Xử lý nước thải bằng các phương pháp hóa lý

1b. Xử Lý nước thải bằng các phương pháp hóa lý 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Ưu điểm của xử lý hóa lý  Loại chất độc hữu cơ không thể oxy hóa bằng con đường sinh học  Hiệu quả xử lý cao hơn  Kích thước hệ thống xử lý bé hơn  Độ nhạy với thay đổi tải trọng ít hơn  Có thể tự động hóa  Không cần theo dõi VSV  Có thể thu hồi các chất khác nhau 2 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Giới thiệu Sau khi nước thải qua giai đọan xử lý cơ học nước thải qua g/đọan xử lý hóa lý  sử dụng tác chất {đông tụ (coagulation) và kết bông (flocculation)}  không sử dụng tác chất (keo tụ điện hóa) 3 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Đông tụ Quá trình trung hòa điện tích: các chất đông tụ điện tích dương, hóa trị cao được cho vào để trung hòa các hạt keo kích thước nhỏ điện tích âm và kết quả là các thành phầnmang điện tích sẽ kết hợp và dính kết với nhau tạo thành 1 tổ hợp phân tử hay nguyên tử. 4 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Keo tụ Quá trình tạo bông: các tổ hợp phân tử hay nguyên tử được liên kết lại tạo thành các hạt bông keo, các hạt bông keo này trong qúa trình được khuấy trộn được dính kết lại với nhau tạo thành các hạt bông keo lớn hơn và lắng xuống. 5 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Chất đông tụ và trợ đông tụ  Chất đông tụ: trung hòa các cực mang điện tích và giúp chúng kết hợp lại với nhau thành các hạt bông keo. Thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt  Chất trợ đông tụ: tăng mật độ và tốc độ lắng của các hạt bông keo đồng thời tăng sự bền vững của các hạt bông keo trong quá trình hòa trộn và lắng cặn. Thông dụng là polyacrylamid, natri silicat,... 6 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Phèn nhôm 7 6 NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12 H2O  8 Al(OH)3  + 3 Na2SO4 Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4+ 6CO2 Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 Hiệu suất đông tụ cao nhất ở pH= 4,4 – 6 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM 8Phèn sắt 2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3 Fe2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 3 CaSO4 + 2Fe(OH)3 Hiệu suất đông tụ cao nhất ở pH= 4 – 8,5 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM So sánh phèn sắt - phèn nhôm  Phèn sắt có nhiều ưu thế hơn so với phèn nhôm do:  Có tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp  Có giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn  Có thể khử mùi vị khi có H2S  Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối  Khuyết điểm :  Muối sắt tạo thành các phức hoà tan có màu 9 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Những yếu tố ảnh hưởng quá trình đông tụ  Độ kiềm dùng để cung cấp ion điện tích âm như (OH-) để hình thành những hợp chất không hòa tan kết tủa. Nguyên tố kiềm có thể tồn tại sẵn trong nước hoặc chúng có thể được thêm vào dưới dạng OH-, CO32- hay HCO3-.  Nhiệt độ càng cao phản ứng xảy ra càng nhanh và hiệu quả đông tụ càng cao  Thời gian khuấy trộn và thời gian lưu đóng vai trò quan trọng trong q/t đông tụ.  Vận tốc khuấy trộn gây ra sự phá vỡ các bông keo, vận tốc thấp sẽ giúp các bông keo lắng tốt. Vận tốc khỏang 0.3 m/giây) giúp duy trì tốt quá trình keo tụ. 10 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tóm tắt đông tụ và keo tụ (2)  Đông tụ/keo tụ là quá trình loại bỏ các hợp chất keo đục, chất màu và một số loại vi khuẩn ra khỏi nước.  Trong giai đọan hòa trộn nhanh ban đầu (< 1 phút), hóa chất được thêm vào bao gồm chất đông tụ và có thể có chất trợ đông tụ.  Ở hồ keo tụ, hỗn hợp nước thải được khuấy trộn nhẹ nhàng trong khoảng 30 - 45 phút để đủ thời gian hóa chất phản ứng tạo kết tủa bông keo lắng xuống đáy hồ. 11 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tóm tắt đông tụ và keo tụ (3)  Đông tụ loại trừ các phân tử keo hòa tan trong nước. Những phân tử này thường mang điện tích âm, vì thế chất đông tụ mang điện tích dương được sử dụng để trung hòa điện tích âm trong suốt q/t đông tụ. Sau đó, trong quá trình keo tụ, các phân tử keo được kết dính lại bởi lực Van der WaaL's hình thành các bông keo.  Bị ảnh hưởng bởi pH, độ kiềm, độ đục, nhiệt độ, khuấy trộn và chất đông tụ. 12 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tuyển nổi (Dissolved Air Flotation - DAF )  Bể tuyển nổi được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học.  