Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu quy trình xử lý và tái sử dụng chất thải từ quá trình mài đá trong sản xuất đá nhân tạo

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Nghiên cứu quy trình xử lý và tái sử dụng chất thải từ quá trình mài đá trong sản xuất đá nhân tạo’’ là rất cấp thiết với mục đích nghiên cứu phương pháp xử lý và tái sử dụng chất thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu quy trình xử lý và tái sử dụng chất thải từ quá trình mài đá trong sản xuất đá nhân tạo

MỤC LỤC 1
DANH MỤC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng Hàm lượng phèn để xử lý nước theo hàm lượng chất Bảng 1.1 8 rắn của nước thải Tiêu chuẩn của nước thải sau xử lý với mục đích Bảng 1.2 tái sử dụng trong sản xuất quá trình mài hoàn thiện 14 sản phẩm ốp lát nhân tạo Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật của bột đá thải 19 Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật của cát vàng 19 Bảng 1.5 Các thông số kỹ thuật của chất tạo bọt 20 Bảng 1.6 Các thông số kỹ thuật của xi măng 21 Các thông số kỹ thuật cơ bản của phụ gia hóa dẻo Bảng 1.7 22 polycacboxylat Bảng 1.8 Một số thông số kỹ thuật của gạch bê tông bọt 23 So sánh một số tiêu chí của hai phương pháp tạo hình Bảng 1.9 24 sản phẩm Giá trị hệ số α theo độ ẩm của mẫu gạch bê tông bọt Bảng 2.1 35 thực nghiệm Sự phân bố kích thước hạt chất rắn lơ lửng trong Bảng 3.1 38 nước thải Kết quả phân tích một số thông số kỹ thuật của Bảng 3.2 39 nước thải Bảng 3.3 Sự phân bố kích thước hạt của bột đá thải 41 Tiêu chuẩn của nước thải sau xử lý để tái sử dụng Bảng 3.4 43 trong quá trình mài đá ốp lát nhân tạo Sự phân bố kích thước hạt của các mẫu nước thải Bảng 3.5 44 trước khi xử lý
Ảnh hưởng của TSS đến hiệu suất của quá trình xử lý Bảng 3.6 45 nước thải Ảnh hưởng của sự phân bố kích thước hạt lơ lửng Bảng 3.7 48 trong mẫu nước thải đến hiệu suất xử lý Sự phân bố kích thước dải hạt của mẫu nước thải Bảng 3.8 50 trước khi xử lý Sự phân bố kích thước hạt của các mẫu nước sau xử Bảng 3.9 52 lý Ảnh hưởng của tỷ lệ hóa chất xử lý nước thải PNC và Bảng 3.10 PAA đến TSS của mẫu nước thải sau xử lý ở TSS 53 đầu vào 6500 mg/l Ảnh hưởng của tỷ lệ hóa chất xử lý nước thải PNC và Bảng 3.11 PAA đến TSS của mẫu nước thải sau xử lý ở TSS 54 đầu vào 9200 mg/l Ảnh hưởng của tỷ lệ hóa chất xử lý nước thải PNC và Bảng 3.12 PAA đến TSS của mẫu nước thải sau xử lý ở TSS 55 đầu vào 12300 mg/l Ảnh hưởng của tỷ lệ hóa chất xử lý nước thải PNC và Bảng 3.13 PAA đến pH của mẫu nước thải sau xử lý ở TSS đầu 56 vào 9200 mg/l Lựa chọn tỷ lệ hóa chất keo tụ và trợ lắng theo TSS Bảng 3.14 59 đầu vào của mẫu nước thải Ảnh hưởng của tổng số Coliform trong nước mài đến Bảng 3.15 chất lượng bề mặt đá ốp lát theo thời gian lưu kho – 60 bảo quản Sự phân bố kích thước hạt của 03 mẫu nước thải Bảng 3.16 61 trước khi xử lý Bảng 3.17 Tỷ lệ các hóa chất xử lý mẫu nước thải 61 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của các mẫu nước Bảng 3.18 62 sau khi xử lý Bảng 3.19 Tỷ lệ hóa chất xử lý nước thải tối ưu theo đặc điểm 62
