Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 2: Keo tụ cặn bẩn trong nước

Chia sẻ: đỗ Hữu Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

315
lượt xem 104
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 2: Keo tụ cặn bẩn trong nước cung cấp cho người học một số kiến thức về: Khái niệm, cấu tạo hạt keo, tính bền của hạt keo, các phương pháp keo tụ cặn bẩn trong nước, cơ chế quá trình keo tụ tạo bông. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt nội dung chi tiết chương 2 của bài giảng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 2: Keo tụ cặn bẩn trong nước

Chương 2. KEO T C N B N TRONG NƯ C CH¦¥NG 2. KEO Tô CÆN BÈN TRONG N¦íC 2.1. Kh¸i niÖm chung. CÊu t¹o h¹t keo 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô 2.3. C¬ chÕ qu¸ tr×nh keo tô t¹o b«ng 1
2.1. Kh¸i niÖm chung 2.1.1. CÊu t¹o h¹t keo, tÝnh bÒn cña h¹t keo a. CÊu t¹o cña h¹t keo: H¹t keo cã cÊu t¹o rÊt phøc t¹p: + ë gi÷a cã nh©n keo: l tËp hîp h ng tr¨m hoÆc h ng ngh×n ph©n tö. + Líp hÊp phô: ®−îc t¹o ra do nh©n keo cã kh¶ n¨ng hÊp phô m¹nh v hÊp phô chän läc nh÷ng ion cã trong th nh phÇn nh©n h¹t keo. + Líp ®èi ion: do nh©n keo v líp ion kÒ s¸t mang ®iÖn v hót nh÷ng ion ng−îc dÊu bao quanh t¹o ra (h¹t keo). + Líp khuÕch t¸n: h¹t keo cßn hót nh÷ng ion ng−îc dÊu ë xa h¬n t¹o ra VÝ dô: AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + NaNO3.TËp hîp m ph©n tö AgCl t¹o th nh nh©n keo. Gi¶ sö trong dung dÞch d− ion Ag+, chóng sÏ t¹o h¹t keo d−¬ng {m[AgCl] nAg+ + (n – x)NO3-}+x xNO3- Nh©n keo Líp hÊp phô H¹t keo Misen keo Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo 2
Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo Trong tr¹ng th¸i tÜnh, misen keo trung ho vÒ ®iÖn (c¸c ion cña h¹t Misen ®−îc trung ho bëi c¸c ion tr¸i dÊu cña tÇng khuyÕch t¸n) Do chuyÓn ®éng Brown → 1 sè ion tÇng khuyÕch t¸n t¸ch khái h¹t → h¹t keo trë nªn cã ®iÖn tÝch ε- thÕ nhiÖt ®éng trªn bÒ mÆt nh©n keo ζ - thÕ ®iÖn ®éng trªn bÒ mÆt h¹t keo ε = Σ(± ) cña c¸c ion líp vá nh©n (2 tÇng) ξ = Σ(± ) cña c¸c ion líp khuyÕch t¸n ε − ξ = Σ(± ) cña c¸c líp ion kÐp (tÇng hÊp phô) Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo TÇng hÊp phô TÇng khuyÕch t¸n ε- thÕ nhiÖt ®éng trªn bÒ mÆt nh©n keo ε=0 ζ=0 ζ - thÕ ®iÖn ®éng trªn bÒ mÆt h¹t keo 3
Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo b. TÝnh bÒn cña hÖ keo §é bÒn cña hÖ keo phô thuéc: b¶n chÊt ph©n t¸n, ®é ph©n t¸n, dung m«i, sù cã mÆt cña c¸c chÊt l m bÒn (chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt), nång ®é h¹t ph©n t¸n v nhiÖt ®é. c. Sù ®ång tô cña keo vµ pepti ho¸ Sù ®«ng tô: l hiÖn t−îng c¸c h¹t keo dÝnh kÕt l¹i víi nhau v t¹o th nh kÕt tña. Do mét nguyªn nh©n n o ®ã ®Èy ion nghÞch ë vá khuyÕch t¸n ®i v o líp hÊp phô cña h¹t keo, l m gi¶m ®iÖn tÝch h¹t keo, gi¶m lùc ®Èy, g©y nªn sù keo tô. Sù pepti ho¸: l qu¸ tr×nh ng−îc l¹i víi sù keo tô. X¶y ra khi: + C¸c s¶n phÈm ®«ng tô tiÕp xóc víi dung dÞch ®iÖn ly l m cho chóng kh¶ n¨ng tÝch ®iÖn lai, lùc kÕt dÝnh yÕu ®i, lùc khuyÕch t¸n t¨ng, dÉn tíi sù ph©n bè l¹i c¸c h¹t keo v dung dÞch keo. + §−a v o dung dÞch chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt. T¹o ra bÒ mÆt h¹t keo líp sonvat, sau ®ã do chuyÓn ®éng nhiÖt c¸c ph©n tö bÞ t¸ch ra v t¹o th nh hÖ keo. Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo 2.1.2. C¸c tÝnh chÊt cña dung dÞch keo * TÝnh chÊt quang häc cña dung dÞch keo a. ThÝ nghiÖm cña Tyndall (n¨m 1896) ChiÕu chïm tia s¸ng v o dung dÞch keo ta thÊy xuÊt hiÖn vïng ¸nh s¸ng mê ®ôc trong dung dÞch keo cã d¹ng h×nh nãn. HiÖn t−îng n y ®−îc gäi l hiÖu øng Tyndall. b. Nguyªn nh©n Do h¹t keo cã kÝch th−íc h¹t nhÊt ®Þnh. Khi chiÕu s¸ng c¸c h¹t keo sÏ khuyÕch t¸n ¸nh s¸ng ®i mäi ph−¬ng. Lóc n y h¹t keo trë th nh nguån s¸ng thø cÊp -“®iÓm s¸ng”. 4
Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo * ChuyÓn ®éng Brown cña h¹t keo ChuyÓn ®éng Brown cña c¸c h¹t keo l do chuyÓn ®éng nhiÖt cña c¸c ph©n tö dung m«i g©y nªn chuyªn ®éng nhiÖt cña c¸c h¹t keo. ChuyÓn ®éng cña c¸c ph©n tö m«i tr−êng l hçn lo¹n dÉn ®Õn chuyÓn ®éng cña c¸c h¹t keo còng lu«n lu«n thay ®æi vËn tèc v h−íng. ChuyÓn ®éng Brown cã t¸c dông l m cho h¹t keo ph©n bè ®ång ®Òu trong thÓ tÝch. Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo * Sù sa l¾ng cña h¹t keo Do h¹t keo cã mét khèi l−îng n o ®ã nªn sÏ chÞu t¸c ®éng cña lùc träng tr−êng g©y cho h¹t keo sù sa l¾ng (vsl). Cßn chuyÓn ®éng Brown l m cho h¹t keo khuyÕch t¸n ®Òu trong thÓ tÝch hÖ (vkt). Khi cã sù c©n b»ng gi÷a lùc khuyÕch t¸n v sù sa l¾ng th× trong hÖ keo cã sù ph©n bè h¹t keo trong hÖ mét c¸ch æn ®Þnh. Nh−ng v× mét nguyªn nh©n n o ®ã m : + vsl > vkt th× h¹t keo bÞ sa l¾ng ; + vsl < vkt th× h¹t keo ®−îc ph©n bè ®Òu trong thÓ tÝch cña hÖ; + vsl = vkt: hÖ n»m ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng häc hay c©n b»ng sa l¾ng. 5
T−¬ng t¸c gi÷a c¸c keo • C¸c h¹t keo chuyÓn ®éng nhiÖt trong n−íc (chuyÓn ®éng Brown) v cã cïng dÊu: + §Èy nhau theo lùc ®Èy tÜnh ®iÖn + Hót nhau theo lùc hót ph©n tö (Lùc Van der Waals) → Lùc tæng hîp (xem h×nh vÏ) + ban ®Çu l lùc ®Èy + xÝch l¹i gÇn nhau h¬n → hîp lùc l lùc ®Èy max. + NÕu c¸c ph©n tö chuyÓn ®éng nhanh, ®¹t ®éng n¨ng ®ñ lín → v−ît qua ®−îc lùc ®Èy → kho¶ng c¸ch ®ñ nhá → lùc hót ph©n tö t¨ng nhanh → dÝnh kÕt víi nhau BiÓu ®å thÓ hiÖn Lùc t−¬ng t¸c Van der Waals Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo * HiÖn t−îng ®iÖn di Khi ®Æt dung dÞch keo v o trong ®iÖn tr−êng d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng h¹t keo chuyÓn vÒ phÝa cña ®iÖn cùc tr¸i dÊu, cßn dung m«i cã chøa c¸c ion ë líp khuyÕch t¸n chuyÓn vÒ phÝa ®iÖn cùc kia. D−íi t¸c ®éng cña ®iÖn tr−êng, pha n y chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi pha kia, ®iÒu n y cã nghÜa hai pha tÝch ®iÖn ng−îc dÊu nhau. HiÖn t−îng pha r¾n dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi víi pha láng gäi l hiÖn t−îng ®iÖn chuyÓn hay ®iÖn di. 6
Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ keo 2.1.3. Ph©n lo¹i dung dÞch keo theo kÝch th−íc a. HuyÒn phï: l hÖ ph©n t¸n cña chÊt r¾n trong chÊt láng, kÝch th−íc h¹t r¾n trong huyÒn phï l lo¹i h¹t th« (d > 10-5m). - HuyÒn phï l hÖ hÇu nh− kh«ng khuyÕch t¸n, dÔ bÞ sa l¾ng, kh«ng khuyÕch t¸n ¸nh s¸ng nh− dung dÞch keo. - HÖ n y kÐm bÒn do tÝnh bÒn ®éng häc cña nã nhá. Muèn cho huyÒn phï bÒn ng−êi ta th−êng thªm v o nã chÊt cao ph©n tö hay chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt. b. Nhò t−¬ng: l hÖ ph©n t¸n cã ph©n tö ph©n t¸n l láng v dung m«i l láng. - Nhò t−¬ng láng – láng l hÖ cã hai pha cã b¶n chÊt kh¸c nhau. Nhò t−¬ng cã lo¹i lo ng v ®Æc, giíi h¹n bëi phÇn tr¨m pha ph©n t¸n trong m«i tr−êng ph©n t¸n. - Nhò t−¬ng l hÖ dÞ thÓ kh«ng bÒn nhiÖt ®éng (®Æc biÖt l nhò t−¬ng ®Æc), muèn t¨ng thêi gian sèng cña hÖ ph¶i ®−a v o trong hÖ chÊt nhò ho¸ thÝch hîp. c. Bät: l nh÷ng hÖ ph©n t¸n rÊt th« v rÊt ®Ëm ®Æc khÝ trong chÊt láng. - Bät l mét hÖ rÊt kÐm bÒn. VÒ tÝnh chÊt v cÊu t¹o c¸c bät khÝ rÊt gièng víi nhò t−¬ng ®Ëm ®Æc cao. 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô • C¸c cÆn bÈn trong n−íc (h¹t c¸t, sÐt, bïn sinh vËt phï du, s¶n phÈm ph©n huû c¸c chÊt h÷u c¬,…) cã kÝch th−íc nhá (< 10-4 mm) th× khã t¸ch khái n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p l¾ng c¬ häc, chóng tån t¹i ë tr¹ng th¸i l¬ löng trong n−íc, trong tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng. • CÇn nh÷ng yÕu tè bªn ngo i t¸c ®éng, ph¸ vì tr¹ng th¸i c©n b»ng ®ã, t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó c¸c h¹t cÆn l¬ löng kÕt dÝnh víi nhau, t¨ng kÝch th−íc v khèi l−îng cña chóng → dÔ l¾ng xuèng ®¸y h¬n. • C¸c ph−¬ng ph¸p t¸c ®éng: - Nung nãng, l m l¹nh, dïng c¸c chÊt ®iÖn ly, sö dông tõ tr−êng,… - Dïng c¸c ho¸ chÊt nh»m t¹o ra trong n−íc hÖ keo míi, mang ®iÖn tÝch ng−îc dÊu víi hÖ keo cÆn bÈn trong n−íc thiªn nhiªn v l m nh©n tè keo tô c¸c h¹t cÆn bÈn l¬ löng (th−êng ®−îc dïng). 7