Không khí được thổi vào bể tạo bọt khí, bọt khí và hạt nổi lên trên mặt nước thải và bị loại bỏ bằng các thiết bị gạt bọt. 13 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tuyển nổi 14  Đầu tiên nước thải, hay một phần của nước thải, được tạo áp suất với sự hiện diện của một lượng không khí đủ lớn.  Khi nước thải này được trả về áp suất tự nhiên của khí quyển, nó sẽ tạo nên những bọt khí.  Các hạt dầu, mỡ và các chất rắn lơ lửng sẽ kết dính với các bọt khí và với nhau để nổi lên trên và bị một thanh gạt tách chúng ra khỏi nước thải. 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Ứng dụng của tuyển nổi  Xử lý nước thải (nước thải đô thị, các ngành chế biến thực phẩm có nhiều béo như CB thịt, CB dầu)  Xử lý bùn  Xử lý chất khoáng, thu hồi khoáng sản quí  Tái sinh nguyên liệu từ nước rửa  Kết hợp với keo tụ, tách chất mùn và tảo trong xử lý nước cấp 15 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Phương pháp tuyển nổi  Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dịch  Tuyển nổi với phân tán không khí bằng cơ giới  Tuyển nổi bằng tách phân đoạn bọt  Tuyển nổi hóa học, sinh học và ion  Tuyển nổi điện 16 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch  phương pháp này được áp dụng để làm sạch nước thải chứa các hạt ô nhiễm rất mịn  tạo dung dịch bão hoà về không khí (làm thoáng). Khi hạ áp suất (chân không, không áp hay có áp lực) các bọt không khí sẽ tách khỏi dung dịch 17 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tuyển nổi với phân tán không khí bằng cơ giới  phương pháp này được áp dụng để làm sạch nước thải có nồng độ hạt lơ lửng cao ( 2g/L)  sự phân tán khí được thực hiện nhờ bơm đĩa có cánh quạt hướng lên trên.  tốc độ vòng của turbin trong khoảng 10 – 15 m/s 18 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tuyển nổi bằng tách phân đoạn bọt  được áp dụng cho nước thải có nồng độ chất hoạt động bề mặt cao  thường kết hợp với xử lý bức xạ  khuyết điểm :  chất bọt tách ra giàu chất hoạt động bề mặt, bị phân huỷ chậm,  khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước thải tăng, hiệu quả xử lý giảm 19 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tuyển nổi hoá học, sinh học và ion  Hoá học: các quá trình hóa học sinh khí O2, CO2, Cl2. Khuyết điểm là tốn nhiều tác chất.  Sinh học: được ứng dụng để nén cặn từ bể lắng 1 trong xử lý nước thải sinh hoạt. Dựa trên sự phát triển của VSV, sinh khí.  ion : phương pháp này được áp dụng để tách khỏi nước các kim loại (Mo, Pt, ...) bằng cách sử dụng không khí và các chất hoạt động bề mặt. Các chất hoạt động bề mặt trong nước sẽ tạo thành các ion có điện tích trái dấu với điện tích của ion cần loại ra. 20 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Tuyển nổi điện  khi có dòng điện một chiều qua nước thải :  ở catot sẽ tạo khí hydro  tuyển nổi  khi sử dụng các điện cực tan (sắt hoặc nhôm), ở anod sẽ diễn ra sự hoà tan kim loại, các cation nhôm, sắt sẽ chuyển vào trong nước và kết hợp với OH- tạo các hydroxyd, là các chất keo tụ, bám vào các bọt khí.  nếu trong nước thải có chứa chất điện phân thì dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi các thành phần hóa học và trạng thái các tạp chất không tan 21 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ  Là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ. 22 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Ứng dụng của hấp phụ 23  Hiệu quả cao, có khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải, có thể thu hồi các chất này  Được sử dụng để làm sạch triệt để các chất thải hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học, thường là các chất không thể phân huỷ bằng con đường sinh học và có tính độc.  Trong xử lý nước thải công nghiệp, hấp phụ được ứng dụng để khử thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất hữu cơ có vòng thơm, các chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, các kim loại nặng, màu hoạt tính khỏi nước thải 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ (tt)  Chất hấp phụ phải có khả năng chịu ma sát cao, bền nhiệt và kích thước lỗ màng phải nhỏ diện tích tiếp xúc lớntăng khả năng hấp phụ. Các chất hấp phụ sử dụng được chia ra làm 3 loại:  Hợp chất chứa Oxygen – là loại ưa nước và phân cực bao gồm silicagel và zeolite.  