Bài giảng Kỹ thuật môi trường đại cương - Phần 2: Nước - Chương 4: Kiểm soát ô nhiễm nước

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật môi trường đại cương - Phần 2: Nước - Chương 4: Kiểm soát ô nhiễm nước

1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙN COÂNG TOÂN ÑÖÙC THAÉNG KHOA MOÂI TRÖÔØNG VAØ BAÛO HOÄ LAO ÑOÄNG TAØI LIEÄU GIAÛNG DAÏY KYÕ THUAÄT MOÂI TRÖÔØNG ÑAÏI CÖÔNG PHAÀN 2. NÖÔÙC CHÖÔNG 4. KIEÅM SOAÙT OÂ NHIEÃM NÖÔÙC THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH, THAÙNG 5 NAÊM 2006 MUÏC LUÏC phaàn 2. Nöôùc 1 chöông 4. kieåm soaùt oâ nhieãm nöôùc 1 MUÏC LUÏC 1 danh muïc CAÙC BAÛNG 3 danh muïc Caùc hình 4 1 KIEÅM SOAÙT OÂ NHIEÃM NÖÔÙC 5 1.1 Giaûm thieåu nöôùc thaûi 5 1.1.1 Heä thoáng caáp nöôùc tuaàn hoaøn 5 1.1.2 Heä thoáng nöôùc kheùp kín 6 1.2 Toång quan caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc 7 1.2.1 Caùc phöông phaùp xöû lyù chaát oâ nhieãm trong nöôùc 7 1.2.2 Phaân loaïi theo baûn chaát cuûa phöông phaùp laøm saïch nöôùc 8 1.2.3 Caùc giai ñoaïn xöû lyù nöôùc 9 1.3 Phöông phaùp vaät lí (cô hoïc) – physical treatment 10 1.3.1 Tieáp nhaän 10 1.3.2 Ñieàu hoaø – equalization 10 1.3.3 Xaùo troän – mixing 10 1.3.4 Loïc qua – screening 10 1.3.4.1 Song chaén raùc – bar rack 11 1.3.4.2 Löôùi loïc, raây - screen 11 1.3.4.3 Cô caáu thu raùc 11 1.3.5 Laéng tuï – sedimentation 11 1.3.5.1 Beå laéng caùt - sand settling 12 1.3.5.2 Beå laéng ngang – horisonal clarifier 12 1.3.5.3 Beå laéng ñöùng – vertical clarifier 13 1.3.5.4 Beå laéng höôùng kính – radical clarifier 13 1.3.5.5 Beå laéng daïng baûng- plate settler 14 1
2. 1.3.5.6 Beå laéng trong 16 1.3.6 Laéng keát hôïp taùch taïp chaát noåi 16 1.3.7 Ly taâm – centrifuge 17 1.3.7.1 Xiclon nöôùc 17 1.3.7.2 Maùy li taâm 18 1.3.8 EÙp caën – compression 18 1.3.9 Söû duïng böùc xaï töû ngoaïi, soùng sieâu aâm 19 1.4 Xöû lyù baèng phöông phaùp hoaù lyù 19 1.4.1 Ñoâng tuï, keo tuï – coagulation, flocculation 19 1.4.1.1 Ñoâng tuï, keo tuï - coagulation 19 1.4.1.2 Trôï keo tuï - Flocculation 21 1.4.2 Tuyeån noåi – flotation 22 1.4.2.1 Tuyeån noåi baèng bieän phaùp taùch khoâng khí töø dung dòch 23 1.4.2.2 Tuyeån noåi baèng caùch phaân taùn khoâng khí cô baèng cô khí 25 1.4.2.3 Tuyeån noåi nhôø caùc taám xoáp 25 1.4.2.4 Caùc phöông phaùp tuyeån noåi khaùc 26 1.4.2.5 Xöû lí baèng phöông phaùp taùch phaân ñoaïn boït (taùch boït) 26 1.4.3 Haáp phuï – adsorption 27 1.4.3.1 Chaát haáp phuï 28 1.4.3.2 Heä thoáng haáp phuï 28 1.4.3.3 Taùi sinh chaát haáp phuï 30 1.4.4 Trao ñoåi ion – ion exchange 30 1.4.4.1 Ionit töï nhieân vaø toång hôïp 30 1.4.4.2 Cô sôû cuûa quaù trình trao ñoåi ion 31 1.4.4.3 Taùi sinh ionit 32 1.4.5 Loïc – filtration 32 1.4.5.1 Loïc qua vaùch loïc 32 1.4.5.2 Thieát bò loïc qua vaùch ngaên baèng haït 33 1.4.5.3 Vi loïc - microfiltration 34 1.4.5.4 Thieát bò loïc töø 34 1.4.5.5 Loïc nhuõ töông 34 1.4.6 Thaám loïc ngöôïc vaø sieâu loïc – reverse osmosis and ultrafiltration 35 1.4.6.1 Thaám loïc ngöôïc – reverse osmosis 35 1.4.6.2 Sieâu loïc – Ultrafiltration 36 1.4.6.3 ÖÙng duïng 38 1.4.7 Taùch khí 39 1.4.7.1 Nhaû haáp thuï caùc taïp chaát bay hôi 39 1.4.7.2 Taåy ueá 40 1.4.8 Trích ly - extraction 40 1.5 Xöû lyù baèng phöông phaùp hoaù hoïc – chemical processes 41 1.5.1 Trung hoaø – neutralization 41 1.5.1.1 Trung hoøa baèng caùch troän 41 1.5.1.2 Trung hoùa baèng caùch cho theâm taùc chaát 41 1.5.1.3 Trung hoøa baèng loïc nöôùc axit qua vaät lieäu trung hoøa 42 1.5.1.4 Trung hoøa baèng khí axit 42 1.5.2 Taïo tuûa – chemical precipitation 42 1.5.3 Oxy hoaù khöû – Oxidation and Reduction 47 1.5.3.1 Oxi hoùa baèng clo 47 2
3. 1.5.3.2 Oxi hoùa baèng H2O2 49 1.5.3.3 Oxi hoùa baèng oxi cuûa khoâng khí 49 1.5.3.4 Oxi hoùa baèng piroluzit MnO2 50 1.5.3.5 Ozoân hoùa 50 1.5.3.6 Xöû lí baèng phöông phaùp khöû 51 1.5.4 Oxy hoaù nhieät 52 1.5.4.1 Phöông phaùp oxi hoùa pha loûng 53 1.5.4.2 Phöông phaùp oxi hoùa xuùc taùc pha hôi 53 1.5.4.3 Phöông phaùp ñoát chaùy 53 1.6 Xöû lyù baèng phöông phaùp sinh hoïc – biological processes 54 1.6.1 Phaân loaïi 54 1.6.2 Cô sôû lyù thuyeát quaù trình phaân huyû sinh hoïc 55 1.6.2.1 Caùc chæ soá cô baûn 55 1.6.2.2 Thaønh phaàn buøn hoaït tính vaø maøng sinh hoïc 55 1.6.2.3 Quy luaät phaân raõ caùc chaát höõu cô 56 1.6.2.4 Cô cheá chuyeån hoùa moät soá chaát 58 1.6.2.5 Ñoäng hoïc phaûn öùng leân men 59 1.6.2.6 Söï taêng tröôûng cuûa khoái sinh hoïc 60 1.6.3 Phöông phaùp hieáu khí – aerobic digestion 61 1.6.3.1 Söï thoâng khí – aeration 61 1.6.3.2 Ao sinh hoïc 62 1.6.3.3 Xöû lí trong caùc aerotank 62 1.6.3.4 Loïc sinh hoïc – biofiltration 65 1.6.3.5 Oxyten - ÖÙng duïng oxi ñeå thoâng khí nöôùc thaûi 66 1.6.4 Phöông phaùp kî khí – anaerobic digestion 67 1.6.4.1 UASB 67 1.6.4.2 Metan hoaù – methan 68 1.6.5 Keát hôïp hieáu khí vaø kî khí 68 1.6.5.1 Caùnh ñoàng töôùi 68 1.7 quy trình coâng ngheä xöû lyù nöôùc tieâu bieåu 69 1.7.1 Xöû lyù nöôùc caáp 69 1.7.1.1 Nguoàn nöôùc maët: nöôùc soâng 69 1.7.1.2 Nguoàn nöôùc ngaàm 69 1.7.2 Xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït 69 Taøi lieäu tham khaûo 70 DANH MUÏC CAÙC BAÛNG Baûng 1. Caùc yeâu caàu chaát löôïng nöôùc ñeå boå sung vaøo heä thoáng caáp nöôùc tuaàn hoaøn trong coâng nghieäp hoùa hoïc 6 Baûng 2. Ñaëc tính thieát bò loïc lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn 33 Baûng 3. Giaù trò pH trong quaù trình laéng caùc hydroxit kim loaïi 43 Baûng 4. Phaân loaïi caùc coâng trình xöû lyù sinh hoïc 54 Baûng 5. Baûng xaùc ñònh vaän toác oxi hoùa trung bình 61 3
4. DANH MUÏC CAÙC HÌNH Hình 1. Sô ñoà caáp nöôùc tuaàn hoaøn 5 Hình 2. Phaân loaïi phöông phaùp xöû lí nöôùc thaûi coâng nghieäp 7 Hình 3. Cô caáu loïc vaø thu raùc 11 Hình 4. Beå laéng ngang 12 Hình 5. Beå laéng höôùng kính 14 Hình 6. Thieát bò laéng daïng baûng 15 Hình 7. Caùc daïng beå laéng 15 Hình 8. Beå laéng trong 16 Hình 9. Beå taùch daàu 16 Hình 10. Xiclon nöôùc 17 Hình 11. Sô ñoà xöû lí nöôùc thaûi baèng maùy li taâm 18 Hình 12. Sô ñoà eùp caën 19 Hình 13. Cô cheá ñoâng tuï 20 Hình 14. Cô cheá trôï keo tuï 21 Hình 15. Sô ñoà heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi baèng ñoâng tuï 22 Hình 16. Sô ñoà heä thoáng tuyeån noåi aùp suaát 24 Hình 17. Caùc sô ñoà tuyeån noåi aùp löïc 24 Hình 18. Sô ñoà heä thoáng tuyeån noåi bôm daâng 25 Hình 19. Sô ñoà thieát bò xöû lí nöôùc thaûi baèng phöông phaùp taùch boït - böùc xaï 27 Hình 20. Sô ñoà heä thoáng haáp phuï 29 Hình 21. Cô cheá loïc qua lôùp vaät lieäu haït 33 Hình 22. Beå loïc caùt 34 Hình 23. Nguyeân taéc loïc ngöôïc 36 Hình 24. Heä thoáng xöû lyù nöôùc baèng loïc ngöôïc 36 Hình 25. Maøng sieâu loïc 37 Hình 26. Quy trình xöû lyù nöôùc baèng sieâu loïc vaø loïc ngöôïc 38 Hình 27. Quy trình taùch nhuõ töông daàu nöôùc thaûi 38 Hình 28. Sô ñoà nhaû haáp benzen töø nöôùc thaûi 39 Hình 29. Caùc daïng keát caáu beå tieáp xuùc 48 Hình 30. Vaän toác taêng tröôûng vi sinh 60 Hình 31. Sô ñoà heä thoáng xöû lí sinh hoïc 62 Hình 32. Aerotank vôùi caùc caáu truùc doøng nöôùc thaûi vaø buøn hoaït tính tuaàn hoaøn khaùc nhau 63 Hình 33. Caùc sô ñoà heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi trong aerotank 64 Hình 34. Sô ñoà nguyeân taéc thoâng khí - loïc sinh hoïc 66 Hình 35. Sô ñoà caáu taïo USAB 67 Hình 36. Caùc phöông aùn xöû lí sinh hoïc nöôùc thaûi trong ñieàu kieän töï nhieân 69 4
5. 1 KIEÅM SOAÙT OÂ NHIEÃM NÖÔÙC 1.1 GIAÛM THIEÅU NÖÔÙC THAÛI Giaûm thieåu nöôùc thaûi trong quy trình saûn xuaát coù yù nghóa raát quan troïng vì mang laïi lôïi nhuaän cho ñôn vò saûn xuaát. Coù nhieàu caùch giaûm löôïng nöôùc thaûi: 1. Nghieân cöùu vaø aùp duïng caùc quy trình coâng ngheä khoâng coù nöôùc thaûi. 2. Hoaøn thieän caùc quaù trình hieän coù. 3. Nghieân cöùu vaø aùp duïng caùc thieát bò hieän ñaïi. 4. AÙp duïng thieát bò laøm nguoäi baèng khoâng khí. 5. Söû duïng laïi nöôùc thaûi sau xöû lí trong heä thoáng nöôùc tuaàn hoaøn vaø nöôùc kheùp kín. Con ñöôøng trieån voïng nhaát ñeå giaûm nhu caàu nöôùc saïch, ñoù laø thieát laäp caùc heä thoáng caáp nöôùc tuaàn hoaøn vaø kheùp kín. 1.1.1 Heä thoáng caáp nöôùc tuaàn hoaøn Sô ñoà caáp nöôùc tuaàn hoaøn ñöôïc trình baøy treân hình sau. Trong caáp nöôùc tuaàn hoaøn, caàn thieát phaûi laøm saïch nöôùc thaûi, laøm nguoäi nöôùc tuaàn hoaøn vaø söû duïng laïi nöôùc thaûi. SAÛN XUAÁT XÖÛ LÍ SAÛN XUAÁT Nöôùc boå sung LAØM NGUOÄI Hình 1. Sô ñoà caáp nöôùc tuaàn hoaøn ÖÙng duïng caáp nöôùc tuaàn hoaøn cho pheùp giaûm 10 - 50 laàn nhu caàu nöôùc töï nhieân . Ví duï, ñeå cheá bieán 1 taán cao su trong saûn xuaát cuõ (caáp nöôùc tröïc tieáp) yeâu caàu 2.100m3 nöôùc, coøn khi caáp nöôùc tuaàn hoaøn chæ caàn 165m3. Nöôùc tuaàn hoaøn chuû yeáu ñöôïc söû duïng trong caùc thieát bò truyeàn nhieät ñeå giaûi nhieät. Phaàn lôùn nöôùc bò maát ñi do bay hôi vaø cuoán theo khí. Ngoaøi ra, noù coù theå bò oâ nhieãm do caùc söï coá vaø ñoä kín cuûa thieát bò khoâng tuyeät ñoái. Tỉ lệ phần thaát thoaùt nöôùc nhö sau: do bay hôi khoaûng 2,5%; do cuoán theo khí 0,3- 0,5%; thaûi ra 6-10%; toång caùc thaát thoaùt khaùc 1%. Löôïng nöôùc thaát thoaùt naøy caàn ñöôïc boå sung lieân tuïc baèng nöôùc saïch hoaëc nöôùc sau khi xöû lí. Löôïng nöôùc thaûi ra 6-10% caàn thieát ñeå giaûi quyeát lôùp caëïn bao phuû thieát bò, tính aên moøn vaø söï phaùt trieån vi sinh trong nöôùc tuaàn hoaøn. Caùc yeâu caàu ñoái vôùi chaát löôïng nöôùc boå sung trong heä thoáng nöôùc laøm laïnh tuaàn hoaøn ñöôïc ñöa ra trong baûng sau. 5
6. Baûng 1. Caùc yeâu caàu chaát löôïng nöôùc ñeå boå sung vaøo heä thoáng caáp nöôùc tuaàn hoaøn trong coâng nghieäp hoùa hoïc Chæ soá Nöôùc tuaàn hoaøn Nöôùc boå sung Thaûi 8% Khoâng thaûi Ñoä cöùng ñöông löôïng, g/m3 Cacbonat 2,5 2 0,9 Coá ñònh 5 4 1,9 Toång haøm löôïng muoái 1200 900 445 Ñoä oxi hoùa permanganat, g/m3 8-15 11,8-12,8 3-5,7 Nhu caàu oxi hoùa hoïc, g/m3 70 55 26 Clorua, g/m3 300 237 112 Sunfat, g/m3 350-500 277-395 119-187 Photpho vaø nitô (toång), g/m3 3 2,4 1,1 Haït lô löûng, g/m3 30 23,6 11,2 Daàu vaø chaát taïo nhöïa, g/m3 0,3 0,25 0,1 1.1.2 Heä thoáng nöôùc kheùp kín Khuynh höôùng cô baûn giaûm löôïng nöôùc thaûi vaø khoáng cheá oâ nhieãm caùc nguoàn nöôùc laø xaây döïng heä thoáng caáp nöôùc kheùp kín. Heä thoáng caáp nöôùc kheùp kín ñöôïc hieåu laø heä thoáng maø trong ñoù nöôùc ñöôïc söû duïng nhieàu laàn trong saûn xuaát, khoâng xöû líù hoaëc ñöôïc xöû lí, khoâng hình thaønh vaø khoâng thaûi nöôùc ra nguoàn tieáp nhaän. Heä thoáng nöôùc kheùp kín cuûa toaøn boä khu coâng nghieäp ñöôïc hieåu laø heä thoáng bao goàm vieäc söû duïng nöôùc maët, nöôùc thaûi coâng nghieäp vaø sinh hoaït sau xöû lí cho caùc xí nghieäp coâng ngheäp, ñeå töôùi ñoàng ruoäng, hoa maøu, ñeå töôùi röøng, ñeå giöõ möïc nöôùc oån ñònh trong caùc nguoàn nöôùc, loaïi tröø söï taïo thaønh nöôùc thaûi vaø khoâng thaûi nöôùc baån vaøo nguoàn. Nöôùc saïch boå sung cho heä thoáng caáp nöôùc kheùp kín cho pheùp trong tröôøng hôïp neáu nöôùc sau khi xöû lí khoâng ñuû ñeå buø ñaép löôïng thaát thoaùt hoaëc tröôøng hôïp nöôùc thaûi ñöôïc xöû lí khoâng thoûa maõn caùc yeâu caàu coâng ngheä vaø veä sinh. Nöôùc saïch chæ tieâu hao cho muïc ñích uoáng vaø sinh hoaït. Caàn thieát phaûi thaønh laäp heä thoáng caáp nöôùc saûn xuaát kheùp kín do: nöôùc quyù hieám, öu theá veà kinh teá so vôùi vieäc söû liù nöôùc thaûi ñaït caùc yeâu caàu cho pheùp thaûi. Vì vaäy, toå chöùc heä thoáng kheùp kín hôïp liù, khi chi phí cho vieäc phuïc hoài nöôùc vaø caùc chaát thaûi cheá bieán chuùng thaønh saûn phaåm haøng hoùa hay nguyeân lieäu thöù caáp thaáp hôn toång chi phí cho vieäc xöû lí vaø laøm saïch nöôùc ñeán caùc chæ tieâu cho pheùp thaûi. Heä thoáng nöôùc kheùp kín phaûi ñaûm baûo söû duïng hôïp liù nöôùc trong taát caû caùc quaù trình coâng ngheä, thu hoài toái ña caùc chaát trong nöôùc thaûi, giaûm bôùt chi phí phí ñaàu tö vaø chi phí hoaït ñoäng, caùc ñieàu kieän veä sinh cho ngöôøi lao ñoäng. 6
