intTypePromotion=1

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

Chia sẻ: Cuong Quoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

0
165
lượt xem
20
download

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

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải - Chương 4: Phương pháp hấp phụ trình bày các mục đích của phương pháp hấp phụ, các khái niệm liên quan, ứng dụng, khả năng hấp phụ một số chất, các giai đoạn và cơ chế của quá trình hấp phụ, chất hấp phụ, kỹ thuật hấp phụ, hoàn nguyên vật liệu hấp phụ,... Đây là tài liệu học tập và tham khảo dành cho sinh viên ngành Môi trường.

Chủ đề:
Lưu

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

  1. 19 June 2010 MỤC ĐÍCH Khử các chất gây Thu hồi sản phẩm cản trở cho quá quý trình oxy hóa sinh hóa TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 2 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 KHÁI NIỆM CƠ BẢN KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hấp phụ là hiện tượng bề mặt, nó là sự ngưng kết Hấp phụ là quá trình tăng nồng độ của chất chất khí hoặc chất tan trên bề mặt phân chia pha. tan (chất bị hấp phụ) trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) Quá trình hấp phụ xảy ra trên cơ sở lực hút tĩnh điện, lực định hướng, lực tán xạ (lực hấp phụ vật lý) Nếu lực tương tác đủ lớn có thể xảy ra liên kết hoá học hoặc tạo phức, trao đổi ion TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 3 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 4 HẤP PHỤ
  2. 19 June 2010 19 June 2010 ỨNG DỤNG CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ Ứng dụng: khử độc nước thải khỏi thuốc diệt Lực tĩnh điện: hai điện tích trái dấu thì hút cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất nitơ nhau và cùng dấu thì đẩy nhau. vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm, các chất ô nhiễm vi lượng, các chất Lực định hướng: do độ âm điện khác nhau có mùi, các chất khó phân hủy sinh học... của các nguyên tố, trong một phân tử có sự phân bố điện tích không đều. Xử lí, tách và thu hồi các chất hoà tan trong nước thải Lực tán xạ: xảy ra đối với cả các chất có phân bố điện tích đều. Nguyên nhân do sự Hiệu quả đạt 80 - 95%. Phụ thuộc vào bản phân bố điện tích không đều một cách tức chất hóa học của chất hấp phụ, diện tích bề thời trong phân tử, sự phân bố không đều mặt chất hấp phụ, cấu trúc hóa học chất được lan truyền xung quanh gây tương tác. hấp phụ. TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 5 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 6 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC Quá trình hấp phụ dưới Lực cảm ứng: phân tử khi bị tác động tác dụng của trường lực, của điện trường khác sẽ bị phân cực tạo gồm hai dạng: thành moment cảm ứng và gây ra tương tác. Tương tác này phụ thuộc vào độ phân cực và cường độ điện trường tác Hydrat hóa các phân tử chất Tác dụng tương hỗ dụng lên nó. tan: tác dụng tương hỗ giữa giữa những phân tử những phân tử chất bẩn hòa chất bẩn bị hấp phụ tan với những phân tử nước với các nguyên tử trên trong dung dịch. bề mặt chất rắn TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 7 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 8 HẤP PHỤ
  3. 19 June 2010 19 June 2010 LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT Chất bẩn càng Hydrat càng mạnh khó hấp phụ Các chất kỵ Các chất không nước sẽ hấp phụ phân ly bị hấp tốt hơn chất ưa phụ như nhau ở Phân tử chất Khó hấp phụ nước bẩn có điện tích hơn bất kỳ giá trị pH Phân tử có Năng lượng hấp phụ liên kết π lớn → Hấp phụ tốt TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 9 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 10 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 CÁC GIAI ĐOẠN HẤP PHỤ CƠ CHẾ HẤP PHỤ Di chuyển chất bị hấp phụ đến bề mặt chất hấp phụ Thực hiện quá trình hấp phụ Di chuyển chất bị hấp phụ bên trong chất hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 11 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 12 HẤP PHỤ