của hàm lượng và kích thước cặn lơ lửng của mẫu nước đầu vào Tính toán chi phí xử lý nước thải bao gồm cả khấu Bảng 3.20 63 hao thiết bị xử lý ́ ̣ ̀ ợi của việc tái sử dụng nước Tính toán gia tri lam l Bảng 3.21 63 thải sau xử lý Khối lượng nước cần thêm vào bột đá có độ ẩm đầu Bảng 3.22 vào thay đổi để thu được hỗn hợp bột đá thải có độ 65 ẩm khác nhau % Công thức cấp phối của bê tông tươi khi thay đổi tỷ lệ Bảng 3.23 67 bột đá thải Công thức cấp phối để sản xuất gạch BTB mác D700 Bảng 3.24 70 với hàm lượng xi măng khác nhau Công thức cấp phối để sản xuất gạch BTB mác D800 Bảng 3.25 70 với hàm lượng xi măng khác nhau Công thức cấp phối để sản xuất gạch BTB mác D900 Bảng 3.26 71 với hàm lượng xi măng khác nhau Công thức cấp phối để sản xuất gạch BTB mác Bảng 3.27 71 D1000 với hàm lượng xi măng khác nhau Kết quả phân tích tỷ trọng khi khô và cường lực nén Bảng 3.28 của các mẫu gạch có công thức cấp phối theo mác 72 D700 Kết quả phân tích tỷ trọng khi khô và cường lực nén Bảng 3.29 73 của các mẫu gạch có công thức cấp phối mác D800 Kết quả phân tích tỷ trọng khi khô và cường lực nén Bảng 3.30 của các mẫu gạch có công thức cấp phối theo mác 73 D900 Kết quả phân tích tỷ trọng khi khô và cường lực nén Bảng 3.31 của các mẫu gạch có công thức cấp phối theo mác 74 D1000 Bảng 3.32 Công thức cấp phối tối ưu cho gạch BTB ở mác gạch 75
khác nhau Công thức cấp phối của gạch BTB mác D800 với tỷ Bảng 3.33 76 lệ phụ gia giảm nước khác nhau Ảnh hưởng của tỷ lệ phụ gia giảm nước đến một số Bảng 3.34 77 thông số kỹ thuật của gạch bê tông bọt mác D800 Công thức cấp phối của gạch bê tông bọt mác D800 ở Bảng 3.35 78 một số tỷ lệ phụ gia giảm nước khác nhau Một số thông số kỹ thuật của gạch bê tông bọt mác Bảng 3.36 79 D800 ở một số tỷ lệ phụ gia giảm nước khác nhau Bảng 3.37 Bảng dự kiến công suất và doanh thu dự kiến 83 Bảng 3.38 Bảng tính toán hiệu quả kinh doanh của dự án 84
DANH MỤC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang vẽ Sơ đồ công nghệ quy trình thu hồi và xử lý sơ bộ Hình 1.1 chất thải từ quá trình mài sản phẩm đá ốp lát nhân 3 tạo Hình 1.2 Quy trình sản xuất gạch bê tông bọt 25 Hình 3.1 Hàm lượng TSS của một số mẫu nước thải 37 Hình 3.2 Hình ảnh một số mẫu nước thải chưa xử lý 39 Hàm ẩm của một số mẫu bột đá thải sau khi qua Hình 3.3 40 máy ép bùn Kết quả phân tích giá trị pH của một số mẫu bột đá Hình 3.4 42 thải TSS của các mẫu nước thải trước và sau xử lý với Hình 3.5 45 TSS đầu vào khác nhau ̉ Anh h ưởng cua ham l ̉ ̀ ượng căn l ̣ ơ lửng cua n ̉ ươc ́ Hình 3.6 sau xử ly đên đô bong cua san phâm đa ôp lat sau khi ́ ́ ̣ ́ ̉ ̉ ̉ ́ ́ ́ 47 maì Ảnh hưởng của kích thước hạt chất rắn lơ lửng Hình 3.7 48 đến hàm lượng chất rắn của nước thải sau xử lý Ảnh hưởng của sự phân bố kích thước hạt chất rắn Hình 3.8 lơ lửng đến độ bóng của bề mặt sản phẩm đá sau 51 khi mài hoàn thiện Ảnh hưởng của nồng độ clo đến tổng số Coliforms Hình 3.9 57 trong mẫu nước Ảnh SEM bề mặt mẫu đá ốp lát mẫu MĐ5 sau 4 Hình 3.10 tuần không bị mốc và mẫu MĐ1 sau 4 tuần bị mốc 60 với độ phóng đại 500 lần
Quy trình phân tán bột đá thải trong nước bằng Hình 3.11 64 thiết bị khuấy trộn cơ học Khối lượng thể tích của gạch BTB theo công thức Hình 3.12 68 cấp phối khác nhau Ảnh hưởng của hàm lượng bột đá thải đến cường Hình 3.13 68 lực nén của gạch BTB Ảnh hưởng của quy trình dưỡng hộ gạch bê tông Hình 3.14 bọt đến tỷ trọng khi khô của mẫu gạch bê tông bọt 80 mác D800 Ảnh hưởng của quy trình dưỡng hộ gạch bê tông Hình 3.15 bọt đến cường lực nén của mẫu gạch bê tông bọt 82 mác D800