7. 1.2 TOÅNG QUAN CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ NÖÔÙC Caùc noäi dung nghieân cöùu • Nguyeân taéc, khaùi nieäm, baûn chaát, caùc phaûn öùng • Thieát bò • Aûnh höôûng • Aùp duïng • Thoâng soá kieåm soaùt 1.2.1 Caùc phöông phaùp xöû lyù chaát oâ nhieãm trong nöôùc Ñeå xaây döïng heä thoáng kheùp kín, nöôùc thaûi phaûi ñöôïc laøm saïch baèng phöông phaùp cô hoïc, hoùa hoïc, hoùa liù, sinh hoïc vaø nhieät ñeán chaát löôïng caàn thieát, tuøy theo yeâu caàu. Phaân loaïi phöông phaùp xöû lí oâ nhieãm nöùôc ñöôïc toång hôïp trong sô ñoà sau. NÖÔÙC THAÛI Xöû lí taïp huyeàn phuø vaø nhuõ töông Xöû lí taïp hoøa tan Xöû lí taïp chaát thoâ Xöû lí taïp chaát mòn Tieâu huyû taïp chaát Xöû lí taïp chaát Xöû lí taïp chaát Xöû lí khí tan vaø khoâng tan voâ cô höõu cô Coâ ñaëc Laéng Ñoâng tuï Tieâu huûy Taùi sinh Phaân huyû Thoåi khí Bôm xuoáng Trao ñoåi ion Loïc Keo tuï Trích li Hoùa sinh Ñun noùng gieáng Oxi hoùa Tuyeån noåi Ñoâng tuï Choân Loïc ngöôïc Chöng caát Hoùa hoïc pha loûng ñieän Laéng trong Tuyeån noåi Bôm xuoáng Ñieän thaåm Oxi hoùa Haáp phuï caën lô löûng ñieän ñaùy bieån tích pha hôi Loïc vaø Tieâu huyû Ñoùng baêng Loïc ngöôïc Oxi hoùa li taâm baèng nhieät vaø sieâu loïc Hoùa hoïc Oxi hoùa böùc xaï Oxi hoùa ñieän hoùa Hình 2. Phaân loaïi phöông phaùp xöû lí nöôùc thaûi coâng nghieäp Caùc phöông phaùp neâu treân ñöôïc chia ra taùi sinh vaø phaân huyû. Phöông phaùp taùi sinh bao goàm vieäc thu hoài vaø cheá bieán tieáp tuïc caùc chaát coù giaù trò. Trong phöông phaùp phaân huyû, caùc chaát oâ nhieãm chòu söï phaân huyû baèng oxi hoùa hoaëc khöû. Saûn phaåm phaân huyû ñöôïc 7
8. loaïi ra khoûi ôû daïng khí hoaëc caën. Vieäc choïn phöông phaùp laøm saïch vaø thieát keá heä thoáng phuï thuoäc caùc yeáu toá: 1. Caùc yeâu caàu veà coâng ngheä vaø veä sinh cuûa nöôùc. 2. Soá löôïng nöôùc thaûi. 3. Caùc ñieàu kieän cuûa nhaø maùy veà nhieät löôïng vaø vaät chaát (hôi, nhieân lieäu, khoâng khí neùn, ñieän naêng, taùc chaát, chaát haáp thuï) cuõng nhö ñieän tích caàn thieát cho heä thoáng xöû lí. 4. Hieäu quaû xöû lí. 1.2.2 Phaân loaïi theo baûn chaát cuûa phöông phaùp laøm saïch nöôùc • Phöông phaùp vaät lyù (cô hoïc) ¾ Ñieàu hoaø ¾ Xaùo troän ¾ Chaén raùc, ¾ Loïc qua ¾ Laéng caën ¾ Ly taâm ¾ EÙp taùch nöôùc ¾ Söû duïng böùc xaï töû ngoaïi, soùng sieâu aâm, • Phöông phaùp hoaù lyù ¾ Keo tuï vaø ñoâng tuï ¾ Tuyeån noåi ¾ Loïc maøng, Loïc ngöôïc, thaám loïc ¾ Haáp phuï ¾ Trao ñoåi ion ¾ Caùc phöông phaùp ñieän ¾ Caùc phöông phaùp nhieät • Phöông phaùp hoaù hoïc ¾ Trung hoaø ¾ Keát tuûa ¾ Oxy hoaù khöû ¾ Khöû truøng baèng hoaù chaát ¾ Oxy hoaù nhieät • Phöông phaùp sinh hoïc, ¾ Phaân huûy hieáu khí ƒ Buøn hoaït tính 8
9. ƒ Loïc sinh hoïc ƒ Thoâng khí ƒ Möông oxy hoaù ¾ Phaân huûy kî khí ƒ OÅn ñònh ƒ Meâ tan hoaù 1.2.3 Caùc giai ñoaïn xöû lyù nöôùc • Tieàn xöû lyù vaø xöû lyù baäc 1 (sô caáp, sô boä): goàm caùc coâng trình thu gom töø song chaén raùc ñaán sau coâng trình laéng baäc 1. Giai ñoaïn naøy khöû caùc vaät raén noåi coù kích thöôùc lôùn vaø taïp chaát coù theå laéng ñeå baûo veä bôm vaø ñöôøng oáng. ¾ Tieáp nhaän nöôùc ¾ OÅn ñònh löu löôïng vaø noàng ñoä ¾ Chaén raùc ¾ Taùch haït lô löûng ƒ Laéng ƒ Loïc ƒ Ly taâm ¾ Tuyeån noåi ¾ Trung hoaø • Xöû lyù baäc hai (thöù caáp): nhaèm xöû lyù chaát hoaø tan vaø chaát keo baèng phöông phaùp hoaù lyù, vaø haàu heát caùc chaát höõu cô hoaø tan coù theå phaân huûy sinh hoïc baèng phöông phaùp sinh hoïc. ¾ Keo tuï, ñoâng tuï ¾ Xöû lyù chaát höõu cô phaân huûy sinh hoïc ¾ Xöû lyù buøn • Xöû lyù baäc cao (baäc ba): nhaèm muïc ñòch xöû lyù caùc chaát dinh döôõng, chaát hoaø tan coøn laïi ¾ Vi loïc, tuûa hoaù hoïc, thaåm thaáu, trao ñoåi ion ¾ Xöû lyù N, P ¾ Khöû muøi vò ¾ Khöû truøng • Thaûi boû chaát thaûi cuoái cuøng: goàm caùc coâng trình thaûi nöôùc vaøo nguoàn. 9
10. 1.3 PHÖÔNG PHAÙP VAÄT LÍ (CÔ HOÏC) – PHYSICAL TREATMENT Phöông phaùp vaät lyù ñöôïc duøng ñeå loaïi chuû yeáu laø caùc taïp chaát khoâng tan ra khoûi nöôùc. 1.3.1 Tieáp nhaän Hoá thu nöôùc hay ngaên tieáp nhaän laø coâng trình ñoùn nhaän nöôùc thaûi, taïo ñieàu kieän cho caùc coâng trình phía sau hoaït ñoäng oån ñònh vaø ñaûm baøo cheá ñoä töï chaûy. 1.3.2 Ñieàu hoaø – equalization Nöôùc thaûi coâng nghieäp coù löu löôïng, thaønh phaàn, tính chaát raát ña daïng, phuï thuoäc vaøo coâng ngheä saûn xuaát, khoâng ñeàu trong ngaøy ñeâm vaø caùc thôøi ñieåm trong naêm. Söï dao ñoäng löu löôïng vaø noàng ñoä chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi aûnh höôûng ñeán cheá ñoä vaän haønh heä thoáng xöû lyù, toán keùm trong xaây döïng vaø quaûn lyù heä thoáng. Phaân loaïi theo chöùc naêng, ngöôøi ta chia beå ñieàu hoaø thaønh hai loaïi: • Ñieàu hoaø löu löôïng. Yeâu caàu ñaët gaàn nôi taïo ra nöôùc thaûi. • Beå ñieàu hoaø noàng ñoä, neáu löu löôïng nhoû, coù theå ñaët trong phaïm vi traïm xöû lyù, ngay sau beå laéng. Neáu löu löôïng lôùn, beå ñieàu hoaø noàng ñoä ñaëc tröôùc beå laéng trong daây chuyeàn xöû lyù. Phaân loaïi theo nguyeân taéc chuyeån ñoäng cuûa doøng nöôùc: • Ñaåy lyù töôûng: noàng ñoä ñoàng ñeàu treân töøng maët caét ngang cuûa doøng chaûy. • Troän lyù töôûng: noàng ñoä ñoàng ñeàu treân toaøn boä theå tích cuûa beå taïi töøng thôøi ñieåm. Quaù trình xaùo troän thöïc hieän cöôõng böùc hoaëc töï nhieân. 1.3.3 Xaùo troän – mixing Troän laø phöông phaùp laøm ñoàng ñeàu noàng ñoä trong troaøn boä theå tích nöôùc. Caùc bieän phaùp xaùo troän ñöôïc phaân loaïi theo baûn chaát nhö sau: • Troän thuyû löïc: söï troän dieãn ra do söï thay ñoåi höôùng chuyeån ñoäng vaø vaän toác doøng nöôùc. Cheá ñoä chaûy taïo doøng xoaùy roái khi öùng duïng keát caáu taïo böôùc nhaûy thuûy löïc treân keânh hôû, oáng ventury, trong ñöôøng oáng, bôm. • Xaùo troän baèng cô khí ñeå taïo doøng chaûy xoaùy roái: caùnh khuaáy vaø ñoäng cô. • Khí ñoäng löïc: suïc khí. Phöông phaùp naøy öùng duïng trong keânh thoâng khí khi öùng duïng xöû lyù hieáu khí. Hai yeáu toá quan troïng nhaát laø boä phaän phun khí. • Xaùo troän tónh: trong coâng trình troän khoâng coù cô caáu chuyeån ñoäng. Tieâu hao naêng löôïng doøng chaûy trong coâng trình chính laø naêng löôïng quaù trình xaùo troän. Möùc ñoä khuaáy troän ñöôïc xaùc ñònh döïa vaøo thoâng soá naêng löôïng khuaáy troän. 1.3.4 Loïc qua – screening Loïc qua laø coâng ñoaïn taùch taïp chaát thoâ trong nöôùc. 10
11. 1.3.4.1 Song chaén raùc – bar rack Coâng trình naøy coù taùc duïng thu vôùt caùc taïp chaát raén kích thöôùc lôùn. Song chaén ñöôïc ñaët tröôùc caùc coâng trình laøm saïch, hoaëc coù theå ñaët ngay mieäng xaû ôû caùc phaân xöôûng khi nöôùc thaûi saûn xuaát chöùa taïp chaát thoâ hoaëc daïng sôïi. 1.3.4.2 Löôùi loïc, raây - screen Tröôùc khi cho nöôùc vaøo heä thoáng xöû lí, ngöôøi ta duøng löôùi hoaëc raây ñeå taùch caùc taïp chaát thoâ, ñaëc bieät caàn thieát khi thu hoài chaát quyù trong doøng nöôùc thaûi. Löôùi ñöôïc cheá taïo töø caùc thanh kim loaïi vaø ñöôïc ñaët treân ñöôøng chaûy cuûa nöôùc thaûi döôùi goùc 60-75o. Taïp chaát lôùn bò giöõ laïi treân löôùi vaø ñöôïc laáy ra baèng maùy caøo. Chieàu roäng caùc khe cuûa löôùi baèng 16-19 mm vaän toác nöôùc giöõa caùc thanh kim loaïi baèng 0,8-1m/s. Ñeå taùch caùc chaát lô löûng nhoû hôn ngöôøi ta öùng duïng raây. Raây coù theå coù hai daïng: troáng vaø ñóa. Raây daïng troáng coù loã 0,5-1mm. Khi troáng quay, nöôùc seõ ñöôïc loïc qua beà maët cuûa noù. Taïp chaát ñöôïc giöõ laïi vaø ñöôïc röûa baèng nöôùc roài chaûy vaøo raõnh chöùa. 1.3.4.3 Cô caáu thu raùc Hình 3. Cô caáu loïc vaø thu raùc 1.3.5 Laéng tuï – sedimentation Ñöôïc duøng ñeå laéng caùc taïp phaân taùn thoâ ra khoûi nöôùc thaûi. Laéng dieãn ra döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc. Ñeå laéng ngöôøi ta söû duïng beå laéng caùt, beå laéng vaø beå laéng trong. Vaän toác laéng töï do cuûa haït caàu ñöôïc tính theo coâng thöùc Stoke trong tröôøng hôïp laéng trong moâi tröôøng ñöùng yeân. • Trong quaù trình laéng giaùn ñoaïn – discrete particle settling, caùc haït lô löûng phaân boá khoâng ñeàu theo chieàu cao lôùp nöôùc thaûi. Qua moät khoaûng thôøi gian naøo ñoù, khi baét ñaàu laéng trong, phaàn treân cuûa thieát bò laéng xuaát hieän lôùp nöôùc trong. Caøng xuoáng ñaùy noàng ñoä chaát lô löûng caøng cao vaø ngay taïi ñaáy lôùp caën ñöôïc taïo thaønh. Theo thôøi gian, chieàu cao lôùp nöôùc trong vaø lôùp caën taêng leân. Sau moät khoaûng thôøi gian xaùc ñònh, trong thieát bò laéng chæ coøn hai lôùp nöôùc trong vaø lôùp caën. Neáu caën khoâng ñöôïc laáy ra seõ bò eùp vaø chieàu cao lôùp caën bò giaûm. • Trong laéng lieân tuïc cuõng coù caùc vuøng nhö vaäy nhöng chieàu cao cuûa chuùng khoâng thay ñoåi trong suoát quaù trình. 11
12. 1.3.5.1 Beå laéng caùt - sand settling Ñöôïc duøng ñeå loaïi sô boä chaát baån khoaùng vaø höõu cô (0,2-0,25mm) ra khoûi nöôùc thaûi. Beå laéng caùt ngang laø hoà chöùa coù tieát dieän nganh laø tam giaùc hoaëc hình thang. Chieàu saâu beå laéng caùt 0,25-1m. Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa nöôùc khoâng quaù 0,3m/s. Beå laéng caùt doïc coù daïng hình chöõ nhaät troøn, trong ñoù nöôùc chuyeån ñoäng theo doøng töø döôùi leân vôùi vaän toác 0,05m/s. 1.3.5.2 Beå laéng ngang – horisonal clarifier Beå laéng ngang laø hoà chöùa hình chöõ nhaät, coù hai hay nhieàu ngaên hoaït ñoäng ñoàng thôøi. Nöôùc chuyeån ñoäng töø ñaàu naøy ñeán ñaàu kia cuûa beå. Chieàu saâu cuûa beå laéng H=1,5-4m, chieàu daøi L=(8-12)×H, chieàu roäng B=3-6m. Beå laéng ngang ñöôïc öùng duïng khi löu löôïng nöôùc thaûi lôùn hôn 15.000m3/ngaøy ñeâm. Hieäu quaû beå laéng laø 60%. Trong beå laéng moät haït raén chuyeån ñoäng theo doøng nöôùc coù vaän toác v vaø döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc chuyeån ñoäng xuoáng döôùi vôùi vaän toác ω. Nhö vaäy, trong beå laéng chæ kòp laéng nhöõng haït naøo maø quó ñaïo cuûa chuùng caét ngang ñaùy beå trong phaïm vi chieàu daøi cuûa noù. Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa nöôùc trong beå laéng khoâng lôùn hôn 0,01m/s. Thôøi gian laéng töø 1 ñeán 3 giôø. Hình 4. Beå laéng ngang 12
13. 1.3.5.3 Beå laéng ñöùng – vertical clarifier Beå laéng ñöùng laø beå chöùa hình truï (hoaëc tieát dieän vuoâng) coù ñaùy choùp. Nöôùc thaûi ñöôïc cho vaøo theo oáng trung taâm. Sau ñoù, nöôùc chaûy töø döôùi leân treân vaøo caùc raõnh chaûy traøn. Nhö vaäy, quaù trình laéng caën dieãn ra trong doøng ñi leân, vaän toác nöôùc laø 0,5-0,6m/s. Chieàu cao vuøng laéng 4-5m. Moãi haït chuyeån ñoäng theo nöôùc leân treân vôùi vaän toác v vaø döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc haït chuyeån ñoäng xuoáng döôùi vôùi vaän toác ω. Neáu ω>v, haït seõ laéng nhanh; neáu ω<v, haït bò nöôùc cuoán leân treân. Hieäu quaû laéng cuûa beå laéng ñöùng thaáp hôn beå laéng ngang khoaûng 10-20%. 1.3.5.4 Beå laéng höôùng kính – radical clarifier Theo maët chieáu, beå laéng höôùng taâm laø beå chöùa troøn. Nöôùc trong ñoù chuyeån ñoäng töø taâm ra vaønh ñai. Vaän toác nöôùc nhoû nhaát laø ôû vaønh ñai. Loaïi beå laéng naøy ñöôïc öùng duïng cho löu löôïng nöôùc thaûi lôùn hôn 20.000m3/ngaøy ñeân. Chieàu saâu phaàn chaûy cuûa beå 1,5-5m, coøn tæ leä ñöôøng kính treân chieàu saâu töø 6-30. Ngöôøi ta söû duïng beå coù ñöôøng kính 16-60m. Hieäu quaû laéng laø 60%. Hieäu quaû laéng coù theå naâng cao ñöôïc baèng caùch taêng vaän toác laéng nhôø chaát keo truï vaø ñoâng tuï hoaëc giaûm ñoä nhôùt cuûa nöôùc thaûi baèng caùch ñun noùng. Ngoaøi ra coùn coù theå taêng dieän tích laéng vaø tieán haønh quaù trình laéng trong lôùp nöôùc moûng. Khi chieàu saâu nhoû quaù trình laéng dieãn ra trong thôøi gian ngaén (4-10 phuùt) neân cho pheùp giaûm kích thöôùc beå laéng. Quaù trình laéng nhanh naøy ñöôïc thöïc hieän trong beå laéng daïng oáng hoaëc taám chaén (hình 9.1c). Ñöôøng kính oáng 25-50mm vaø chieàu daøi 0,6-1m. Caùc oáng coù theå ñaët nghieâng moät goùc nhoû ñeán 5o hoaëc lôùn 45-60o. Thieát bò laéng daïng oáng vôùi goùc nghieâng nhoû hoaït ñoäng giaùn ñoaïn. Tröôùc tieân tieán haønh quaù trình laéng, sau ñoù tieán haønh röûa caën khoûi oáng. Ñeå quaù trình thuaän lôïi caàn phaûi phaân phoái ñeàu nöôùc cho caùc vaø thöïc hieän cheá ñoä chaûy taàng. Caùc thieát bò kieåu naøy ñöôïc söû duïng khi noàng ñoä taïp lô löûng khoâng lôùn vaø löu löôïng 100-10.000m3/ngaøy ñeâm. Taûi troïng thuyû löïc cuûa thieát bò laéng laø 6-10m3/h treân 1m2 dieän tích caét ngang cuûa oáng. Hieäu quaû xöû lí 80-85%. Trong thieát bò laéng daïng oáng vôùi goùc nghieâng lôùn, nöôùc chaûy töø döôùi leân treân, coøn caën tröôït lueân tuïc theo oáng xuoáng khoâng gian chöùa caën. Söï taùch caën dieãn ra lieân tuïc neân khoâng caàn röûa oáng. Taûi troïng thuyû löïc cuûa thieát bò naøy töø 2,4 ñeán 7,2m3/h treân 1m2 tieát dieän oáng. 13
14. Hình 5. Beå laéng höôùng kính 1.3.5.5 Beå laéng daïng baûng- plate settler ÔÛ beân trong beå laéng daïng baûng coù caùc baûng ñaët nghieâng vaø song song vôùi nhau. Nöôùc chuyeån ñoäng giöõa caùc baûng, coøn caën tröôït xuoáng döôùi vaøo bình chöùa. Cheá ñoä chaûy trong beå laéng coù theå cuøng chieàu (höôùng chuyeån ñoäng cuûa nöôùc vaø caën cuøng nhau), ngöôïc chieàu (nöôùc vaø caën chuyeån ñoäng ngöôïc nhau) vaø giao nhau (nöôùc chuyeån ñoäng thaúng goùc vôùi höôùng chuyeån ñoäng cuûa caën). Phoå bieán nhaát laø thieát bò laéng ngöôïc chieàu. 14