2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô • C¸c h¹t cÆn l¬ löng trong n−íc phÇn lín th−êng ®Òu mang ®iÖn tÝch ©m (cÆn gèc silic, c¸c hîp chÊt h÷u c¬), mét sè mang ®iÖn tÝch d−¬ng (hydroxit s¾t, nh«m). Khi thÕ c©n b»ng ®iÖn ®éng bÞ ph¸ vì → c¸c h¹t liªn kÕt víi nhau t¹o th nh c¸c tæ hîp gäi l c¸c h¹t keo. Chóng cã thÓ l keo h¸o n−íc hoÆc keo kþ n−íc. • Keo h¸o n−íc (−a n−íc): trªn bÒ mÆt chóng cã 1 líp m ng thuû ho¸, gåm c¸c nhãm ph©n cùc bÒ mÆt ho tan trong n−íc (nh− c¸c nhãm hydroxyl OH-, COOH-,…). C¸c h¹t keo n y th−êng mang ®iÖn tÝch kh«ng lín v ®«ng tô d−íi t¸c dông cña c¸c chÊt ®iÖn ly (ë d¹ng c¸c ion ng−îc dÊu). • Keo kþ n−íc (cÆn bÈn trong n−íc: bïn, sÐt, c¸t…) ®ãng vai trß chñ yÕu trong c«ng nghÖ xö lý n−íc b»ng chÊt keo tô. 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô (1). T¨ng ®éng n¨ng h¹t keo Cã thÓ thùc hiÖn ®−îc nhê c¸ch t¨ng nhiÖt ®é (khã thùc hiÖn), khuÊy trén hay t¹o dßng ch¶y xo¾n ë trong c«ng tr×nh xö lý (th−êng ¸p dông, tuy nhiªn kh«ng thÓ ®¹t ®−îc hiÖu suÊt cao nÕu chØ ¸p dông ph−¬ng ph¸p n y). ViÖc t¨ng ®éng n¨ng cña h¹t keo l m cho chóng linh ®éng h¬n → t¨ng sè va ch¹m gi÷a c¸c h¹t keo trong dung dÞch → kÝch th−íc c¸c h¹t keo t¨ng → sa l¾ng 8
C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô (2) Gi¶m lùc ®Èy tÜnh ®iÖn v t¨ng lùc hót Ion: - §−a v o n−íc c¸c ho¸ chÊt l m t¨ng nång ®é cña chÊt ®iÖn ly trung tÝnh (vÝ dô nh− NaCl), dÉn ®Õn gi¶m ®é d y cña líp ®iÖn tÝch kÐp (gi¶m ζ) → l m gi¶m lùc ®Èy tÜnh ®iÖn gi÷a c¸c h¹t → t−¬ng t¸c tæng céng gi÷a c¸c h¹t keo b»ng kh«ng, do ®ã sù t¹p th nh tæ hîp c¸c h¹t keo cã thÓ x¶y ra khi chóng va ch¹m, tiÕp xóc víi nhau. 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô Qu¸ tr×nh keo tô b»ng chÊt ®iÖn ly cã thÓ coi nh− l mét qu¸ tr×nh keo tô tèi −u. Ng−êi ta ® x¸c ®Þnh r»ng khi sö dông chÊt ®iÖn ly víi c¸c Ion cã ho¸ trÞ c ng lín th× hiÖu qu¶ keo tô c ng cao v liÒu l−îng chÊt ®iÖn ly c ng gi¶m ®i. Ph−¬ng ph¸p n y ®ßi hái liÒu l−îng chÊt keo tô ®−a v o n−íc ph¶i rÊt chÝnh x¸c. NÕu nång ®é c¸c chÊt ®iÖn ly trong n−íc v−ît qu¸ møc cÇn thiÕt sÏ g©y ra qu¸ tr×nh tÝch ®iÖn trë l¹i ®èi víi h¹t keo, l m thÕ n¨ng t¨ng lªn v hiÖu qu¶ keo tô gi¶m. BiÖn ph¸p n y khã øng dông trong xö lý n−íc. Tuy nhiªn, ng−êi ta cã thÓ quan s¸t hiÖn t−îng keo tô n y ë vïng cöa s«ng ch¶y ra biÓn. T¹i ®ã, do nång ®é muèi cao, c¸c h¹t keo huyÒn phï bÞ keo tô nhanh chãng, t¹o ra sù l¾ng ®äng trÇm tÝch båi c¹n cöa s«ng. 9