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ BOD5 Nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) CPSX Chi phí sản xuất BTP Bán thành phẩm BTB Bê tông bọt KPH Không phát hiện TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam PAA Polyme anionic (polyacrylamit) PNC Poly nhôm clorua SEM Ảnh hiển vi điện tử quét SP Sản phẩm %KL Phần trăm theo khối lượng VLXDKN Vật liệu xây dựng không nung TSS Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng
MỞ ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, ngày càng có nhiều nhà máy và khu công nghiệp tập trung được đưa vào hoạt động tạo ra một khối lượng sản phẩm công. Song song với tốc độ phát triển nhanh của ngành công nghiệp, khối lượng chất thải công nghiệp phát sinh cũng rất lớn, do đó, việc nghiên cứu xử lý chất thải công nghiệp luôn được chính phủ, các cơ quan ban ngành và các nhà khoa học quan tâm. Việc lựa chọn phương pháp xử lý chất thải phụ thuộc vào đặc điểm của chất thải của các ngành sản xuất. Đối với nước thải, các biện pháp xử lý thường được sử dụng bao gồm: phương pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hóa lý (keo tụ, …), phương pháp xử lý sinh học và phương pháp xử lý hóa học. Trên thực tế quá trình xử lý nước thải đạt hiệu quả cao, thường kết hợp các phương pháp xử lý nước thải trên. Ví dụ, nước thải từ ngành công nghiệp dệt may thường xử lý bằng phương pháp xử lý cơ học (lọc) kết hợp xử lý hóa lý (keo tụ), và phương pháp xử lý sinh học. Đối với chất thải rắn của ngành công nghiệp, phương pháp xử lý chủ yếu là chôn lấp và tái chế, tái sử dụng để sản xuất vật liệu xây dựng. Ngành công nghiệp sản xuất đá ốp lát nhân tạo với nguyên liệu sản xuất chủ yếu là cốt liệu thạch anh ở dạng hạt (chiếm khoảng 90% KL) và chất kết dính đi từ nhựa polyeste không no (khoảng 10% KL). Khối lượng chất thải lớn nhất từ quá trình mài BTP đá ốp lát nhân tạo bao gồm nước thải và bột đá. Theo số liệu thống kê, trong một ngày sản xuất, ba dây chuyền đang hoạt động tại Công ty Cổ phần Vicostone thải ra khoảng 4800 m3 nước thải/ngày và khoảng 30 m3 bột đá thải (độ ẩm 30%)/ngày. Khối lượng bột đá thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo với thành phần chủ yếu là thạch anh có kích thước hạt mịn, nếu không được xử lý có thể thâm nhập vào môi trường không khí ở dạng bụi hoặc các chất khí được phân hủy từ các hợp chất hữu cơ như: CO 2, CO, CH4….sẽ theo đường hô hấp đi vào cơ thể con người và sinh vật. Nước thải từ quá trình mài BTP đá ốp lát nhân tạo xả ra môi trường có thể thâm nhập vào mạch nước ngầm và theo đường tiêu hóa có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người và thủy sinh với các hàm lượng kim loại, vi sinh vật có trong nguồn nước. Trong bối cảnh nêu trên, đề tài “Nghiên cứu quy trình xử lý và tái sử dụng chất thải từ quá trình mài đá trong sản xuất đá nhân tạo’’ là rất cấp thiết với mục đích nghiên cứu phương pháp xử lý và tái sử dụng chất thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo. 10
Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về chất thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo 1.1.1. Đặc điểm của chất thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo Quá trình gia công mài sản phẩm đá ốp lát nhân tạo được mô tả trong hình 1.1. Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ quy trình thu hồi và xử lý sơ bộ chất thải từ quá trình mài sản phẩm đá ốp lát nhân tạo Mô tả quy trình: Nước cấp được đưa vào dây chuyền mài để thực hiện mài BTP đá nhân tạo cho tới khi độ bóng bề mặt đạt yêu cầu. Hỗn hợp nước chứa bột đá thải sau khi mài sẽ theo đường ống, rãnh thoát nước về hệ thống gom. Tại hệ thống gom, nước thải và bột đá sẽ được tách lọc sơ bộ bằng phương pháp lắng, sau đó phần nước thải phía trên được bơm lên máy lọc khung bản để lọc tách bước hai để thu được bột đá và nước thải. Trong quá trình mài, nước 11
được sử dụng để dập bụi, tản nhiệt cho quá trình mài sinh ra. Lượng nước này cần đủ lớn để đảm bảo toàn bộ bột đá được mài ra sẽ được cuốn đi, đồng thời đảo bảo bề mặt đá bóng, không biến đổi chất lượng (độ bóng, biến màu…). Lượng nước thải ra từ quá trình mài lớn tương đương với lượng nước cấp cho quá trình mài do lượng nước thất thoát và bay hơi không nhiều. Bên cạnh đó, khối lượng bột đá thải từ quá trình mài sản phẩm đá ốp lát lớn, do đá bán thành phẩm trước khi mài có chiều dày 21,522 mm, sau khi mài, chiều dày của tấm đá giảm xuống 20,00 20,08 mm. Theo số liệu thống kê, trong một ngày sản xuất của Công ty cổ phần Vicostone với sản lượng sản xuất đá ốp lát nhân tạo khoảng 1200 tấm/ ngày sẽ thải ra khoảng 4800 m3 nước thải và 30 m3 bột đá thải có độ ẩm khoảng 30%. Như vậy, chất thải từ quá trình mài sản phẩm đá ốp lát nhân tạo sau khi đã qua hệ thống xử lý sơ bộ sẽ được tách thành hai phần chính là bột đá với độ ẩm ~30% và nước thải có chứa TSS là hỗn hợp thạch anh cùng với các thành phần khác sử dụng trong quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo như bột màu vô cơ, nhựa polyeste không no đã đóng rắn và một số phụ gia khác [5]. 1.1.2. Ảnh hưởng của chất thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo Khối lượng nước thải lớn từ quá trình mài sẽ làm ô nhiễm nguồn nước trong tự nhiên ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của các loài thủy sinh và con người. Một số thành phần hữu cơ trong nước thải có thể phân hủy rả các khí độc như CO2, CO, CH4…, gây ô nhiễm môi trường không khí [16, 19, 25] . Thêm vào đó, với thể tích nước cấp mới rất lớn ~ 4.800 m 3/ngày, nếu không tái sử dụng sẽ gây lãng phí nguồn tài nguyên nước và không đảm bảo việc phát triển bền vững của doanh nghiệp. Bột đá thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo, nếu sử dụng để san lấp, có thể ảnh hưởng đến nguồn nước tại khu vực san lấp bằng bột đá thải này [18]. Ngoài ra, bột đá thải có kích thước rất nhỏ, mịn (95% khối lượng bột đá thải có kích thước hạt ≤ 0,45 µm), vì vậy, việc sử dụng khối lượng bột đá thải với mục 12
đích san lấp sẽ không đảm bảo cấp phối. Với các ảnh hưởng của chất thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo, việc nghiên cứu xử lý và tái sử dụng là yêu cầu cấp thiết cả về khía cạnh môi trường và kinh tế đối với doanh nghiệp, đặc biệt là doanh nghiệp nằm trong khu công nghệ cao. 1.1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nước thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo có chứa một lượng hạt thạch anh có tỷ trọng cao hơn nước (tỷ trọng của thạch anh 2,65 kg/m 3), do đó, các hạt có kích thước lớn có khả năng lắng tốt. Tuy nhiên, khoảng 25 30% khối lượng các hạt có trong nước thải là các hạt nhỏ mịn với kích thước hạt ≤ 1,0 µm, các hạt hày ở