15. Hình 6. Thieát bò laéng daïng baûng 1 2 3 2 3 Nöôùc thaûi Nöôùc saïch Nöôùc thaûi Nöôùc saïch 1 2 3 4 Nöôùc saïch 4 1 Caën 4 5 b Caën a Nöôùc thaûi 5 1 2 Caën c Nöôùc röûa Nöôùc thaûi Nöôùc saïch Nöôùc thaûi Nöôùc saïch 5o 3 Caën d Caën e Hình 7. Caùc daïng beå laéng a. Naèm: 1- cöûa vaøo; 2- buoàng laéng; 3- cöûa ra; 4- buoàng chöùa caën. b. Ñöùng: 1- thaân; 2- oáng trung taâm; 3- raõnh nöôùc; 4- ñaùy choùp. c. Höôùng taâm: 1- thaân; 2- raõnh nöôùc; 3- cô caáu phaân phoái; 4- buoàng oån ñònh; 5- caøo. d. Daïng oáng. e. Daïng baûng nghieâng: 1- thaân; 2- caùc baûng; 3- buoàng chöùa caën. 15
16. 1.3.5.6 Beå laéng trong Beå laéng trong ñöôïc söû duïng ñeå laøm saïch töï nhieân vaø ñeå laøm trong sô boä nöôùc thaûi coâng nghieäp. Ngöôøi ta thöôøng söû duïng beå laéng trong vôùi lôùp caën lô löûng maø ngöôøi ta cho nöôùc vôùi chaát ñoâng tuï ñi qua ñoù. Sô ñoà nguyeân lí cuûa beå laéng trong ñöôïc trình baøy treân hình sau. nöôùc vôùi chaát laøm ñoâng tuï ñöôïc cho vaøo phaàn döôùi beå laéng. Caùc boâng chaát ñoâng tuï vaø caùc haït lô löûng ñöôïc haáp phuï bôûi caùc chuùng ñöôïc naâng leân, nhôø doøng nöôùc chaûy leân (maët caét I.I). lôùp caën lô löûng hình thaønh treân maët caét naøy vaø qua lôùp ñoù nöôùc ñöôïc loïc. Khi ñoù caùc haït lô löûng baùm dính vaøo caùc boâng ñoâng tuï. Caën ñöôïc taùch ra trong thieát bò eùp caën, coøn nöôùc trong qua raõnh chaûy traøn ñöôïc ñöa ñeán caùc coâng ñoaïn xöû lí tieáp theo. 2 Nöôùc saïch 1 3 Hình 8. Beå laéng trong Caën 1- phaàn laéng trong; 2- raõnh nöôùc; 3- phaàn laéng caën. Nöôùc thaûi 1.3.6 Laéng keát hôïp taùch taïp chaát noåi Quaù trình laéng cuõng ñöôïc öùng duïng ñeå laøm saïch nöôùc khoûi daàu, môõ, nhöïa Loaïi caùc taïp chaát noåi töông töï nhö laéng chaát raén, chæ khaùc laø khoái löôïng rieâng haït noåi nhoû hôn khoùi löôïng rieâng cuûa nöôùc. Sô ñoà beå taùch daàu ñöôïc trình baøy treân. Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa nöôùc trong beå thay ñoåi trong khoaûng 0,005-0,01m/s. Ñoái vôùi caùc haït daàu ñöôøng kính 80-100µm vaän toác noåi laø 1-4m/s, chieàu saâu cuûa nöôùc laø 1,2-1,5m, thôøi gian laéng khoâng nhoû hôn 2giôø. Khi ñoù, 96- 98% daàu noåi leân. 1 2 3 4 5 2 3 4 5 Caën Nöôùc thaûi Nöôùc saïch 7 6 1 8 7 6 a b Hình 9. Beå taùch daàu a- naèm: 1- thaân beå taùch daàu; 2- maùy naâng thuyû löïc; 3- lôùp daàu; 4- oáng thoaùt daàu; 5- vaùch ngaên daàu; 6- caøo; 7- beå chöùa caën. b- lôùp moûng: 1- oáng thaùo nöôùc saïch; 2- oáng thoaùt daàu; 3- vaùch ngaên; 4- taám nhöïa xoáp; 5- lôùp daàu; 6- oáng nhaäp nöôùc thaûi; 7- boä phaän goàm caùc taám dôïn soùng; 8- caën. 16
17. Ngoaøi ra, coøn coù thieát bò taùch daàu baûng moûng. Loaïi thieát bò naøy hoaøn thieän hôn, coù kích thöôùc nhoû hôn vaø kinh teá hôn. Khoaûng caùch giöõa caùc baûng laø 50mm, goùc nghieâng 45o, thôøi gian löu cuûa nöôùc thaûi trong vuøng laéng 2-4 phuùt, chieàu daøy cuûa daàu noåi 0,1m, noàng ñoä daàu coøn laïi trong nöôùc thaûi laø 100mg/l. Nöôùc thaûi cuûa nhaø maùy saûn xuaát daàu aên, cheá bieán thòt, caùc nhaø aên taäp theå chöùa môõ cuõng ñöôïc xöû lí trong thieát bò töông töï. Ñeå taêng hieäu quaû taùch môõ, ngöôøi ta aùp duïng caùc thieát bò thoâng khí. Vaän toác noåi cuûa haït phuï thuoäc kích thöôùc cuûa noù, khoái löôïng rieâng vaø ñoä nhôùt. Tính toaùn vaän toác noåi döïa vaøo cheá ñoä thuûy ñoäng (Re), baûn chaát cuûa haït. 1.3.7 Ly taâm – centrifuge Löu chaát chuyeån ñoäng theo voøng xoaùy taïo ra löïc ly taâm laøm pha raén taùch ra khoûi doøng nöôùc hay pha loûng taùch khoûi chaát raén. Xyclon thuyû löïc laø daïng thieát bò tieâu bieåu öùng duïng nguyeân taéc taùch taïp chaát cô hoïc baèng löïc ly taâm. Nguyeân taéc naøy coøn öùng duïng trong thieát bò taùch nöôùc trong xöû lyù buøn. Laéng caùc haït lô löûng döôùi taùc duïng cuûa löïc li taâm ñöôïc tieán haønh trong xiclon nöôùc vaø maùy li taâm. 1.3.7.1 Xiclon nöôùc Xiclon nöôùc coù keát caáu ñôn giaûn, goïn, vaän haønh deã daøng, naêng suaát cao vaø giaù khoâng cao. Nöôùc saïch 3 Nöôùc thaûi Nöôùc saïch 4 2 Nöôùc thaûi 1 Caën Caën a b 3 4 Nöôùc thaûi 2 Nöôùc saïch Nöôùc saïch 5 Nöôùc thaûi 1 6 Daàu Caën c d Hình 10. Xiclon nöôùc a. kieåu coät aùp. b. coù oáng truï beân trong vaø taám chaén: 1- thaân; 2- oáng truï trong; 3- raõnh vaønh ñai; 4- taám chaén. c. cuïm xiclon nöôùc kieåu coät aùp. d. xiclon öôùt nhieàu taàng: 1- taám chaén; 2- raõnh nöôùc; 3- taám chaûy traøn; 4- pheãu thu daàu; 5- raõnh phaân phoái; 6- khe thoaùt caën. 17
18. Khi nöôùc chuyeån ñoäng quay trong xiclon nöôùc, caùc haït trong nöôùc hcòu taùc duïng cuûa löïc li taâm, laøm chuùng vaêng ra thaønh, löïc troïng tröôøng, löïc quaùn tính vaø löïc caûn cuûa doøng chuyeån ñoäng. Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa haït trong chaát loûng döôùi taùc duïng cuûa löïc li taâm phuï thuoäc ñöôøng kính cuûa noù, hieäu khoái löôïng rieâng ∆ρ giöõa nöôùc vaø haït, ñoä nhôùt µ vaø khoái löôïng rieâng ρ cuûa nöôùc thaûi vaø gia toác cuûa tröôøng li taâm I. Hieäu quaû cuûa xiclon nöôùc vaøo khoaûng 70%. Khi giaûm ñoä nhôùt cuûa nöôùc thaûi vaän toác laéng cuûa haït trong tröôøng löïc li taâm taêng. Khi taêng khoái löôïng rieâng nöôùc thaûi, hieäu khoái löôïng rieâng giaûm ñoái vôùi haït naëng, do ñoù laøm giaûm toác ñoä laéng cuûa noù; coøn ñoái vôùi haït nheï hôn - vaän toác taêng. 1.3.7.2 Maùy li taâm Ñeå loaïi caën ra khoûi nöôùc thaûi coù theå öùng duïng maùy li taâm laéng vaø thieát bò li taâm loïc. Loïc li taâm ñöôïc thöïc hieän bôûi söï quay huyeàn phuø trong troáng vaønh khaên, ñöôïc boïc döôùi lôùp vaûi loïc. Caën ôû laïi beân thaønh troáng vaø ñöôïc laáy ra baèng tay hoaëc dao. Loaïi naøy hieäu quaû nhaát khi caàn thu saûn phaåm vôùi ñoä aåm thaáp nhaát vaø yeâu caàu röûa caën. Sô ñoà xöû lí nöôùc thaûi baèng maùy li taâm ñöôïc trình baøy treân hình sau. nöôùc thaûi ñaàu tieân ñöôïc loaïi caën baèng löôùi, sau ñoù caùt trong xiclon nöôùc. Caën sau khi neùn trong thieát bò laéng ñöôïc taùch ra khoûi nöôùc trong maùy li taâm. 1 2 3 6 Nöôùc thaûi 4 5 7 Nöôùc saïch Caën Caën Hình 11. Sô ñoà xöû lí nöôùc thaûi baèng maùy li taâm 1- löôùi; 2- Xiclon nöôùc; 3- beå laéng; 4- beå chöùa; 5- bôm buøn; 6- maùy li taâm; 7- beå chöùa 1.3.8 EÙp caën – compression So vôùi maùy li taâm, thieát bò eùp caën coù caùc öu ñieåm sau: khoâng coù phaàn chuyeån ñoäng nhanh, ñoä aåm cuûa caën thaáp, cheá taïo ñôn giaûn vaø laøm vieäc lieân tuïc. Nhöôïc ñieåm laø pha raén bò cuoán theo nöôùc nhieàu khi noàng ñoä cuûa noù nhoû vaø haït phaân taùn cao (nhoû hôn 100µm) vaø khoâng theå röûa caën trong thieát bò. 18
19. Hình 12. Sô ñoà eùp caën 1.3.9 Söû duïng böùc xaï töû ngoaïi, soùng sieâu aâm Phöông phaùp khöû truøng öùng duïng caùc daïng naêng löôïng vaät lyù goàm aùnh saùng maët trôøi, tia töû ngoaïi (UV), soùng sieâu aâm. 1.4 XÖÛ LYÙ BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP HOAÙ LYÙ Caùc phöông phaùp hoùa lí ñöôïc aùp duïng ñeå xöû lí nöôùc thaûi laø ñoâng tuï, keo tuï, haáp phuï, trao ñoåi ion, trích li, chöng caát, coâ ñaëc, loïc ngöôïc vaø sieâu loïc, keát tinh, nhaû haáp Caùc phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng ñeå loaïi ra khoûi nöôùc thaûi caùc haït lô löûng phaân taùn (raén vaø loûng), caùc khí tan, caùc chaát voâ cô vaø höõu cô hoøa tan. Vieäc öùng duïng caùc phöông phaùp hoùa lí ñeå xöû lí nöôùc thaûi so vôùi phöông phaùp sinh hoïc coù caùc öu ñieåm sau: 1. Coù khaû naêng loaïi caùc chaát ñoäc höõu cô khoâng bò oxi hoùa sinh hoïc. 2. Hieäu quaû xöû lí cao hôn vaø oån ñònh hôn. 3. Kích thöôùc heä thoáng xöû lí nhoû hôn. 4. Ñoä nhaïy ñoái vôùi söï thay ñoåi taûi troïng thaáp hôn. 5. Coù theå töï ñoäng hoùa hoaøn toaøn. 6. Ñoäng hoïc cuûa caùc quaù trình hoùa lí ñaõ ñöôïc nghieân cöùu saâu hôn. 7. Phöông phaùp hoùa lí khoâng caàn theo doõi caùc hoaït ñoäng cuûa sinh vaät. 8. Coù theå thu hoài caùc chaát khaùc nhau. 1.4.1 Ñoâng tuï, keo tuï – coagulation, flocculation 1.4.1.1 Ñoâng tuï, keo tuï - coagulation Ñoâng tuï laø quaù trình thoâ hoùa caùc haït phaân taùn vaø chaát nhuõ töông trong heä keo. Phöông phaùp ñoâng tuï hieäu quaû nhaát khi ñöôïc söû duïng ñeå taùch caùc haït keo phaân taùn coù kích thöôùc 1-100µm. Trong xöû lí nöôùc thaûi, söï ñoâng tuï dieãn ra döôùi taùc ñoäng cuûa chaát ñoâng tuï. Chaát ñoâng tuï trong nöôùc taïo thaønh caùc boâng hydroxit kim loaïi, laéng nhanh trong tröôøng troïng löïc. Caùc boâng naøy coù khaû naêng huùt caùc haït keo vaø haït lô löûng keát hôïp chuùng vôùi nhau. Caùc haït keo coù ñieän tích aâm yeáu coøn caùc boâng ñoâng tuï coù ñieän tích döông yeáu neân chuùng huùt nhau. 19
20. Hình 13. Cô cheá ñoâng tuï Quaù trình hình thaønh caùc boâng ñoâng tuï dieãn ra nhö sau: 3+ + Me + 3HOH Me(OH)3 + 3H Chaát ñoâng tuï thöôøng duøng laø muoái nhoâm, saét hoaëc hoãn hôïp cuûa chuùng. Vieäc choïn chaát ñoâng tuï phuï thuoäc thaønh phaàn, tính chaát hoùa lí vaø giaù thaønh cuûa noù, noàng ñoä taïp chaát trong nöôùc, pH vaø giaù thaønh phaàn muoái cuûa nöôùc. Caùc muoái nhoâm ñöôïc laøm chaát ñoâng tuï laø Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2, Al2(OH)5Cl; KAl(SO4)2.12H2O vaø NH4Al(SO4)2.12H2O. Trong soá ñoù, phoå bieán nhaát laø sunfat nhoâm. Noù hoaït ñoäng hieäu quaû khi pH = 5-7,5. Sunfat nhoâm tan toát trong nöôùc vaø coù giaù thaønh töông ñoái reû. Noù ñöôïc söû duïng ôû daïng khoâ hoaëc daïng dung dòch 50%. Quaù trình taïo boâng ñoâng tuï cuûa moät soá muoái nhoâm nhö sau: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 ↓ + 3CaSO4 + 6CO2 Caùc muoái saét ñöôïc duøng laøm chaát ñoâng tuï laø Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O vaø FeCl3. Hieäu quaû laéng trong cao hôn khi söû duïng daïng khoâ hoaëc dung dòch 10-15%. Caùc sunfat ñöôïc duøng ôû daïng boät. Lieàu löôïng chaát ñoâng tuï phuï thuoäc pH cuûa nöôùc thaûi. Ñoái vôùi Fe3+ pH = 6÷9, coøn ñoái vôùi Fe2+ pH ≥ 9,5. Ñeå kieàm hoùa nöôùc thaûi duøng NaOH vaø Ca(OH)2. Quaù trình taïo boâng ñoâng tuï dieãn ra theo phaûn öùng FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 ↓ + 3HCl Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3 ↓ + 3H2SO4 Khi kieàm hoùa: 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 ↓ + 3CaCl2 Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 ↓ + 3CaSO4 Muoái saét coù öu ñieåm so vôùi muoái nhoâm: • Hoaït ñoäng toát hôn ôû nhieät ñoä nöôùc thaáp. • Giaù trò toái öu pH trong khoaûng roäng hôn. • Boâng beàn vaø thoâ hôn. • Coù theå öùng duïng cho nöôùc coù khoaûng noàng ñoä muoái roäng hôn. • Coù khaû naêng khöû muøi ñoäc vaø vò laï do coù maët cuûa H2S. Tuy nhieân, chuùng cuõng coù moät soá nhöôïc ñieåm: 20
21. • Coù tính axit maïnh, laøm aên moøn thieát bò. • Beà maët caùc boâng ít phaùt trieån hôn. • Taïo thaønh caùc phöùa nhuoäm tan maïnh Ngoaøi caùc chaát neâu treân coøn coù theå söû duïng chaát ñoâng tuï laø caùc loaïi ñaát seùt khaùc nhau, caùc chaát thaûi saûn xuaát chöùa nhoâm, caùc hoãn hôïp, dung dòch taåy röûa, xæ chöùa dioxit silic. Khi söû duïng hoãn hôïp Al2(SO4)3 vaø FeCl3 vôùi tæ leä töø 1:1 ñeán 1:2 thu ñöôïc keát quaû ñoâng tuï toát hôn khi duøng taùc chaát rieâng leû. 1.4.1.2 Trôï keo tuï - Flocculation Trôï keo tuï laø quaù trình keát hôïp caùc haït lô löûng khi cho caùc hôïp chaát cao phaân töû vaøo nöôùc. Khaùc vôùi quaù trình ñoâng tuï, khi trôï keo tuï söï keát hôïp dieãn ra khoâng chæ do tieáp xuùc tröïc tieáp maø coøn do töông taùc laãn nhau giöõa caùc phaân töû chaát keo tuï bò haáp phuï treân caùc haït lô löûng. Trôï keo tuï thuùc ñaåy quaù trình taïo boâng hydroxit nhoâm vaø saét nhaèm taêng vaän toác laéng cuûa chuùng. Vieäc söû duïng chaát trôï keo tuï cho pheùp giaûm chaát ñoâng tuï, giaûm thôøi gian ñoâng tuï vaø taêng vaän toác laéng. Hình 14. Cô cheá trôï keo tuï Chaát trôï keo tuï coù theå laø hôïp chaát töï nhieân vaø toång hôïp. Chaát trôï keo tuï töï nhieân laø tinh boät, este, xenluloâ, dectrin (C6H10O5)n. Chaát trôï keo tuï voâ cô laø dioxit silic ñaõ hoaït hoùa (xSiO2.yH2O). Chaát trôï keo tuï höõu cô toång hôïp laø [-CH2-CH-CONH2]n, poliacrilamit kó thuaät (PAA), PAA hydrat hoùa. Lieàu löôïng PAA toái öu ñeå xöû lí nöôùc thaûi coâng nghieäp dao ñoäng trong khoaûng 0,4÷1g/m3. PAA hoaït ñoäng trong khoaûng pH cuûa moâi tröôøng roäng. Tuy nhieân, vaän toác laéng boâng keo tuï giaûm khi pH > 9. Cô cheá laøm vieäc cuûa chaát trôï keo tuï döïa treân caùc hieän töôïng sau: haáp phuï phaân töû chaát keo tuï treân beà maët haït keo, taïo thaønh maïng löôùi phaân töû chaát trôï keo tuï. Söï dính laïi cuûa caùc haït keo do löïc Van der Waals. Döôùi taùc ñoäng cuûa chaát trôï keo tuï giöõa caùc haït keo taïo 21