  4. 19 June 2010 PHÂN LOẠI Dựa vào bản chất của quá trình hấp phụ – Hấp phụ vật lý – Hấp phụ hoá học Dựa vào điều kiện hấp phụ – Hấp phụ trong điều kiện tĩnh – Hấp phụ trong điều kiện động Hấp phụ chọn lọc Hấp phụ trao đổi TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 13 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 CHẤT HẤP PHỤ TỰ NHIÊN CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO Zeolit tự nhiên Than hoạt tính Diatomit (SiO2 vô định hình) Zeolit Montmorillonit (bentonit) Nhôm oxyt Mordenit Silicagen Chabazit Các polymer – Thành phần chính của các loại hấp phụ trên là các oxyt kim loại, oxyt silisic hay hỗn hợp giữa chúng – Than hoạt tính thành phần chủ yếu là cacbon TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 15 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 16 HẤP PHỤ
  5. 19 June 2010 CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO Dựa vào kích thước mao quản gồm ba loại: – Mao quản nhỏ có đường kính < 20 A0 – Mao quản trung bình có đường kính 20 – 500 A0 – Mao quản lớn có đường kính > 500 A0 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 17 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 THAN HOẠT TÍNH THAN HOẠT TÍNH TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 19 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 20 HẤP PHỤ
  6. 19 June 2010 19 June 2010 BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH CÁC CHẤT KHÁC NHÔM HOẠT TÍNH SILICAGEN ZEOLIT TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 21 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 22 HẤP PHỤ
  7. HẤP PHỤ 19 June 2010 HẤP PHỤ 19 June 2010 TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH Chất hấp phụ ở trạng thái lơ lửng nhờ thiết bị khuấy Thời gian đạt trạng thái cân bằng hoàn toàn (tgh) ứng trộn. với ΔC gh = C0 - Cgh Thời gian tiếp xúc được xác định bằng thực nghiệm. Dựng đồ thị ΔC = f(t), trong đó trục hoành là thời gian, trung tung là ΔC = C0 – C. ∆Cgh C0 − C gh = = 0, 7 − 0,8 Thời gian tiếp xúc giới hạn, khi giữa hai giá trị ΔC gần ∆Ccb C0 − Ccb nhau (nồng độ chất bẩn còn lại trong nước hầu như Lượng chất hấp phụ cần thiết phải cho vào nước thải không thay đổi). Nồng độ này đôi khi được gọi là nồng để giảm nồng độ chất bẩn từ C0 → Ccb độ cân bằng. g hoặc kg g/l Q ( C0 − Ccb ) Hấp phụ đơn vị tĩnh, m.a + Q.Ccb = Q.C0 ⇒ m = g/1g chất HP a TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 25 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 26 HẤP PHỤ HẤP PHỤ 19 June 2010 HẤP PHỤ 19 June 2010 TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH Số bậc hấp phụ khi nối tiếp xuôi dòng: Thay a = Khp. Ccb Q ( C0 − Ccb ) Ccb = Q × C0 m= lg C0 − lg Cn K hp × Ccb Q + K hp × m n= lg ( Q + K hp .m ) − lg Q Nếu cho chất hấp phụ nối tiếp vào nước với liều lượng không đổi, nồng độ chất bẩn còn lại trong Có thể tính m từ công thức trên: nước sau n: n  Q  Nếu hấp phụ nhiều lần nối Q  C0  Cn =  × C0 m = −1  Q + K .m  tiếp sẽ sử dụng triệt để khả  n  K hp  Cn    năng hấpp hụ của chất rắn hp và giảm chi phí hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 27 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 28 HẤP PHỤ