dạng huyền phù, rất khó lắng, vì vậy sẽ sử dụng phương pháp keo tụ để xử lý khối lượng hạt có kích thước nhỏ, mịn này. Ngoài ra, việc sử dụng các chất trợ lắng để tăng tốc độ lắng của các hạt chất rắn lơ lửng có trong nước thải để đáp ứng yêu cầu về tốc độ cung cấp nước thải sau xử lý phù hợp với tiến độ sản xuất cần được nghiên cứu. Bột đá thải với thành phần chủ yếu là thạch anh có kích thước hạt mịn, độ ẩm 30% được nghiên cứu tái sử dụng làm chất độn trong công thức cấp phối sản xuất gạch bê tông bọt, thân thiện môi trường. Như vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm: Nghiên cứu đặc điểm của các chất thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải và tìm ra tỷ lệ hóa chất xử lý nước thích hợp để chất lượng nước sau xử lý có các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với QCVN40: 2011 và tiêu chuẩn nước tuần hoàn sử dụng trong quá trình mài BTP đá ốp lát nhân tạo. Nghiên cứu tái sử dụng bột đá thải từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo trong sản xuất gạch bê tông bọt với các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng tiêu chuẩn TCXDVN 316: 2004. 13
1.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp 1.2.1. Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp hiện nay Trên thế giới cũng như tại Việt Nam hiện nay đã và đang áp dụng rất nhiều công nghệ xử lý nước thải công nghiệp cũng như nước thải sinh hoạt. Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp dựa vào nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau trong đó bao gồm đặc điểm của nguồn nước thải cũng như mục đích ứng dụng tái sử dụng của nước thải sau khi xử lý. Ngoài ra, sự lựa chọn công nghệ xử lý nước thải còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như hiệu quả xử lý, chi phí xử lý. Một số phương pháp xử lý nước thải được áp dụng hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam như sau [14]. 1.2.1.1. Phương pháp xử lý cơ học Phương pháp xử lý cơ học thường chỉ áp dụng để loại bỏ các chất thải dạng rắn có kích thước hạt xác định hoặc những kim loại hay ion kim loại có trong nước thải. Phương pháp này sẽ không loại bỏ được các vi khuẩn, vi sinh vật trong nước thải. Thông thường, phương pháp xử lý cơ học được áp dụng cho giai đoạn đầu của các phương pháp xử lý khác như phương pháp xử lý sinh học hay hóa học để làm tăng hiệu quả của các phương pháp này [9, 17]. Các phương pháp xử lý cơ học bao gồm: a) Song chắn rác: Sử dụng song chắn rác hoặc lưới chắn rác để loại bỏ các tạp vật có kích thước lớn để giảm hiện tượng tắc nghẽn trong quá trình bơm vận chuyển nước thải trong quá trình xử lý. b) Bể điều hòa: Dùng để duy trì sự ổn định của dòng chảy nước thải, khắc phục những vấn đề của vận hành do sự dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý. Lợi ích của bể điều hòa là làm tăng hiệu quả của quá trình xử lý sinh học do hạn chế quá tải về lưu lượng và hàm lượng chất hữu cơ; chất lượng nước thải sau xử lý ổn định, giảm diện tích bể lọc và tăng hiệu suất lọc. c) Bể lắng cát: Được sử dụng để loại bỏ các tạp chất dạng huyền phù ra khỏi nước thải. Theo chức năng, bể lắng được phân thành bể lắng sơ cấp và bể lắng 14