Hợp chất chứa Carbon – là loại kỵ nước và không phân cực bao gồm than họat tính hay than chì.  Hợp chất Polymer- chứa nhóm chức phân cực hoặc không phân cực với cấu trúc tổ ong. 24 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Than hoạt tính  Than hoạt tính (Activated Carbon) là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như tro của vỏ lạc (đậu phộng), gáo dừa hoặc than đá.  Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính oxi hóa ở nhiệt độ cực cao.  Quá trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ và giữ các tạp chất. 25 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Các dạng kết cấu của than hoạt tính  Dạng bột cám (Powered - PAC)  Dạng hạt (Granulated – GAC)  Dạng khối đặc (Extruded SoLid BLock – SB) 26 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Công dụng của than hoạt tính Dùng lọc cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tố, khử màu và khử mùi clorine. Hiệu suất lọc tùy thuộc :  Tính chất vật lý của than (kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc)  Tính chất lý hóa của tạp chất cần loại bỏ  Thời gian tiếp xúc của nước với than 27 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Trao đổi Ion  Khi gặp điều kiện thuận lợi, các ion trong nước thải có thể kết hợp với nhau, tạo thành cặn, váng có hại cho sức khỏe hay gây mất mỹ quan.  Dùng "hạt nhựa trao đổi ion“ để xử lý hiện tượng này (dùng loại hạt nhựa tích Cation để "hút" các ion âm và ngược lại). 28 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Trao đổi Ion (tt)  Một số loại ion trong nước chưa xử lý: Cation Anion Calcium (Ca2+) Chloride (CL-) Magnesium (Mg2+) Bicarbonate (HCO3-) Sodium (Na+) Nitrate (NO3-) Potassium (K+) Carbonate (CO32-) Iron (Fe2+) Sulfate (SO42-) 29 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Ứng dụng của trao đổi ion  Tách các ion kim loại như Zn, Cu, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn,... cũng như các hợp chất của Arsen, Phospho, Cyanur,...  Xử lý tính cứng của nước (Ca, Mg). 30 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Vi lọc - Microfiltration  Kích thước lỗ màng 0.1 – 10 µm  Loại hầu hết tất cả VK mà không loại được virus 31 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Siêu lọc - Ultra filtration  Kích thước lỗ màng có thể loại được các phân tử có kích thước 0.01 – 0.1 µm.  Siêu lọc được sử dụng để loại hết tất cả virus, vi khuẩn  Kích thước nhỏ, vận hành đơn giản, ít tiêu tốn điện năng, chi phí hoạt động thấp  Vật liệu màng lọc không làm biến đổi tính chất của nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quá trình xử lý 32 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Ứng dụng của màng UF  Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất)  Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh  Thu hồi dầu/ mỡ và xử lý nước thải  Màng UF bảo vệ màng RO 33 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Nano filtration  Được sử dụng nhiều trong những năm gần đây và thường sử dụng trong công nghiệp sản xuất nước uống tinh khiết (làm mềm nước), khử màu và những vi chất gây ô nhiễm.  Kỷ thuật nano cũng được sử dụng trong việc phân tách các chất hữu cơ như những ion đa hóa trị hay những vi chất ô nhiễm. 34 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Thẩm thấu ngược  RO dựa trên nguyên tắc cân bằng. Hai dung dịch chứa hai nồng độ các chất hòa tan khác nhau sẽ trao đổi chất hòa tan đến khi đạt được trạng thái cân bằng.  Khi hai dung dịch này được ngăn cách bởi 1 màng lọc, dung dịch chứa chất hòa tan nồng độ thấp sẽ đi qua màng đến dung dịch có nồng độ cao hơn.  Sau một thời gian, mực nước 1 bên màng sẽ cao hơn. Sự khác biệt này gọi là áp suất thẩm thấu. 35 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Thẩm thấu ngược (tt)  Sử dụng 1 áp suất lên cột áp suất thẩm thấu  tạo nên thẩm thấu ngược.  Nước được đẩy ngược về phía kia của màng trong khi chất rắn hòa tan thì không. 36 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM Điện thẩm tách - Electrodialysis  Được sử dụng để thu hồi acid, muối kim loại và các hydroxid. Trong nước thải nông nghiệp, dùng khử nitơ.  Các phân tử ion mang điện tích được di chuyển từ dung dịch ban đầu qua màng lọc chọn lọc đến dung dịch có nồng độ cao hơn bằng cách áp dụngmột trường điện.  Trong d/dịch muối, các ion âm di chuyển về cực dương và các ion dương di chuyển về cực âm. 37 8/10/2010HO THI NGUYET THU - DHNLtpHCM