Phương pháp kết tủa trong xử lý nước thải

PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Cơ chế của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn. Trước đây người ta thường dùng quá trình này để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ và thứ cấp. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng 6.1. Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường nếu tính toán tốt quá trìn này có thể loại được 80 90% TSS, 40 70% BOD 30 60% COD và 80 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại được 50 70% TSS, 30 40% chất hữu cơ. Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình kết tủa Troïng löôïng rieâng, lb/ft Teân hoùa chaát Coâng thöùc Troïng löôïng phaân töû Khoâ Dung dòch Pheøn nhoâm Al2(SO4)3.18H2O Al2(SO4)3.14H2O 666,7 594,3 60 75 60 75 78 (49%) 83 (49%) Ferric chloride FeCl3 162,1 84 Ferric sulfate Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3.3H2O 400 454 70 Ferric FeSO4.7H2O sulfate (copperas) 278,0 62 66 Voâi Ca(OH)2 56 theo CaO 35 50 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Ghi chú: lb/ft3 16,0185 = kg/m3 Sử dụng hóa chất để loại chất rắn lơ lửng Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau: Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 3CaSO4 + 2Al(OH) 6CO2 + 18H2O Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp. Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra Ca(OH)2 + H2CO3 CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 2CaCO3 + 2H2O Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn l lửng. Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi đ tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau: FeSO4 + Ca(HCO3)2 2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 2Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn l lửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy. Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3H + + 3Cl - 3H+ + 3HCO3 - 3H2CO3 Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau FeCl3 + Ca(OH)2 3CaCl2 + 2Fe(OH)3 Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2 3CaSO4 + 2Fe(OH)3 Sử dụng hóa chất để loại bỏ phospho trong nước thải Vôi: như đã trình bày ở các phương trình trên, khi cho vôi vào nước thải nó sẽ phản ứng với bicarbonate alkalinity tạo thành kết tủa CaCO3. Trong môi trường pH > 10 các ion Ca+2 sẽ phản ứng với các ion PO4 -3 tạo nên hydroxylapatite kết tủa. Để khỏi ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học người ta thường dùng vôi ở liều lượng thấp 75 250 mg/L Ca(OH)2 và pH từ 8,5 9,5. 10 Ca+2 + 6 PO4 -3 + 2 OH- 2Ca5(PO4)3OH Phèn nhôm: phản ứng xảy ra như sau Al+3 + HnPO4 3-n AlPO4 + nH + Các liều lượng phèn nhôm thường sử dụng và hiệu suất khử phospho của nó Hieäu Tæ leä Mole (Al : P) suaát khöû phospho (%) Khoaûng bieán thieân Giaù trò thöôøng duøng 75 1,25 : 1 1,5 : 1 1,4 : 1 85 1,6 : 1 1,9 : 1 1,7 : 1 95 2,1 : 1 2,6 : 1 2,3 : 1 Ferric: phản ứng xảy ra như sau Fe+3 + HnPO4 3-n FePO4 + nH + Tùy theo bản chất của nước thải, qui trình xử lý mà giai đoạn khử phospho của nước thải có thề diễn ra ở bể lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp, bể lắng riêng đặt sau bể lắng thứ cấp. Hình 6.1 chỉ ra các sơ đồ của quá trình khử phospho bằng phương pháp hóa học. Caùc sô ñoà cuûa qui trình khöû phospho baèng phöông phaùp hoùa hoïc Löu löôïng naïp nöôùc thaûi cho beå laéng trong tröôøng hôïp coù söû duïng hoùa chaát trôï laéng Löu löôïng naïp nöôùc thaûi gal/ft2.d Loaïi hoùa chaát Khoaûng cho pheùp Giaù trò thöôøng duøng Phèn nhôm 600 1200 1200 Ferric 600 1200 1200 Vôi 750 1500 1500 Nước thải không hóa 600 1200 1200 chất Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Ghi chú: gal/ft2.d 0,0407 = m3/m2.d Kết tủa các kim loại nặng Chuyển các chất thải dạng hòa tan sang dạng không hòa tan sau đó loại khỏi dung dịch bằng quá trình lắng, lọc. pH là một nhân tố quan trọng cho quá trình kết tủa. Bảng dưới đây đưa ra độ pH thích hợp cho quá trình kết tủa các kim loại nặng. pH thích hôïp cho vieäc keát tuûa caùc kim loaïi Ion pH Ion pH Fe (+3) 2,0 Ni (+2) 6,7 Al (+3) 4,1 Cd (+2) 6,7 Cr (+3) 5,3 Co (+2) 6,9 Cu (+2) 5,3 Zn (+2) 7,0 Fe (+2) 5,5 Mg (+2) 7,3 Pb (+2) 6,0 Mn (+2) 8,5