Giáo trình Cơ sở công nghệ môi trường

64 trang phuongnguyen 2970

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Cơ sở công nghệ môi trường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_co_so_cong_nghe_moi_truong.pdf

Nội dung text: Giáo trình Cơ sở công nghệ môi trường

CƠNG TY MƠI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GIÁO TRÌNH CƠ SỞ CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như sau: - Các chỉ tiêu vật lý cơ bản như: độ đục, độ màu, độ pH, độ nhớt, tính phóng xạ, độ cứng, nhiệt độ - Các chỉ tiêu hóa học của nước như: chỉ tiêu về nhu cầu ôxy hóa học COD (Chemical - 2- 3- - - Oxygen Demand), lượng ôxy hòa tan DO, hàm lượng H2S, Cl , SO4 , PO4 , F , I , Fe2+, Mn2+, các hợp chất nitơ, các hợp chất của axít cacbonic - Các chỉ tiêu vi sinh: số vi trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo, virut 1.1.1 Các Chỉ Tiêu Vật Lý Độ Đục Nước nguyên chất là một môi trường trong suốt và có khả năng truyền ánh sáng tốt, nhưng khi trong nước có tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng, các vi sinh vật và cả các hóa chất hòa tan thì khả năng truyền ánh sáng của nước giảm đi. Dựa trên nguyên tắc đó mà người ta xác định độ đục của nước. Nước có độ đục cao tức là nước có nhiều tạp chất chứa trong nó và do vậy khả năng truyền ánh sáng qua nước giảm. Có nhiều phương pháp để xác định độ đục của nước và do vậy kết quả thường được biểu thị bằng các đơn vị khác nhau. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, độ đục được xác định bằng chiều sâu lớp nước thấy được, gọi là độ trong, ở độ sâu đó người ta có thể đọc được hàng chữ tiêu chuẩn. Đối với nước sinh hoạt, độ đục phải lớn hơn 30 cm. Độ Màu Nước nguyên chất không màu, nước có màu là do các chất bẩn hòa tan trong nước tạo nên. Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp thường tạo ra màu xám hoặc đen cho nguồn nước. Độ Cứng Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi, magiê có trong nước. Trong xử lý nước thường phân biệt ba loại độ cứng: độ cứng toàn phần, độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu. TS: Nguyễn Trung Việt 1-1 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Hàm Lượng Chất Rắn Trong Nước Hàm lượng chất rắn trong nước gồm có chất rắn vô cơ, chất rắn hữu cơ. Trong xử lý nước khi nói đến hàm lượng chất rắn, người ta đưa ra các khái niệm sau: - Tổng hàm lượng cặn lơ lửng TSS (Total Suspended Solid) là trọng lượng khô tính bằng miligam của phần còn lại sau khi bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi say khô ở 1030C tới khi trọng lượng không đổi, đơn vị mg/l. - Cặn lơ lửng SS (Supended Solid), phần trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu say khô ở 103oC – 1050C khi có trọng lượng không đổi, đơn vị là mg/l. - Chất rắn hòa tan DS (Dissolved Solid) bằng hiệu giữa tổng lượng cặn lơ lửng TSS và cặn lơ lửng SS: DS = TSS – SS - Chất rắn bay hơi VS (Volatile Solid) là phần mất đi khi nung ở 550oC trong một thời gian nhất định. Phần mất đi là chất rắn bay hơi, phần còn lại là chất rắn không bay hơi. Mùi, Vị Các chất khí và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vị. Các chất gây mùi trong nước có thể chia thành ba nhóm: • Các chất gây mùi vị có nguồn gốc vô vơ như NaCl, MgSO4, gây vị mặn, muối đồng gây mùi tanh, các chất gây tính kiềm, tính axít của nước, mùi clo do Cl2, ClO2 hoặc mùi trứng thối của H2S. • Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp, chất thải mạ, dầu mỡ, phenol • Các chất gây mùi từ các quá trình sinh hóa, các hoạt động của vi khuẩn, rong tảo. Độ Phóng Xạ Trong Nước Nước nhiễm phóng xạ do sự phân hủy phóng xạ trong nước thường có nguồn gốc từ các nguồn nước thải. Phóng xạ gây nguy hại cho sự sống nên độ phóng xạ trong nước thường được xem như là một trong những chỉ tiêu quan trọng về chất lượng nước. 1.1.2 Các Chỉ Tiêu Hoá Học Hàm Lượng Oxy Hoà Tan DO (Dissolved Oxygen) Oxy hoà tan trong nước phụ thuộc vào các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, đặc tính của nguồn nước bao gồm các thành phần hoá học, vi sinh, thuỷ sinh. Các nguồn nước mặt có bề mặt thoáng tiếp xúc trực tiếp với không khí nên thường có hàm lượng oxy hoà tan cao. Ngoài ra qúa trình quang hợp và hô hấp của sinh vật trong nước cũng làm thay đổi oxy hoà tan trong nước mặt. Nước ngầm thường có hàm lượng oxy hoà tan thấp do các phản ứng oxy hoá khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu thụ một phần oxy. TS: Nguyễn Trung Việt 1-2 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Oxy hoà tan trong nước không tác dụng với nước về mặt hoá học. Khi nhiệt độ tăng, khả năng hoà tan oxy trong nước giảm, khi áp suất tăng khả năng oxy hoà tan vào nước cũng tăng. Hàm lượng oxy hoà tan trong nước tuân theo định luật Henry, trong nước ngọt, ở điều kiện 1at và 0oC , lượng oxy hoà tan trong nước đạt tới 14,6 mg/l, ở 35oC và 1 at, giá trị oxy hoà tan trong nước chỉ còn 7mg/l. Thông thường nồng độ oxy bão hoà trong nước ở điều kiện tới hạn là 8mg/l. Khi nhiệt độ tăng lượng oxy hoà tan trong nước giảm đi, đồng thời lượng oxy tiêu tốn cho các quá trình oxy hoá sinh học lại tăng lên, do đó DO trong các nguồn nước thường giảm đi đáng kể vào mùa hè. Nhu Cầu Oxy Hoá Học COD (Chemical Oxygen Demand) COD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ trong nước, tạo thành CO2 và H2O. COD là một đại lượng dùng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. COD biểu thị cả lượng chất hữu cơ không thể bị oxy hoá bằng vi khuẩn. Chất oxy hoá thường dùng ở đây là kali permanganat hoặc kali bicromat. Nhu Cầu Oxy Sinh Học BOD (Biological Oxygen Demand) BOD là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân huỷ các chất hữu cơ ở điều kiện hiếm khí. Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxy hoà tan. Phản ứng xảy ra như sau: Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O Vận tốc của quá trình oxy hoá nói trên phụ thuộc vào số vi khuẩn có trong nước và nhiệt độ của nước. BOD cũng là chỉ tiêu để xác định mức độ nhiễm bẩn của nước. BOD có thể xác định bằng phương pháp hoá học khi sử dụng kali permanganat, xanh metylen, xác định từ COD. Hoặc có thể dùng phương pháp sinh học, dùng chai BOD hay phương pháp hô hấp. Nhược điểm của phương pháp xác định này là tốn nhiều thời gian. Sau 5 ngày khoảng 70 đến 80% các chất hữu cơ bị oxy hoá, do đó BOD5 biểu thị một phần tổng BOD. Theo lý thuyết để oxy hoá gần hết hoàn toàn các chất hữu cơ (98 đến 99%) đòi hỏi sau 20 ngày. Thông thường BOD5 / COD = 0,5 – 0,7. Khí Hydrosunfua H2S Khí hydrosunfua H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ, phân rác có trong nước thải. Khí hydrosunfua làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu. Với nồng độ cao, khí hydrodunfua mang tính ăn mòn vật liệu. TS: Nguyễn Trung Việt 1-3 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Các Hợp Chất Của Nitơ Các hợp chất của nitơ trong nước là kết quả của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, trong chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này thường tồn tại dưới dạng amo6nia8c, nitrit, nitrat và cả dạng nguyên tố nitơ (N2). Các Hợp Chất Của Axít Cacbonic Độ ổn định của nước phụ thuộc vào trạng thái cân bằng giữa các dạng hợp chất của axit cacbonic. Axit cacbonic là một axit yếu, trong nước hợp chất này phân ly như sau: + - H2CO3 → H + HCO3 - 2- 2HCO3 → CO3 + CO2 + H2O Các Hợp Chất Của Axít Silic Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất của axít silic, mức độ tồn tại của chúng phụ thuộc vào độ pH của nước. Các hợp chất này có thể tồn tại ở dạng keo hay ion hoà tan. Sự tồn tại của hợp chất này gây lắng đọng cặn silicat trên thành ống, nồi hơi, làm giảm khả năng vận chuyển và khả năng truyền nhiệt. Các Hợp Chất Clorua Clo tồn tại trong nước ở dạng ion Cl-. Ở nồng độ cho phép không gây độc hại, ở nồng độ cao (250mg/l) cho làm nước có vị mặn. Các nguồn nước ngầm có thể có hàm lượng clo lên tới 500÷1000 mg/l. Sử dụng nước có hàm lượng clo cao có thể gây bệnh thận. Nước chứa nhiều ion Cl- có tính xâm thực đối với bê tông. Ion Cl- có trong nước do sự hoà tan các muối khoáng hoặc do quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Các Hợp Chất Sunfua 2- Ion SO4 có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu cơ, với hàm lượng sunfat lớn 2- hơn 250 mg/l, nước gây tổn hại đến sức khoẻ con người. Hàm lượng SO4 lớn hơn 300 mg/l, nước gây tính xâm thực mạnh đối với bêtông. 2- Ở điều kiệm yếm khí, SO4 phản ứng với các chất hữu cơ tạo thành khí H2S là khí mang tính độc hại. Các Hợp Chất Photphat Khi nguồn nước bị nhiễm bẩn phân rác và các hợp chất hữu cơ, quá trình phân huỷ giải phóng 2- - 2- 3- ion PO4 . Sản phẩm của quá trình có thể tồn tại ở dạng H2PO4 , HPO4 , PO4 , Na3(PO3), các TS: Nguyễn Trung Việt 1-4 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT hợp chất hữu cơ photpho Khi trong nước có hàm lượng photphat cao sẽ thúc đẩy quá trình phì dưỡng. Các Hợp Chất Florua Nước ngầm ở giếng sâu hoặc ở các vùng đất có chứa quặng apatit thường có hàm lượng các hợp chất florua cao (2,0 đến 2,5 mg/l), tồn tại ở dạng cơ bản là canxi forua và magiê florua. Các hợp chất florua khá bền vững, khó bị phân huỷ ở quá trình tự làm sạch. Hàm lượng florua trong nước cấp ảnh hưởng đến việc bảo vệ răng. Nếu thường xuyên dùng nước có hàm lượng florua lớn hơn 1,3 mg/l hoặc nhỏ hơn 0,7 mg/l đều dễ mắc bệnh loại men răng. Các Hợp Chất Iođua Các hợp iođua có trong nguồn nước thiên nhiên với hàm lượng nhỏ, iođua cần thiết cho sự phát triển bình thường của con người. Ở những vùng nước thiếu iot thường xuất hiện bệnh bướu cổ. Mặc dù vậy, khi sử dụng thường xuyên nước có hàm lượng iođua cao cũng có hại cho sức khoẻ. 1.1.3 Các Chỉ Tiêu Vi Sinh Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các loại thuỷ sinh khác. Tuỳ theo tính chất, các loại vi sinh trong nước được chia thành hai nhóm: nhóm vi sinh có hại và nhóm vi sinh vô hại. Nhóm vi sinh có hại bao gồm các vi trùng gây bệnh, các loại rong rêu, tảo, nhóm này cần loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng. Vi Trùng Gây Bệnh Đó là các vi trùng trong nước gây bệnh lỵ. thương hàn, dịch tả, bại liệt Việc xác định sự có mặt của của các loại vi trùng gây bệnh thường rất khó và mất nhiều thời gian do sự đa dạng về chủng loại. Vì vậy, trong thực tế thường áp dụng phương pháp xác định chỉ số vi trùng đặc trưng. Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là các nguồn nhiễm bẩn phân rác, chất thải của người và động vật. Trong chất thải của người và động vật luôn có loại vi khuẩn Ecoli sinh sống và phát triển. Sự có mặt của E.coli trong nước chứng tỏ nguồn nước đã bị ô nhiễm bởi phân rác, chất thải của nhười và động vật và ó khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh. Số lượng E.coli nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức nhiễm bẩn của nguồn nước. Đặc tính của E.coli nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức nhiễm bẩn của nguồn nước. Đặc tính của vi khuẩn E.coli là khả năng tồn tại cao hơn các loài vi trùng gây bệnh khác, do đó sau khi xử lý nếu trong nước không vòn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loài vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặc khác, việc xác định số lượng vi khuẩn E.coli thường đơn giản và nhanh chóng cho nên loại vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước. TS: Nguyễn Trung Việt 1-5 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Người ta phân biệt trị số E.coli và chỉ số E.coli. Trị số E.coli là đơn vị thể tích nước có chứa 1 vi khuẩn E.coli, còn chỉ số E.coli là số lượng vi khuẩn E.coli có trong một lít nước. Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.coli không nhỏ hơn 100 ml nước, nghĩa là cho phép có 1 vi khuẩn E.coli trong 100 ml nước, chỉ số E.coli tương ứng sẽ là 10. Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam qui định chỉ số E.coli của nước sinh hoạt phải nhỏ hơn 20. Ngoài ra, trong một số trường hợp, số lượng vi khuẩn hiếm khí và kỵ khí cũng được xác định. Các Loại Rong Tảo Các loại rong tảo trong nước làm cho nước nhiễm bẩn chất hữu cơ và làm cho nước có màu xanh. Trong nước có rất nhiều loại rong tảo sinh sống. Các loại gây hại chủ yếu và khó laoi5 trừ là nhóm taỏ diệp lục và tảo đơn bào. Trong kỹ thuật xử lý nước cấp, hai loại tảo đó thường đi qua bể lắng và đọng lại trên bề mặt lọc làm cho tổn thất áp lực trong bể tăng nhanh và thời gian giữa hai lần rửa lọc ngắn đi. Khi phát triển trong đường ống dẫn nước, rong tảo có thể làm tắc ống, đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình quang hợp hô hấp thải ra khí cacbonic. Vì vậy để tránh tác hại của rong tải cần có các biện pháp phòng ngừa sự phát triển của chúng ngay tại nguồn nước. Tảo rong chỉ tồn tại trong nước mặt và có bốn nhóm chính có thể phát triển trong nước sông, hồ, hồ chứa: tảo lục giống vi khuẩn hơn là giống các loại tảo khác; tảo lam, tảo hai nhân và tảo có đuôi. Nguyên nhân của sự phát triển tảo trong các nguồn nước mặt là do có sự tồn tại của các chất + 3- dinh dưỡng như NH4 , NH3, N2, PO4 trong nước và nhờ ánh sáng mặt trời chiếu vào nguồn nước. Các tác hại của tảo có trong nước ngoài việc làm tắt bể lọc ống dẫn, hệ thống, còn gây tình trạng thừa, thiếu oxy trong nước, tạo ra các chất gây mùi trong nước, tăng nồng độ các chất hữu cơ trong nước, tạo ra các chất độc hại trong nước TS: Nguyễn Trung Việt 1-6 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ LÝ HỌC 2.1 QUÁ TRÌNH LẮNG 2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Quá trình lắng và tuyển nổi là các quá trình tách các hạt cặn lơ lửng (phân tích bằng chỉ tiêu SS (mg/L) hoặc độ đục (FTU)) khỏi nước. Quá trình tách loại này thường xảy ra sau một khoảng thời gian lưu nước nhất định trong bể có điều kiện thích hợp cho quá trình lắng đối với hạt nặng hơn nước, hoặc quá trình tuyển nổi đối với hạt nhẹ hơn nước. Lớp ván Nước đã tách cặn Lớp bùn Hình 2.1 Quá trình lắng và tuyển nổi. Theo nồng độ và khuynh hướng tương tác giữa các hạt, có 4 dạng lắng được phân biệt như sau: lắng độc lập, lắng tạo bông, lắng cản trở và lắng trong vùng nén. Lắng độc lập và lắng tạo bông thường xảy ra khi hàm lượng cặn lơ lửng tương đối thấp. Lắng cản trở và nén xảy ra khi nồng độ cặn lơ lửng cao. Trong thực tế xử lý nước cấp và nước thải, 4 dạng lắng này thường xảy ra ở dạng phối hợp, nhưng khi thiết kế bể lắng, hai dạng lắng độc lập và lắng tạo bông đóng vai trò quyết định. TS: Nguyễn Trung Việt 2-1 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT T = 0 T = 0 T = Δt T = 2Δt T = Δt T = 2Δt Hình 2.2 Lắng độc lập và lắng tạo bông. 2.1.2 ỨNG DỤNG THỰC TẾ Quá trình lắng được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Trong lĩnh vực cấp nước, quá trình này được ứng dụng để xử lý nước ngầm và nước mặt. - Xử lý nước ngầm * Tách loại bông cặn (Fe(OH)3) sau khi oxi hóa Fe (II) thành Fe (III); * Xử lý nước đã dùng trong quá trình rửa lọc. - Xử lý nước mặt * Lắng là quá trình xử lý sơ bộ trước khi lọc nhanh và lọc chậm; * Keo tụ/ tạo bông/ lắng là quá trình xử lý sơ bộ trước khi lọc nhanh; * Xử lý nước rửa lọc nhằm cô đặc cặn bùn từ thiết bị lọc. - Trong xử lý nước thải, quá trình lắng thường dùng để: * Lắng cát (tách cát từ nước cống); * Lắng cặn lơ lửng trong bể lắng đợt 1; * Lắng bông cặn sinh học trong bể lắng đợt 2, ví dụ sau bể bùn hoạt tính hoặc bể lọc nhỏ giọt; * Lắng bông cặn hóa học từ quá trình keo tụ. Bể tự hoại về cơ bản là một bể lắng trong đó quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra sau khi lắng bùn. 2.1.3 CÁC LOẠI BỂ LẮNG Các dạng bể lắng thông dụng nhất gồm có: - Bể lắng ngang; TS: Nguyễn Trung Việt 2-2 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT - Bể lắng đứng; - Bể lắng có vách ngăn; - Bể lắng khay; - Bể lắng ống. Hình 2.3 Bể lắng khay. Vùng tách váng Vùng lắng Hình 2.4 Bể lắng có vách ngăn. Nước sạch Nước thô Dòng chảy đồng thời giữa nước và bùn lắng Nước sau lắng chảy trở lại máng thu Bùn TS: Nguyễn Trung Việt 2-3 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Hình 2.5 Bể lắng có vách ngăn Inka. Hình 2.6 Bể lắng ngang có băng cào bùn và gạt váng. Hình 2.7 Bể lắng đứng. 2.2 QUÁ TRÌNH LỌC (FILTRATION) 2.2.1 MỤC ĐÍCH Quá trình lọc được sử dụng để tách các hạt hữu cơ và vô cơ kích thước nhỏ có trong nước và nước thải. Quá trình lọc thường sử dụng trong xử lý nước khi không thể loại các hạt nhỏ trong nước bằng phương pháp lắng và chỉ dùng trong xử lý nước thải khi nước sau xử lý đòi hỏi có chất lượng cao. 2.2.2 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH LỌC TS: Nguyễn Trung Việt 2-4 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Quá trình lọc hoàn chỉnh gồm có hai pha: lọc và làm sạch (rửa lọc). Các hiện tượng xảy ra trong pha lọc hầu như giống nhau cho tất cả các loại thiết bị lọc, pha rửa lọc xảy ra rất khác nhau tùy thuộc vào hoạt động của thiết bị lọc là dạng lọc bán liên tục hoặc lọc liên tục. Đối với lọc bán liên tục, pha lọc và pha rửa lọc xảy ra nối tiếp nhau. Trái lại, đối với lọc liên tục, hai pha này xảy ra thời. Lọc bán liên tục (Semicontinuous Filtration Operations). Trong pha lọc, quá trình tách các hạt được tách khỏi nước/nước thải được thực hiện bằng cách cho nước/nước thải đi qua lớp vật liệu lọc trong điều kiện có hoặc không có bổ sung hóa chất. Trong lớp vật liệu lọc, quá trình khử các hạt lơ lửng xảy ra bằng một quá trình phức tạp bao gồm một hoặc nhiều cơ chế như lọc qua khe, va chạm, lắng, tạo bông và hấp thu. Pha lọc kết thúc khi nồng độ chất lơ lửng trong nước sau lọc bắt đầu tăng vượt quá giới hạn cho phép hoặc vượt quá giới hạn cho phép của tổn thất áp suất qua lớp vật liệu lọc. Một cách lý tưởng, hai hiện tượng này phải xảy ra đồng thời. Khi một trong hai hiện tượng này xảy ra, pha lọc kết thúc và phải tiến hành rửa lọc để tách các cặn lơ lửng tích lũy trong lớp vật liệu lọc. Thông thường, quá trình rửa lọc được thực hiện bằng cách đổi chiều dòng chảy qua thiết bị lọc. Với lưu lượng nước rửa lọc đủ lớn, lớp vật liệu lọc sẽ bị giãn nở và đẩy các cặn tích lũy ra ngoài. Không khí thường được sử dụng kết hợp với nước để tăng hiệu quả rửa lọc. Trong hầu hết các hệ thống xử lý nước thải, nước sau khi rửa lọc có chứa các cặn lơ lửng được đưa về bể lắng đợt 1 hoặc qua quá trình xử lý sinh học. Quá trình lọc liên tục. Trong các thiết bị lọc vận hành liên tục, pha lọc và pha rửa lọc xảy ra đồng thời và không có hiện tượng đạt điểm tới hạn của độ đục hoặc tổn thất áp suất. Một dạng thiết bị lọc liên tục là thiết bị dòng chảy ngược, nước cần lọc chuyển động ngược từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc. Cùng thời gian đó, lớp cát di chuyển đồng thời theo cùng hướng và được làm sạch liên tục. Cát (vật liệu lọc) được bơm từ đáy thiết bị lọc qua ống trung tâm đến bộ phận rửa lắp ở phần trên của thiết bị lọc, từng hạt cát sẽ được làm sạch các vật liệu bám trên nó bằng quá trình cọ xát và lực cắt. Quá trình rửa sạch cát xảyra khi chúng chuyển động zig-zag trong kênh ở phần dưới của bộ phận rửa và trước khi rơi trở lại bề mặt của lớp cát. 2.2.3 CƠ CHẾ LỌC Cơ chế tách cặn trong quá trình lọc được mô tả như sau: 1. Cơ chế lọc qua khe (Straining) - Cơ chế lọc cơ học: những hạt có kích thước lớn hơn khe rỗng giữa các hạt vật liệu lọc sẽ bị giữ lại theo nguyên tắc cơ học; TS: Nguyễn Trung Việt 2-5 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT - Cơ chế tiếp xúc ngẫu nhiên: các hạt có kích thước nhỏ hơn khe rỗng trong quá trình chuyển động qua lớp vật liệu lọc sẽ bị giữ lại do sự tiếp xúc với các khe có kích thước nhỏ hơn kích thước các hạt cặn một cách ngẫu nhiên. 