  8. 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 Q = 5m3/h, C0 = 100 mg/l, Khp = 10000. Xác định nồng độ chất bẩn còn lại trong nước khi xử lý bằng chất hấp phụ với Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau một liều lượng 1g/l theo 1, 2, 4 bậc? Nếu sử bậc hấp phụ: dụng 1bậc thì liều lượng chất hấp phụ là bao nhiêu? 5000 × 0,1 C1 = = 0, 0091g / l = 9,1mg / l 5000 + 10000 × 5 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 29 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 30 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 GIẢI GIẢI Khi n = 2, lượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc Khi n = 4, lượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc m = 5/2 = 2,5kg m = 5/2 = 1,25kg Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc hấp phụ thứ 2: hấp phụ thứ 4: 4  5000  C2 =   ×0,1 = 0,00067g / l = 0,67mg / l 2  5000  C2 =   ×0,1 = 0,028g / l = 2,8mg / l  5000 +10000×1,25   5000 +10000× 2,5  TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 31 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 32 HẤP PHỤ
  9. SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NỐI TIẾP 19 June 2010 19 June 2010 GIẢI XUÔI DÒNG Như vậy nếu muốn giảm từ C0 = 100 mg/l tới C = Chaát haáp Chaát haáp Chaát haáp 0,67 mg/l. Lượng chất hấp phụ cần là: phuï phuï phuï Nöôùc thaûi Nöôùc 1 1 1 saïch 5000 × ( 0,1 − 0, 00067 ) m= = 75kg / h 2 2 2 10000 × 0, 00067 1. Bể trộn 2. Bể lắng Chaát haáp phuï ñaõ söû duïng TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 33 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 34 HẤP PHỤ HẤP PHỤ 19 June 2010 HẤP PHỤ 19 June 2010 NHIỀU BẬC NGƯỢC DÒNG NHIỀU BẬC NGƯỢC DÒNG Nồng độ chất bẩn còn lại sau khi ra khỏi bậc n Số bậc hấp phụ khi nối tiếp ngược dòng: với sơ đồ ngược dòng:   m   lg C0  K hp × − 1 + Cn  − lg Cn  Q  m n=   K hp × −1 lg K hp × m Q Cn = n +1 × C0 Q  m  K hp × Q  −1 Có thể tính m từ công thức trên:   n +1  K hp  K h p .C 0 C    × m n +1 − × m −  0 − 1 = 0  Q  Q .C n  Cn  TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 35 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 36 HẤP PHỤ
  10. SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC 19 June 2010 NỐI TIẾP NGƯỢC DÒNG Chaát haáp Chaát haáp Chaát haáp phuï phuï phuï Nöôùc thaûi Nöôùc 1 1 1 saïch 2 2 2 Chất hấp phụ đưa đi hòan nguyên 1. Bể trộn 2. Bể lắng TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 37 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU CỐ ĐỊNH CỐ ĐỊNH ƯU ĐIỂM Là quá trình diễn ra khi cho Cho hiệu suất xử lý tin cậy và ổn định nước thải lọc qua lớp vật Không cần lấy chất hấp phụ ra khỏi bể lọc →tự động hóa và điều khiển từ xa liệu lọc hấp phụ Sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 39 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 40 HẤP PHỤ
  11. 19 June 2010 19 June 2010 ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU KHI LỌC QUA LỚP VẬT LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LƠ LỬNG LIỆU LƠ LỬNG Tỉ lệ Ht/H (độ nở) nhỏ (thường Ht/H = 1,5) Khi hàm lượng chất đa phân tán cao, vật – Ht: Chiều cao lớp vật liệu lơ lửng (do tốc độ dòng chảy tạo ra) liệu hấp phụ dùng có kích thước 0,5 – – H: Chiều cao ban đầu của lớp vật liệu cố định (khi chưa cho nước 1mm. đi qua) Lớp lơ lửng được hình thành khi tăng tốc Các hạt vật liệu lọc càng đa phân tán và không đồng độ dòng chảy ở tháp lọc hoặc dòng khí từ nhất (lấy khỏang 0,25 – 0,75 hoặc 0,25 – 1mm) thì dưới lên đến giá trị cho các hạt vật liệu ở càng tốt, để tốc độ nước qua lọc không nhỏ quá trạngthái lơ lửng.. Chiều cao lớp vật liệu lọc phải đủ để hấp phụ các chất bản hòa tan trong nước. Hiệu suất hấp phụ lơ lửng thường cao hơ lọc qua lớp vật liệu cố định. TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 41 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 42 HẤP PHỤ 19 June 2010 MỤC ĐÍCH Tách chất bẩn ra khỏi chất hấp phụ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 44 HẤP PHỤ
