Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải chương 4: GV. Trần Thị Ngọc Diệu

19 June 2010

MỤC ĐÍCH

Thu hồi sản phẩm quý

Khử các chất gây cản trở cho quá trình oxy hóa sinh hóa

2 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hấpph ụ làhi ện tượng bề mặt, nólà s ự ngưng kết chấtkhího ặcch ấttan trên b ề mặtphânchiapha.

Hấp ph ụ làquátrình t ăng nồng độ của ch ất tan (ch ất bị hấp ph ụ) trên b ề mặt ch ất rắn (chất hấp phụ)

Quátrình h ấp phụ xảy ra trên cơ sở lực hút tĩnh điện, lực định hướng, lực tán x ạ (lực hấp phụ vật lý)

Nếu lực tương tác đủ lớn cóth ể xảy ra liên kết hoá học hoặc tạo phức, trao đổi ion

4 3 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ

ỨNG DỤNG

Lực tĩnh điện: hai điện tích trái d ấu thìhút nhau vàcùng d ấu thì đẩy nhau.

Ứng dụng: khử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất nitơ vòng th ơm, ch ất ho ạt động bề mặt, thu ốc nhuộm, các ch ất ô nhi ễm vi l ượng, các ch ất cómùi, các ch ất khóphân h ủy sinh học...

Lực định hướng: do độ âm điện khác nhau của các nguyên tố, trong một phân tử có sự phân bố điện tích không đều.

Xử lí, tách vàthu h ồi các ch ất hoà tan trong nước thải

Lực tán x ạ: xảy ra đối với cả các ch ất có phân bố điện tích đều. Nguyên nhân do s ự phân bố điện tích không đều một cách tức thời trong phân t ử, sự phân bố không đều lan truyền xung quanh gây tương tác.

Hiệu qu ả đạt 80 -95%. Ph ụ thuộc vào b ản chất hóa h ọc của ch ất hấp ph ụ, di ện tích b ề mặt chất hấp phụ, cấu trúc hóa học chất được hấp phụ.

5 6 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC

CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ

Quátrình h ấp phụ dưới tác dụng của trường lực, gồm hai dạng:

Lực cảm ứng: phân tử khi bị tác động của điện trường khác sẽ bị phân cực tạo thành moment cảm ứng và gây ra t ương tác. Tương tác này ph ụ thuộc vào độ phân cực và cường độ điện tr ường tác dụng lên nó.

Tác dụng tương hỗ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyên tử trên bề mặt chất rắn

Hydrat hóa các phân tử chất tan: tác dụng tương hỗ giữa những phân tử chất bẩn hòa tan với những phân tử nước trong dung dịch.

7 8 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC

KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT

Hydrat càng mạnh

Chất bẩn càng khó hấp phụ

Các chất kỵ nước sẽ hấp phụ tốt hơn chất ưa nước

Phân tử chất bẩn có điện tích

Khó hấp phụ hơn

Các chất không phân ly bị hấp phụ như nhau ở bất kỳ giátr ị pH

Phân tử có liên kết π

Năng lượng hấp phụ lớn → Hấp phụ tốt

9 10 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

CÁC GIAI ĐOẠN HẤP PHỤ

CƠ CHẾ HẤP PHỤ

Dichuy ểnch ất bị hấpph ụđế n bề mặtch ất hấpph ụ

Thựchi ệnquátrình hấpph ụ

Dichuy ểnch ất bị hấp phụ bêntrongch ất hấpph ụ

11 12 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010

PHÂN LOẠI

Dựavào b ảnch ất củaquátrình h ấp phụ

– Hấpph ụ vậtlý

– Hấpph ụ hoá học

Dựavào điềuki ện hấpph ụ

– Hấpph ụ trong điềuki ện tĩnh

– Hấpph ụ trong điềuki ện động

Hấpph ụ chọn lọc

Hấpph ụ trao đổi

13 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO

CHẤT HẤP PHỤ TỰ NHIÊN

Zeolit tự nhiên

Than hoạt tính

Zeolit

Diatomit (SiO2 vô định hình) Montmorillonit (bentonit)