22. thaønh caáu truùc ba chieàu, coù khaû naêng taùch nhanh vaø hoaøn toaøn ra khoûi nöôùc. Nguyeân nhaân xuaát hieän caáu truùc naøy laø söï haáp phuï caùc phaân töû chaát trôï keo tuï treân moät soá haït taïo thaønh caùc caàu noái polime giöõa chuùng. Caùc haït keo ñöôïc tích ñieän aâm neân thuùc ñaåy quaù trình keo tuï vôùi caùc hydroxit nhoâm hoaëc saét. Khi cho theâm silicat hoaït tính seõ laøm taêng 2-3 laàn vaän toác laéng vaø taêng hieäu quaû laéng trong. Quaù trình xöû lí nöôùc thaûi baèng ñoâng tuï vaø keo tuï goàm caùc giai ñoaïn sau: ñònh löôïng vaø troän taùc chaát vôùi nöôùc thaûi, taïp boâng vaø laéng xuoáng. Nöôùc Chaát ñoâng tuï 2 3 4 1 Nöôùc thaûi 5 Nöôùc saïch Caën Hình 15. Sô ñoà heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi baèng ñoâng tuï 1- bình chöùa ñeå chuaån bò dung dòch; 2- maùy ñònh löôïng; 3- maùy troän; 4- buoàng taïo boâng; 5- thieát bò laéng caën. Nöôùc thaûi troän vôùi chaát trô keo tuï ôû toác ñoä chaäm ñeå khoâng phaù vôõ boâng caën. Sau ñoù, nöôùc ñöôïc ñöa vaøo buoàng taïo boâng. Söï taïo boâng dieãn ra chaäm sau 10-30 phuùt. Nöôùc thaûi troän vôùi chaát ñoâng tuï theo oáng ñi vaøo ngaên taùch khoâng khí. Sau ñoù nöôùc ñi theo oáng trung taâm ñeán caùc oáng phaân phoái, laø caùc voøi phun ñeå phaân phoái vaø quay nöôùc trong vuøng vaønh ngaên. Caùc haït lô löûng cuøng vôùi boâng ñoâng tuï taïo thaønh trong vuøng vaønh khaên. Caùc haït lô löûng cuøng vôùi boâng laéng xuoáng ñaùy vaø ñöôïc laáy ra khoûi thieát bò. Nöôùc trong chaûy qua caùc loã vaøo raõnh thoaùt nöôùc. 1.4.2 Tuyeån noåi – flotation Tuyeån noåi ñöôïc öùng duïng ñeå loaïi ra khoûi nöôùc caùc taïp chaát phaân taùn khoâng tan vaø khoù laéng. Trong nhieàu tröôøng hôïp tuyeån noåi coøn ñöôïc söû duïng ñeå taùch chaát tan nhö chaát hoaït ñoäng beà maët. Tuyeån noåi öùng duïng ñeå xöû lí nöôùc thaûi cuûa nhieàu ngaønh saûn xuaát nhö: cheá bieán daàu moû, tô sôïi nhaân taïo, giaáy xenluloâ, da, hoùa chaát, thöïc phaåm, cheá taïo maùy. Noù coøn ñöôïc duøng ñeå taùch buøn hoaït tính sau khi xöû lí hoùa sinh. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp tuyeån noåi laø hoaït ñoäng lieân tuïc, phaïm vi öùng duïng roäng raõi, chi phí ñaàu tö vaø vaän haønh khoâng lôùn, thieát bò ñôn giaûn, vaän toác noåi lôùn hôn vaän toác laéng, coù theå thu caën vôùi ñoä aåm nhoû (90 - 95%), hieäu quaû xöû lí cao (95 - 98%), coù theå thu hoài taïp chaát. Tuyeån noåi keøm theo söï thoâng khí nöôùc thaûi, giaûm noàng ñoä chaát hoaït ñoäng beà maët vaø caùc chaát deã bò oxi hoùa. Cô sôû tuyeån noåi nhö sau: khi ñeán gaàn caùc boït khí ñang noåi leân trong nöôùc, caùc haït lô löûng seõ keát dính vôùi caùc boït khí naøy vaø cuøng noù noåi leân treân maët nöôùc, taïo thaønh lôùp boït coù noàng ñoä taïp chaát cao hôn trong nöôùc ban ñaàu. 22
23. Hieäu quaû phaân rieâng baèng tuyeån noåi phuï thuoäc kích thöôùc vaø soá löôïng bong boùng khí, kích thöôùc toái öu cuûa bong boùng khí laø 15 - 30µm. Ñeå coù kích thöôùc boït oån ñònh trong quaù trình tuyeån noåi ngöôøi ta duøng caùc chaát taïo boït. Chaát taïo boït coù theå laø daàu thoâng, phenol, ankyl, sunfat natri, cresol CH3C6H4OH. Troïng löôïng cuûa haït khoâng ñöôïc lôùn hôn löïc keát dính vôùi boït khí vaø löïc naâng cuûa boït khí. Kích thöôùc haït ñeå tuyeån noåi hieäu quaû ñeå phuï thuoäc troïng löôïng rieâng haït vaø baèng 0,2- 1,5 mm. Coù nhieàu phöông phaùp tuyeån noåi ñeå xöû lí nöôùc thaûi: tuyeån noåi baèng bieän phaùp taùch khoâng khí töø dung dòch; tuyeån noåi vôùi vieäc cho thoâng khí qua vaät lieäu xoáp, tuyeån noåi hoùa hoïc vaø tuyeån noåi ñieän, tuyeån noåi vôùi söï phaân taùch khoâng khí baèng cô khí. 1.4.2.1 Tuyeån noåi baèng bieän phaùp taùch khoâng khí töø dung dòch Phöông phaùp naøy ñöôïc aùp duïng ñeå laøm saïch nöôùc thaûi chöùa haït oâ nhieãm raát mòn. Baûn chaát cuûa phöông phaùp naøy laø taïo dung dòch quaù baõo hoøa khoâng khí. Khi giaûm aùp suaát caùc boït khoâng khí seõ taùch ra khoûi dung dòch vaø laøm noåi chaát baån. Tuøy thuoäc vaøo bieän phaùp taïo dung dòch quaù baõo hoøa ngöôøi ta chia ra tuyeån noåi chaân khoâng, aùp suaát vaø bôm daâng. • Trong tuyeån noåi chaân khoâng, nöôùc thaûi ñöôïc baõo hoøa khoâng khí ôû aùp suaát khí quyeån trong buoàng thoâng khí, sau ñoù cho vaøo buoàng tuyeån noåi, trong ñoù aùp suaát giöõ ôû khoaûng 225-300mmHg baèng bôm chaân khoâng. Trong buoàng tuyeån noåi, caùc bong boùng khí raát nhoû thoaùt ra laøm noåi moät phaàn chaát baån. Quaù trình tuyeån noåi keùo daøi 20 phuùt. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø: söï taïo boït khí vaø söï keát dính vôùi caùc haït baån dieãn ra trong moâi tröôøng yeân tónh (xaùc suaát phaù vôõ toå hôïp boït - haït baån laø toái thieåu); tieâu hao naêng löôïng laø toái thieåu. Khuyeát ñieåm laø: ñoä baõo hoøa cuûa nöôùc bôûi khoâng khí khoâng lôùn, vì vaäy phöông phaùp naøy khoâng theå aùp duïng khi noàng ñoä haït lô löûng cao (khoâng lôùn hôn 250- 300mg/l); caàn phaûi cheá taïo thieát bò tuyeån noåi kín vaø boá trí caøo cô khí trong ñoù. • Tuyeån noåi aùp suaát phoå bieán hôn tuyeån noåi chaân khoâng. Phöông phaùp naøy cho pheùp laøm saïch nöôùc vôùi noàng ñoä chaát lô löûng 4-5g/l. Thieát bò tuyeån noåi aùp suaát so vôùi thieát bò taùch daàu baûo ñaûm noàng ñoä taïp chaát coøn laïi trong nöôùc nhoû hôn 5-10 laàn vaø kích thöôùc nhoû hôn 5-10 laàn. Quaù trình ñöôïc tieán haønh trong 2 giai ñoaïn: • Baõo hoøa nöôùc baèng khoâng khí döôùi aùp suaát cao • Taùch khí hoøa tan döôùi aùp suaát khí quyeån Sô ñoà tuyeån noåi coät aùp ñöôïc trình baøy treân hình. Nöôùc thaûi vaøo bình tieáp nhaän ñöôïc bôm ñaåy vaøo bình cao aùp. Khoângkhí ñöôïc huùt vaøo oáng huùt cuûa bôm. Trong boàn cao aùp (ôû aùp suaát 0,15-0,4MPa) khoâng khí seõ hoøa tan vaøo nöôùc. Sau ñoù trong buoàng tuyeån noåi laøm vieäc ôû aùp suaát khí quyeån khoâng khí taùch ra ôû daïng caùc boït khí vaø laøm noåi caùc haït lô löûng. Lôùp boït cuøng vôùi haït raén ñöôïc taùch töø beà maët nöôùc baèng caøo cô giôùi.Nöôùc trong khi ra töø ñaùy thieát bò tuyeån noåi. Khi söû duïng chaát ñoâng tuï, söï taïo boâng dieãn ra trong bình cao aùp. 23
24. Caën Nöôùc thaûi Nöôùc sach 1 2 3 4 Hình 16. Sô ñoà heä thoáng tuyeån noåi aùp suaát 1- boàn chöùa; 2- bôm; 3- boàn aùp suaát; 4- beå tuyeån noåi. Trong sô ñoà treân, toaøn boä nöôùc thaûi ñöôïc baõo hoøa khoâng khí. Trong sô ñoà khaùc ôû sau 1 2 1 2 Nöôùc thaûi Nöôùc thaûi Nöôùc saïch Nöôùc saïch 1 2 Nöôùc thaûi 5 5 Nöôùc saïch Khoâng khí Khoâng khí 5 Nöôùc saïch Khoâng khí 4 3 4 3 a c Nöôùc thaûi 4 3 b Hình 17. Caùc sô ñoà tuyeån noåi aùp löïc a- tuaàn hoaøn nöôùc sau xöû lí. b- baõo hoøa moät phaàn nöôùc thaûi. c- baõo hoøa nöôùc saïch: 1- ngaên tieáp nhaän; 2- ngaên tuyeån noåi; 3- ñöôøng huùt; 4- bôm; 5- boàn cao aùp. Sô ñoà a, baõo hoøa khoâng khí cho phaàn nöôùc sau xöû lí. Sô ñoà b baõo hoøa khoâng khí cho moät phaàn nöôùc thaûi. Caùc sô ñoà naøy neân söû duïng neáu tieán haønh keo tuï nöôùc thaûi sô boä nhaèm muïc ñích giaûm söï phaù vôõ caùc boâng keo tuï trong maùy bôm. Sô ñoà c baõo hoøa khoâng khí trong nöôùc saïch ñöôïc söû duïng khi noàng ñoä chaát baån cao. Trong tröôøng hôïp naøy löôïng nöôùc qua thieát bò tuyeån noåi gia taêng do ñoù theå tích thieát bò lôùn vaø chi phí naêng löôïng cho söï vaän chuyeån nöôùc cuõng lôùn. Tuy nhieân, hieäu quaû tuyeãn noåi cao hôn do caùc boâng chaát baûn ñöôùc giöõ nguyeân vaø do ñoù noåi nhanh hôn. Thieát bò tuyeån noåi aùp löïc coù naêng suaát töø 5-10 ñeán 1.000-2.000 m3/h. Chuùng hoaït ñoäng vôùi caùc thoâng soá kyõ thuaät nhö sau: aùp suaát trong bình cao aùp 0,17-0,39MPa; thôøi gian löu trong bình cao aùp 14 phuùt, coøn trong buoàng tuyeån noåi 10-20 phuùt; theå tích khoâng khí chieám 1,5-5% theå tích nöôùc caàn xöû lí. Tröôøng hôïp caàn thieát phaûi tieán haønh ñoàng thôøi quaù trình tuyeån noåi vaø oxi hoaù chaát oâ nhieãm neân baõo hoaø nöôùc baèng khoâng khí giaøu oxi hoaëc ozoân. Coøn ñeå traùnh caùc quaù trình oxi hoùa ngöôøi ta thay khoâng khí baèng khí trô. 24
25. Thieát bò bôm daâng ñöôïc söû duïng ñeå xöû lí nöôùc thaûi trong coân gnghieäo hoùa hoïc. Chuùng coù keát caáu ñôn giaûn vaø chi phí naêng löôïng khoaûng 2-4 laàn ít hôn thieát bò aùp suaát. Nhöôïc ñieåm cuûa thieát bò naøy laø buoàng tuyeån noài phaûi ñöôïc boá trí cao. Nöôùc thaûi Caën Nöôùc saïch 4 5 1 3 20-30m 2 KHoâng khí Hình 18. Sô ñoà heä thoáng tuyeån noåi bôm daâng 1- boàn cao vò; 2- oáng daãn; 3- bình suïc khí; 4 - oáng daàn; 5- beå tuyeån noåi. 1.4.2.2 Tuyeån noåi baèng caùch phaân taùn khoâng khí cô baèng cô khí Söï phaân taùn khí trong maùy tuyeån noåi naøy ñöôïc thöïc hieän nhôø bôm tuabin kieåu caùnh quaït, ñoù laø ñóa coù caùnh quay höôùng leân treân. Thieát bò kieåu naøy ñöôïc öùng duïng ñeå xöû lí nöôùc coù noàng ñoä caùc haït lô löûng cao (lôùn hôn 2g/l). Khi quay caùnh quaït trong chaát loûng xuaát hieän moät soá löôïng lôùn caùc doøng xoaùy nhoû vaø ñöôïc phaân taùn thaønh caùc boït khí coù kích thöôùc xaùc ñònh.möùc ñoä phaân taùn caøng cao boït khí caøng nhoû quaù trình caøng hieäu quaû. Tuy nhieân, neáu vaän toác quay cao seõ laøm taêng ñoät ngoät doøng chaûy roái vaø coù theå phaù vôõ toå hôïp haït - khí, do ñoù laøm giaûm hieäu quaû xöû lí. Ñeå ñaït hieäu quaû tuyeån noåi ñoä baõo hoøa khoâng khí cuûa nöôùc cao (10÷50% theå tích). Thoâng thöôøng maùy tuyeån noåi goàm moät soá buoàng maéc noái tieáp. Ñöôøng kính caùnh quaït 600- 700mm. Thieát bò khí ñoäng ñöôïc söû duïng ñeå xöû lí nöôùc thaûi chöùa taïp chaát hoøa tan, coù tính aên moøn. Söï phaân taùn boït khí ñaït ñöôïc nhôø voøi phun ñaëc bieät gaén treân oáng phaân phoái khí. Thöôøng voøi phun coù ñöôøng kính loã 1-1,2mm, aùp suaát laøm vieäc tröôùc voøi phun 0,3-0,5MPa. Vaän toác tia khí ôû ñaàu ra cuûa voøi phun 100-200m/s. Thôøi gian tuyeån noåi ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm, thöôøng trong khoaûng 15-20 phuùt. 1.4.2.3 Tuyeån noåi nhôø caùc taám xoáp Khi cho khoâng khí qua caùc taám söù xoáp seõ thu ñöôïc boït khí. Phöông phaùp naøy coù caùc öu ñieåm laø keát caáu buoàng noåi ñôn giaûn, chi phí naêng löôïng thaáp. Tuy nhieän, noù coù khuyeát ñieåm vì caùc loã xoáp mau bò baån vaø deã bò bòt kín, khoù choïn vaät lieäu coù loã gioáng nhau ñeå taïo boït khí nhuyeãn vaø kích thöôùc baèng nhau. Hieäu quaû tuyeån noåi phuï thuoäc loã xoáp, aùp suaát khoâng khí, löu löôïng khoâng khí, thôøi gian tuyeån noåi, möïc nöôùc trong thieát bò tuyeån noåi. Theo soá lieäu thöïc nghieäm, kích thöôùc loã 4-20µm, aùp suaát khoâng khí 0,1-0,2MPa, löu löôïng khoâng khí 40-70m3/m2.h. thôøi gian tuyeån noåi 20-30 phuùt, möïc nöôùc trong buoàng tuyeån noåi 1,5-2,0m. 25
26. 1.4.2.4 Caùc phöông phaùp tuyeån noåi khaùc Ñoù laø tuyeån noåi hoùa hoïc, sinh hoïc vaø ion. • Tuyeån noåi hoùa hoïc: trong quaù trình xöû lí nöôùc coù theå dieãn ra caùc quaù trình hoaù hoïc vôùi söï phaùt sinh caùc khí khaùc nhö O2, CO2, Cl2 Boït cuûa caùc khí naøy coù theå keát dính vôùi caùc chaát lô löûng khoâng tan vaø ñöa chuùng leân lôùp boït. Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø tieâu hao nhieàu taùc chaát. • Tuyeån noåi sinh hoïc: phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng ñeå neùn caën töø beå laéng ñôït I khi xöû lí nöôùc thaûi sinh hoaït. Trong phöông phaùp naøy caën ñöôïc ñun noùng baèng hôi nöôùc ñeán 35-55oC vaø nhieät ñoä naøy ñöôïc giöõ vaøo ngaøy ñeâm. Do hoaït ñoäng cuûa caùc vi sinh vaät caùc boït khí sinh ra vaø mang caùc haït caën leân lôùp boït, ôû ñoù chuùng ñöôïc neùn vaø khöû nöôùc. Baèng caùch naøy trong voøng 5-6 ngaøy ñeâm ñoä aåm cuûa caën coù theå giaûm ñeán 80% vaø ñôn giaûn hoùa quaù trình xöû lí caën tieáp theo. • Tuyeån noåi ion: quaù trình naøy ñöôïc tieán haønh nhö sau. Ngöôøi ta cho khoâng khí vaø chaát hoaït ñoäng beà maët vaøo nöôùc thaûi. Chaát hoaït ñoäng beà maët trong nöôùc taïo thaønh caùc ion coù ñieän tích traùi daáu vôùi ñieän tích cuûa ion caàn loaïi ra. Khoâng khí ôû daïng boït laøm nhieäm vuï ñöa chaát hoaït ñoäng beà maët cuøng chaát baån leân lôùp boït. Phöông phaùp naøy coù theå aùp duïng ñeå taùch kim loaïi (Mo, W, V, Pt, Ce, Re quaù trình hieäu quaû khi noàng ñoä ion thaáp 10-3÷10-2 mol.ion/l. Trong tröôøng hôïp caàn tieán haønh ñoàng thôøi quaù trình tuyeån noåi vaø oxi hoùa chaát oâ nhieãm, neân baõo hoøa nöôùc baèng khoâng khí giaøu oxi hoaëc ozoân. Coøn ñeå haïn cheá quaù trình oxi hoùa thì thay khoâng khí baèng khí trô. 1.4.2.5 Xöû lí baèng phöông phaùp taùch phaân ñoaïn boït (taùch boït) Phöông phaùp taùch phaân ñoaïn boït döïa treân söï haáp phuï choïn loïc moät hay vaøi chaát tan treân beà maët boït khí, noåi leân treân xuyeân qua dung dòch. Quaù trình naøy öùng duïng ñeå loaïi chaát hoaït ñoäng beà maët ra khoûi nöôùc thaûi, noù töông töï quaù trình haáp phuï treân chaát raén. Hieäu quaû thu hoài phuï thuoäc vaøo nhieàu tham soá. Cuøng vôùi söï gia taêng noàng ñoä chaát hoaït ñoäng beà maët khaû naêng taïo boït cuûa dung dòch vaø hieäu quaû thu hoài taêng, coøn thôøi gian caàn thieát ñeå thu hoài toái ña chaát hoaït ñoäng beà maët giaûm. Ñieàu naøy laø do khi noàng ñoä chaát hoaït ñoäng beà maët taêng, ñoä phaân taùn boït taêng. Khi ñoä kieàm cuûa dung dòch taêng baét ñaàu töø pH = 9,5, hieäu quaû thu hoài chaát hoaït ñoäng beà maët ban ñaàu taêng, coøn sau ñoù khi pH = 12,3 giaûm xuaát moät chuùt. Vôùi löôïng phuï gia chaát ñieän li khoâng lôùn (≤ 0,0005 mol/l) KCl, K2SO4, K4P2O7, KNO3, NaNO3, NH4NO3 cuõng laøm cho hieäu quaû thu hoài taêng. Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích laø caùc ion ñieän li haáp thu moät phaàn nöôùc neân laøm gia taêng noàng ñoä höõu duïng chaát hoaït ñoäng beà maët. Nhieät ñoä aûnh höôûng ñeán tính oån ñònh boït cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët. Khi nhieät ñoä taêng tính oån ñònh boït giaûm. Ngoaøi ra, nhieät ñoä taêng laøm ñöôøng kính boït taêng vaø laøm thay ñoåi ñoä hoøa tan cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët. Thieát bò phaân rieâng coù moät soá ngaên. Khoâng khí ñöôïc cho vaøo töøng ngaên. Chieàu cao lôùp nöôùc trong cuûa caùc ngaên laø 0,5 - 0,8 m. Nöôùc saïch ñi vaøo thuøng chöùa, coøn boït nhôø quaït cho vaøo xiclon, ôû ñaây pha khí taùch ra khoûi chaát loûng. Töø xiclon hoãn hôïp nöôùc vaø boït ñi vaøo 26