C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô (3) Thay ®æi pH: Thay ®æi pH cña m«i tr−êng cã thÓ l m thay ®æi hay l m mÊt ®iÖn tÝch s¬ cÊp (®iÖn tÝch øng víi ®iÓm ®¼ng ®iÖn), do ®ã l m gi¶m hay triÖt tiªu lùc ®Èy. Tuy nhiªn, pH cña nhiÒu lo¹i h¹t th−êng thÊp, vÝ dô, ®èi víi: + SÐt: pH cña ®iÓm ®¼ng ®iÖn pH0 = 5 + Mïn (humin): pH0 = 3,5 - 4,5 + Protit: pH0 = 3,5 - 4,2 Lùc t¸c dông lªn h¹t keo sau khi líp + Silic SiO2: pH 0 = 2. ®iÖn tÝch kÐp bÞ nÐn (Compression of the Double Layer DLVO Theory) 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô (4) §−a v o n−íc hÖ muèi kim lo¹i ho¸ trÞ III cã thÓ thuû ph©n (phÌn nh«m Al2(SO4)3, phÌn s¾t FeCl3, Poly Alluminium Chlorid (PAC)...) - PhÌn ®−îc ph©n ly th nh c¸c ion kim lo¹i v Anion axit m¹nh: Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO42- FeCl3 → Fe3+ + 3Cl- Khi ®ã: (4a) C¸c ion kim lo¹i (Al3+, Fe3+) → trung ho c¸c h¹t keo trong n−íc mang ®iÖn tÝch (-), l m gi¶m thÕ ®iÖn ®éng ζ → keo liªn kÕt l¹i → t¹o b«ng cÆn. 10
2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô (4b) C¸c ion kim lo¹i tham gia ph¶n øng thuû ph©n: Al3+ +3H2O → Al(OH)3↓ +3H+ Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3H+ Al(OH)3 v Fe(OH)3 l nh÷ng h¹t keo mang ®iÖn tÝch (+)→ trung ho + t¹o b«ng cÆn. 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô (4c) C¸c s¶n phÈm thuû ph©n ho n to n cña c¸c Ion kim lo¹i t¹o c¸c Hydroxit kim lo¹i (Al(OH)3, Fe(OH)3, ...) kÕt tña d¹ng b«ng, cã tÝnh ho¹t tÝnh bÒ mÆt cao → cã kh¶ n¨ng ‘’bÉy’’, hót b¸m lªn bÒ mÆt c¸c chÊt bÈn (h¹t keo, cÆn, mïi vÞ, vi sinh vËt, mét sè chÊt tan, ion kim lo¹i nÆng, c¸c h¹t keo trong n−íc, ... ) → t¹o c¸c b«ng cÆn lín → l¾ng xuèng. - (4a), (4b), (4c) - 3 lo¹i b«ng cÆn sinh ra trong qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn. - (4a)- Ýt; (4c) - ®a sè, cã tÝnh quyÕt ®Þnh ®Õn hiÖu suÊt keo tô 11
2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô Trªn thùc tÕ, khi cho phÌn v o n−íc, chóng bÞ thuû ph©n v t¹o ra kh«ng chØ Al(OH)3 hay Fe(OH)3 m cßn t¹o c¸c phøc Monomers v Polymers: - Monomers: Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH)3, Al(OH)4-... - Polymers: Al2(OH)24+, Al3(OH)45+, Al13O4(OH)247+,... Nh÷ng phøc n y mang ®iÖn tÝch d−¬ng, cã kh¶ n¨ng: - L m trung ho c¸c ®iÖn tÝch s¬ cÊp mang ®iÖn (-) (c¬ chÕ (4a); - HÊp phô trªn bÒ mÆt chóng c¸c h¹t keo (c¬ chÕ 4b); - C¸c s¶n phÈm thuû ph©n ho n to n l c¸c Hydroxit kim lo¹i kÕt tña, t¹o b«ng – bÉy c¸c h¹t keo (c¬ chÕ 4c). 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô (5). §−a v o trong n−íc mét chÊt Polymer tù nhiªn hoÆc Polymer tæng hîp: L m trung ho ®iÖn tÝch c¸c h¹t keo, t¹o cÇu nèi gi÷a c¸c h¹t keo c¸ch xa nhau víi kho¶ng c¸ch lín h¬n kho¶ng c¸ch hiÖu dông cña lùc ®Èy. MÆt kh¸c c¸c Polyme mang ®iÖn, cã thÓ l m trung ho ®iÖn tÝch c¸c h¹t keo. §Ó sù trî keo x¶y ra, c¸c phÇn cña sîi (chuçi) Polymer ph¶i ®−îc hÊp phô lªn bÒ mÆt cña mét sè h¹t hay b«ng keo tô. C¸c tæ hîp phÇn tö chÊt bÈn – Polymer – phÇn tö chÊt bÈn ®−îc h×nh th nh theo kiÓu n y. • Tuy nhiªn, cÇn l−u ý, nÕu sö dông Polyme qu¸ liÒu l−îng, sÏ t¸i x¸c lËp l¹i tr¹ng th¸i bÒn v÷ng cña hÖ keo, l m gi¶m hiÖu suÊt keo tô. (6). KÕt hîp mét sè ph−¬ng ph¸p trªn. VÝ dô: (1) + (3) + (4) + (5) 12