Nhôm oxyt

Mordenit

Silicagen

Chabazit

Các polymer

–Thành ph ần chính c ủa các lo ại hấp ph ụ trên là các oxyt kim lo ại, oxyt silisic hay h ỗn hợp giữa chúng

–Than ho ạt tính thành phần chủ yếu làcacbon

15 16 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010

CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO

Dựa vào kích th ước mao qu ản gồm ba loại:

–Mao qu ản nhỏ có đường kính < 20 A0

–Mao qu ản trung bình có đường kính 20 –500

–Mao qu ản lớn có đường kính > 500 A0

17 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

THAN HOẠT TÍNH

19 20 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH

CÁC CHẤT KHÁC

SILICAGEN

H N Í T T Ạ O H M Ô H N

ZEOLIT

22 21 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH

Chất hấp phụ ở trạng thái l ơ lửng nhờ thiết bị khuấy trộn.

Thời gian đạt tr ạng thái cân b ằng hoàn toàn (t gh) ứng với ΔCgh = C0 - Cgh

D -

Thời gian ti ếp xúc được xác định bằng thực nghiệm. Dựng đồ thị ΔC = f(t), trong đótr ục hoành làth ời gian, trung tung là ΔC = C0 –C.

0,70,8

CC C == 0 ghgh CC C 0 cbcb

- D -

Lượng chất hấp phụ cần thiết phải cho vào nước thải để giảm nồng độ chất bẩn từ C0 ﬁ Ccb

Thời gian tiếp xúc giới hạn, khi giữa hai giátr ị ΔC gần nhau (n ồng độ chất bẩn còn l ại trong n ước hầu nh ư không thay đổi). Nồng độ này đôi khi được gọi là nồng độ cân bằng.

g hoặc kg

g/l

)

= +=(cid:222) maQCQC . cb

Hấp phụ đơn vị tĩnh, g/1g chất HP

( QC C 0 a

25 26 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH

Số bậc hấp phụ khi nối tiếp xuôi dòng:

Thay a = Khp. Ccb

· -

)

Q C 0 + QK m

- · ·

( QC C 0 C K

hpcb

lglg C 0 + QKm

( lg.lg

C n ) Q

Cóth ể tính m từ công thức trên:

Nếu cho ch ất hấp ph ụ nối ti ếp vào n ước với li ều lượng không đổi, nồng độ chất bẩn còn l ại trong nước sau n:

C 0

Q K

C C

Q + QK m hp

(cid:230) (cid:246) (cid:230) (cid:246) - · (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) Ł ł Ł ł

Nếu hấp ph ụ nhiều lần nối tiếp sẽ sử dụng triệt để khả năng hấpp hụ của ch ất rắn vàgi ảm chi phí hấp phụ

27 28 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

VÍ DỤ

GIẢI

Hấp phụ 1 lần, lượng chất hấp phụ sử dụng:

m = 0,001 × 5 × 1000 = 5kg/h

Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau một bậc hấp phụ:

Q = 5m 3/h, C0 = 100 mg/l, K hp = 10000. Xác định nồng độ chất bẩn còn lại trong nước khi x ử lý bằng ch ất hấp ph ụ với liều lượng 1g/l theo 1, 2, 4 b ậc? Nếu sử dụng 1bậc thìli ều lượng chất hấp phụ là bao nhiêu?

== Cglmg l

0,0091/9,1

50000,1 = + 500010000 5

29 30 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

GIẢI

Khi n = 2, l ượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc m = 5/2 = 2,5kg

Khi n = 4, l ượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc m = 5/2 = 1,25kg

Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc hấp phụ thứ 2:

Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc hấp phụ thứ 4:

=·= Cglmg l

0,10,00067/0,67

=·= Cglmg l

0,10,028/2,8

5000 5000100001,25

5000 = + 5000100002,5

(cid:230) (cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:231) (cid:247) · Ł ł (cid:231) (cid:247) · Ł ł