27. thieát bò laéng. Nöôùc sau thieát bò laéng quay laïi ngaên phaân rieâng ñeàu tieân, coøn boït vaøo buoàng coâ ñaëc. Trong quaù trình taùch boït khoâng chæ chaát hoaït ñoäng beà maët ñöôïc thu hoài maø ñoàng thôøi coøn loaïi tra khoûi nöôùc caùc haït huyeàn phuø hoaëc nhuõ töông cuõng nhö taùch moät phaàn chaát tan. Trong quaù trình phaân rieâng boït taïo thaønh coù noàng ñoä chaát hoaït ñoäng beà maët khaù cao. Vieäc taùch noù ra khoûi boït raát khoù khaên vì vaäy trong ña soá caùc tröôøng hôïp noù laø chaát thaûi. Nhö vaäy quaù trình xöû lí nöôùc thaûi khoûi chaát hoaït ñoäng beà maët baèng phöông phaùp taùch boït coù nhöôïc ñieåm. Taïo thaønh chaát ngöng giaøu chaát hoaït ñoäng beà maët, bò phaân huyû chaäm Khi noàng ñoä chaát hoaït ñoäng beà maët trong nöôùc thaûi taêng hieäu quaû xöû lí giaûm. Do ñoù ngöôøi ta ñeà nghò phöông phaùp xöû lí chaát hoaït ñoäng beà maët keát hôïp vôùi phöông phaùp taùch boït roài phaân huyû böùc xaï, loaïi tröø hoaøn toaøn chaát thaûi daïng boït. Sô ñoà nguyeân liù cuûa phöông phaùp naøy ñöôïc trình baøy treân hình sau. 3 3 2 1 1 Nöôùc thaûi Nöôùc thaûi Nöôùc saïch Nöôùc saïch Khí Khí Hình 19. Sô ñoà thieát bò xöû lí nöôùc thaûi baèng phöông phaùp taùch boït - böùc xaï 1- Thaùp suïc khí; 2- Thieát bò böùc xaï; 3- Tia böùc xaï. Theo sô ñoà a, nöôùc thaûi chöùa chaát hoaït ñoäng beà maët ñöôïc cho lieân tuïc vaøo thaùp. Khoâng khí cuõng ñöôïc suûi boït vaøo thuøng naøy. Boït taïo thaønh trong thaùp ñöôïc ñöa qua thieát bò böùc xaï, chieáu baèng tia gama (γ). Nhôø ñoù chaát hoaït ñoäng beà maët bò phaân huyû coøn boït ngöng tuï. Theo sô ñoà b, boït khoâng ñi ra khoûi thaùp maø bò phaân huyû ngay treân ñænh thaùp baèng tia γ Phöông phaùp cho pheùp xöû lí nöôùc thaûi vôùi noàng ñoä chaát hoaït ñoäng beà maët cao. Tuy nhieân, söï phaân huyû hoaøn toaøn chaát hoaït ñoäng beà maët thaønh nöôùc vaø CO2 khoâng kinh teá. Thích hôïp nhaát laø phaân huyû chuùng thaønh caùc chaát deã bò oxi hoùa sinh hoïc. 1.4.3 Haáp phuï – adsorption Phöông phaùp haáp phuï ñöôïc öùng duïng roäng raõi ñeå laøm saïch trieät ñeå nöôùc khoûi caùc chaát höõu cô hoøa tan sau xöû lí hoùa sinh, neáu noàng ñoä caùc chaát naøy khoâng cao vaø chuùng khoâng bò phaân huyû bôûi vi sinh hoaëc chuùng raát ñoäc. Haáp phuï ñöôïc öùng duïng ñeå khöû ñoäc nöôùc thaûi khoûi thuoác dieät coû, phenol, thuoác saùt truøng, caùc hôïp chaát nitô voøng thôm, chaát hoaït ñoäng beà maët, thuoác nhuoäm öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø hieäu quaû cao, coù khaû naêng xöû lí nhieàu chaát trong nöôùc thaûi vcaø coù theå thu hoài caùc chaát naøy. 27
28. Xöû lí nöôùc haáp phuï coù theå taùi sinh, töùc laø thu hoài vaø taän duïng chaát thaûi vaø phaân huyû, tieâu huyû chaát thaûi cuøng vôùi chaát haáp phuï. Hieäu quaû xöû lí cuûa phöông phaùp naøy ñaït 80-95% vaø phuï thuoäc vaøo baûn chaát hoùa hoïc cuûa chaát haáp phuï, dieän tích beà maët chaát haáp phuï, caáu truùc hoùa hoïc cuûa chaát caàn haáp vaø traïng thaùi cuûa noù trong dung dòch. 1.4.3.1 Chaát haáp phuï Ñeå laøm chaát haáp phuï ngöôøi ta söû duïng than hoaït tính, caùc chaát toång hôïp vaø chaát thaûi cuûa moät soá ngaønh saûn xuaát (tro, xæ, maït cöa ). chaát haáp phuï voâ cô nhö ñaát seùt, silicagen, keo nhoâm vaø caùc hydroxit kim loaïi ít ñöôïc söû duïng vì naêng löôïng töông taùc töông ñoái lôùn. Phoå bieán nhaát laø than hoaït tính, nhöng caàn coù caùc tính chaát xaùc ñònh nhö: töông taùc yeáu vôùi phaân töû nöôùc vaø maïnh vôùi caùc chaát höõu cô, coù loã xoáp thoâ töông ñoái (8-50Å) ñeå coù theå haáp phuï caùc phaân töû höõu cô lôùn vaø phöùc taïp, coù löôïng chaát bò haáp phuï lôùn trong thôøi gian tieáp xuùc ngaén, tính choïn loïc cao vaø coù khaû naêng ñöôïc phuïc hoài. Ngoaøi ra, than phaûi beàn nöôùc vaø thaám nöôùc nhanh. Trong quaù trình xöû lí nöôùc thaûi, ngöôøi ta söû duïng than haït nhuyeãn vôùi kích thöôùc haït 0,25-0,5mm vaø than phaân taùn cao vôùi haït nhoû hôn 40mm. Quan troïng laø than phaûi coù hoaït tính xuùc taùc thaáp ñoái vôùi phaûn öùng oxi hoùa vaø truøng ngöng vì moät soá chaát höõu cô trong nöôùc thaûi coù khaû naêng bò oxi hoùa vaø bò hoùa nhöïa. Caùc quaù trình naøy ñöôïc thuùc ñaåy bôûi xuùc taùc. Caùc chaát hoùa nhöïa bít kín loã xoáp cuûa than vaø gaây khoù khaên cho vieäc taùi sinh noù ôû nhieät ñoä thaáp. Cuoái cuøng chuùng phaûi coù giaù thaønh thaáp, khoâng giaûm khaû naêng haáp phuï sau khi taùi sinh vaø baûo ñaûm soá chu kyø laøm vieäc lôùn. Nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát than hoaït tính coù theå laø baát kyø vaät lieäu chöùa cacbon naøo nhö: than, goã, polime, chaát thaûi raén cuûa coâng nghieäp thöïc phaåm, giaáy xenluloâ Vaän toác quaù trình haáp phuï phuï thuoâïc noàng ñoä, caáu truùc cuûa chaát hoøa tan, nhieät ñoä nöôùc, daïng vaø tính chaát haáp phuï, trong tröôøng hôïp toång quaùt quaù trình haáp phuï bao goàm ba giai ñoaïn: • Chuyeån vaät chaát töø nöôùc thaûi ñeán beà maët haït haáp phuï (khueách taùn ngoaøi) • Haáp phuï • Chuyeån vaät chaát vaøo trong haït haáp phuï (khueách taùn trong) Quaù trình haáp phuï dieãn ra nhanh neân giai ñoaïn xaùc ñònh toác ñoä quaù trình haáp phuï coù theå laø khueách taùn ngoaøi hoaëc khueách taùn trong. Trong moät soá tröôøng hôïp caû hai giai ñoaïn khueách taùn cuøng quyeát ñònh vaän toác haáp phuï. Trong vuøng khueách taùn ngoaøi vaän toác truyeàn khoái ñöôïc xaùc ñònh chuû yeáu baèng cöôøng ñoä roái cuûa doøng, maø tröôùc heát noù phuï thuoäc vaøo vaän toác chaát loûng. Trong vuøng khueách taùn trong cöôøng ñoä truyeàn khoái phuï thuoäc daïng vaø kích thöôùc loã xoáp, hình daïng vaøkích thöôùc haït, kích thöôùc phaân töû chaát caàn haáp phuï vaø heä soá truyeàn vaät chaát. 1.4.3.2 Heä thoáng haáp phuï Quaù trình xöû lí nöôùc baèng haáp phuï tieán haønh vôùi söï khuaáy troän maõnh lieät chaát haáp phuï vôùi nöôùc, loïc nöôùc qua lôùp chaát haáp phuï ñöùng yeân hoaëc hoaëc trong lôùp giaû loûng, trong caùc thieát bò hoaït ñoäng lieân tuïc hoaëc giaùn ñoaïn. Khi troän chaát haáp phuï vôùi nöôùc ngöôøi ta söû duïng than hoaït tính ôû daïng haït 0,1mm vaø nhoû hôn. Quaù trình tieán haønh trong moät hoaëc nhieàu baäc. 28
29. Haáp phuï moät baäc ñöôïc öùng duïng khi chaát haáp phuï raát reû hoaëc laø chaát thaûi cuûa saûn xuaát. Quaù trình haáp phuï nhieàu baäc ñaït hieäu quaû cao hôn. Khi ñoù ôû baäc moät ngöôøi ta chæ söû duïng löôïng than caàn thieát ñeå giaûm noàng ñoä chaát oâ nhieãm töø C0 ñeán C1, sau ñoù than ñöôïc taùch ra baèng laéng hay, coøn nöôùc thaûi ñi vaøo baäc hai ñeå ñöôïc tieáp tuïc xöû lí baèng than môùi. Trong sô ñoà ngöôïc chieàu, chaát haáp phuï ñöôïc cho moät laàn vaøo baäc cuoái cuøng vaø noù chuyeån ñoäng ngöôïc chieàu nöôùc thaûi. Theo sô ñoà naøy quaù trình xöû lí tieán haønh lieân tuïc vôùi löôïng chaát haáp phuïít hôn raát nhieàu so vôùi sô ñoà nhaäp chaát haáp phuï lieân tieáp. Tuy nhieân, thieát bò loaïi naøy ñaét hôn vaø vaän haønh phöùa taïp hôn. Baèng lyù thuyeát truyeàn khoái, ngöôøi ta tính ñöôïc soá baäc haáp phuï, noàng ñoä chaát oâ nhieãmôû töøng baäc haáp phuï, thôøi gian löu nöôùc, theå tích thieát bò, löôïng chaát haáp phuï caàn thieát. Xöû lí trong ñieàu kieän ñoäng ñöôïc tieán haønh khi loïc nöôùc thaûi qua lôùp chaát haáp phuï. Vaän toác loïc phuï thuoäc noàng ñoä chaát tan dao ñoäng töø 2-4 ñeán 5-6m3/m2h. Nöôùc trong thaùp chuyeån ñoäng töø döôùi leân treân. Chaát haáp phuï ñöôïc söû duïng ôû daïng haït kích thöôùc trong khoaûng 1,5-5mm. Neáu haït nhoû hôn seõ laøm taêng trôû löïc loïc. Than ñöôïc xeáp treân lôùp soûi, coøn soûi ñöôïc boá trí treân löôùi ñôõ. Ñeå traùnh söï bít kín chaát haáp phuï nöôùc thaûi khoâng ñöôïc chöùa taïp chaát lô löûng. Do ñoù muoán thuùc ñaåy quaù trình haáp phuï coù theå cho quaù trình tieán haønh trong cheá ñoä chaûy sao cho quaù trình tieán haønh trong cheá ñoä chaûy sao cho giai ñoaïn khueách taùn trong quyeát ñònh vaän toác cuûa quaù trình, maø trôû löïc giai ñoaïn naøy coù theå giaûm baèng caùch thay ñoåi caáu truùc haït, giaûm kích thöôùc haït. Chaát haáp phuï Nöôùc thaûi Nöôùc saïch 1 1 1 2 2 2 Chaát haáp phuï ñaõ haáp Chaát haáp phuï Chaát ñaõ haáp phuï 4 3 4 3 a Chaát haáp phuï Chaát haáp phuï Chaát haáp phuï Nöôùc thaûi Nöôùc saïch 1 1 1 2 2 2 Chaát haáp phuï ñaõ haáp Chaát haáp phuï ñaõ haáp Chaát haáp phuï ñaõ haáp b Hình 20. Sô ñoà heä thoáng haáp phuï a- naïp chaát haáp phuï tuaàn töï: 1- bình khuaáy troän; 2-bình laéng. b- naïp chaát haáp phuï ngöôïc doøng: 1- bình khuaáy troän; 2- bình laéng; 3- bình nhaän chaát haáp phuï; 4- bôm. c- hoaït ñoäng lieân tuïc: 1- bình chöùa; 2- bôm; 3- maùy loïc; 4,5,6- thaùp haáp phuï; 7- bình chöùa. 29
30. 1.4.3.3 Taùi sinh chaát haáp phuï Taùi sinh than hoaït tính coù theå baèng hôi nöôùc baõo hoøa hoaëc quaù nhieät hoaëc baèng khí trô noùng. Nhieät ñoä hôi quaù nhieät 200-300oC, coøn khí trô 120-140oC. Ñeå taùi sinh than hoaït tính coù theå öùng duïng phöông phaùp chieát caùc dung moâi höõu cô coù nhieät ñoä bay hôi cuøng vôùi hôi nöôùc. caùc dugn moâi höõu cô ñöôïc söû duïng laø metanol, benzen, toluen, dicloetan Sau xöû lí phaàn dung moâi coøn laïi trong than ñöôïc loaïi ra baèng hôi nöôùc hoaëc khí trô. Trong tröôøng hôïp chaát thaûi khoâng ñaùng giaù ngöôøi ta tieán haønh phuïc hoài phaân huyû baèng taùc chaát hoùa hoïc (oxi hoùa baèng clo, ozoân hoaëc baèng nhieät ). taùi sinh baèng nhieät ñöôïc tieán haønh trong loø ôû nhieät ñoä 700-800oC trong dung moâi khoâng coù oxi. Ngöôøi ta coøn nghieân cöùu phöông phaùp taùi sinh than baèng vi sinh, trong ñoù chaát thaûi ñöôïc oxi hoùa bôûi vi sinh. Phöông phaùp naøy laøm taêng thôøi gian söû duïng than. 1.4.4 Trao ñoåi ion – ion exchange Phöông phaùp trao ñoåi ion ñöôïc öùng duïng ñeå loaïi ra khoûi nöôùc caùc kim loaïi (keõm, ñoàng, crom, niken, chì, thuyû ngaân, cadmi, vanadi, mangan ), caùc hôïp chaát cuûa asen, photpho, xianua vaø caùc chaát phoùng xaï. Phöông phaùp naøy cho pheùp thu hoài caùc chaát coù giaù trò vôùi ñoä laøm saïch nöôùc cao. Trao ñoåi ion ñöôïc öùng duïng roäng raõi ñeå khöû muoái trong nöôùc caáp. Baûn chaát cuûa trao ñoåi ion. Ñoù laø quaù trình töông taùc cuûa dung dòch vôùi pha raén coù tính chaát trao ñoåi caùc ion chöùa trong noù baèng caùc ion khaùc coù trong dung dòch. Caùc chaát caáu thaønh pha raén naøy ñöôïc goïi laø ionit. Chuùng khoâng tan trong nöôùc. Caùc ionit coù khaû naêng haáp thu caùc ion döông ñöôïc goïi laø cationit vaø caùc ionit coù khaû naêng haáp thu caùc ion döông ñöôïc goïi laø anionit. Neáu ionit vöøa trao ñoåi cation vaø anion ngöôøi ta goïi chuùng laø ionit löôõng tính. Cationit coù tính axit, coøn anionit coù tính kieàm. Khaû naêng haáp thu cuûa ionit ñöôïc ñaëc tröng bôûi dung löôïng trao ñoåi, noù ñöôïc xaùc ñònh baèng soá ñöông löôïng ion ñöôïc haáp thu bôûi moät ñôn vò khoái löôïng hay theå tích ionit. Dung löôïng trao ñoåi ñöôïc chia laøm dung löôïng toaøn phaàn, tónh, ñoäng. Dung löôïng toaøn phaàn laø löôïng chaát ñöôïc haáp phuï khi baõo hoøa hoaøn toaøn moät ñôn vò khoái löôïng hay theå tích ionit. Dung löôïng tónh laø dung löôïng trao ñoåi cuûa ionit khi caân baèng trong ñieàu kieän laøm vieäc cho tröôùc. Dung löôïng tónh thöôøng nhoû hôn dung löôïng toaøn phaàn. Dung löôïng ñoäng laø dung löôïng trao ñoåi cuûa ionit ñeán giai ñoaïn tröôït qua cuûa caùc ion trong nöôùc loïc. Dung löôïng ñoäng thöôøng nhoû hôn dung löôïng tónh. Cation coù tính axit, coøn anion coù tính kieàm. 1.4.4.1 Ionit töï nhieân vaø toång hôïp Caùc ionit coù theå laø voâ cô vaø höõu cô, coù theå laø chaát töï nhieân hay nhaân taïo. Caùc ionit töï nhieân voâ cô laø zeolit, ñaát seùt, ñaù boà taùt (fenspat) Caùc chaát naøy coù tính trao ñoåi cation laø do chuùng chöùa caùc nhoâm silicat daïng Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O. Caùc chaát flo apatit ([Ca5(PO4)3]F) vaø hydroxit apatit ([Ca5(PO4)3]OH) cuõng coù tính chaát trao ñoåi ion. Caùc chaát voâ cô toång hôïp laø silicagen, pecmutit (chaát laøm meàm nöôùc), caùc oxit vaø hydroxit khoù tan cuûa moät vaøi kim loaïi (nhoâm, crom, keõm ). Tính trao ñoåi cation cuûa silicagen laø do söï trao ñoåi ion hydro cuûa nhoùm hydroxit vôùi ion kim loaïi coù trong moâi 30