thứ cấp. Bể lắng sơ cấp thường được đặt ở trước bể xử lý sinh học để loại bỏ các tạp chất có thể lắng hoặc nổi. Bể lắng thứ cấp thường được đặt sau bể xử lý sinh học. d) Lọc: Phương pháp lọc thường được dùng để loại bỏ các tạp chất có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà bể lắng không thể loại chúng ra được. Phương pháp là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng bằng cách cho dòng chất lỏng chảy qua lớp ngăn xốp, khi đó các hạt rắn sẽ bị giữ lại. Vật liệu lọc có thể là các dạng vách (làm bằng tấm thép có đục lỗ và các loại vải khác nhau như: thủy tinh, amiang, sợi..) hoặc dạng hạt (thạch anh, cát, than cốc)…. e) Đông tụ và keo tụ: Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn ở dạng huyền phù, nhưng không tách được các chất thải ở dạng keo và hòa tan vì chúng là các hạt rắn có kích thước rất nhỏ. Để tách được các hạt rắn có kích thước rất nhỏ này một cách hiệu quả cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt nhằm tăng vận tốc lắng.Để khử các hạt keo rắn bằng trọng lượng cần theo hai bước: bước 1 là trung hòa điện tích của chúng (quá trình đông tụ); bước 2 là liên kết chúng lại với nhau (quá trình keo tụ). 1.2.1.2. Phương pháp sinh học Phương pháp sinh học dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng làm chất dinh dưỡng và tạo năng lượng. Chúng nhận các dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng, sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hóa. Nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bằng chỉ tiêu COD (nhu cầu oxy hóa học) và BOD5 (nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày). 15
Phương pháp xử lý sinh học được phân thành hai loại chính là phương pháp hiếu khí (phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có oxy) và phương pháp kỵ khí (phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy) [10, 20, 24]. 1.2.1.3. Phương pháp hóa học và hóa lý Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý bao gồm: a) Phương pháp đông tụ: Tương tự phương pháp đông tụ trong phần 1.2.1.1: Để tăng tốc độ lắng các chất lơ lửng có kích thước nhỏ phân tán ở dạng keo hoặc hòa tan, người ta thường sử dụng phương pháp đông tụ. Các chất đông tự thường sử dụng là phèn nhôm, sắt sunfat, hợp chất polyme nhôm clorit [8, 10, 21]. b) Phương pháp trung hòa: Khi nước thải có tính axit hoặc tính kiềm, thường dùng phương pháp trung hòa để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở các công trình thoát nước và tránh cho các quá trình xử lý sinh hóa sau này bị phá hủy. Để trung hòa nước thải có tính axit, thường dung các hóa chất trung hòa như: CaO, CaCO3, Na2CO3, MgCO3…. Để trung hòa nước thải có tính chất kiềm, thường sử dụng các axit như HCl; H2SO4 loãng… c) Phương pháp oxy hóa – khử: Phương pháp oxy hóa khử thường được sử dụng để tách lọc các hợp chất vô cơ như ion clo (Cl); ion xianua (CN), ion crom (Cr+6)…. 1.2.2. Xử lý nước thải theo phương pháp đông tụ keo tụ 1.2.2.1. Chất keo tụ a) Chất keo tụ phèn nhôm sunfat Công thức hóa học của nhôm sunfat là Al2(SO4)3.18H2O, đây là chất keo tụ được sử dụng phổ biến nhất tại Việt Nam. Cơ chế keo tụ của phèn nhôm: Khi dùng phèn nhôm làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân: Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 6H+ +3SO42 Hàm lượng phèn để xử lý nước đục lấy theo hàm lượng chất rắn đầu vào như sau: 16