2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô Mét sè ho¸ chÊt dïng trong keo tô Sulfat Nh«m Al2(SO4)3.18H2O; Sulfat Nh«m tinh chÕ. Oxy Clorit Nh«m: Al2(OH)5Cl. Aluminat Natri: NaAlO2 . Clorua s¾t 3: FeCl3.6H2O. Sulfat s¾t 2: Fe SO4.7H2O Sulfat s¾t 3: Fe2(SO4)3.2H2O. Hçn hîp (Fe2(SO4)3 + FeCl3). Hçn hîp FeCl3 + Al2(SO4)3 . Poly Allumminium Chloride PAC (PACN, PAC HAPI, ...), .... 2.2. C¸c ph−¬ng ph¸p keo tô Mét sè lo¹i ho¸ chÊt dïng ®Ó keo tô n−íc - Sulfat Nh«m Al2(SO4)3.18H2O: SX tõ quÆng Boxit, Nefelin, 1 sè lo¹i ®Êt sÐt,… - Sulfat Nh«m tinh chÕ: SX tõ nh«m Al2O3 t¸c dông víi H2SO4 - Oxy Clorit Nh«m Al2(OH)5Cl: SX tõ Al(OH)3 pha chÕ víi HCl - Aluminat Natri NaAlO2 : SX tõ Al2O3 hay Al(OH)3 + NaOH - Clorua s¾t: FeCl3.6H2O : SX tõ Fe + Cl2(ë 700oC) hoÆc quÆng s¾t + Cl2 - Sulfat s¾t II FeSO4.7H2O - Sulfat s¾t III Fe2(SO4)3.2H2O: s¶n xuÊt tõ Fe2O3 + H2SO4 - Hçn hîp (Fe2(SO4)3 + FeCl3): thu tõ hçn hîp (FeSO4.7H2O v Cl2) - Hçn hîp FeCl3 + Al2(SO4)3 theo tû lÖ 1 /1 hay 2 /1 13
L−îng phÌn cÇn thiÕt theo h m l−îng cÆn cña n−íc nguån H m l−îng cÆn cña n−íc nguån, mg/l L−îng phÌn Al2(SO4)3, mg/l ®Õn 100 15 – 25 100 – 200 18 – 30 200 – 400 24 – 40 400 – 600 28 – 45 600 – 800 33 – 55 800 – 1000 36 – 60 1000 – 1400 39 – 65 1400 – 1800 45 – 75 1800 - 2200 48 - 80 NÕu n−íc nguån ®ång thêi cã ®é m u cao, l−îng phÌn Al2(SO4)3 ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: a = 4√M (M - ®é m u, thang m u Pt – Co). NÕu dïng phÌn s¾t FeCl3 hoÆc FeSO4: liÒu l−îng phÌn cã thÓ lÊy b»ng 1/3 – 1/2 gi¸ trÞ trªn • ChÊt trî keo: + T¨ng hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh ®«ng tô + tiÕt kiÖm ho¸ chÊt. + §−a v o n−íc sau phÌn v v«i • C¸c hîp chÊt Polymer: - Nguån gèc tù nhiªn: tinh bét, vôn rong, t¶o, men thuû ph©n Protit, b khoai,… -Nguån gèc nh©n t¹o: Polyme PAA (PolyAcrylAmid): (CH2CHONH2)n - ChÊt keo tô v« c¬: Axit Silic ho¹t tÝnh, Silicat Natri s¶n xuÊt tõ thuû tinh láng (Na2O)m(SiO2)n → ®−a v o trong n−íc → t¹o c¸c Anion → t¨ng hiÖu suÊt xö lý! 14