31 32 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

GIẢI

SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NỐI TIẾP XUÔI DÒNG

Như vậy nếu muốn giảm từ C0 = 100 mg/l tới C = 0,67 mg/l. Lượng chất hấp phụ cần là:

Chaát haáp phuï

Nöôùc thaûi

Nöôùc saïch

1

· -

)

( 50000,10,00067

= mkg h

2

100000,00067

1. Bể trộn

2. Bể lắng

Chaát haáp phuïñaõ söûduïng

33 34 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NGƯỢC DÒNG

Số bậc hấp phụ khi nối tiếp ngược dòng:

Nồng độ chất bẩn còn lại sau khi ra kh ỏi bậc n với sơ đồ ngược dòng:

CKC lg1lg 0

-+ hpn

m Q

h p

m Q

Ø ø (cid:230) (cid:246) · - Œ œ (cid:231) (cid:247) Ł ł º ß · - · · (cid:230) (cid:246) · -

Cóth ể tính m từ công thức trên:

h p

m Q

= n

+ 1 KK C hphp QQC

(cid:231) (cid:247) Ł ł (cid:230) (cid:246) (cid:230) (cid:246) · - · - - (cid:231) (cid:247) (cid:231) (cid:247) Ł ł Ł ł

36 35 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010

SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NỐI TIẾP NGƯỢC DÒNG

Chaát haáp phuï

Nöôùc thaûi

Nöôùc saïch

1

2

Chất hấp phụ đưa đi hòan nguyên

1. Bể trộn

2. Bể lắng

37 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU CỐ ĐỊNH

ƯU ĐIỂM

Cho hiệu suất xử lý tin cậy và ổn định

Không cần lấy chất hấp phụ ra khỏi bể lọc →tự động hóa và điều khiển từ xa

Làquátrình di ễn ra khi cho nước thải lọc qua lớp vật liệu lọc hấp phụ

Sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ

39 40 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LƠ LỬNG

ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU KHI LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LƠ LỬNG

Tỉ lệ Ht/H (độ nở) nhỏ (thường Ht/H = 1,5) – Ht: Chiều cao lớp vật liệu lơ lửng (do tốc độ dòng chảy tạo ra) –H: Chi ều cao ban đầu của lớp vật liệu cố định (khi chưa cho nước

đi qua)

ặc 0,25 –1mm) thì

Các hạt vật liệu lọc càng đa phân tán và không đồng nhất (l ấy kh ỏang 0,25 –0,75 ho càng tốt, để tốc độ nước qua lọc không nhỏ quá

Khi hàm l ượng ch ất đa phân tán cao, v ật liệu hấp ph ụ dùng cókích th ước 0,5 – 1mm. Lớp lơ lửng được hình thành khi t ăng tốc độ dòng chảy ở tháp lọc hoặc dòng khí t ừ dưới lên đến giátr ị cho các hạt vật li ệu ở trạngthái lơ lửng..

Chiều cao l ớp vật li ệu lọc ph ải đủ để hấp ph ụ các chất bản hòa tan trong nước.

Hiệu su ất hấp ph ụ lơ lửng thường cao hơ lọc qua lớp vật liệu cố định.

41 42 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010

MỤC ĐÍCH

Tách chất bẩn ra khỏi chất hấp phụ

44 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010

TÁI SINH BẰNG NHIỆT

Đốt ở nhiệt độ 8000C, với áp su ất có thể điều ch ỉnh, tránh không cháy than

Chất ch ất hữu cơ hấp ph ụ bị phân huỷ

Cóth ể thu hồi kim loại

Thích hợp khi làm thông bề mặt hạt.

Diệt trùng cho than Thường dùng hỗn hợp các khí để đốt than với hơi nước ở nhiệt độ 700 – 8000C trong điều kiện thiếu oxy.

46 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

TÁI SINH BẰNG HƠI

Dùng hơi nước bão hòa hay h ơi quánhi ệt bằng khí trơ nóng.

Nhiệt độ hơi quánhi ệt tái sinh: 200 –300 0C. Áp suất dư 3 –6at.