2. Cơ chế lắng (sedimentation) - Các hạt lắng trên lớp vật liệu lọc. 3. Cơ chế nén cặn (impaction) - Các hạt nặng sẽ không chuyển động theo dòng chảy. 4. Cơ chế bị chặn (interception) - Nhiều hạt khi chuyển động cùng với dòng nước sẽ bị giữ lại khi tiếp xúc với bề mặt của hạt vật liệu lọc. 5. Cơ chế dính bám (adhesion) - Các bông cặn sẽ bị dính bám vào bề mặt của lớp vật liệu lọc khi chuyển động qua lớp này. Do lực của dòng chảy, một số bông cặn bị cắt nhỏ trước khi trở nên bị dính chặt và đẩy sâu vào lớp vật liệu lọc. Khi lớp vật liệu lọc bị tắc, lực cắt bề mặt gia tăng đến một giới hạn mà tại đó không có một hạt cặn nào có thể đi qua. Một số hạt cặn có thể đi xuyên qua lớp vật liệu lọc làm tăng đột ngột độ đục của nước sau lọc. 6. Cơ chế hấp phụ (chemical adsorption) - Liên kết hóa học; - Tương tác hóa học. 7. Cơ chế hấp phụ vật lý (Physical adsorption) - Lực tĩnh điện; - Lực điện động; - Lực Van der Waals. Khi các hạt tiếp xúc với bề mặt của vật liệu lọc hoặc với các hạt khác, thì một trong những cơ chế này hoặc cả hai sẽ tham vào quá trình giữ hạt cặn ở đó. 8. Cơ chế tạo bông (flocculation) Các hạt lớn có tốc độ lắng nhanh hơn, khi va chạm với các hạt nhỏ sẽ dính kết với chúng và tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn. Các bông cặn này sẽ bị tách riêng theo một hoặc nhiều cơ chế đã trình bày từ mục 1 đến 5. TS: Nguyễn Trung Việt 2-6 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 9. Sự tăng trưởng sinh học Quá trình tăng trưởng màng vi sinh vật trên bề mặt các hạt vật liệu lọc sẽ làm giảm thể tích của các lỗ rỗng và có thể làm tăng khả năng tách loại các hạt cặn theo các cơ chế như trên. Cặn thô Cơ chế lọc cơ học Bông cặn Cơ chế lọc tiếp xúc ngẫu nhiên Cơ chế lọc qua khe lọc (straining) Cơ chế lắng hoặc nén cặn (sedimentation or inertial impaction) TS: Nguyễn Trung Việt 2-7 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Cơ chế bị chặn (interception) Cơ chế dính bám (adhesion) Cơ chế tạo bông (flocculation). Cơ chế lọc qua khe là cơ chế chủ yếu trong quá trình khử các hạt cặn lơ lửng có trong nước thải sau khi qua bể lắng đợt 2. Các cơ chế khác có tác dụng ít hơn. Trong thực tế, việc khử các hạt cặn nhỏ hơn có thể xảy ra theo hai bước: (1) vận chuyển các hạt đến bề mặt vật liệu lọc và (2) tách hạt cặn theo một hoặc nhiều cơ chế như trình bày trên. TS: Nguyễn Trung Việt 2-8 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 2.2.4 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LỌC Các hệ thống lọc có thể được phân loại theo: - Phương thức vận hành: lọc liên tục và lọc bán liên tục; - Hướng dòng chảy trong quá trình lọc: từ trên xuống và từ dưới lên; - Loại vật liệu lọc: một lớp, hai lớp, ba lớp; - Động lực của quá trình lọc: lọc trọng lực và lọc áp lực; - Phương pháp rửa lọc; - Phương pháp kiểm soát lưu lượng: lưu lượng không đổi và lưu lượng giảm dần. 2.2.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG VẬN HÀNH THIẾT BỊ LỌC • Đặc tính của nước cần lọc: nồng độ cặn lơ lửng, kích thước hạt cặn và sự phân bố kích thước hạt, nồng độ bông cặn và độ nhớt của nước. - SSe-activated sludge, trickling filter = 6 – 30 mg/L - SS mg/L = (2,3 – 2,4) x Turbidity (NTU) - Hại nhỏ = 1 –15 μm; hạt lớn = 50 –150 μm; một số hạt 500 μm. - Kết quả phân tích mức độ phân bố các hạt cho thấy kích thước của các hạt nhỏ trung bình từ 3 – 5 μm, và hạt lớn 80-90 μm; - Độ nhớt dung dịch cần lọc giảm thì hiệu suất lọc tăng. • Đặc tính của vật liệu lọc: kích thước hạt vật liệu lọc ảnh hưởng đến cả tổn thất áp lực khi thiết bị chỉ chứa nước sạch và trong quá trình lọc. - Nếu hạt quá nhỏ, trở lực quá lớp vật liệu lọc gia tăng; - Nếu hạt quá lớn, nhiều hạt nhỏ bị trôi theo nước ra ngoài. • Vận tốc lọc. Đây là thông số quan trọng vì nó ảnh hưởng đến kích thước của thiết bị lọc. Vận tốc lọc phụ thuộc vào nồng độ bông cặn và kích thước vật liệu lọc. • Các thông số hóa học: pH và ion hóa trị cao. - Điện thế bề mặt của hạt vật liệu lọc phụ thuộ vào pH. Vật liệu lọc thường dùng là cát, than, thường có điện thế bề mặt âm với gia trị pH từ 7 đến 9; - Khi thế điện động tăng thì hiệu suất lọc giảm. 2.2.6 ÁP LỰC ÂM VÀ SỰ TẠO THÀNH BỌT KHÍ TS: Nguyễn Trung Việt 2-9 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Sự phân bố áp lực trên toàn bộ chiều cao của bể lọc phụ thuộc vào chiều cao lớp nước bảo vệ phía trên bề mặt lớp vật liệu lọc: - Chiều cao lớp nước bảo vệ lớn (đến 1,4 m), bể lọc vận hành với áp lực dư; - Chiều cao lớp nước bảo vệ nhỏ ( < 0,4 m), bể lọc vận hành với áp lực âm. Nước trên bề mặt vật liệu lọc bão hòa với không khí: P (khí + hơi nước) = P (khí quyển). Theo chiều cao cột nước bảo vệ từ trên xuống, áp lực cột nước tăng dần, còn tổng áp lự khí vẫn giữ nguyên. Áp lực nước bắt đầu giảm khi qua lớp vật liệu lọc, còn áp lực khí vẫn giữ nguyên nếu không có quá trình sinh hóa nào xảy ra trong lớp vật liêu lọc. Như vậy, áp lực của khí sẽ lớn hơn áp lực của nước và hình thành áp lực âm, nghĩa là tại đó mao quản chứa khí và không có nước qua nên tổn thất áp suất tăng đột ngột, là kết thúc sớm quá trình lọc. - Nếu các bọt khí chỉ tạo thành một vùng của bể lọc thì vùng còn lại sẽ kéo cặn ra khỏi bể cùng với nước lọc. - Nếu bọt khí tích tụ trong toàn bộ chiều cao lớp vật liệu lọc thì sẽ hình thành các dòng dẫn nước qua lớp vật liệu lọc mà không có hiệu quả của quá trình lọc nước; - Nếu các bọt khí dính kết với các hạt vật liệu lọc sẽ làm giảm bớt tỷ trọng của chúng, kéo chúng nổi lên và trôi ra khỏi bể lọc cùng với nước rửa lọc. Khắc phục bằng cách giảm chiều cao lớp vật liệu lọc và tăng chiều cao lớp nước 22.5 PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH LỌC liệu lọc lớp vật Độ dày Tỷ số nồng độ C/C0 TS: Nguyễn Trung Việt 2-10 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 2.3 QUÁ TRÌNH TUYỂN NỔI (FLOTATION) 2.3.1 GIỚI THIỆU CHUNG Quá trình tuyển nổi là quá trình phân tách các hạt rắn hoặc lỏng khỏi pha lỏng được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng. Các bọt khí dính kết với các hạt khiến cho lực đẩy của bọt khí kết hợp với hạt rắn đủ lớn để kéo các hạt này nổi lên bề mặt. Nhờ đó mà các hạt có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của chất lỏng cũng nổi được. Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi được áp dụng để xử lý các chất lơ lửng trong nước và cô đặc bùn. Ưu điểm chính quá trình tuyển nổi so với quá trình lắng là khả năng tách loại khá triệt để các hạt rất nhỏ và nhẹ, có khả năng lắng chậm trong một khoảng thời gian ngắn. Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được sử dụng kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông. 2.3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation). Phương pháp này được thực hiện bằng cách thổi trực tiếp khí nén vào dung dịch cần tuyển nổi, gây xáo trộn dung dịch, cặn tiếp xúc với bọ t khí và tiếp xúc với nhau, dính kết và nổi lên trên bề mặt. Bọt khí tạo thành trong trường hợp này có kích thước tương đối lớn (0,1 – 1 mm). Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation – DAF). Trong các hệ thống DAF, không khí được hòa tan vào nước ở áp suất từ 2 - 4 atm cho đến khi đạt trạng thái bão hòa, sau đó nhờ sự giãn áp đột ngột đến áp suất khí quyển, tạo thành các bọt khí có đường kính từ 20- 100 μm. Quá trình tuyển nổi dạng này còn được gọi là quá trình tuyển nổi bằng phương pháp giãn áp và được chia làm ba loại: - Phương pháp toàn dòng. Trong phương pháp này toàn bộ nước bão hòa không khí được giãn áp. Nhược điểm của phương pháp này là làm phá vỡ bông keo tụ. - Phương pháp một phần của dòng. Trong phương pháp này, một phần nước thô được tăng áp bằng cách thổi khí vào và sau đó được giãn áp bằng cách trộn đều với một phần nước thô chưa bão hòa khí. Phương pháp này hạn chế sự phá vỡ bông cặn của quá trình keo tụ so với phương pháp toàn dòng. - Phương pháp hồi lưu. Trong phương pháp này, một phần nước tạo ra sau quá trình tuyển nổi sẽ được tăng áp bằng cách thổi khí vào và trộn với dòng nước thô. Phương pháp này rất thông dụng do đơn giản và đạt kết quả tốt. TS: Nguyễn Trung Việt 2-11 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation). Dưới áp suất thường, dung dịch cần tuyển nổi được bão hòa không khí. Khi tạo chân không trong thiết bị kín, khí thoát ra dưới dạng bọt khí nhỏ, kết dính với cặn và nổi lên bề mặt. Hệ thống này ít được sử dụng vì khó vận hành trong thực tế. Trong các quá trình trên, không khí được sử dụng làm tác nhân tuyển nổi. Trong một số trường hợp, các hóa chất phụ gia được thêm vào để tăng hiệu quả tuyển nổi. Các hóa chất này có tác dụng tạo ra bề mặt hoặc cấu trúc có thể dễ dàng kết dính hoặc hấp thụ các bọt khí. Các hợp chất vô cơ thường dùng như muối nhôm và muối sắt, silit hoạt tính có thể sử dụng để kết hợp các hạt với nhau và do đó tạo ra một cấu trúc dễ dàng kết dính với các bọt khí. Nhiều hợp chất hữu cơ cao phân tử cũng được sử dụng để thay đổi bản chất của mặt phân cách lỏng - khí hoặc lỏng – rắn. 2.3.3 CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH Lượng không khí nén vào dung dịch cần tuyển nổi tuân theo định luật Henry-Dalton: Ci = K. Pi Trong đó: - Ci là nồng độ của khí i trong nước; - K là hằng số Henry; - Pi là áp suất riêng phần của khí i. Ở nhiệt độ không đổi, lượng khí hòa tan vào nước tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí. Khi áp suất càng tăng kích thước bọt khí càng nhỏ. Khi áp suất khoảng 5 bar, kích thước bọt khí < 10 μm. Khi thiết kế hệ thống DAF, cần bảo đảm tỷ lệ giữa lượng khí cung cấp và lượng chất rắn có trong dung dịch cần xử lý: A Kg/ngày, không khí cần cung cấp = S Kg/ngày lượng chất rắn trong nước thải Tỷ lệ này thay đổi theo loại chất lơ lửng có trong dung dịch cần phân tách và thường được xác định bằng thực nghiệm: A 1,3 s (fP – 1) = a S S a Trong đó, TS: Nguyễn Trung Việt 2-12 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT - sa : độ hòa tan của không khí (mL/L); - f : phần khí hòa tan ở áp suất P, thường f = 0,5; - P : áp suất (atm); - Sa : nồng độ chất rắn (mg/L); - 1,3 : Khối lượng riêng của không khí (1,3 mg/mL) Trong trường hợp có tuần hoàn dòng tạo áp: A 1,3 s (fP – 1)R = a S SaQ Trong đó: - R : Dòng tuần hoàn (m3/ngày); - Q : Lưu lượng nước thải (m3/ngày). TS: Nguyễn Trung Việt 2-13 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT CHƯƠNG 3 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH HÓA HỌC 3.1 QUÁ TRÌNH TRUNG HÒA Cơ sở: Phản ứng trung hòa: Acid + Bazờ → Muối + Nước Ứng dụng - Nước thải acid + nước thải kiềm → được trung hòa đến trung tính - Nước thải acid + hóa chất kiềm → được trung hòa đến trung tính - Nước thải kiềm + hóa chất acid → được trung hòa đến trung tính 3.1.1 Trung Hòa Nước Thải Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5-8,5 trước khi thải vào nguồn nhận. Quá trình trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: - Trộn lẫn nước thải axít với nước thải kiềm; - Bổ sung tác nhân hóa học; - Lọc nước thải có tính axít qua vật liệu có tác dụng trung hòa; - Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axít. Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các tác nhân hóa học. Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hòa phụ thuộc vào nồng độ và thành phần nước thải cũng như liều lượng và loại tác nhân sử dụng. Trung hòa bằng cách bổ sung tác nhân hóa học Để trung hòa nước thải axít có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3, NaHCO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômít (CaCO3.MgCO3). Song tác nhân rẻ tiền nhất là sữa vối 5%-10% Ca(OH)2, tiếp đến là sôđa và NaOH công nghiệp. TS: Nguyễn Trung Việt 3-1 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Trong nước thải axít và kiềm thường chứa các ion kim loại, vì vậy liều lượng tác nhân tham gia phản ứng trung hòa cần tính đến cả yếu tố tạo thành cặn muối các kim loại nặng. Trung hòa nước thải axít bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa Trong trường hợp này người ta thường dùng các vật liệu như manhêtít (MgCO3), đôlômít, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro làm lớp vật liệu lọc. Các vật liệu trên được sử dụng ở dạng cục với kích thước 30 đến 80 mm. Quá trình có thể được tiến hành trong thiết bị lọc đặt nằm ngang hay thẳng đứng. Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO3 qua lớp đá vôi, thường chọn vận tốc lọc từ 0,5-1 m/h. Trong trường hợp lọc nước thải chứa 0,5% H2SO4 qua lớp đôlômít, tốc độ lọc lấy từ 0,6-0,9 m/h, nếu nồng độ 2% H2SO4 thì tốc độ lọc lấy bằng 0,35 m/h. Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axít Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gần đây người ta đã sử dụng các khí thải chứa CO2, SO2, NO2, N2O, Việc sử dụng khí axít không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại. 3.1.2 Ổn Định Hóa Nước Xử lý ổn định nước bằng axít Xử lý ổn định nước bằng axít được áp dụng để ngăn ngừa quá trình lắng đọng canxi cacbonat. Hợp chất Ca(HCO3)2 là hợp chất không bền vũng và do vậy thường tồn tại dưới dạng phân ly: 2+ - Ca(HCO3)2 ⇔ Ca + 2HCO3 2+ - Ca + 2HCO3 ⇔ CaCO3 + H2O + CO2 Nếu chỉ số bão hòa I có giá trị dương, chứng tỏ lượng CO2 tự do trong nước nhỏ hơn hàm lượng cân bằng. Để bù lại sự thiếu hụt CO2 phản ứng sẽ chuyển dịch sang phía phải, khi đó - hàm lượng HCO3 trong nước giảm đi, hàm lượng CaCO3 và CO2 tăng lên. Muốn tăng hàm lượng CO2 mà không tạo ra CaCO3, người ta phải thêm axít vào nước để có phản ứng sau: - + HCO3 + H → CO2 + H2O Lượng axít cần thiết cho quá trình ổn định nước nói trên được xác định theo độ pH0 ban đầu của nước và giá trị pHs cân bằng sau khí bão hòa nước bằng CaCO3. TS: Nguyễn Trung Việt 3-2 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Xử lý ổn định nước bằng kiềm Xử lý ổn định nước bằng kiềm được áp dụng để ngăn ngừa quá trình xâm thực. Khi nước có dư lượng CO2 xâm thực, cần sử dụng kiềm để khử CO2 tự do theo phản ứng sau: - - CO2 + OH → HCO3 Lượng kiềm cần thiết được xác định theo giá trị pH0 và pHs của nước. 3.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI Cơ sở: Phản ứng trao đổi: AB + CD → AD + CB Ứng dụng: Quá trình làm mềm nước bằng phương pháp hóa học Cơ sở của phương pháp hóa học là mềm nước là đưa các hóa chất có khả năng kết hợp với các 2+ 2+ ion Ca , Mg có trong nước tạo thành các kết tủa CaCO3, MgCO3, Mg(OH)2, và loại trừ chúng bằng biện pháp lắng lọc. Các hóa chất sử dụng có thể là Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH, Làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sô đa: MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCl2 CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl Làm mềm nước bằng trinatriphophat (Na3PO4) 3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaCl 3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4 3Ca(HPO4)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3 3Mg(HCO)2 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 6NaHCO3 3.3 QUÁ TRÌNH OXY HÓA KHỬ Cở sở: Phản ứng oxy hóa khử Ứng dụng - Khử sắt trong nước ngầm; - Xử lý nước thải chứa các hợp chất hóa học khó phân hủy; - Khử trùng. TS: Nguyễn Trung Việt 3-3 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 3.3.1 Quá Trình Khử Trùng (Disinfection) Quá trình khử trùng là quá trình tiêu hủy các vi sinh vật gây bệnh. Khác với quá trình tiệt trùng (sterilization) là quá trình tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật có trong nước hoặc nước thải, quá trình khử trùng chỉ tiêu diệt một cách có chọn lọc những vi sinh vật gây bệnh. Trong lĩnh vực xử lý nước thải, ba nhóm vi sinh vật gây bệnh quan trọng nhất là vi khuẩn (bacteria), vi trùng (virus) và amoebic cyst (nang bào). Những loại bệnh do vi khuẩn lan truyền qua môi trường nước bao gồm bệnh thương hàn (typhoid), bệnh dịch tả (cholera), bệnh phó thương hàn (paratyphoid), bệnh kiết lỵ (bacillary dysentery). Những bệnh do vi trùng lan truyền qua môi trường nước bao gồm bệnh bại liệt (poliomyeitis) và bệnh viêm gan siêu vi (infectious hepatitis). Quá trình khử trùng hầu hết được thực hiện bằng cách sử dụng (1) hóa chất, (2) tác nhân vật lý, (3) phương pháp cơ học và (4) phương pháp bức xạ. Đối với phương pháp hóa học, các tác nhân hóa học dùng làm chất khử trùng bao gồm (1) Clo và các hợp chất của clo, (2) Brom, (3) iot, (4) Ozone, (5) phenol và các hợp chất của phenol, (6) rượu, (7) các kim loại nặng và những hợp chất tương ứng, (8) màu, (8) xà phòng và chất tẩy rửa, (10) các hợp chất amonium, (11) H2O2, và (12) các hợp chất acid và kiềm. Trong những hợp chất này, những chất khử trùng thông dụng nhất là các hợp chất hóa học có tính oxy hóa và clo là một trong những tác nhân được sử dụng thông dụng nhất. Brom và iot cũng được sử dụng trongkhử trùng nước thải. Ozone là tác nhân khử trùng có hiệu quả cao và ngày càng được sử dụng nhiều. Nước có độ acid và độ kiềm cao cũng được sử dụng để tiêu hủy vi sinh vật gây bệnh vì nước có pH lơn hơn 11 hoặc nhỏ hơn 3 khá độc đối với vi khuẩn. # Khử trùng bằng clo Các hợp chất clo thường dùng ở các trạm xử lý nước thải bao gồm (Cl2), Calcium Hypochlorite [Ca(OCl)2], Sodium Hypochlorite [NaOCl] và Chlorine Dioxide [ClO2]. Khi khí Cl2 được hòa tan vào nước sẽ có hai phản ứng xảy ra: phản ứng thủy phân và phản ứng ion hóa. Quá trình thủy phân xảy ra như sau: + - Cl2 + H2O ⇔ HOCl + H + Cl Hằng số bền của phản ứng này là: [HOCl] [H+] [Cl-] K = ≈ 4,5 x 10-4, ở 250C [Cl ] 2 Quá trình phân ly HOCl xảy ra như sau: HOCl ⇔ H+ + OCl- TS: Nguyễn Trung Việt 3-4 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Hằng số phân ly HOCl: [H+] [OCl-] -8 0 K i = = 2,9 x 10 , ở 25 C [HOCl] Lượng HOCl và OCl- tồn tại trong nước được gọi là clo tự do (free available chlorine). Sự phân bố của hai nhóm này có ý nghĩa rất quan trọng vì hiệu quả khử trùng của HOCl lớn hơn so với OCl- khoảng 40-80 lần. Sự phân bố HOCl được tính toán theo phương trình sau: [HOCl] 1 1 = = - - + [HOCl] + [OCl ] 1 + [OCl ]/[HOCl] 1 + Ki/[H ] Giá trị hằng số phân ly Hypochloric acid theo nhiệt độ được trình bày trong Bảng 3.1. Bảng 3.1 Giá trị hằng số phân ly Ki theo nhiệt độ 0 8 Nhiệt độ ( C) Ki x 10 (mol/L) 0 1,49 5 1,75 10 2,03 15 2,32 20 2,62 25 2,90 Clo tự do trong nước cũng có thể được tạo thành bằng các muối hypochlorite theo các phương trình phản ứng sau: Ca(OCl)2 + 2H2O → 2HOCl + Ca(OH)2 NaOCl + H2O → HOCl + NaOH Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào sự tồn tại của ion HOCl trong nước, mà quá trình tạo thành và phân ly HOCl lại phụ thuộc vào nồng độ ion H+, tức là giá trị pH của dung dịch: - pH tăng, nồng độ HOCl giảm, nồng độ OCl- tăng; - pH = 7, nồng độ HOCl cân bằng với nồng độ OCl-. OCl- ` HOCl 4 5 6 7 8 9 10 Hình 3.1 Quan hệ giữa thành phần HOCl và OCl- theo giá trị pH. TS: Nguyễn Trung Việt 3-5 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Kết quả thực nghiệm cho thấy quá trình thủy phân Cl2 chỉ xảy ra hoàn toàn khi pH > 4. Mức độ phân ly HOCl phụ thuộc vào pH ở 200C được trình bày trong Bảng 3.2. Bảng 3.2 Mức độ phân ly của HOCl phụ thuộc vào pH ờ 200C pH 5 6 7 8 9 10 11 OCl- (%) 0,05 0,50 2,50 21,00 97,00 99,50 99,99 HOCl (%) 99,95 99,50 97,50 79,00 3,00 0,50 0,10 Thành phần HOCl là thành phầnkhử trùng chính trong nước chỉ tồn tạo ở pH thấp, do đó quá trình khử trùng chỉ đạt hiệu quả cao ở pH thấp. Nước tự nhiên thường không tinh khiết và các phản ứng với các tạp chất chứa trong nước sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành clo tự do dư. Ví dụ nếu nước có chứa các chất hữu cơ, ammonia, nitites, sắt, mangan, thì clo sẽ phản ứng với các thành phần này theo phương trình phản ứng như sau: HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O Monocloramin HOCl + NH2Cl → NHCl2 + H2O Dicloramin HOCl + NHCl2 → NCl3 + H2O Sản phẩm monochloramin và dichloramin sinh ra tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường. pH càng cao, lượng clo kết hợp để tạo thành dichloramin càng thấp và monocholoramin càng cao. Khả năng diệt trùng của monochloramin thường thấp hơn so với dichloramin khoảng 3 đến 5 lần. Khả năng diệt trùng của chloramin thấp hơn Clo từ 20 đến 25 lần. Đó là lý do khiến cho quá trình khử trùng với clo