2.3. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh keo tô 2.3.1. C¸c giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh keo tô: Gåm c¸c giai ®o¹n sau: + Pha trén c¸c chÊt keo tô víi n−íc. + Thuû ph©n cña phÌn ®ång thêi ph¸ huû ®é bÒn v÷ng cña hÖ keo tù nhiªn. + H×nh th nh b«ng cÆn. 2.3. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh keo tô VÒ thùc chÊt ba giai ®o¹n n y xÈy ra liªn tôc v gÇn nh− ®ång thêi. Víi c¸c ph−¬ng ph¸p keo tô kh¸c nhau, sù kh¸c biÖt cã tÝnh ®Æc tr−ng chñ yÕu l ë hai giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh keo tô. Khi cho ho¸ chÊt v o n−íc, qu¸ tr×nh thuû ph©n, hÊp phô v trao ®æi ion cña líp ®iÖn tÝch kÐp diÔn ra rÊt nhanh chãng, phô thuéc v o ®iÒu kiÖn m«i tr−êng ph¶n øng. Sau ®ã b¾t ®Çu qu¸ tr×nh h×nh th nh c¸c b«ng cÆn. HiÖu qu¶ cña giai ®o¹n n y phô thuéc chñ yÕu v o sè l−îng va ch¹m v kÕt dÝnh víi nhau t¹o th nh c¸c b«ng cÆn cã kÝch th−íc lín dÇn lªn cho ®Õn lóc chóng kh«ng cßn tham gia v o qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng nhiÖt. Muèn cã hiÖu qu¶ keo tô cao cÇn t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c b«ng cÆn tiÕp tôc chuyÓn ®éng v va ch¹m nhau. Giai ®o¹n h×nh th nh c¸c b«ng cÆn l kh©u cuèi cïng cã tÝnh chÊt quyÕt ®Þnh ®Õn hiÖu qu¶ cña to n bé c¸c qu¸ tr×nh keo tô cÆn bÈn. 15
2.3.2. Keo tô tiÕp xóc • Nguyªn lý: lîi dông kh¶ n¨ng kÕt b¸m cña c¸c h¹t cÆn lªn bÒ mÆt cña c¸c h¹t vËt liÖu läc nh− c¸t... • B¶n chÊt sù kÕt b¸m cña c¸c h¹t cÆn lªn bÒ mÆt vËt liÖu läc l qu¸ tr×nh keo tô. • Trong ®iÒu kiÖn thuû ®éng thuËn lîi, c¸c h¹t cÆn chuyÓn ®éng gÇn bÒ mÆt c¸c h¹t vËt liÖu v dÝnh kÕt lÉn nhau. • Qu¸ tr×nh h×nh th nh b«ng cÆn trong m«i tr−êng tiÕp xóc diÔn ra víi tèc ®é nhanh v hiÖu qu¶ h¬n sù t¹o th nh b«ng c¨n trong m«i tr−êng chÊt láng: - C−êng ®é va ch¹m gi÷a c¸c h¹t cÆn víi c¸c h¹t vËt liÖu läc cã kÝch th−íc lín cao h¬n nhiÒu so víi c−êng ®é va ch¹m dÝnh kÕt víi c¸c h¹t lín kh«ng mang ®iÖn cña líp vËt liÖu läc do lùc hót ph©n tö. - Ngay c¶ khi nång ®é c¸c h¹t cßn ch−a ®ñ ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn keo tô trong m«i tr−êng n−íc, nh−ng trong m«i tr−êng tiÕp xóc qu¸ tr×nh keo tô ® x¶y ra. • Qu¸ tr×nh keo tiÕp xóc hiÖu qu¶ nhÊt x¶y ra ngay sau khi pha chÊt keo tô v o n−íc (bÓ läc tiÕp xóc sau ng¨n trén + t¸ch khÝ, kh«ng cã ng¨n ph¶n øng). • Lóc ®Çu khi t¨ng liÒu l−îng phÌn, ®é ®ôc v ®é m u cña n−íc gi¶m rÊt Ýt sau ®ã khi ®Õn mét liÒu l−îng nhÊt ®Þnh b¾t ®Çu ng−ìng keo tô, ®é ®ôc v ®é m u cña n−íc gi¶m rÊt nhanh. TiÕp theo nÕu t¨ng liÒu l−îng phÌn h¬n n÷a, hiÓu qu¶ xö lý còng kh«ng t¨ng ®¸ng kÓ. 16