31. tröôøng kieàm. Pecmutit ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch laøm noùng chaûy caùc hôïp chaát chöùa nhoâm silic. Noù coù tính chaát trao ñoåi cation. Caùc ionit höõu cô töï nhieân laø caùc chaát axit muøn cuûa ñaát vaø than. Chuùng coù tính axit yeáu, khoâng beàn hoùa hoïc vaø cô hoïc cuõng nhö dung löôïng trao ñoåi nhoû (ñaëc bieät trong moâi tröôøng trung tính). Caùc ionit höõu cô nhaân taïo laø caùc nhöïa trao ñoåi ion vôùi beà maët phaùt trieån. Caùc nhöïa toång hôïp laø hôïp chaát cao phaân töû, caùc goác hydrocacbon cuûa chuùng taïo thaønh maïng löôùi khoâng gian vôùi caùc nhoùm trao ñoåi ion ñònh vò treân ñoù (ví duï nhö RSO3H, ROH). R- ma traän (maïng löôùi); H- ion ñoái khaùng. 1.4.4.2 Cô sôû cuûa quaù trình trao ñoåi ion Phaûn öùng trao ñoåi ion dieãn ra nhö sau: Khi tieáp xuùc vôùi cationit: RSO3H + NaCl RSO3Na + HCl Khi tieáp xuùc vôùi anionit: ROH + NaCl RCl + NaOH ÔÛ daïng toång quaùt caùc phaûn öùng naøy coù theå trình baøy nhö sau: mA + RmB mRA + B Phaûn öùng xaûy ra cho ñeán khi ñaït traïng thaùi caân baèng ion. Vaän toác xaùc laäp caân baèng phuï thuoäc caùc yeáu toá beân ngoaøi vaø beân trong: cheá ñoä thuyû ñoäng cuûa chaát loûng, noàng ñoä caùc ion trao ñoåi, caáu truùc haït ionit, khaû naêng thaám ñoái vôùi ion. Quaù trình trao ñoåi ion coù theå tieán haønh qua moät soá giai ñoaïn: • Vaän chuyeån caùc ion A töø trong doøng chaát loûng ñeán maët ngoaøi maøng bieân bao quanh haït ionit. • Khueách taùn caùc ion qua lôùp bieân. • Vaän chuyeån ion qua beà maët phaân chia pha vaøo haït nhöïa. • Khueách taùn ion A vaøo trong haït ñeán caùc nhoùm trao ñoåi ion. • Phaûn öùng trao ñoåi ion A vaø B. • Khueách taùn ion B beân trong haït ñeán beà maët phaân chia pha. • Chuyeån ion B qua beà maët phaân chia pha ñeán maët trong maøng bieân. • Khueách taùn ion B qua maøng. • Khueách taùn ion B vaøo trong loøng doøng loûng. Vaän toác trao ñoåi ion ñöôïc xaùc ñònh bôûi giai ñoaïn chaäm nhaát: • Khueách taùn trong maøng loûng hoaëc khueách taùn trong haït ionit. Phaûn öùng hoùa hoïc trao ñoåi ion dieãn ra nhanh vaø khoâng xaùc ñònh vaän toác chung cuûa quaù trình. 31
32. 1.4.4.3 Taùi sinh ionit Ngöôøi ta phuïc hoài cationit baèng dung dòch axit 2-8%, khi ñoù chuùng chuyeån sang daïng H+. Sau khi xôùi tôi vaø röûa, caùc cationit ñöôïc tích ñieän baèng caùch cho dung dòch muoái ñi qua chuùng. Khi ñoù nhoùm H+ ñöôïc thay baèng nhoùm Na+, coøn dung dòch muoái ñöôïc axit hoùa thaønh HCl. Caùc anionit ñöôïc phuïc hoài baèng dung dòch kieàm 2-6%, khi ñoù chuùng chuyeån sang daïng OH-. 1.4.5 Loïc – filtration Quaù trình loïc ñöôïc öùng duïng ñeå loaïi ra khoûi nöôùc thaûi caùc chaát raén hoaëc loûng phaân taùn raát nhoû khoù taùch baèng phöông phaùp laéng. Quaù trình phaân rieâng ñöôïc thöïc hieän nhôø vaùch ngaên xoáp. Vaùch ngaên xoáp cho nöôùc ñi qua vaø giöõ pha phaân taùn laïi. Quaù trình dieãn ra döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát thuyû tónh cuûa coät nöôùc, aùp suaát cao tröôùc beà maët vaùch ngaên hoaëc chaân khoâng sau vaùch loïc. 1.4.5.1 Loïc qua vaùch loïc Choïn vaùch loïc phuï thuoäc vaøo tính chaát nöôùc thaûi, nhieät ñoä, aùp suaát loïc vaø cô caáu cuûa thieát bò. Vaùch loïc coù theå laø caùc taám löôùi baèng theùp khoâng ræ, nhoâm, niken, ñoàng thau vaø cuõng coù theå laø caùc maøng vaûi khaùc nhau (amiaêng, thuyû tinh, boâng, luaï, sôïi toång hôïp vaø nhaân taïo). Ñoái vôùi nöôùc thaûi coù tính aên moøn hoùa hoïc vaø ôû nhieät ñoäng cao coù theå söû duïng caùc vaùch loïc baèng kim loaïi. Caùc vaùch loïc baèng kim loaïi phaûi thoûa maõn caùc yeâu caàu nhö trôû löïc toái thieåu, beàn cô hoïc, deûo, beàn hoùa hoïc vaø khoâng nôû (tröông phoàng), khoâng bò phaù vôõ ôû ñieàu kieän loïc. Quaù trình loïc ñöôïc tieán haønh vôùi söï hình thaønh lôùp caën treân beà maët vaùch loïc hoaëc vôùi söï bít kín caùc loã xoáp cuûa maøng loïc. Caën taïo thaønh trong quaù trình loïc coù theå bò neùn eùp hoaëc khoâng neùn eùp. Caën neùn eùp ñaëc tröng bôûi söï giaûm ñoä roãng do neùn eùp vaø taêng trôû löïc cuøng vôùi taêng ñoä giaûm aùp. Coøn ñoái vôùi caën khoâng bò neùn eùp ñoä roãng vaø trôû löïc doøng loûng trong quaù trình loïc khoâng thay ñoåi. Caùc caën loaïi naøy laø caùc khoaùng chaát nhö caùt, voâi, soda coù kích thöôùc haït >100µm. Naêng suaát cuûa thieát bò loïc ñöôïc xaùc ñònh baèng vaän toác loïc, laø luôïng nöôùc ñi qua trong moät ñôn vò thôøi gian. Thôøi gian loïc ñöôïc xaùc ñònh thoâng qua phöông trình loïc. Ngöôøi ta söû duïng nhieàu loaïi thieát bò loïc khaùc nhau. Caùc yeâu caàu cô baûn laø hieäu quaû loïc taïp chaát cao vaø vaän toác loïc toái ña. Trong heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi ngöôøi ta söû duïng caùc thieát bò loïc giaùn ñoaïn nhö: loïc huùt, loïc daïng taám, loïc eùp vaø caùc thieát bò loïc lieân tuïc nhö: loïc thuøng quay, loïc ñóa. Loïc baêng taûi. Caùc ñaëc tính so saùnh cuûa thieát bò loïc cho trong baûng sau. 32
33. Baûng 2. Ñaëc tính thieát bò loïc lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn Yeáu toá aûnh höôûng Thieát bò loïc giaùn ñoaïn Thieát bò loïc giaùn ñoaïn ñeán vieäc choïn thieát bò loïc Loïc Loïc Loïc Thuøng Ñóa Baêng huùt taám eùp quay quay taûi Noàng ñoä huyeàn phuø ban ñaàu, % tt < 0,5 1 2 2 - - - < 1,0 2-3 1-2 1 - - - < 15,0 4 3-4 2-3 1-2 2 1 Khaû naêng röûa 4 3 2 1 - 2 Khaû naêng cheá taïo töø theùp chòu axit 1 4 4 1 4 3 Caùc kí hieäu ñaëc tröng cho chæ soá kinh teá kó thuaät cuûa thieát bò loïc 1- cao; 2- toát; 3- ñaït; 4- thaáp (ñöôïc öùng duïng khi thaäp caàn thieát); gaïch ngang (-) - khoâng ñaït, khoâng neân öùng duïng. 1.4.5.2 Thieát bò loïc qua vaùch ngaên baèng haït Ñoù laø caùc hoà chöùa maø ôû phaàn döôùi cuûa noù coù cô caáu thoaùt nöôùc. Treân cô caáu thoaùt nöôùc ngöôøi ta ñaët lôùp vaät lieäu ñôõ, roài treân ñoù laø vaät lieäu loïc. Caùc ñaëc tröng quan troïng cuûa moâi tröôøng xoáp laø ñoä roãng (ε) vaø beà maët rieâng (a). Ñoä roãng phuï thuoäc caáu truùc moâi tröôøng xoáp, noù lieân quan vôùi kích thöôùc, hình daïng cuûa haït. Thieát bò loïc vôùi lôùp haït ñöôïc chia ra thieát bò loïc nhanh vaø loïc chaäm, thieát bò kín vaø hôû. Chieàu cao lôùp haït trong thieát bò loïc hôû laø 1-2m, coøn trong thieát bò loïc kín 0,5-1m. Caùc thieát bò loïc chaäm ñöôïc söû duïng ñeå loïc nöôùc thaûi khoâng ñoâng tuï. Chuùng laø hoà chöùa baèng beâ toâng hoaëc gaïch vôùi cô caáu thoaùt nöôùc maø ôû phía treân ñoù coù boá trí moät lôùp haït. Vaän toác loïc phuï thuoäc vaøo noàng ñoä caùc haït lô löûng: döôùi 25mg/l vaän toác loïc 0,2-0,3m/h; 25-30mg/l vaän toác loïc 0,1-0,2m/l. Öu dieåm cuûa chuùng laø hieäu quaû laøm saïch nöôùc thaûi cao. Khuyeát ñieåm laø kích thöôùc lôùn, giaù cao vaø xöû lí caën phöùc taïp. Caùc thieát bò loïc nhanh coù 2 daïng: moät lôùp vaø nhieàu lôùp. Trong thieát bò moät lôùp chæ coù moät lôùploïc vôùi caùc haït loïc ñoàng nhaát. Coøn trong thieát bò nhieàu lôùp, caùc lôùp loïc bao goàm caùc vaät lieäu khaùc nhau. Lôùp treân coù haït lôùn hôn lôùp döôùi. Chuùng coù naêng suaát cao vaø thôøi gian loïc laâu. Vaän toác loïc khoaûng 12-20m/h. Hình 21. Cô cheá loïc qua lôùp vaät lieäu haït 33
34. Nöôùc thaûi ñi vaøo thieát bò loïc, qua lôùp vaät lieäu loïc vaø cô caáu thoaùt nöôùc roài ñi ra khoûi thieát bò loïc. Sau khi bò nhieãm baån, vaät lieäu loïc ñöôïc röûa baèng nöôùc, chaûy töø döôùi leân. Cô caáu thoaùt nöôùc laø caùc taám baèng beâ toâng xoáp. Vaät lieäu loïc ñöôïc boá trí beân treân noù töø 2 ñeán 4 lôùp. Trong moãi lôùp caùc haït coù kích thöôùc baèng nhau. Chieàu cao moãi lôùp laø 1,5-2m. Vaän toác loïc12-20m/h. Thieát bò loïc vôùi lôùp haït chuyeån ñoäng coù lôùp haït ñöôïc boá trí thaúng ñöùng coøn nöôùc chuyeån ñoäng ngang. Vaät lieäu loïc laø caùt thaïch anh (1,5-3mm) hoaëc ñaù cuoäi (3-10mm). Vaän toác loïc 15m/h, löu löôïng nöôùv röûa baèng 1-2% naêng suaát nöôùc loïc; coâït aùp cöûa nöôùc tröôùc lôùp loïc laø 2-2,5m. Hieäu quaû xöû lí 50-55%. Öu ñieåm cuûa thieát bò loïc daïng naøy laø vaän toác loïc lôùn, hieäu quaû loïc cao, chieám dieän tích ít. Khuyeát ñieåm laø löôïng kim loaïi cheá taïo lôùn, vaän haønh phöùc taïp, caùt deã bò cuoán theo nöôùc, maøi moøn thaønh oáng. Hình 22. Beå loïc caùt 1.4.5.3 Vi loïc - microfiltration Quaù trình loïc micron laø loïc nöôùc thaûi qua löôùi xuyeân loã, coù kích thöôùc 40-70µm. Chuùng ñöôïc öùng duïng ñeå, laøm saïch nöôùc thaûi khoûi vaät lieäu raén vaø sôïi. Vaän toác loïc khoaûng 25-45m/h. Khi noàng ñoä haït raén lô löûng 15-20mg/l, hieäu quaû xöû lí 50-60%. 1.4.5.4 Thieát bò loïc töø Thieát bò loïc töø ñöôïc öùng duïng ñeå loaïi boû caùc haït nhieãm töø raát nhuyeãn (0,5-5µm) ra khoûi nöôùc. Thieát bò naøy coù theå ñöôïc trang bò töø coá ñònh hoaëc ñieän töø. Naêng suaát cuûa chuùng ñeán 60m3/h, hieäu quaû xöû lí 80%. Ngoaøi caùc haït nhieãm töû, thieát bò loïc coù theå loaïi caùc haït maøi moøn, caùt vaø caùc chaát oâ nhieãm khaùc. Khi nöôùc thaûi chaûy taàng qua caùc töø tröôøng caùc haït coù töø tính kích thöôùc ñeán 50µm. Caùc haït naøy seõ ñöôïc taùch ra baèng loïc hoaëc laéng trong troïng tröôøng. Höôùng doøng nöôùc thaûi truøng vôùi höôùng tröôøng tröôøng ñeå taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho quaù trình laéng. 1.4.5.5 Loïc nhuõ töông Khi loïc nhuõ töông qua lôùp haït, beà maët loïc ñoùng vai troø quan troïng. Söï chaûy cuûa caùc haït nhuõ töông qua beà maët kò nöôùc maïnh hôn qua beà maët hoùa nöôùc, vì treân beà maët vaät lieäu haùo nöôùc coù ñaùm maây H2O laøm caûn trôû ñöôøng ñi cuûa caùc haït nhuõ töông. 34
35. Ñeå loaïi saûn phaåm daàu khí vaø nhôùt coù theå söû duïng thieát bò loïc vôùi lôùp haït baèng boït poliuretan. Chieàu cao lôùp vaät lieäu 2-2,5m, kích thöôùc haït boït poliuretan 5-10µm. Vaän toác loïc ñeán 25m/h. Caùc thieát bò loïc kieåu naøy coù theå aùp duïng khi noàng ñoä daàu trong nöôùc thaûi ñeán 1000mg/l. Nöôùc thaûi ñöôïc cho vaøo töø phía treân, chaûy qua lôùp vaät lieäu loïc, caùc gioït daàu ñöôïc giöõ laïi coøn nöôùc saïch chaûy ra ngoaøi. Sau khi baõo hoøa daàu môõ vaät lieäu loïc ñöôïc taùi sinh baèng caùch vaét cô hoïc ba laàn vaø ñöôïc röûa baèng nöôùc. 1.4.6 Thaám loïc ngöôïc vaø sieâu loïc – reverse osmosis and ultrafiltration Thaám loïc ngöôïc vaø sieâu loïc laø quaù trình loïc dung dòch qua maøng baùn thaåm thaáu döôùi aùp suaát cao hôn aùp suaát loïc. Maøng loïc cho caùc phaân töû dung moâi ñi qua vaø giöõ laïi caùc haït (phaân töû, ion hydrat hoùa) coù kích thöôùc khoânglôùn hôn kích thöôùc phaân töû dung moâi. Coøn sieâu loïc loaïi caùc haït coù kích thöôùc lôùn hôn 10 laàn. Giôùi haïn öùng duïng cuûa caùc quaù trình loïc nhö sau: Quaù trình Thaám loïc ngöôïc Sieâu loïc Loïc thoâng thöôøng d, µm 0,0001-0,001 0,001-0,02 0,02-10 1.4.6.1 Thaám loïc ngöôïc – reverse osmosis Nhö vaäy quaù trình thaám loïc ngöôïc khaùc vôùi loïc thoâng thöôøng laø loaïi caùc haït coù kích thöôùc nhoû nhaát. AÙp suaát caàn thieát ñeå tieán haønh quaù trình loïc ngöôïc laø 6-10MPa, lôùn hôn aùp suaát cuûa quaù trình sieâu loïc raát nhieàu (0,1-0,5MPa). Thaám loïc ngöôïc ñöôïc öùng duïng roäng raõi ñeå khöû muoái trong heä thoáng caáp nöôùc cho nhaø maùy nhieät ñieän. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, quaù trình naøy baét ñaàu ñöôïc öùng duïng ñeå xöû lí nöôùc thaûi cho coâng nghieäp vaø ñoâ thò. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp thaám loïc ngöôïc laø: • Khoâng coù söï chuyeån pha khi loaïi taïp chaát neân quaù trình tieâu hao naêng löôïng ít. • Coù theå tieán haønh quaù trình ôû nhieät ñoä thöôøng, khoâng duøng hoaëc boå sung taùc chaát raén raát ít. • Keát caáu ñôn giaûn. Khuyeát ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø: • Naêng suaát, hieäu quaû laøm saïch vaø thôøi gian laøm vieäc cuûa maøng loïc giaûm khi noàng ño chaát tan treân beà maët maøng loïc taêng. • Quaù trình hoaït ñoäng döôùi aùp suaát cao, do ñoù caàn coù vaät lieäu ñaëc bieät laøm kín thieát bò. Hieäu quaû quaù trình thaám loïc ngöôïc phuï thuoäc tính chaát maøng loïc. Maøng loïc caàn coù caùc öu ñieåm sau: coù khaû naêng phaân rieâng lôùn, coù khaû naêng xuyeân thaáu lôùn (naêgn suaát cao), beàn döôùi taùc duïng cuûa moâi tröôøng, khoâng thay ñoåi tính chaát torng khi vaän haønh, beàn cô hoïc vaø reû. AÙp suaát thaám loïc cuûa moät soá muoái coù noàng ñoä 1.000mg/l nhö sau: Muoái NaCl Na2SO4 MgSO4 CaCO3 (NH4)2CO3 MgCl2 AÙp suaát thaám loïc, kPa 79 42 25 58 89 67 AÙp suaát cuûa quaù trình thaám loïc ngöôïc lôùn hôn aùp suaát thaám loïc raát nhieàu. 35