Khí trơ ở nhiệt độ khỏang 120 –140 0C

Hơi được tiêu hao:

Dùng khí trơ khử hấp phụ bằng cách cho các phân tử chất bẩn bay hơi và đi theo khí trơ, sau đó đi qua tháp lọc lạnh đi và chất bẩn sẽ ng ưng lại. Thích h ợp cho nước th ải ch ứa acid axetic.

–Cho n ước còn lại trong các lỗ rỗng của than

– Đun nóng lớp vật liệu tới nhiệt độ bay hơi

47 48 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

TÁI SINH BẰNG TRÍCH LY

TÁI SINH BẰNG HÓA HỌC Khi không c ần thu h ồi ch ất bị hấp ph ụ, khi hòan nguyên than k ết hợp kh ử luôn nh ững chất đó.

Nguyên tắc: biến đổi chất đóthành ch ất khác dễ tách hơn hoặc phá vỡ cấu trúc của chúng bằng tác nhân hóa h ọc hay b ằng ph ương pháp nhiệt.

Dùng các chất hữu cơ cónhi ệt độ sôi thấp và dễ chưng bằng hơi nước: Metanol, benzen, toluen, dicloetanol

49 50 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

TÁI SINH BẰNG SINH HỌC

HỆ THỐNG HÒAN NGUYÊN THAN HOẠT TÍNH

Áp dụng cho các ch ất bị hấp phụ cóth ể oxy hoásinh hóa

Phương pháp này kéo dài được thời hạn sử dụng chất hấp phụ một cách đáng kể

51 52 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010

CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

Giáthành v ật liệu hấp phụ

Giáthành s ản phẩm thu hồi

Chi phítái sinh vật liệu

Nếu không tái sinh dùng sơ đồ hấp phụ tĩnh là đơn giản nhất

54 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HƠI

TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HỖN HỢP HƠI NƯỚC -KHÍ

Ống dẫn hơi nước

1. Thùng ch ứa phèn để điều ch ỉnh pH c ủa nước thải 2. Thùng định lượng 3. Đài áp lực

1. Bể chứa nước thải 2. Máy bơm 3. Đài nước 4. Điều chỉnh tốc độ 5. Tháp hấp ph ụ chứa

4. Bơm

than hoạt tính

5,6 Tháp h ấp ph ụ công

tác

6. Thiết bị lạnh 7. Bình ch ứa

nước

ngưng

Tháp hấp phụ ngắt ra để tái sinh v ật li ệu bằng hơi nước nóng

Nước

Đến hệ thống thông gió

Thiết bị làm lạnh

n

ước

Đến thiết bị làm lạnh

8. Tháp lọc hấp ph ụ để xử lý khí (đã ngu ội) trước khi đưa vào khíquy ển

Sản phẩm

9 Bình tách ngưng 10 Bể

lọc trung hòa

Xả vào hệ thống thóat nước sạch

nước đã xử lý

55 56 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010 19 June 2010

XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG PHÂN HỦY

TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HÓA CHẤT

14 15

Nước sạch

1. Bể lắng

2. Máy bơm

3. Thùng hòa trộn

4. Thiết bị đo

5. Tháp lọc hấp ph ụ để

xử lý nước

6. Tháp lọc hấp ph ụ để

tái sinh vật liệu than

Nước rửa

7. Máy bơm kiềm để tái

sinh

8. Nồi đun kiềm – nước

rửa

9. Định lượng ki ềm xút

(40%)

6, 7. Định lượng phèn 13. Máy bơm cặn

1. Nước axit

8. Bể lắng 14. Máy ép lọc chân không

2. Nước kiềm

9. Trộn nước + than 15. Lò tái sinh than

3. Bể lắng ch ứa hỗn hợp nước

Nước bẩn

10. Định lượng than

16. Bể chứa than thải 11. Bơm 17. Bể lắng

4. Bơm

12. Tháp hấp phụ lơ lửng 18. Bể lọc

5. Bể trộn

58 57 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

19 June 2010

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

59 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU HẤP PHỤ

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải: Chương 4 - GV. Trần Thị Ngọc Diệu

Chủ đề:

Kỹ thuật xử lý nước thải