xảy ra hiệu quả ở giá trị pH thấp. Trong hệ thống khử trùng chứa ammonia và các hợp chất amonium. Lượng clo tham gia phản ứng để tạo thành cloramin được gọi là clo kết hợp, tổng lượng clo tự do dưới dạng Cl2, HOCl, và OCl- và lượng clo kết hợp được gọi là clo hoạt tính khử trùng. Do khả năng diệt trùng của clo tự do và clo kết hợp khác nhau mà lượng clo dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để cũng được đánh giá ở các mức khác nhau. Tổng lượng clo cần thiết cho vào nước để đảm bảo sau quá trình khử trùng có được lượng clo dư mong muốn thường được xác định trực tiếp bằng thực nghiệm. # Khử Clo (Dechlorination) Tính độc hại của clo dư. Do trong nước thường chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ có thể phản ứng với clo tạo thành những hợp chất có tính độc và gây tác hại lâu dài. Do đó, để giảm đến TS: Nguyễn Trung Việt 3-6 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT thấp nhất tác hại của các hợp chất này đến môi trường, cần phải khử lượng clo dư vượt quá yêu cầu có trong nước thải được xử lý bằng clo theo một trong những phương pháp trình bày dưới đây. Phản ứng với SO2. Khí SO2 có thể khử clo tự do, monocloramin (NH2Cl), dichloramin (NHCl2), trichloride nitrogen (NCl3) và các hợp chất clo cao phân tử theo các phương trình phản ứng sau: Các phản ứng với clo: - + SO2 + H2O → HSO3 + H - - 2- + HOCl + HSO3 → Cl + SO4 + 2H - 2- + SO2 + HOCl + H2O → Cl + SO4 + 3H Các phản ứng với cloramin: - + SO2 + H2O → HSO3 + H - - 2- + + NH2Cl + HSO3 + H2O → Cl + SO4 + NH4 + H - 2- + + SO2 + NH2Cl +2H2O → Cl + SO4 + NH4 +2H Lượng SO2 sử dụng phải được khống chế để tránh tốn hóa chất và làm giảm hàm lượng oxy - hòa tan trong nước sau xử lý do phản ứng giữa HSO3 với O2: - 2- + HSO3 + 0,5O2 → SO4 + H Hàm lượng oxy hòa tan giảm sẽ kéo theo giảm pH và tăng BOD và COD của nước sau xử lý. Phương pháp dùng than hoạt tính Quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính có thể khử hoàn toàn cả clo tự do và clo kết hợp theo các phương trình phản ứng sau: Phản ứng với clo: C + 2Cl2 + 2H2O → 4HCl + CO2 Phản ứng với cloramin: + - C + 2NH2Cl + 2H2O → CO2 + 2NH4 + 2Cl + - C + 4NHCl2 + 2H2O → CO2 +2N2 +8H + 8Cl TS: Nguyễn Trung Việt 3-7 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT # Khử trùng bằng ClO2 Khí ClO2 và khí không bền và có khả năng cháy nổ nên khí này phải được tạo ra tại trạm xử lý theo phương trình phản ứng sau: 2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl Hiệu quả của ClO2. Tác nhân khử trùng hoạt tính trong hệ thống ClO2 là ClO2 tự do. Tính chất hóa học của ClO2 trong môi trường nước chưa được xác định rõ ràng. Tuy nhiên, do ClO2 là tác nhân oxy hóa rất mạnh do đó có chế diệt khuẩn có thể xảy ra do khả năng làm mất hoạt tính của hệ thống enzyme của tế bào vi sinh vật hoặc làm mất khả năng tổng hợp protein của tế bào. Sự hình thành sản phẩm phụ. Một số sản phẩm phụ là các muối chlorite và chlorate có thể tạo thành trong quá trình khử trùng với ClO2. Tuy nhiên, các hợp chất này có khả năng phân hủy nhanh hơn các hợp chất clo dư do đó mức độ tác hại của chúng thấp hơn. Một trong những ưu điểm của quá trình khử trùng bằng ClO2 là ClO2 không phản ứng với ammonia và các hợp chất ammonium nên không tạo thành các hợp chất cloramne có tính độc. Thêm vào đó, các phản ứng tạo thành các hợp chất hữu cơ clo hóa cũng không xảy ra trong bất cứ điều kiện nào. Quá trình khử ClO2. Lượng ClO2 dư vượt quá yêu cầu có thể loại bỏ bằng khí SO2 theo phương trình phản ứng sau: SO2 + H2O → H2SO3 H2SO3 + 2ClO2 + H2O → 5H2SO4 + 2HCl #Khử trùng bằng BrCl BrCl thủy phân tạo thành HOBr và HCl theo phương trình phản ứng sau: BRCl + H2O → HOBr + HCl HOBr là acid yếu có thể phân ly theo phương trình phản ứng sau: HBr → H+ + OBr- Nếu trong nước có mặt NH3, HOBr cũng phản ứng với NH3 tạo ra các bromamine theo các phương trình phản ứng sau: NH3 + HOBr → NH2Br + H2O NH2Br + HOBr → NHBr2 + H2O TS: Nguyễn Trung Việt 3-8 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT NHBr2 + HOBr → NBr3 + H2O Mặc dù cần tiến hành những nghiên cứu bổ sung để xác định chính xác cơ chế khử trùng bằng của BrCl, nhưng giả thiết thích hợp nhất là BrCl hấp phụ lên tế bào vi sinh vật và phá hủy hoạt tính emzyme của tế bào. Các hợp chất bromamin thể hiện khả năng diệt khuẩn tốt hơn so với các hợp chất cloramine và đồng thời có khả năng phân hủy nhanh hơn. Sự hình thành các sản phẩm phụ. Các hợp chất hữu cơ bromate hóa sẽ hình thành trong quá trình khử trùng bằng BrCl và những hợp chất này dễ dàng bị phân hủy quang hóa và thủy phân. Một số nhiên cứu cho thấy các hợp chất hữu cơ bromate có khả năng tích lũy sinh học torng cá tiếp xúc với nước thải xử lý bằng BrCl. Tuy nhiên, hàm lượng các chất hữu cơ bromate trong cá thấp hơn những hóa chất khác (như PCBs và chlordane). Hiện tại chưa có nhiều số liệu về các tác động đến môi trường do khử trùng bằng BrCl, do đó vẫn cần nghiên cứu chi tiết hơn. # Khử trùng bằng ozone Khử trùng bằng ozone là phương pháp khá tiên tiến và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Cơ chế khử trùng sử dụng ozone là dựa trên khả năng phái hủy enzyme và nguyên sinh chất của tế bào. Trong môi trường nước, ozone phân ly tạo thành các gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh theo các phương trình phản ứng sau: + - O3 + H2O → HO3 + OH + - HO3 + OH → 2HO2 O3 + HO2 → HO +2O2 HO + HO2 → H2O + O2 Các gốc tự do HO2 và HO có tính oxy hóa và là tác nhân khử trùng. Các gốc tự do này cũng tham gia phản ứng với các tạp chất có trong dung dịch. Hiệu quả khử trùng bằng ozone. Ozone có tính oxy hóa mạnh và khả năng khử trùng lớn hơn nhiều so với clo. Quá trình khử trùng bằng ozone không tạo thành các chất rắn hòa tan và không bị ảnh hưởng của các ion ammonium cũng như pH. Thêm vào đó, do khả năng phân hủy nhanh tạo thành oxy, nên nồng độ oxy hòa tan trong nước sau khi xử lý bằng ozone đạt trạng thái gần bão hòa nên không cần sục khí để đảm bảo nồng độ DO theo tiêu chuẩn xả thải. Ozone có khả năng phân hủy nhanh nên cũng không cần các quá trình phụ để khử ozone thừa như đối với các tác nhân khử trùng khác. Nhược điểm của phương pháp khử trùng bằng ozone là chi phí xử lý cao. TS: Nguyễn Trung Việt 3-9 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT # Khử trùng bằng các hóa chất khác Các hóa chất khác có thể sử dụng để khử trùng như iot, H2O2 và kim loại. Các kim loại nặng ở nồng độ rất thấp có thể tiêu diệt được một số loại vi sinh vật và rong tảo, tuy nhiên, đòi hỏi thời gian tiếp xúc lâu, chi phí cao và dễ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người nên ít được sử dụng. Bảng 3.3 Nồng độ diệt trùng của các ion kim loại nặng Nồng độ diệt trùng (mg/L) Kim loại E Coli Rêu, tảo Bạc 0,04 0,05 Đồng 0,08 0,15 Cadimi 0,15 0,10 Crôm 0,70 0,70 Kẽm 1,04 1,40 3.3.2 Khử Cyanide KHỬ CYANIDE BẰNG Cl2 Quá trình oxy hóa khử Cyanide bằng Clo được thực hiện trong môi trường kiềm. Khi cho Clo vào nước, hypocloric acid được tạo thành theo phương trình phản ứng sau: Cl2 + H2O → HOCl + HCl Hypocloric acid phản ứng với ion CN- theo phương trình phản ứng sau: CN- + HOCl → CNCl + OH- (1) CNCl + OH- → Cl- + HOCl (2) Phản ứng 1 xảy ra không phụ thuộc vào pH, trong khi đó phản ứng 2 phải được thực hiện ở pH lớn hơn 10. Acid cyanic tạo thành bị phân hủy thành CO2 và N2 theo phương trình phản ứng sau: - - - - 2CNO + 3OCl + H2O → 2CO2 + N2 + 3Cl + 2OH Phản ứng này xảy ra chậm hơn ở pH cao hơn, do đo phải duy trì pH trong khoảng từ 7,5 – 8,0. Vì lý do này việc khống chế pH hai giai đoạn phải được thực hiện chặt chẽ cùng với việc cung cấp đủ lượng chất oxy hóa. Hypoclorat natri cũng có thể được sử dụng thay thế clo. TS: Nguyễn Trung Việt 3-10 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT KHỬ CYANIDE BẰNG OZONE Cyanide cũng có thể bị o xy hóa bằng ozon và tạo thành các sản phẩm không độc hại thero phương trình phản ứng sau: - - CN + O3 → CNO + O2 - 2 CNO + 3O2 + H2O → 2HCO3 + N2 + 3O2 Phản ứng này phụ thuộc rất nhiều vào pH và được thực hiện trong môi trường kiềm ở pH từ 11 đến 12. 3.3.3 KHỬ CROM Các phản ứng khử thường được áp dụng để loại bỏ Crom (VI) trong nước bằng các tác nhân sulfat sắt (II), bisulfit natri, sulfua dioxit. Thông thường, khi sử dụng sulfat sắt (II) phản ứng với Cr(VI) trong môi trường axít tạo sulfat sắt (III) và Crom (III). Cả hai thành phần này được kết tủa dưới dạng hydroxýt khi có mặt nước vôi. Các quá trình này xảy ra theo chuỗi phản ứng sau: 2 H2CrO4 + 6 FeSO4 + 6H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 +6H2SO4 + 8H2O Cr(OH)3 Fe(OH)3 TS: Nguyễn Trung Việt 3-11 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT CHƯƠNG 4 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH HÓA LÝ 4.1 QUÁ TRÌNH KEO TỤ, TẠO BÔNG Các hạt trong nước thiên nhiên thường đa dạng về chủng loại và kích thước, có thể bao gồm các hạt cát, sét, mùn, vi sinh vật, sản phẩm hữu cơ phân hủy, Kích thước hạt có thể dao động từ vài μm đến vài mm. Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được những hạt có kích thước lớn hơn 10-4 mm. Với những hạt có kích thước lớn hơn 10-4 mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải tốn thời gian rất dài (Bảng 4.1) và khó đạt được hiệu quả xử lý cao, do đó cần phải áp dụng phương pháp xử lý hóa lý. Bảng 4.1 Mối liên hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng Kích thước hạt Thời gian lắng với Loại hạt (φ, mm) độ sâu lắng là 1 m 10 Sỏi 1 (s) 1,0 Cát 10 (s) 0,1 Cát mịn 2 (phút) 0,01 Sét 2 (giờ) 0,001 Vi khuẩn 8 (ngày) 0,0001 Hạt keo 2 (năm) 0,00001 Hạt keo 20 (năm) TS: Nguyễn Trung Việt 4-1 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 4.1.1 Mục Đích Quá Trình Keo Tụ Tạo Bông Quá trình keo tụ tạo bông được áp dụng để tách loại các hạt cặn có kích thước 0,001 μm < φ < 1 μm, không thể tách loại được bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc hoặc tuyển nổi. 4.1.2 Hạt Keo Các hạt keo có kích thước 0,001 μm < φ < 1 μm có khả năng lắng rất chậm do bị cản trở bởi chuyển động Brown. Tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và khối lượng của hạt keo lớn hơn rất nhiều so với các hạt khác, do đó tính chất bề mặt (thế điện động và điện tích bề mặt) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách loại hạt keo hơn là lắng dưới tác dụng của trọng lực. Bảng 4.2 Mối liên hệ giữa ích thước hạt và diện tích bề mặt Kích thước hạt (φ, mm) Số lượng hạt Diện tích bề mặt (cm2) 250 1 0,00375 1 2503 1,0 1 x 10-3 (250 x 1000)3 1000 Các hạt keo thường mang điện tích tương ứng với môi trường xung quanh và có thể phân loại thành 2 dạng chính: keo kỵ nước và keo ưa nước. Keo kỵ nước (ví dụ đất sét, oxyt kim loại, ) là những hạt keo: - Không có ái lực đối với môi trường nước; - Dễ keo tụ; - Đa số là những hạt keo vô cơ. Keo ưa nước (ví dụ protein) là những hạt keo: - Thể hiện ái lực đối với nước; - Hấp thụ nước và làm chậm quá trình keo tụ, thường cần áp dụng những phương pháp xử lý đặc biệt để quá trình keo tụ đạt hiệu quả mong muốn; TS: Nguyễn Trung Việt 4-2 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT - Đa số là những hạt hữu cơ. Khi cho tác nhân keo tụ vào nước, keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất này. Ví dụ khi thủy phân phèn sắt sẽ tạo thành hệ keo trong đó nhân hạt keo là nhóm Fe3+. Nhờ có điện tích bề mặt lớn nên chúng có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion trái dấu bao bọc quanh bề mặt nhân hạt keo. Lớp vỏ ion này cùng với lớp phân tử bên trong tạo thành hạt keo. Bề mặt nhân hạt keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt lên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu. Như vậy, quanh nhân hạt keo có hai lớp ion mang điện tích trái dấu bao bọc, gọi là lớp điện tích kép của hạt keo. Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không có đủ điện tích trung hòa với điện tích bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện tích nhất định. Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút quanh mình một số ion trái dấu ở trạng thái khuếch tán (Hình 4.1). Hạt mang điện tích âm Điện thế zêta Lớp điện tích kép Lớp khuếch tán Hình 4.1 Cấu tạo hạt keo. Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện hoặc lực Van der Waals tồn tại giữa các hạt keo. Độ lớn của lực này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt (Hình 4.2). Khả năng ổn định hạt TS: Nguyễn Trung Việt 4-3 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT keo là kết quả tổng hợp giữa lực hút và lực đẩy. Nếu lực tổng hợp là lực hút thì xảy ra quá trình keo tụ. Khi các hạt keo kết dính với nhau, chúng tạo thành những hạt có kích thước lớn hơn gọi là bông cặn và có khả năng lắng nhanh. F F đ đ Lực đẩy Lực đẩy Fđ – Fh Hàng rào Fđ – Fh thế năng 0 0 Khoảng cách Khoảng cách Fh Fh Lực hút Lực hút Hinh 4.2 Năng lượng tương tác của hệ keo. Để lực hút thắng được lực đẩy thì điện thế zêta phải nhỏ hơn 0,03 V và quá trình keo tụ càng đạt hiệu quả khi điện thế zêta tiến tới 0. 4.1.3 Cơ Chế Của Quá Trình Keo Tụ Tạo Bông Các cơ chế chính của quá trình keo tụ tạo bông gồm: a) Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zêta nhờ ion trái dấu Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước/nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch đến lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zêta và giảm lực tĩnh điện. b) Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện zêta bằng 0. Trong trường hợp này, quá trình hấp phụ chiếm ưu thế. c) Cơ chế hấp phụ – tạo cầu nối Các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau: TS: Nguyễn Trung Việt 4-4 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT - Phân tán polymer; - Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt; - Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt; - Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác. Cơ chế tạo cầu nối có thể biểu diễn theo sơ đồ phản ứng như sau: Phản ứng 1: phân tử polymer kết dính với hạt keo do lực hút giữa polymer và hạt keo tích điện trái dấu. Polymer hạt keo hạt keo bị phá bean Phản ứng 2: phần còn lại của polymer đã hấp phụ hạt keo ở trên lại liên kết với những vị trí hoạt tính trên bề mặt các hạt keo khác. Tạo bông Hạt keo bị phá bền Hạt bông keo Phản ứng 3: nếu không thể liên kết với hạt keo khác, polymer đã hấp phụ hạt keo trên sẽ cuộn lại và kết dính ở một vị trí hoạt tính khác trên bề mặt hạt keo và do đó tái tạo ra hiện tượng tái bền hạt keo. TS: Nguyễn Trung Việt 4-5 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Hạt keo bị phá bền Hạt keo tái bền Phản ứng 4: Nếu cho quá thừa polymer, có thể làm bão hòa điện tích bề của các hạt keo nên không vị trí hoạt tính nào tồn tại để tạo thành cầu nối. Điều này dẫn đến hiện tượng tái bền hạt keo và có thể có hoặc không xảy ra hiện tượng đổi dấu hạt keo. Polymer dư Hạt keo Hạt keo bền vững Phản ứng 5: phá vỡ liên kết giữa hạt keo và polymer nếu khuấy trộn quá mạnh Phá vỡ bông cặn Hạt bông keo Đọan bông keo Phản ứng 6: tái bền hạt keo do hiện tượng hấp phụ trên một vị trí hoạt tính khác của cùng hạt keo như trình bày ở phản ứng 3. TS: Nguyễn Trung Việt 4-6 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Đoạn bông keo Đoạn bông keo tái ổn định d) Quá trình keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng Ở giá trị pH thích hợp, các tác nhân keo tụ là phèn nhôm và phèn sắt cho vào dung dịch sẽ tạo thành Al(OH)3 hoặc Fe(OH)3 và lắng xuống. Trong quá trình lắng chúng kéo theo các bông keo, các cặn bẩn hữu cơ và vô cơ, các hạt keo khác cùng lắng. Cơ chế này được gọi là cơ chế cùng lắng. Quá trình này không phụ thuộc vào quá trình keo tụ tạo bông và không xảy ra hiện tượng tái ổn định hạt keo như trên. Động Học Quá Trình Keo Tụ Tạo Bông ٤٫١٫٤ Quá trình keo tụ tạo bông gồm hai quá trình chính: - Quá trình keo tụ: dựa trên cơ chế phá bền hạt keo; - Quá trình tạo bông: tiếp xúc/kết dính giữa các hạt keo đã bị phá bền. Cơ chất tiếp xúc giữa các hạt này bao gồm: + Tiếp xúc do chuyển động nhiệt (chuyển động Brown) tạo thành hạt có kích thước nhỏ, khoảng 1 μm; + Tiếp xúc do quá trình chuyển động của lưu chất được thực hiện bằng cách khuấy trộn hỗn hợp để tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn; + Tiếp xúc do quá trình lắng của các hạt. Giá trị gradient vận tốc G và thời gian t phụ thuộc vào: - Thành phần hóa học của nước; - Bản chất và nồng độ keo trong nước. TS: Nguyễn Trung Việt 4-7 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT G = P1/2. μ-1/2. V-1/2 Trong đó, P là năng lượng tiêu hao trong bể phản ứng tạo bông (W.kg.m2.s-3), V là thể tích bể phản ứng, μ là độ nhớt động học. 4.2 QUÁ TRÌNH KẾT TỦA Quá trình kết tủa thường gặp trong xử lý nước là kết tủa carbonate canxi and hydroxyt kim loại. Ví dụ ứng dụng quá trình kết tủa làm mềm nước theo các phương pháp như sau: - Sử dụng vôi: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O - Sử dụng carbonate natri: Na2CO3 + CaCl2 → 2NaCl + CaCO3↓ - Sử dụng xút: 2NaOH + Ca(HCO3)2 → Na2CO3 + CaCO3↓ + H2O Kim loại chứa trong nước thải có thể tách loại đơn giản bằng cách tạo kết tủa kim loại dưới dạng hydroxyt. Giá trị pH tối ưu để quá trình kết tủa xảy ra hiệu quả nhất của các kim loại khác nhau không trùng nhau. Do đó, cần xác định giá trị pH thích hợp đối với từng kim loại trong mỗi loại nước thải cụ thề cần xử lý. 2- - 3- Bên cạnh đó, quá trình kết tủa còn được ứng dụng trong quá trình khử SO4 , F , PO4 như sau: 2- 2+ - SO4 + Ca + 2H2O → CaSO4.2H2O ↓ - 2+ - 2F + 2Ca → CaF2↓ - 2H3PO4 + Ca(OH)2 → Ca(HPO4)2↓ + 2H2O ở pH = 6 – 7 - 2Ca(HPO4)2 + Ca(OH)2 → Ca3(PO4)3↓ + 2H2O ở pH = 9 - 12 4.3 QUÁ TRÌNH TUYỂN NỔI HÓA HỌC (XEM CHƯƠNG 2) 4.4 QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN Quá trình điện phân ứng dụng sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực trong bình điện phân (dung dịch chứa ion) để tạo ra điện trường định hướng chuyển động của các ion. Các ion dương (cation) di chuyển về phía điện cực âm (catốt), các ion âm (anion) di chuyển về phía TS: Nguyễn Trung Việt 4-8 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT điện cực dương (anốt). Khi điện áp đủ lớn, tại các điện cực xảy ra các phản ứng đặc trưng như sau: - Tại điện cực dương (anốt): A- → A + e- - Tại điện cực âm (catốt): C+ + e- → C Ví dụ, ứng dụng quá trình điện phân để sản xuất NaOCl từ nước muối, các phản ứng chính sẽ xảy ra như sau: Tại catốt Tại Anốt - - - - 2H2O + 2e → H2 + 2OH Cl2 + 2e ← 2Cl - - - Cl2 + 2OH → ClO + Cl + H2O - - ClO + H2O ⇔ HClO + OH Phản ứng tổng quát: 2NaCl + H2O → NaClO + NaCl + H2 Điện phân còn được ứng dụng kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông theo các bước như sau: - Tạo một điện trường giữa hai điện cực thích hợp cho sự va chạm các điện tích có trong nước thải; - Giải phóng các ion kim loại (Fe, Al) bằng cách hòa tan anốt, các ion tạo ra các huydroxyt thích hợp cho việc tạo thành các bông keo. 4.5 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 4.5.1 Giới Thiệu Chung Phương pháp hấp phụ được áp dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan không xử lý được bằng các phương pháp khác. Tùy theo bản chất, quá trình hấp phụ được phân loại thành: hấp phụ lý học và hấp phụ hóa học. - Hấp phụ lý học là quá trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liên kết vật lý giữa chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ như lực liên kết VanderWaals. Các hạt bị hấp phụ vật lý chuyển động tự do trên bề mặt chất hấp phụ và đây là quá trình hấp phụ đa lớp (hình thành nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ). TS: Nguyễn Trung Việt 4-9 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT - Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ trong đó có xảy ra phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Trong xử lý nước thải, quá trình hấp phụ thường là sự kết hợp của cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào: - Diện tích bề mặt chất hấp phụ (m2/g); - Nồng độ của chất bị hấp phụ; - Vận tốc tương đối giữa hai pha; - Cơ chế hình thành liên kết: hóa học hoặc lý học. Các tác nhân hấp phụ có thể sử dụng bao gồm: - Đất sét: 50-200 m2/g; - Zeolites; - Silica gel; - Polymer gel (300 m2/g); - Chitosan; - Than hoạt tính (1000 – 1500 m2/g). 