  12. 19 June 2010 TÁI SINH BẰNG NHIỆT Đốt ở nhiệt độ 8000C, với áp suất có thể điều chỉnh, tránh không cháy than Chất chất hữu cơ hấp phụ bị phân huỷ Có thể 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. TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 46 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 TÁI SINH BẰNG HƠI TÁI SINH BẰNG HƠI Dùng khí trơ khử hấp Dùng hơi nước bão hòa hay hơi quá nhiệt phụ bằng cách cho bằng khí trơ nóng. các phân tử chất bẩn bay hơi và đi theo khí Nhiệt độ hơi quá nhiệt tái sinh: 200 – 3000C. trơ, sau đó đi qua Áp suất dư 3 – 6at. tháp lọc lạnh đi và Khí trơ ở nhiệt độ khỏang 120 – 1400C chất bẩn sẽ ngưng lại. Thích hợp cho Hơi được tiêu hao: nước thải chứa acid – Cho nước còn lại trong các lỗ rỗng của than axetic. – Đun nóng lớp vật liệu tới nhiệt độ bay hơi TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 47 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 48 HẤP PHỤ
  13. 19 June 2010 19 June 2010 TÁI SINH TÁI SINH BẰNG TRÍCH LY BẰNG HÓA HỌC Khi không cần thu hồi chất bị hấp phụ, khi hòan nguyên than kết hợp khử luôn những chất đó. Nguyên tắc: biến đổi chất đó thành chất khác Dùng các chất hữu cơ có nhiệt dễ tách hơn hoặc phá vỡ cấu trúc của chúng độ sôi thấp và dễ chưng bằng bằng tác nhân hóa học hay bằng phương hơi nước: Metanol, benzen, pháp nhiệt. toluen, dicloetanol TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 49 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 50 HẤP PHỤ 19 June 2010 19 June 2010 HỆ THỐNG HÒAN NGUYÊN TÁI SINH BẰNG SINH HỌC THAN HOẠT TÍNH Áp dụng cho các chất bị hấp phụ có thể oxy hoá sinh hóa Phương pháp này kéo dài được thời hạn sử dụng chất hấp phụ một cách đáng kể TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 51 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 52 HẤP PHỤ
  14. 19 June 2010 CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ Giá thành vật liệu hấp phụ Giá thành sản phẩm thu hồi Chi phí tái sinh vật liệu Nếu không tái sinh dùng sơ đồ hấp phụ tĩnh là đơn giản nhất TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 54 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 1 Ống dẫn hơi nước 3 2 1. Thùng chứa phèn để 1. Bể chứa nước thải điều chỉnh pH của 3 nước thải 2. Máy bơm 2. Thùng định lượng 4 3. Đài nước 3. Đài áp lực 4. Điều chỉnh tốc độ 6 5. Tháp hấp phụ chứa 4. Bơm 5 6 7 8 than hoạt tính 5,6 Tháp hấp phụ công tác 6. Thiết bị lạnh 7 Tháp hấp phụ ngắt ra 2 5 8 7. Bình chứa nước để tái sinh vật liệu 7 ngưng Đến hệ bằng hơi nước nóng 8. Tháp lọc hấp phụ để Nước thống 10 thông gió 8 Thiết bị làm lạnh 1 xử lý khí (đã nguội) 4 Đến thiết bị Sản 9 Bình tách nước trước khi đưa vào làm lạnh phẩm ngưng khí quyển Xả vào hệ thống 9 10 Bể lọc trung hòa thóat nước sạch nước đã xử lý TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 55 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 56 HẤP PHỤ
  15. 19 June 2010 19 June 2010 TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HÓA CHẤT XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG PHÂN HỦY Nước sạch 14 15 1. Bể lắng 9 6 7 17 2. Máy bơm 18 3. Thùng hòa trộn 8 4. Thiết bị đo 5. Tháp lọc hấp phụ để 12 xử lý nước 10 4 5 Nước 6. Tháp lọc hấp phụ để 16 rửa tái sinh vật liệu than 13 7. Máy bơm kiềm để tái 5 6 sinh 4 2 8 8. Nồi đun kiềm – nước 1 9 rửa 11 1 3 9. Định lượng kiềm xút (40%) 3 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 7 Nước bẩn 3. Bể lắng chứa hỗn hợp nước 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 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 57 HẤP PHỤ TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 58 HẤP PHỤ 19 June 2010 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRẦN THỊ NGỌC DIỆU 59 HẤP PHỤ
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2