Bảng 1.1: Hàm lượng phèn để xử lý nước theo hàm lượng chất rắn của nước thải [12,14] Hàm lượng chất rắn trong Hàm lượng phèn nước (mg/l) (mg/l) 100 25 – 35 101 – 200 30 – 40 201 – 400 35 – 45 401 – 600 45 – 50 601 – 800 50 – 60 801 – 1000 60 – 70 1001 – 1500 70 80 Những lưu ý khi sử dụng phèn nhôm: pH hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5,5 – 7,5 và nhiệt độ của nước thích hợp khoảng 20 – 40oC. Ngoài ra, cần chú ý đến các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng [8, 9]. Ưu nhược điểm khi sử dụng phèn nhôm [9, 10] Ưu điểm: Về mặt năng lực keo tụ ion nhôm và sắt(III), nhờ điện tích 3+, có năng lực keo tụ thuộc loại cao nhất (quy tắc ShulzHardy) trong số các loại muối ít độc hại mà loài người biết. Muối nhôm ít độc, sẵn có trên thị trường với giá thành thấp. Công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểm soát, phổ biến rộng rãi. Nhược điểm: Làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng. Khi quá liều lượng cần thiết thì hiện tượng keo tụ bị phá huỷ làm nước đục trở lại. Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng. Hàm lượng Al dư trong nước lớn hơn so với khi dùng chất keo tụ khác và có thể lớn hơn tiêu chuẩn với (0,2 mg/l). Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng thường hạn chế. Ngoài ra, có thể làm tăng lượng SO42 trong nước thải sau xử lí là loại có độc tính đối với vi sinh vật. 17
b) Chất keo tụ poly nhôm clorua (PNC) Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, tồn tại dưới dạng polyme vô cơ là poly nhôm clorua, thường viết tắt là PNC (hoặc PNCl). PNC có những ưu điểm vượt trội hơn so với các loại phèn nhôm, phèn sắt trong xử lý nước cấp, xử lý nước, do vậy PNC đã được sản xuất với lượng lớn và sử dụng rộng rãi để thay thế phèn nhôm, phèn sắt [10, 13]. + Tính chất: PNC có công thức tổng quát là [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó m ≤ 10, n ≤ 5); PNC thương mại ở dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, dễ tan trong nước và kèm theo tỏa nhiệt, dung dịch trong suốt. + Cơ chế keo tụ của PNC Thông thường khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặc sunfat của Al(III) hoặc Fe(III). Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta có các dạng tồn tại trong nước: Al3+, Al(OH)2+, Al(OH) phân tử và Al(OH)4, ba hạt polyme: Al2(OH)24+, Al3(OH)45+, Al13O4(OH)247+ và Al(OH)3 rắn. Trong đó Al13O4(OH)247+ gọi tắt là Al13 là tác nhân gây keo tụ chính và tốt nhất. Với Fe(III) ta có các dạng tồn tại trong nước: Fe 3+, Fe(OH)2+, Fe(OH) phân tử và Fe(OH)4, ba hạt polyme: Fe2(OH)24+, Fe3(OH)45+ và Fe(OH)3 rắn. Khi sử dụng PNC quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polyme Al13, với điện tích vượt trội (7+), các hạt polyme này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al 3+ rất nhiều, điều này tăng thời gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng keo tụ của chúng lên các hạt lơ lửng cần xử lí, giảm thiểu chi phí hoá chất. Ngoài ra, vùng pH hoạt động của PNC cũng lớn gấp hơn 2 lần so với phèn nhôm và phèn sắt, điều này làm cho việc keo tụ bằng PNC dễ áp dụng hơn. Hơn nữa, do kích thước hạt polyme lớn hơn nhiều so với Al3+ (cỡ 2 nm so với nhỏ hơn 0,1 nm) nên bông keo tụ hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo. + Cơ chế hình thành Al13: Trong nước Al3+ có số phối trí 4 và 6, khi đó khả năng tồn tại dưới dạng tứ diện Al(OH)4 hay còn gọi là tế bào T4, hoặc bát diện Al(OH)4(H2O)2 Tế bào T4 18