36. Cô cheá cuûa quaù trình thaám loïc ngöôïc coù theå ñöôïc hieåu nhö sau: maøng loïc thu gom nöôùc töï do (khoâng tham gia vaøo quaù trình hoøa tan) treân beà maët cuûa mình. Chieàu daøy cuûa lôùp phaân töû nöôùc bò haáp phuï baèng hoaëc lôùn hôn phaân nöûa ñöôøng kính loã xoáp cuûa maøng loïc döôùi thì döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát chæ coù nöôùc saïch ñi qua loã xoáp. Maëc daàu caùc ion khaùc kích thöôùc nhoû hôn kích thöôùc phaân töû nöôùc nhöng chuùng khoâng ñi qua loã xoáp laø do xung quanh chuùng coù ñaùm maây hydrat bao boïc. Kích thöôùc cuûa ñaùm maây hydrat khaùc nhau. Neáu chieàu daøy lôùp phaân töû nöôùc nhoû hôn 1/2 ñöôøng kính loã xoáp thì cuøng vôùi caùc nöôùc caùc chaát tan seõ ñi qua maøng. Hình 23. Nguyeân taéc loïc ngöôïc Hình 24. Heä thoáng xöû lyù nöôùc baèng loïc ngöôïc 1.4.6.2 Sieâu loïc – Ultrafiltration Cô cheá cuûa sieâu loïc hoaøn toaøn khaùc. Chaát tan bò giöõ treân maøng loïc vì kích thöoùc phaân töû cuûa chuùng lôùn hôn ñöôøng kính loã xoáp hoaëc do ma saùt phaân töû vôùi thaønh loã xoáp cuûa maøng. Quaù trình naøy phöùc taïp hôn nhieàu. 36
37. Hình 25. Maøng sieâu loïc Ñeå tieán haønh quaù trình ngöôøi ta söû duïng caùc maøng khoâng loã xoáp, maøng ñoäng vaø khueách taùn laø maøng nhöïa giaû ñoàng theå vaø maøng xoáp ôû daïng maøng moûng cheá taïo töø vaät lieäu polime. Phoå bieán nhaát laø maøng polime baèng axetat xenluloâ. Ngoaøi ra, coøn coù caùc maøng töø polietylen, ñoàng polime etylen-propylen ñöôïc flo hoùa, politetrafloetylen, thuyû tinh xoáp, axeto butyrat xenluloâ Maøng loïc axetat xenluloâ coù caáu truùc khoâng ñaúng höôùng. Lôùp hoaït tính phía treân coù chieàu daøy ñeán 0,25µm laø lôùp khoâng phaân rieâng, coøn ôû döôùi laø lôùp haït thoâ (100-200µm) ñaûm baûo ñoä beàn cô cuûa maøng loïc. Maøng loïc axetat xenluloâ laøm vieäc oån ñònh trong khoaûng aùp suaát 1-8MPa, nhieät ñoä 0-30oC vaø pH = 3-8. Ñeå laøm maøng sieâu loïc ngöôøi ta söû duïng nitrat xenluloâ, caáu truùc cuûa noù töông töï maøng loïc axetat xenluloâ. Quaù trình phaân rieâng baèng maøng phuï thuoäc aùp suaát, ñieàu kieän thuyû ñoäng vaø caáu truùc thieát bò, baûn chaát vaø noàng ñoä nöôùc thaûi, noàng ñoä taïp chaát vaø nhieät ñoä. Noàng ñoä dung dòch taêng laøm cho aùp suaát thaám loïc taêng caøng laøm giaûm khaû naêng thaåm thaáu cuõng nhö tính choïn loïc. Loïc ngöôïc ñöôïc söû duïng cho noàng ñoä chaát ñieän phaân nhö sau: • Ñoái vôùi muoái hoùa trò 1 - khoâng lôùn hôn 5-10% • Ñoái vôùi muoái hoùa trò 2 - khoâng lôùn hôn 10-15% • Ñoái vôùi muoái ña hoùa trò - khoâng lôùn hôn 15-20% Ñoái vôùi caùc chaát höõu cô caùc giôùi haïn noàng ñoä seõ cao hôn. Ñeå giaøm söï aûnh höôûng cuûa phaân cöïc do noàng ñoä, ngöôøi ta toå chöùc doøng tuaàn hoaøn dung dòch vaø roái hoùa lôùp chaát loûng saùt maøng baèng caùnh khuaáy, rung vaø taêng vaän toác. Baûn chaát chaát tan aûnh höôûng ñeán tính choïn loïc. Khi coù cuøng khoái löôïng phaân töû chaát voâ cô ñöôïc giöõ treân maøng toát hôn chaát voâ cô. Khi taêng aùp suaát, naêng suaát maùy taêng theo bôûi vì ñoäng löïc quaù trình taêng. Tuy nhieân, aùp suaát 37
38. taêng laøm maøng bò eùp chaët vaø do ñoù giaûm tính xuyeân thaám vì vaäy ñoái vôùi moãi loaïi maøng phaûi xaùc ñònh aùp suaát laøm vieäc toái ña. Khi nhieät ñoä giaûm, ñoä nhôùt vaø khoái löôïng rieâng dung dòch giaûm neân khaû naêng xuyeân thaám taêng. Tuy nhieân, luùc naøy aùp suaát thaám loïc taêng vaø maøng bò chaûy laøm cho khaû naêng xuyeân thaám giaûm. Ngoaøi ra, vaän toác thuyû phaân taêng neân thôøi gian laøm vieäc cuûa maøng giaûm. Maøng axetat xenluloâ bò phaù huyû ôû 50oC neân nhieät ñoä laøm vieäc cuûa noù laø 20-30oC. Caáu truùc thieát bò ñeå tieán haønh quaù trình loïc ngöôïc vaø sieâu loïc phaûi ñaûm baûo beà maët maøng trong 1 ñôn vò theå tích lôùn, thaùo laép ñôn giaûn, beàn cô hoïc vaø kín. 1.4.6.3 ÖÙng duïng Söû duïng loïc ngöôïc vaø sieâu loïc coù theå taùch ra khoûi nöôùc caùc dung dòch ñaäm ñaëc chaát höõu cô vaø voâ cô. Theo sô ñoà naøy, trong quaù trình sieâu loïc thu ñöôïc dung dòch ñaäm ñaëc chaát höõu cô, coøn trong quaù trình loïc ngöôïc thu ñöôïc dung dòch ñaäm ñaëc chaát höõu cô vaø nöôùc saïch. Nöôùc thaûi Dung dòch ñaäm ñaëc chaát höõu cô Sieâu loïc Dung dòch chöùa chaát voâ cô Loïc ngöôïc Dung dòch ñaäm ñaëc chaát voâ cô Nöôùc saïch Hình 26. Quy trình xöû lyù nöôùc baèng sieâu loïc vaø loïc ngöôïc Sô ñoà heä thoáng sieâu loïc ñeå taùch nhuõ töông daàu nöôùc thaûi vôùi noàng ñoä daàu nhoû hôn 10% ñöôïc trình baøy treân hình. 2 5 Nöôùc thaûi Daàu 4 Nöôùc saïch 1 Nöôùc H2SO4 Caën 3 6 3 3 Daàu 7 Hình 27. Quy trình taùch nhuõ töông daàu nöôùc thaûi 1- beå chöùa; 2- lôùp daàu khoâng hoøa tan; 3- bôm; 4- beå chöùa; 5- maùy sieâu loïc; 6- bình chöùa nöôùc boå sung; 7- bình chöùa daàu. Maùy sieâu loïc laøm vieäc döôùi aùp suaát töø 0,14MPa ñeán 0,42MPa ôû nhieät ñoä 32-38oC (khoâng quaù 50oC), vaän toác doøng 5,5m/s. 38
39. Trong beå (6), nöôùc ñöôïc ñun noùng vaø boå sung H2SO4 ñeå taùch daàu. Sau ñoù nöôùc quay voøng vaøo beå chöùa, coøn daàu ñöôïc duøng laøm nhieân lieäu. 1.4.7 Taùch khí 1.4.7.1 Nhaû haáp thuï caùc taïp chaát bay hôi Nhieàu nöôùc thaûi bò oâ nhieãm bôûi caùc taïp chaát voâ cô vaø höõu cô, H2S, SO2, CS2, NH3, CO2 Khi cho khoâng khí hoaëc khi trô ít tan rong nöôùc (nhö N2, CO2, khoùi loø ) qua nöôùc thaûi caùc caáu töû deã bay hôi seõ khueách taùn vaøo pha khí, do aùp suaát rieâng phaàn cuûa noù treân beà maët dung dòch lôùn hôn trong khoâng khí. AÙp suaát rieâng phaàn cuûa caáu töû caàn taùch ñöôïc xaùc ñònh theo ñònh luaät Henri. Quaù trình nhaû haáp thuï baèng khí trô coù theå ñöôïc tieán haønh trong thaùp maâm, thaùp ñeäm vaø thaùp phun. Hieäu quaû nhaát laø thaùp maâm vôùi cheá ñoä suûi boït hoaëc thaùp ñeäm vôùi cheá ñoä nhuõ töông hoùa. Hieäu quaû xöû lí chaát bay hôi taêng theo nhieät ñoä hoãn hôïp loûng khí, heä soá truyeàn khoái vaø beà maët tieáp xuùc pha. Caùc chaát ñöôïc loaïi ra khoûi nöôùc ñöôïc ñöa ñi haáp thuï hoaëc ñoát xuùc taùc. Khi löôïng taïp chaát nhoû vaø khoâng coù giaù trò hoaëc khoù thu hoài töø pha khí, ngöôøi ta cho oxi hoùa xuùc taùc. Trong tröôøng hôïp naøy khoâng khí cuøng vôùi hôi taïp chaát ôû nhieät ñoä 280- 350oC ñöôïc cho qua lôùp xaùc taùc nhö piroluzit, oxit crom ) khi cho caùc chaát höõu cô bò oxi hoùa thaøng CO2 vaø H2O. Sô ñoà nhaû haáp clobenzen töø nöôùc thaûi baèng nitô ñöôïc trình baøy treân hình sau. Khí ñi ñoát 4 5 Nitô Nöôùc thaûi Nöoùc saïch 1 2 3 Hình 28. Sô ñoà nhaû haáp benzen töø nöôùc thaûi 1- beå chöùa nöôùc thaûi; 2- bôm nöôùc; 3- thaùp maâm nhaû haáp; 4- voøi phun; 5- heä thoáng phaân phoái khí nitô. Nöôùc thaûi ngoaøi clobenzen coøn chöùa metanol, coù amin voøng thôm, formaldehyt vaø clorua natri. Thaùp goàm 4 ñoaïn, trong moãi ñoaïn coù 3 maâm suûi boït. Nitô cho vaøo ñaùy moãi ñoaïn qua oáng phaân phoái khí. Neáu noàng ñoä ban ñaàu cuûa clobenzen trong nöôùc laø 1,8- 2,0mg/l, löu löôïng laø 0,15m3/h vaø nitô 44m3/h thì noàng ñoä clo benzen coøn laïi trong nöôùc nhoû hôn hoaëc baèng tieâu chuaån (0,02mg/l). Thôøi gian löu cuûa chaát loûng treân caùc maâm laø 8 phuùt. Noàng ñoä coøn laïi cuûa clobenzen trong nöôùc sau xöû lí phuï thuoäc noàng ñoä ban ñaàu. Caùc taïp chaát khaùc khoâng aûnh höôûng ñeán hieäu quaû xöû lí. 39
40. 1.4.7.2 Taåy ueá Trong moät soá nöôùc thaûi coù chöùa mercaptan, amin, amoniac, sunfua hydro, hydrocacbon laøm cho nöôùc coù muøi hoâi. Ñeå xöù liù nöôùc thaûi coù muøi hoâi coù theå aùp duïng caùc phöông phaùp khaùc nhau nhö: thoâng khí, clo hoùa, chöng caát, xöû lí baèng khoùi loø, oxi hoùa baèng oxi döôùi aùp suaát, ozoân hoaù, trích li, haáp phuï vaø oxi hoùa vi sinh. Phöông phaùp hieäu quaû nhaát laø khoâng khí (thoåi khoâng khí qua nöôùc thaûi). Sau ñoù, khoâng khí cuøng vôùi taïp chaát ñöôïc cho vaø thaùp ñeäm ñeå röûa baèng dung dòch kieàm. Ñeå ñaït hieäu quaû xöû lí 85-90% caàn coù löu löôïng khoâng khí laø 12-15m3 treân 1m3 nöôùc thaûi, soá maâm khoâg nhoû hôn 10, maät ñoä töôùi 20-80m3/m2h, noàng ñoä kieàm khoâng thaáp hôn 40g/l. Nhöôïc ñieåm cô baûn cuûa phöông phaùp naøy laø moät soá chaát khoâg ñöôïc loaïi baèng thoâng khí vaø ôû laïi trong nöôùc thaûi. Trong coâng nghieäp xenluloâ, nöôùc bò oâ nhieãm bôûi caùc hôïp chaát chöùa löu huyønh, mrtanol vaø daàu thoâng. Thoåi baèng hôi nöôùc cho pheùp loaïi caùc chaát naøy ra khoûi nöôùc thaûi. Caùc thieát bò cô baûn ñöôïc duøng ñeå thöïc hieän phöông phaùp naøy laø thaùp maâm xuyeân loã hoaëc thaùp ñóa choùp. Hieäu quaû xöû lí H2S vaø metyl mercaptan gaàn 100%, coøn caùc chaát khaùc 90% tieâu hao hôi nöôùc cho 1m3 nöoùc thaûi laø 60kg. Ñeå giaûm tieâu hao nöôùc, ngöôøi ta ñun noùng nöôùc thaûi. 1.4.8 Trích ly - extraction Trích li pha loûng ñöôïc öùng duïng ñeå laøm saïch nöôùc thaûi chuùa phenol, daàu, axit höõu cô, ion kim loaïi Veà phöông dieän kinh teá, phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng khi noàng ñoä chaát thaûi lôùn hôn 3-4g/l vì khi ñoù giaù trò chaát thu hoài môùi ñuû buø ñaép chi phí cho quaù trình trích liù. Laøm saïch nöôùc thaûi baèng phöông phaùp trích li bao goàm ba giai ñoaïn: • Giai ñoaïn thöù nhaát: troän maïnh nöôùc thaûi vôùi chaát trích li (dung moâi höõu cô). Trong ñieàu kieän beà maët tieáp xuùc pah1t trieån giöõa caùc chaát loûng hình thaønh hai pha loûng. Moät pha laø chaát trích vôùi chaát ñöôïc trích, coøn pha khaùc laø nöôùc thaûi vôùi chaát caàn trích. • Giai ñoaïn thöù hai: phaân rieâng hai pha loûng noùi treân. • Giai ñoaïn thöù ba: taùi sinh chaát trích. Ñeå giaûm noàng ñoä taïp chaát tan thaáp hôn giôùi haïn cho pheùp caàn phaûi choïn ñuùng chaát trích vaø vaän toác naïp noù vaøo nöôùc thaûi. Chaát trích li phaûi thoûa maõn caùc yeâu caàu sau: • Hoøa tan chaát caàn trích nhieàu hôn nöôùc. Khaû naêng hoøa tna caøng cao chi phí xöû lí caøng thaáp. • Coù tính choïn loïc cao. Chaát caàn trích hoøa tan caøng ít caáu töû thì hieäu quaû trích caøng cao. • Tan raát ít hoaëc khoâng tan trong nöôùc thaûi, khoâng hình thaønh nhuõ töông beàn. • Coù troïng löôïng rieâng khaùc xa trong löôïng rieâng cuûa nöôùc ñeå taùch nhanh vaø hoaøn toaøn ra khoûi nöôùc. • Coù heä soá khueách taùn lôùn. • Phuïc hoài ñôn giaûn vaø ít toán keùm. 40