2.3.3. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn (1). §é pH cña n−íc • Ph¶n øng thuû ph©n phÌn t¹o ion H+ → pH↓, Ki↓, (CO2↑) → §Èy hÖ keo lÖch khái ®iÓm ®¼ng ®iÖn v gi¶m tèc ®é ph¶n øng thuû ph©n → pH cña dung dÞch ®−îc ®iÒu chØnh b»ng: + §é kiÒm tù nhiªn cña n−íc + NÕu kh«ng ®ñ ®é kiÒm: sö dông v«i/s«®a/xót Xót: - ®¾t, ph¶i ®iÒu chÕ chÝnh x¸c V«i: + rÎ, kh«ng t¹o CO2 v t¨ng pH cao h¬n - t¹o cÆn l¾ng 2.3.3. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn Mçi lo¹i phÌn ®Òu cã mét gi¸ trÞ pH thÝch hîp ®Ó x¶y ra keo tô: - PhÌn nh«m: pH 6,5 - 7,5 → dÔ ¸p dông - PhÌn s¾t 2: pH > 8 → ®ßi hái pH cao h¬n - PhÌn s¾t 3: pH 5,5 - 9,5 → dÔ ¸p dông 17
2.3.3. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn (2). §é kiÒm tù nhiªn cña n−íc §é kiÒm ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn pH cña n−íc. + NÕu Ki lín → trung ho ion H+ sinh ra do qu¸ tr×nh thuû ph©n phÌn → pH thay ®æi Ýt. + NÕu ®é kiÒm Ki thÊp, kh«ng ®ñ ®Ó trung ho ion H+ → ph¶i sö dông ho¸ chÊt ®Ó n©ng ®é kiÒm Ki trong n−íc (sö dông v«i, s«®a, xót) CO32- + H+ → HCO3- → Ki ↑ OH- + H+ → H2O C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn - X¸c ®Þnh ®é kiÒm trong n−íc sau khi ®−a phÌn v o: Lp Lk K i* = K i0 − + mg®l/l tp tp ep ek - X¸c ®Þnh l−îng kiÒm cÇn ®−a v o n−íc: L  LK = eK . p − K itp + 0,5  mg/l e   p  + LK, eK: liÒu l−îng (mg/l) v ®−¬ng l−îng (mg®l/l) cña chÊt kiÒm + Lp, ep: liÒu l−îng (mg.l) v ®−¬ng l−îng (mg®l/l) cña chÊt phÌn sö dông + Kitp: ®é kiÒm to n phÇn cña n−íc, mg®l/l + 0,5: §é kiÒm dù tr÷, mg®l/l - NÕu: LK < 0 → l−îng kiÒm trong n−íc ®ñ ®Ó trung ho ion H+. LK > 0 → ph¶i ®−a l−îng kiÒm n y v o n−íc. 18
Ho¸ chÊt ep, mg®l/l ChÊt kiÒm eK, mg®l/l ho¸ Al2(SO4)3 57 CaO 28 FeCl3 54,1 Na2CO3 53 FeSO4 76 NaOH 40 Fe2(SO4)3 66,7 C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn (3). NhiÖt ®é: NhiÖt ®é t¨ng → chuyÓn ®éng nhiÖt cña h¹t keo t¨ng → t¨ng tÇn sè va ch¹m v ®éng n¨ng → hiÖu qu¶ kÕt dÝnh t¨ng → gi¶m l−îng phÌn sö dông, thêi gian, c−êng ®é khuÊy trén,… → Lp (®«ng) > Lp (hÌ) 19
C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh keo tô b»ng phÌn (4). ¶nh h−ëng cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ NÕu trong n−íc nguån cã chøa c¸c hîp chÊt h÷u c¬ → ng¨n c¶n qu¸ tr×nh keo tô, l m cho hiÖu suÊt keo tô gi¶m, do c¸c hîp chÊt n y bao bäc h¹t cÆn → ng¨n c¶n sù tiÕp xóc, dÝnh b¸m, hÊp phô lªn b«ng keo tô → ph¶i khö c¸c hîp chÊt h÷u c¬ n y tr−íc khi ®−a phÌn v o b»ng c¸c chÊt oxy ho¸ m¹nh nh− Clo,…(Clo ho¸ s¬ bé) Sù biÕn ®æi chÊt l−îng n−íc sau khi ®−a ho¸ chÊt keo tô v o trong n−íc 1. Tr−êng hîp kh«ng cÇn kiÒm ho¸ theo yªu cÇu keo tô - §é kiÒm sau khi ®−a ho¸ chÊt v o n−íc: Lp K i* = K i0 − , mg®l/l tp tp ep Lp - CO2: CO2 = CO 2 + 44 * 0 , mg/l ep - pH: ( ) ( ) pH s = f1 (t ) − f 2 Ca 2+ − t 3 K i* + f 4 (P ) tp - CÆn l¬ löng: Cmax = Cmax + K .L p + 0,25.M * 0 , mg/l - K: hÖ sè, phÌn nh«m/s¾t lo¹i A: K=1 phÌn nh«m/s¾t lo¹i B: K = 1,1 - M: §é m u (®é Cobalt) 20