4.5.2 Hấp Phụ Bằng Than Hoạt Tính - Than hoạt tính thường dùng có hai loại: + Dạng hạt (Granular Activated Carbon – GAC); + Dạng bột (Powdered Activated Carbon – PAC). Đối với than GAC thường sử dụng quá trình xử lý liên tục qua các tháp hấp phụ hoạt trong thiết bị lọc theo sơ đồ như trình bày trong Hình 4.5.1 Tháp 1 Tháp hấp Tháp 2 phụ Nước trước xử lý Nước sau xử lý TS: Nguyễn Trung Việt 4-10 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Hình 4.5.1 Hấp phụ bằng than GAC. - Đối với than PAC, chủ yếu áp dụng phương pháp xử lý dạng mẻ như trình bày trong Hình 4.5.2. PAC Hình 4.5.2 Hấp phụ bằng than PAC. Than hoạt tính, sau một thời gian sử dụng, có thể tái sinh bằng một trong các phương pháp sau: - Tái sinh than hoạt tính bằng cách gia nhiệt đến 8000C ở áp suất khí quyển. Lượng than bị mất chiếm khoảng 7 – 10% sau mỗi lần tái sinh. - Tái sinh than hoạt tính bằng phương pháp hóa học sử dụng hóa chất (kiềm hoặc dung môi), thường thực hiện ở nhiệt độ 1000C và pH cao. Sau khi tái sinh than thu được hỗn hợp gồm dung môi và chất bẩn, dùng phương pháp trích ly/chưng chất để thu hồi dung môi. (Dung môi + chất bẩn) Ỉ Chưng chất Ỉ Dung môi + Chất bẩn Đốt 4.5.3 Đường Đẳng Nhiệt Hấp Phụ (Adsorption Isotherms) ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR Đường đẳng nhiệt Langmuir được xây dựng dựa trên những giả thiết sau: + Giả sử quá trình hấp phụ một lớp, lớp bị hấp phụ có bề dày là bề dày của một phân tử; + Tất cả các mặt của chất hấp phụ có ái lực như nhau đối với phân tử chất bị hấp phụ. Do đó, sự có mặt của phân tử chất bị hấp phụ ở một phía của chất hấp phụ sẽ không ảnh hưởng đến sự hấp phụ ở vị trí kế cận. + Phương trình đường đẳng nhiệt Lanmuir có dạng TS: Nguyễn Trung Việt 4-11 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT x a b c 1 1 1 = ⇒ = + m 1+ a . c x b a b c m Trong đó: - x : lượng chất bị hấp phụ (mg); - m : khối lượng chất hấp phụ (mg); - c : nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch sau khi quá trình hấp phụ xảy ra hoàn toàn (mg/L); - a và b : hằng số. ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT FREUNDLICH Đường đẳng nhiệt Freundlich được xây dựng dựa trên những giả thiết sau: + Giả sử quá trình hấp phụ đa lớp. + Phương trình đường đẳng nhiệt x 1 ⎛ x ⎞ 1 =KC.n ⇔ log⎜ ⎟ =log K + logC m ⎝ m ⎠ n Trong đó: - x : lượng chất bị hấp phụ (mg); - m : khối lượng chất hấp phụ (mg); - C : nồng độ chất bị hấp phụ còn lại trong dung dịch sau khi quá trình hấp phụ xảy ra hoàn toàn (mg/L); - K và n : hằng số. 4.5.4 Ứng Dụng Của Quá Trình Hấp Phụ - Tách các chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính; - Có thể dùng than hoạt tính khử thủy ngân (Logsdon et al., 1976); - Có thể dùng để tách các loại thuốc nhuộm khó phân hủy (Eberle et al., 1976) - Xử lý các chất hoạt tính bề mặt, các hợp chất gây mùi, thuốc trừ sâu, diệt cỏ và kim loại nặng; - Ứng dụng còn hạn chế do chi phí cao. 4.6 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION TS: Nguyễn Trung Việt 4-12 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 4.6.1 Giới Thiệu Chung Trao đổi ion cũng được xem là một dạng quá trình hấp thụ. Trong đó, các ion của dung dịch thay thế những ion của chất trao đổi không hòa tan (mạng trao đổi ion). Chất trao đổi ion dùng trong công nghiệp hầu hết là những hợp chất cao phân tử không tan, được gọi là nhựa trao đổi ion. Mạng polyme chứa những nhóm có khả năng kết hợp với các ion dương (chất trao đổi cation) hoặc kết hợp với các ion âm (chất trao đổi anion). Những loại nhựa trao đổi ion sau đây được phân biệt theo hằng số phân ly: - Nhựa trao đổi cation axít mạnh, ví dụ có chứa nhóm SO3H; - Nhựa trao đổi cation axít yếu, ví dụ có chứa nhóm COOH; - Nhựa trao đổi cation đa chức với cả những nhóm anion yếu và mạnh; + - Nhựa trao đổi anion bazơ mạnh với nhóm R3N ; + - Nhựa trao đổi anio bazơ yếu, với nhóm R-NH 2. Những chất trao đổi ion có thể là nhựa tổng hợp hoặc những vật liệu tự nhiên. Vật liệu trao đổi ion tự nhiên là những khoáng có trong đất sét như sillite, montmorillonite và vermiculite, và zeolite giống như clinoptilolite. Các chất hữu cơ ví dụ như than bùn cũng có khả năng trao đổi ion. Nhựa đồng trùng hợp styrene-divinyl-benzene hoặc nhựa phenol-formaldehyde là nhựa trao đổi ion tổng hợp. Số lượng nhựa trao đổi ion trên thị trường không thể kể hết được. 4.6.2 Cơ Chế Quá Trình Trao Đổi Ion: Hệ Số Lựa Chọn & Hệ Số Phân Tách Các phản ứng trao đổi ion tuân theo quy luật cân bằng tỷ lượng vì tổng điện tích dương và điện tích âm luôn luôn bằng không. Đây là yêu cầu trung hòa điện tích. Ví dụ 1000 ion Na+ + 2+ trên bề mặt hạt nhựa được trao đổi với 1000 ion NH4 hoặc 500 ion Ca . Phản ứng trao đổi ion có thể biểu diễn bởi phương trình phản ứng và cân bằng hóa học (4.6.1), ví dụ như sau: 2+ + 2 Na - R + Ca ⇔ CaR2 + 2 Na (- R = Nhựa) Phương trình cân bằng hóa học là: [Ca2+][Na+]2 K = (4.6.1) Ca/Na 2+ + 2 [Ca ][Na ] Hoặc dưới dạng tổng quát: [B b + ] a [A + ] b (4.6.2) K ’B/A = [Bb+]a[A+]b TS: Nguyễn Trung Việt 4-13 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Trong đó: [Aa+] = hoạt độ của ion Aa+ có trong nhựa; [Aa+] = hoạt độ của ion Aa+ có trong dung dịch; [Bb+] = hoạt độ của ion Bb+ có trong nhựa; [Bb+] = hoạt độ của ion Bb+ có trong dung dịch. Nếu thay giá trị nồng độ bằng hoạt độ phương trình (4.6.2) trở thành: (Bb+)a(A+)b K’B/A = (4.6.3) (Bb+)a(A+)b KB/A là hệ số lựa chọn Các giá trị nồng độ trong phương trình (4.6.3) được biểu diễn bằng đơn vị mol/kg (kg nhựa khô và kg dung dịch). Mặc dù hệ số lựa chọn là chỉ một hằng số trong một khoảng giới hạn nồng độ, hằng số này vẫn thường được sử dụng. Hằng số cân bằng thực K’B/A không thể tính toán được vì không thể xác định hoạt độ của các ion trong nhựa. Để tính toán sự phân bố ion trong dung dịch và trong nhựa trao đổi, có thể sử dụng phương trình trung hòa điện tử: a+ b+ - Trong dung dịch : a (A ) + b (B ) = C0 a+ b+ - Trong nhựa trao đổi : a (A ) + b (B ) = Q0 Trong đó, C0 (= tổng lượng ion dương có trong dung dịch) và Q0 (dung lượng trao đổi ion tổng cộng của hạt nhựa) được biểu diễn dưới dạng đương lượng/kg. Theo cân bằng khối lượng: a+ a+ a+ a+ [x.(A ) + (A )]truớc phản ứng = [x.(A ) + (A )]sau phản ứng Trong đó, x là số kg nhựa trên kg dung dịch. Một thông số khác thường được sử dụng trong lý thuyết trao đổi ion là hệ số phân tách α. BA b + a + (4.6.4) α = ()() ()BAb+() a + Hệ số phân tách không có số mũ nồng độ như hệ số lựa chọn. Đối với những ion có cùng điện tích, hệ số lựa chọn và hệ số phân tách sẽ bằng nhau. TS: Nguyễn Trung Việt 4-14 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 4.6.3 Động Học Quá Trình Trao Đổi Ion Trong quá trình trao đổi ion xảy ra sự trao đổi ion ở bề mặt nhựa trao đổi. Quá trình trao đổi ion tuân theo định luật cân bằng tỷ lượng: mỗi ion rời bề mặt phải được thay thế bởi một ion khác. Lượng ion chuyển đến bề mặt và tách khỏi bề mặt phải bằng nhau. Gần bề mặt nhựa trao đổi, sự vận chuyển xảy ra thông qua quá trình khuếch tán. Quá trình khuếch tán này chịu ảnh hưởng bởi tương tác tĩnh điện giữa các ion chuyển động và những ion trái dấu với chúng. Quá trình trao đổi tại bề mặt thường xảy ra rất nhanh và không hạn chế vận tốc của quá trình trao đổi. Các bước xác định vận tốc trao đổi bao gồm: 1. Sự chuyển động của các ion từ khối chất lỏng đến các hạt trao đổi, phụ thuộc vào bề dày của lớp phim bao quanh hạt. Mức độ xáo trộn càng cao, lớp phim lỏng càng mỏng và do đó quá trình chuyển vận qua lớp phim càng nhanh. 2. Quá trình khuyếch tán ion trong hạt. Ở đó, sự chuyển động tùy thuộc vào kích thước hạt và đường kính lỗ trống. 4.6.4 Dung Lượng Trao Đổi Của Vật Liệu Trao Đổi Ion Dung lượng trao đổi được xác định dựa trên số lượng nhóm hoạt động trên một đơn vị khối lượng nhựa trao đổi ion. Dung lượng trao đổi này phụ thuộc vào đặc tính của những nhóm hoạt động. Đối với nhựa trao đổi ion axít yếu và bazơ yếu, dung lượng trao đổi sẽ phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi pH của dung dịch. Do đó, khi xác định dung lượng trao đổi ion, không chỉ tính đến dung lượng trao đổi tổng cộng mà còn phải tính cả dung lượng trao đổi hữu ích. Đó là một phần dung lượng trao đổi tổng cộng được sử dụng dưới những điều kiện thí nghiệm hoặc áp dụng thực tế khác nhau. Dung lượng trao đổi tổng cộng có thể được xác định trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp chuẩn độ với axít (đối với nhựa trao đổi anion ở dạng OH-) hoặc với bazơ (đối với nhựa trao đổi cation ở dạng H+). Dung lượng trao đổi trao đổi cũng được đánh giá bằng cách xác định đường cong ngưỡng hấp thụ trong thí nghiệm ngâm chiết (Hình 4.6.1). 