better coagulant) như:+ PASS (Polyaluminum Silicate Sulphate).+ PSE (poly ferric sulphate)+ PPAC (polyaluminum hydoxyl cloride)+ Tác nhân keo tụ chứa nhôm và sắt như PAFS (poly alumino ferric sutphate) và các ferral.Chất trợ keo tụ/tủa bông. TÁC NHÂN GÂY KEO TỤ-TỦA BÔNGChất trợ keo tụ thường gặp: PAM (poly acrylamide), DADMAC (Diallydimethy Ammonium Chloride), PA Được thêm vào nhằm đẩy mạnh quá trình keo tụ- tủa bông.Đặc điểm của các chất trợ keo tụ: + Là những loại polime hữu cơ tổng hợp, phân nhánh, KLPT lớn. + Có chức năng như cầu nối các hạt. + Có thể phân cực hoặc không phân cực. + Có thể tham gia phản ứng trung hòa hoặc không.Các chất trợ keo là polime phân cực, chứa nhiều nhóm OH-, -COOH, -NH2, -SO3 vai trò trung tâm tích điện, tạo cầu nối giữa các hạt và có thể tham gia pứhh, trung hòa điện tích hạt keo.Khi chúng đảm nhiệm đồng thời hai nhiệm vụ trên thì chúng có vai trò vừa là tác nhân keo tụ- tủa bông, vừa là chất trợ keo tụ- tủa bông. TÁC NHÂN GÂY KEO TỤ-TỦA BÔNGTÁC NHÂN GÂY KEO TỤ-TỦA BÔNGTÁC NHÂN GÂY KEO TỤ-TỦA BÔNGEm xin chân thành cảm ơn!