này là mầm để hình thành cái gọi là cấu trúc Keggin với tâm là tế bàoT4 và 12 bát diện bám xung quanh, khi đó ta có cấu trúc ứng với công thức Al12AlO4(OH)247+. Người ta cho rằng khi cho kiềm vào dung dịch Al 3+, khi ion Al3+ tiếp xúc với các kiềm thì đó là lúc hình thành các tế bào T4. Tiếp theo các bát diện vây quanh T4 tạo Al13, như vậy có thể coi bước tạo T4 là bước quyết định trong công nghệ chế tạo Al13 thành phần chính của PNC. + Phương pháp sử dụng: Sản phẩm dạng lỏng có thể sử dụng trực tiếp hoặc loãng 10 lần rồi mới sử dụng, dạng đặc phải loãng thành ra dung dịch 5 – 10% sẽ cho hiệu quả keo tụ tốt nhất. + Ưu điểm của PNC so với nhôm sunfat PNC có nhiều ưu điểm so với phèn nhôm sunfat và các loại phèn vô cơ khác: Hiệu quả keo tụ và lắng trong > 45 lần. Tan trong nước tốt, nhanh hơn nhiều, ít làm thay đổi độ pH của nước nên không phải dùng NaOH để xử lý và do đó ít ăn mòn thiết bị hơn. Không làm đục nước khi dùng thừa hoặc thiếu. Không cần (hoặc dùng rất ít) phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng. Hàm lượng nhôm dư trong nước nhỏ hơn so với khi dùng phèn nhôm sunfat. Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ cùng các kim loại nặng tốt hơn. Không làm phát sinh hàm lượng SO42 trong nước thải sau xử lý là loại có độc tính đối với vi sinh vật. + Cơ chế keo tụ Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (bụi trong không khí, bùn, phù sa trong nước...) các hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt. Về nguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo (hạt chất rắn lơ lửng phân tán trong nước) có xu thế hút nhau nhờ các lực bề mặt. Tuy nhiên do các hạt keo cùng loại luôn tích điện cùng dấu nên các hạt keo luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt cùng dấu theo định luật Culong, 19
xu hướng này làm hạt keo không thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng xuống nhờ trọng lực như những hạt không tích điện. Như vậy hạt keo càng tích điện thì hệ keo càng bền (khó kết tủa) [10]. Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ. Hiện tượng này xảy ra khi điện tích được triệt tiêu. Hiện tượng keo tụ có tính thuận nghịch nghĩa là hạt keo đã keo tụ lại có thể tích điện trở lại và trở nên bền. Để hiện tượng keo tụ xảy ra thường phải sử dụng các chất keo tụ. Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông chất rắn lớn dễ lắng là dùng các tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt chất rắn nhỏ. Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông được gọi là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch. 1.2.1.2. Chất trợ lắng Hóa chất trợ keo tụ sử dụng trong xử lý nước cấp, xử lý nước thải nhằm giúp quá trình keo tụ chất rắn lơ lửng trong nước diễn ra nhanh hơn. Sự kết h ợp giữa hóa chất keo tụ PNC, phèn nhôm, phèn sắt với hóa chất trợ keo tụ polyme làm tăng kích thước hạt chất rắn lơ lửng, tăng hiệu quả lắng, do đó làm tăng hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng trong nước thải [8, 9]. Khi cho polyme vào nước sẽ xảy ra các giai đoạn: Các hạt keo bị hấp phụ bởi polyme, không còn bền vững (quá trình keo tụ). Các hạt keo bị phá vỡ sẽ kết dính với nhau thành các cục bông nhỏ, sau đó thành cụm to hơn và lắng được (quá trình kết bông). Polyme làm thay đổi rất ít 20