10 Nhựa caition cao phân tử Nhựa acid mạnh 8 Nhựa acid dịch pH của dung yếu 6 0 5 10 meq NaOH/g nhựa Hình 4.6.1 Đường chuẩn độ của các nhựa trao đổi ion khác nhau ở dạng H+. TS: Nguyễn Trung Việt 4-15 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Bảng 4.6.1 Dung lượng trao đổi của một số loại nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion meq/g nhựa khô meq/ml thể tích lớp nhựa Nhựa acid mạnh 2,0 – 5,0 0,6 – 2,5 Nhựa acid yếu 2,5 – 10,0 1,0 – 4,0 Nhựa bazơ mạnh 3,0 – 5,0 0,7 – 1,6 Nhựa bazơ yếu 5,0 – 8,0 2,0 – 2,5 4.6.5 Ứng Dụng Của Quá Trình Trao Đổi Ion Làm mềm nước Ứng dụng quan trọng của quá trình trao đổi ion là làm mềm nước, trong đó, các ion Ca2+ và Mg2+ được tách khỏi nước và thay thế vị trí Na+ trong hạt nhựa. Đối với quá trình làm mềm nước, thiết bị trao đổi ion axít mạnh với Na+ được sử dụng. Quá trình tái sinh có thể được thực hiện bằng dung dịch NaCl 2 M. Cột trao đổi ion axít yếu có tính lựa chọn cao đối với ion Ca nhưng chúng duy trì tính lựa chọn cao ở nồng độ NaCl cao. Nhựa trao đổi ion này được tái sinh bằng axít và sau đó bằng bazơ, vì vậy được gọi là quá trình tái sinh hai giai đoạn. Trong thực tế, chất trao đổi ion axít yếu hầu như không được sử dụng để làm mềm nước. Nếu + - chất trao đổi ion ở dạng Na được dùng, độ kiềm HCO 3 không được xử lý. Nếu phải xử lý độ kiềm, chất trao đổi ion ở dạng H+ được sử dụng và sau đó nước được trung hòa. Khử khoáng Trong quá trình khử khoáng, tất cả các ion dương và ion âm đều bị khử khỏi nước. Nước di chuyển qua hệ thống hai giai đoạn gồm bộ trao đổi cation axít mạnh ở dạng H+ nối tiếp với bộ trao đổi anion bazơ mạnh ở dạng OH- . Khử /làm đậm đặc kim loại nặng Chất trao đổi cation axít yếu có thể có tính lựa chọn cao đối với quá trình tách kim loại nặng như Cu, Zn, Hg, Cd khỏi các dung dịch loãng có chứa Ca, Mg và Na. Vì thông thường tính lựa chọn theo H+ không cao lắm, pH của dung dịch phải lớn hơn 5. So với các phản ứng kết tủa (khử kim loại nặng dưới dạng muối không hòa tan), nồng độ chất cần xử lý trong nước sau khi qua cột trao đổi sẽ thấp hơn vì việc tách hoàn toàn các chất kết tủa khỏi dung dịch không phải luôn luôn thực hiện được. Sau khi tái sinh bằng axít, kim loại tồn tại trong dung dịch đậm đặc và có thể được tiếp tục xử lý để tái sử dụng. TS: Nguyễn Trung Việt 4-16 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT + Khử ammonium (NH4 ) + Quá trình trao đổi ion có thể được dùng để cô đặc NH4 có trong nước thải. Trong trường hợp + này, phải sử dụng chất trao đổi có tính lựa chọn NH4 cao chẳng hạn như clinoptilolite. Sau khi tái sinh, dung dịch đậm đặc có thể được chế biến thành phân. 4.7 QUÁ TRÌNH THẨM THẤU 4.7.1 Hiện Tượng Thẩm Thấu Trong một hệ kín chứa một màng bán thấm ngăn cách hai vùng khác nhau, mỗi vùng đều chứa cùng dung môi và chất tan với nồng độ khác nhau. Màng bán thấm có đặc tính chỉ cho dung môi thấm qua và ngăn không cho chất tan đi qua màng. Sau một thời gian nhất định, độ cao của chất lỏng bên ngăn có nồng độ chất hòa tan cao hơn tăng lên và bên ngăn kia giảm đi. Chất lỏng được vận chuyển từ nơi có nồng độ chất hòa tan thấp đến nơi có nồng độ chất hòa tan cao hơn để cân bằng nồng độ của hệ. Hiện tượng này được gọi là thẩm thấu. Hiện tượng này ngược với quá trình khuếch tán phân tử (là sự san bằng nồng độ chất tan từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp). Nếu gọi ngăn có nồng độ chất hòa tan cao là 1 và ngăn có nồng độ chất hòa tan thấp là 2, hóa thế của dung môi trong hai ngăn tách biệt bởi màng bán thấm sẽ được biểu diễn như sau: 0 μ1 = μ1 + RT lna1 + V.p1 0 μ2 = μ2 + RT lna2 + V.p2 Trong đó a1 và a2 là hoạt độ của dung môi. Do a2 > a1 nên μ2 > μ1. Sự chênh lệch hóa thế sẽ dẫn đến dòng chảy của dung môi từ pha loãng tới pha đặc. Tại thế cân bằng μ1 = μ2, ta có: 0 0 μ1 + RT lna1 + V.p1 = μ2 + RT lna2 + V.p2 hay RT.(lna2 – lna1) = V.(p1 – p2) RT.(lna2 – lna1) = V.Δπ Đại lượng Δπ được gọi là áp suất thẩm thấu. 4.7.2 Kỹ Thuật Thẩm Thấu Ngược Như đã trình bày trên, khi hai dung dịch có nồng độ chất hòa tan khác nhau bị ngăn bởi một màng bán thấm thì nồng độ chất tan của dung dịch đặc sẽ được pha loãng bởi dung môi vận chuyển qua màng từ phía dung dịch loãng. Quá trình chỉ dừng lại khi nồng độ hai pha bằng TS: Nguyễn Trung Việt 4-17 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT nhau. Hiện tượng thẩm thấu này xảy ra tự động theo chiều thuận. Nếu áp đặt một áp suất phía dung dịch đặc thì quá trình vận chuyển dung môi sẽ bị kìm hãm lại, tăng dần áp suất đó cho tới khi bằng áp suất thẩm thấu, quá trình vận chuyển dung môi sẽ dừng lại. Tiếp tục tăng áp suất sẽ dẫn đến hiện tượng vận chuyển dung môi từ phía dung dịch đặc sang phía dung dịch loãng, ngược chiều với hướng áp suất thẩm thấu. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng thẩm thấu ngược và áp suất gây ra hiện tượng thẩm thấu ngược được gọi là áp suất động lực. Để hiện tượng thẩm thấu ngược xảy ra, áp suất động lực phải lớn hơn áp suất thẩm thấu, tốc độ vận chuyển dung môi qua màng tỷ lệ thuận với áp suất động lực. Trong kỹ thuật lọc nước ngọt từ nước lợ hay nước mặn, áp suất thẩm thấu của dung dịch tỷ lệ với nồng độ muối NaCl với giá trị tăng tương ứng khoảng 0,691.10-3 at khi tăng 1 mg/L. Kỹ thuật thẩm thấu ngược còn cho phép loại bỏ các chất hữu cơ tan như các acid hữu cơ, chất bảo vệ thực vật, ngoài ra cũng có thể áp dụng trong quá trình làm mềm nước. Vật liệu chế tạo màng thẩm thấu ngược có thể là cellulose acetate, cellulose triacetate, polyamide, polyetheramide, polyetherurea. Màng cellulose acetate có hàm lượng acetate càng cao thì khả năng giữ muối càng tốt, nhưng khản năng thấm nước kém. 4.8 QUÁ TRÌNH TRÍCH LY 4.8.1 Quá Trình Trích Ly Chất Lỏng Trích ly chất lỏng là quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác (dung môi) không hòa tan. Sau quá trình trích ly, hỗn hợp thu được sẽ được đem chưng cất để thu hồi dung môi và sử dụng lại. Quá trình trích ly chất lỏng được tiến hành qua hai giai đoạn như sau: a) Giai đoạn đầu là gia đoạn trộn lẫn, phân tán hai pha với nhau để tạo sự tiếp xúc pha tốt cho dung chất truyền từ hỗn hợp đầu vào dung môi. Nếu thời gian tiếp xúc pha đủ lớn thì quá trình truyền vật chất xảy ra cho đến khi đạt cân bằng giữa hai pha; b) Giai đoạn kế tiếp là giai đoạn tách pha, hai pha tách ra dễ dàng hay không tùy thuộc vào sự sai biệt khối lượng riêng giữa hai pha. Một pha là pha trích gồm chủ yếu dung môi và dung chất. Pha còn lại gọi là pha rafinat gồm chủ yếu các phần còn lại của hỗn hợp ban đầu. Thường thì cấu tử trong hỗn hợp và dung môi đều ít nhiều có tan lẫn vào nhau vì thế trong hai pha đều có sự hiện diện của cả ba cấu tử. 4.8.2 Trích Chất Rắn Trích ly chất rắn là quá trình hòa tan chọn lựa một hay nhiều cấu tử trong chất rắn bằng cách cho chất rắn tiếp xúc với dung môi lỏng. TS: Nguyễn Trung Việt 4-18 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Quá trình trích ly chất rắn phụ thuộc vào cấu tạo bề mặt và kích thước của chất rắn. Nhiệt độ trích ly càng cao càng tốt vì nhiệt độ cao làm tăng độ hòa tan của dung chất vào dung môi, làm giảm độ nhớt và do đó làm tăng hệ số khuếch tán và tăng tốc độ quá trình trích ly. Tuy nhiên, với sản phẩm tự nhiên, nhiệt độ trích ly quá cao có thể làm tăng độ hòa tan của các chất không mong muốn vào dung dịch. Quá trình trích ly chất rắn có thể thực hiện gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục. Có hai phương pháp để tạo sự tiếp xúc pha là phun tưới chất lỏng qua lớp vật liệu rắn hoặc nhúng chất rắn chìm hoàn toàn trong chất lỏng. Việc lựa chọn thiệt bị để sử dụng trong mỗi trường hợp tùy thuộc phần lớn vào trạng thái vật lý của chất rắn và dung chất trong chất rắn. Bài tập 3 Kết quả thí nghiệm keo tụ tạo bông được biểu diễn trên đồ thị dưới đây. Dựa trên đồ thị này hãy giải thích ý nghĩa sự biến thiên độ đục của nước sau khi xử lý theo hàm lượng tác nhân keo tụ. I III Độ đục nước sau xử lý Độ đục nước sau IV II 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Nồng độ Fe(III), mol/L TS: Nguyễn Trung Việt 4-19 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT CHƯƠNG 5 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ, dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân chia thành 2 loại: - Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy; - Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau: - Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật; - Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào; - Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới. Tốc độ quá trình oy hóa sinh hóa phục thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng. 5.1 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ 5.1.1 Những Phương Trình Cơ Bản - Phương trình Monod S μ = × μ KS+ max S Trong đó: TS: Nguyễn Trung Việt 5-1 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT + μ : hằng số tốc độ tăng trưởng đặc biệt + μmax : hằng số tốc độ tăng trưởng đặc biệt cực đại + S : nồng độ cơ chất (mg/L) + Ks : hằng số tốc độ ½ (mg/L). - Mối liên hệ giữa sinh khối và cơ chất dX dS = −Y dt dt Trong đó: + Y: hệ số thu hoạch (gVSS/gBOD). - Tốc độ phân hủy nội bào: dX =μX − kd X = rg dt 5.2 QUÁ TRÌNH SINH HỌC HIẾU KHÍ Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: - Oxy hóa các chất hữu cơ: Enzyme CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ΔH - Tổng hợp tế bào mới: Enzyme CxHyOz + NH3 + O2 CO2 + H2O + C5H7NO2 - ΔH - Phân hủy nội bào: Enzyme C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ΔH Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành: - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt TS: Nguyễn Trung Việt 5-2 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.
Tel: (08)5150181 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG Fax: (08)8114594 TẦM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất. - Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hóa với màng cố định. 5.2.1 Quá Trình Sinh Học Tăng Trưởng Lơ Lửng Bể Bùn Hoạt Tính Với Vi Sinh Vật Sinh Trưởng Lơ Lửng Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không được nhỏ hơn 2 mg/L. Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: - Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M; - Nhiệt độ; - Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật; - Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất; - Lượng các chất cấu tạo tế bào; - Hàm lượng oxy hòa tan. Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ - 2- bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3 , SO4 , Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/L, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 60C < t0C < 370C. Một số sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được trình bày trong Hình 5.2.1. TS: Nguyễn Trung Việt 5-3 TS: Trần Thị Mỹ Diệu © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này.