41. • Coù nhieät ñoä soâi khaùc xa nhieät ñoä soâi cuûa chaát caàn trích li, coù nhieät hoùa hôi vaø nhieät dung rieâng nhoû. • Khoâng töông taùc vôùi caùc chaát caàn trích. • Khoâng ñoäc, khoâng nguy hieåm chaùy noå, khoâng aên moøn thieát bò vaø giaù reû. Chaát trích li phaûi ñöôïc phaân boá ñeàu trong theå tích nöôùc thaûi. Vaän toác nhaäp chaát trích vaøo nöôùc phaûi toái thieåu, thöôøng noù ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm. Trong tröôøng hôïp nöôùc thaûi chöùa vaøi taïp chaát hoaëc ñoäc haïi nhaát, roài sau ñoù trích caùc caáu töû khaùc. Ñoái vôùi töøng caáu töû coù theå söû duïng chaát trích khaùc nhau. Cuõng coù theå tieán haønh trích nhieàu taïp chaát cuøng moät luùc, nhöng khi ñoù khoù choïn chaát trích vaø khoù taùi sinh noù. Trong quaù trình trích caàn phaûi thu hoài chaát trích vì muïc ñích kinh teá. Taùi sinh chaát trích coù theå ñöôïc thöïc hieän baèng caùc bieäc phaùp sau: aùp duïng quaù trình trích thöù caáp vôùi dung moâi khaùc, bay hôi, chöng, töông taùc hoùa hoaëc laéng. Bôûi vì khoâng coù chaát loûng naøo hoaøn toaøn khoâng tan trong nöôùc neân trong quaù trình moät phaàn dung moâi tan trong nöôùc thaûi vaø laøm oâ nhieãm nöôùc do ñoù caàn phaûi loaïi noù. Caùc phöông phaùp phoå bieán ñöôïc aùp duïng cho vieäc loaïi dung moâi laø haáp thuï vaø bay hôi baèng hôi nöôùc thaûi hoaëc khí. 1.5 XÖÛ LYÙ BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP HOAÙ HOÏC – CHEMICAL PROCESSES Phöông phaùp hoùa hoïc laøm saïch nöôùc thaûi bao goàm trung hoøa, oxi hoùa vaø khöû. Taát caû caùc phöông phaùp naøy ñeàu lieân quan ñeán vieäc tieâu hao taùc chaát, vì vaäy chi phí lôùn. Ngöôøi ta öùng duïng caùc phöông phaùp naøy ñeå loaïi caùc chaát hoøa tan vaø trong heä thoáng caáp nöôùc kheùp kín. 1.5.1 Trung hoaø – neutralization Nöôùc thaûi chöùa caùc axit hoaëc kieàm voâ cô tröôùc khi thaûi vaøo heä thoáng nöôùc hoaëc tröôùc khi söû duïng trong caùc quaù trình coâng ngheä caàn ñöôïc trung hoøa. Nöôùc ñöôïc cho laø trung tính khi noù coù ñoä pH = 6,5 - 8,5. Trung hoøa coù theå ñöôïc tieán haønh baèng nhieàu caùch khaùc nhau: troän nöôùc thaûi axit vaø kieàm vôùi nhau, cho theâm taùc chaát, loïc nöôùc axit qua vaät kieäu trung hoøa, haáp thuï caùc khí axit baèng nöôùc kieàm hoaëc haáp thuï amoniac baèng nöôùc axit. Choïn phöông phaùp trung hoøa phuï thuoäc vaøo theå tích vaø noàng ñoä nöôùc thaûi. 1.5.1.1 Trung hoøa baèng caùch troän Phöông phaùp naøy ñöôïc öùng duïng neáu trong moät nhaø maùy hoaëc caùc nhaø maùy laân caän coù nöôùc thaûi axit vaø kieàm khoâng bò oâ nhieãm bôûi caùc caáu töû khaùc. Ngöôøi ta troän nöôùc axit vaø kieàm vaøo bình coù caùnh khuaáy hoaëc khoâng coù caùnh khuaáy (khuaáy troän baèng khoâng khí). 1.5.1.2 Trung hoùa baèng caùch cho theâm taùc chaát Ñeå trung hoaø nöôùc axit coù theå duøng: NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, ñolomit (CaCO3, MgCO3), xi maêng. Tuy nhieân taùc chaát reû nhaát laø söõa voâi vôùi noàng ñoä Ca(OH)2 5 - 10%. Ñoâi khi ñeå trung hoøa ngöôøi ta söû duïng caùc chaát thaûi khaùc nhau. Ví duï, ngöôøi ta duøng xæ cuûa saûn xuaát hôïp kim saét - croâm, luyeän theùp vaø luyeän gang ñeå trung hoøa nöôùc chöùa axit sunfuric. 41
42. Taùc chaát ñöôïc choïn phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn vaø noàng ñoä nöôùc thaûi. Coù ba daïng nöôùc thaûi chöùa axit: • 1. Nöôùc chöùa caùc axit yeáu: axit cacbonic (H2CO3), axit axetic (CH3COOH); • 2. Nöôùc chöùa axit maïnh: axit clohydric (HCl), axit nitric (HNO3). Ñeå trung hoøa chuùng coù theå duøng baát kyø taùc chaát naøo neâu treân. Muoái cuûa caùc axit naøy deã tan trong nöôùc; • 3. Nöôùc chöùa axit sunfuric (H2SO4), axit sunfurô (H2SO3). Muoái canxi cuûa caùc axit naøy khoù tan trong nöôùc vaø taïo caën. Khi trung hoøa nöôùc thaûi chöùa axit sunfuric baèng söõa voâi seõ hình thaønh thaïch cao (CaSO4.2H2O) ôû daïng caën laéng. Caùc caën naøy seõ laéng treân thaønh oáng daãn vaø laøm taéc ngheõn chuùng. Do ñoù, caàn phaûi röûa chuùng baèng nöôùc saïch hoaëc cho theâm vaøo nöôùc thaûi caùc chaát laøm meàm nöôùc, ví duï hexan photphat. Taêng vaän toác chuyeån ñoäng cuûa nöôùc cuõng laøm giaûm söï traàm tích cuûa thaïch cao. Ñeå trung hoøa nöôùc thaûi coù tính kieàm ngöôøi ta söû duïng caùc axit hoaëc khí axit. 1.5.1.3 Trung hoøa baèng loïc nöôùc axit qua vaät lieäu trung hoøa Trong tröôøng hôïp naøy ñeå trung hoøa nöôùc axit ngöôøi ta cho loïc nöôùc qua lôùp magezit (MgCO3), ñolomit (CaCO3. MgCO3), CaCO3, chaát thaûi raén (xæ, tro). Ngöôøi ta söû duïng thieát bò loïc ñöùng coù lôùp haït CaCO3 hoaëc ñolomit kích thöôùc 30 - 80 mm, vôùi chieàu cao lôùp loïc 0,85 - 1,2 m vaän toác khoâng ñöôïc lôùn hôn 5 m/s vaø thôøi gian tieáp xuùc khoâng nhoû hôn 10 phuùt. Vaän toác trong thieát bò naèm ngang laø 1 - 3 m/s. 1.5.1.4 Trung hoøa baèng khí axit Ñeå trung hoøa nöôùc thaûi coù tính kieàm thôøi gian gaàn ñaây ngöôøi ta baét ñaàu söû duïng khí thaûi chöùa CO2, SO2, NO2, N2O3 Vieäc öùng duïng phöông phaùp naøy cho pheùp vöøa trung hoøa nöôùc thaûi vöøa laøm saïch khí khoûi caùc chaát ñoäc haïi. ÖÙng duïng khí CO2 coù nhieàu öu ñieåm so vôùi söû duïng SO2 hoaëc HCl nhö: • Cho pheùp giaûm giaù thaønh quaù trình trung hoøa. • Ñoä hoøa tan CO2 keùm neân giaûm ñöôïc nguy hieåm cuûa söï oxi hoùa quaù ñoä. • Hình thaønh cacbonat ñöôïc öùng duïng nhieàu hôn so vôùi caùc sunfat vaø clorua. 2- 2- - • Taùc duïng aên moøn vaø ñoäc haïi cuûa ion CO3 ít hôn caùc ion SO4 vaø Cl . 1.5.2 Taïo tuûa – chemical precipitation Phöông phaùp taïo tuûa öùng duïng phoå bieán ñeå xöû lyù ion kim loaïi naëng. Caùc ion kim loaïi naëng nhö thuyû ngaân, crom, cadmi, keõm, chì, ñoàng, niken, asen ñöôïc loaïi ra khoûi nöôùc thaûi baèng phöông phaùp hoùa hoïc. Baûn chaát cuûa phöông phaùp naøy laø chuyeån caùc chaát tan trong nöôùc thaønh khoâng tan, baèng caùch cho theâm chaát phaûn öùng, vaø taùch chuùng ra ôû daïng caën laéng. Chaát phaûn öùng ñöôïc duøng laø hydroxit canxi vaø natri, cacbonat natri, sunfit natri, caùc chaát thaûi khaùc nhau nhö xæ saét - crom, chöùa (%): CaO - 51,3; MgO - 9,2; SiO2 - 27,4; Cr2O3 - 4,13; Al2O3 - 7,2; FeO - 0,73. 42
43. Gía trò pH töông öùng cho söï baét ñaàu laéng vaø laéng hoaøn toaøn cuûa caùc hydroxit kim loaïi khaùc nhau ñöôïc cho trong baûng 10.1. Baûng 3. Giaù trò pH trong quaù trình laéng caùc hydroxit kim loaïi Giaù trò pH Daïng cation Baét ñaàu laéng Laéng hoaøn toaøn (noàng ñoä ion ban ñaàu 0,01mol/l) (noàng ñoä coøn laïi 10-3 mol/l) Saét (Fe2+) 7,5 9,7 Saét (Fe3+) 2,3 4,1 Keõm (Zn2+) 6,4 8,0 Croâm (Cr3+) 4,9 6,8 Niken (Ni2+) 7,7 9,5 Nhoâm (Al3+) 4,0 5,2 Cadmi (Cd2+) 8,2 9,7 • Xöû lí caùc hôïp chaát thuyû ngaân: Nöôùc thaûi bò oâ nhieãm thuyû ngaân (Hg) vaø caùc hôïp chaát cuûa noù, ñöôïc taïo thaønh do saûn xuaát Clo, NaOH, trong caùc quaù trình ñieän phaân duøng ñieän cöïc thuyû ngaân, do saûn xuaát thuyû ngaân, ñieàu cheá thuoác nhuoäm, caùc hydrocacbon, do söû duïng thuyû ngaân laøm chaát xuùc taùc, trong moät vaøi ngaønh maï ñieän. Thuyû ngaân trong nöôùc coù theå toàn taïi ôû daïng thuyû ngaân kim loaïi, caùc hôïp chaát voâ cô vaø höõu cô. Hôïp chaát voâ cô thuyû ngaân: Oxit - HgO, clorua - HgCl2, sunfat - HgSO4, sunfua - HgS, nitrat - Hg(NO3)2, xianua - Hg(CN)2, thioxianat - Hg(NCS)2, xianat - Hg(OCN)2. Trong caùc hôïp chaát voâ cô, chaát ñoäc chuû yeáu laø ion Hg2+. Do ñoù nguy hieåm nhaát laø caùc muoái deã tan vaø deã phaân li. Hôïp chaát höõu cô thuyû ngaân ñöôïc öùng duïng trong toång hôïp caùc chaát höõu cô kim loaïi, nhö chaát ñoäc hoùa hoïc, ñeå baûo veä vaät lieäu nhöïa, giaáy, haøng deät, ñeå baûo quaûn goã Hôïp chaát höõu cô thuyû ngaân raát ñoäc vaø khoâng cho phaûn öùng vôùi ion Hg. Trong nguoàn nöôùc, thuyû ngaân döôùi aûnh höôûng cuûa caùc hôïp chaát höõu cô trong nöôùc töï nhieân, chuyeån hoùa thaønh hôïp chaát coù ñoäc tính maïnh. Noàng ñoä giôùi haïn cho pheùp thuyû ngaân trong nguoàn nöôùc laø 0,005mg/l. Thuyû ngaân kim loaïi ñöôïc loïc vaø laéng. Caùc haït khoâng laéng ñöôïc oxi hoùa baèng clo hoaëc NaOCl ñeán HgCl2. Sau ñoù xöû lí nöôùc baèng chaát khöû (NaHSO4 hoaëc Na2SO3) ñeå loaïi chuùng vaø clo dö. Thuyû ngaân coù theå ñöôïc taùch ra khoûi nöôùc baèng phöông phaùp khöû vôùi chaát khöû laø: sunfua saét, bisunfit natri, boät saét, khí H2S, hydrazin. Beå laéng Hg, tröôùc tieân ngöôøi ta cho vaøo nöôùc thaûi sunfua natri, bisunfua natri hoaëc sunfua hydro. Sau ñoù xöû lí nöôùc baèng clorua natri, kali, magie, canxi hoaëc sunfit magieâ vôùi soá löôïng 0,1g/l. Khi ñoù sunfua thuyû ngaân ñöôïc laéng ôû daïng haït. Ñeå loaïi caùc haït keo phaân taùn cao ngöôøi ta duøng chaát keát tuï Al2(SO4)3.18H2O, FeSO4.7H2O Caùc hôïp chaát höõu cô thuyû ngaân ñaàu tieân ñöôïc phaân huyû baèng oxi hoùa (khí clo). Sau khi loaïi clo dö, cation Hg ñöôïc khöû ñeán Hg kim loaïi hoaëc chuyeån sang daïng sunfua khí, roài loaïi caën. 43
44. • Xöû liù caùc hôïp chaát keõm, ñoàng, niken, chì, cadmium, coban Muoái caùc kim loaïi naøy chöùa trong nöôùc thaûi cuûa nhaø maùy tuyeån quaëng, luyeän kim, cheá taïo maùy, cheá bieán kim loaïi, hoùa chaát, döôïc phaåm, cheá bieán sôn, deät Xöû lí nöôùc thaûi chöùa muoái keõm baèng hydroxit natri 2+ - Zn + 2OH → Zn(OH)2 ↓ Khi pH = 5,4 hydroxit keõm baét ñaàu laéng. Khi pH baèng 10,5 baét ñaàu tan caùc hydroxit keõm löôõng tính. Do ñoù, quaù trình xöû lí caàn tieán haønh khi pH = 8-9. Neáu söû duïng soda: 2ZnCl2 + 2Na2CO3 + H2O → 4NaCl + CO2 + (ZnOH)2CO3↓ Khi pH = 7-9,5 hình thaønh cacbonat coù thaønh phaàn 2ZnCO3, 3Zn(OH)2, khi pH ≥ 10 thaønh phaàn hydroxit taêng. Maëc daàu quaù trình laéng cacbonat baèt ñaàu khi pH thaáp hôn hydroxit, nhöng tieâu hao soda nhieàu hôn NaOH hoaëc Ca(OH)2. Ñieàu ñoù ñöôïc giaûi thích raèng khi laéng kim loaïi naëng baèng soda quaù trình dieãn ra qua giai ñoaïn taïo thaønh bicacbonat vaø ñeå keát thuùc phaûn öùng caàn löôïng dö taùc chaát. Xöû lí nöôùc thaûi chöùa ion ñoàng baèng hydroxit: 2+ - Cu + 2OH → Cu(OH)2 2+ - 2- 2Cu + 2OH + CO3 → (CuOH)2CO3↓ Quaù trình dieãn ra khi pH = 5,3. Coù theå duøng feroxianua kali ñeå taùch ñoàng vaø caùc ion kim loaïi naëng ra khoûi nöôùc thaûi. Ñeå loaïi ñoàng vaø cadmi ngöôøi ta cho nöôùc thaûi tieáp xuùc vôùi SO2 hoaëc caùc sunfic vaø boät kim loaïi nhö keõm, saét. Khi ñoù kim loaïi khöû sunfic thaønh sunfua, cuøng vôùi kim loaïi naëng hình thaønh sunfua khoù tan. Xöû lí nöôùc thaûi chöùa niken baèng hydroxit, cacbonat: 2+ - Ni + 2OH → Ni(OH)2↓ 2+ 2- - 2Ni + CO3 + 2OH → (NiOH)2CO3 ↓ 2+ 2- Ni + CO3 → NiCO3↓ Ni(OH)2 baét ñaàu laéng khi pH = 6,7 Cation chì trong dung dòch chuyeån thaønh caën laéng ôû moät trong ba daïng hôïp chaát khoù tan: 2+ Pb + 2OH → Pb(OH)2↓ 2+ - 2- 2Pb + 2OH + CO3 → (PbOH)2CO3↓ 2+ 2- Pb + CO3 → PbCO3↓ Hydroxit chì baét ñaàu laéng khi pH = 6,0 Xöû lí nöôùc thaûi chöùa coban vaø cadmi baèng söõa voâi coù theå ñaït hieäu quaû toái ña. 44
45. Nöôùc thaûi coù theå chöùa nhieàu kim loaïi khaùc nhau, chuùng thöôøng ñöôïc loaïi ñoàng thôøi baèng hydroxit canxi. Khi laéng ñoàng thôøi vaøi kim loaïi khaùc nhau hieäu quaû ñaït toát hôn khi laéng töøng kim loaïi. Ñieàu ñoù laø do hình thaønh caùc tinh theå hoãn hôïp vaø haáp phuï ion kim loaïi treân beà maët pha raén. Xöû lí nöôùc thaûi baèng taùc chaát kieàm cho pheùp giaûm noàng ñoä kim loaïi naëng ñeán ñaïi löôïng cho pheùp thaûi vaøo heä thoáng nöôùc thaûi sinh hoaït. Tuy nhieân, khi ñoä saïch yeâu caàu cao hôn thì phöông phaùp naøy khoâng ñaït yeâu caàu. Ñeå laøm saïch nöôùc hôn ngöôøi ta xöû lí noù baèng sunfua natri, vì ñoä hoøa tan cuûa caùc sunfua kim loaïi thaáp hôn cuûa hidroxit vaø cacbonat raát nhieàu. Quaù trình laéng caùc sunfua dieãn ra khi pH thaáp hôn so vôùi laéng hydroxit vaø cacbonat. Ví duï sunfua keõm laéng khi pH = 1,5, sunfua niken vaø coban laéng khi pH = 3,3. Ngoaøi ra, ñeå loaïi ion kim loaïi naëng coøn coù theå söû duïng pirit haït hoaëc boät, sunfua caùc kim loaïi khoâng ñoäc. Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp hoùa hoïc laø hình thaønh caën khoù taùch nöôùc. Ngoaøi ra, nöôùc sau khi xöû lí chöùa löôïng lôùn muoái canxi, khoù söû duïng trong heä thoáng nöôùc tuaàn hoaøn. • Xöû lí hôïp chaát asen Noàng ñoä giôùi haïn cho pheùp cuûa asen trong nguoàn nöôùc laø 0,05mg/l. Ñeå xöû lí asen ta öùng duïng phöông phaùp phaûn öùng, haáp phuï, ñieän hoùa, chieát vaø caùc phöông phaùp khaùc. Choïn phöông phaùp phuï thuoäc daïng asen hoøa tan, thaønh phaàn, ñoä axit vaø caùc chæ soá khaùc cuûa nguoàn nöôùc. Khi noàng ñoä asen cao coù theå duøng phöông phaùp laéng hoùa hoïc döôùi daïng caùc chaá t khoù tan (asenat, asenit caùc kim loaïi kieàn thoå vaø kim loaïi naëng, sunfua vaø hydroxit asen). Ñeå xöû lí hôïp chaát chöùa oxi cuûa asen, ngöôøi ta öùng duïng söõa voâi, khi ñoù seõ taïo caën laéng laø caùc asenat vaø asenit. Hôïp chaát asen (V) loaïi ra khoûi nöôùc deã hôn asen (III). Ngoaøi ra, vieäc baûo quaûn caën cuûa asen (V) reû hôn do ít ñoäc vaø ít hoøa tan hôn. Vì vaäy, hôïp chaát asen (III) tröôùc khi laéng ñöôïc oxit hoùa thaønh asen (V). Caùc chaát khöû laø CuCl2, clo, buøn hypoclorit, H2O2, axit nitric, ozoân, piroluzit Piroluzit ñöôïc duøng nhieàu nhaát trong moâi tröôøng axit, phaûn öùng xaûy ra nhö sau: H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 = H3AsO4 + MnSO4 + H2O Cheá ñoä toái öu: löôïng MnO2 - 4 laàn lôùn hôn phöông trình löôïng hoùa hoïc, ñoä axit cuûa 0 dung dòch 30-40g/l (H2SO4), nhieät ñoä 70-80 C, thôøi gian oxi hoùa 3 giôø. • Xöû lí muoái saét Trong nöôùc töï nhieân haøm löôïng saét dao ñoäng töø 0,01 ñeán 26mg/l. Ngoaøi ra, saét chöùa trong nöôùc thaûi cuûa nhaø maùy hoùa chaát, luyeän kim, cheá taïo maùy, cheá bieán kim loaïi, hoùa daàu, deät, nhuoäm, döôïc phaåm Khi noàng ñoä saét lôùn hôn 1mg/l nöôùc coù maøu naâu. Ñeå khöû saét, ngöôøi ta öùng duïng phöông phaùp suïc khí, hoùa hoïc, haáp thuï, loïc ngöôïc. Quaù trình loïc khí dieãn ra nhö sau: 45