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

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

1. Ch ươ ng 2. KEO T CN B N TRONG N ƯC CHƯƠNG 2. KEO Tụ CặN BẩN TRONG NƯớC 2.1. Khái niệm chung. Cấu tạo hạt keo 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ 2.3. Cơ chế quá trình keo tụ tạo bông 1
2. 2.1. Khái niệm chung 2.1.1. Cấu tạo hạt keo, tính bền của hạt keo a. Cấu tạo của hạt keo : Hạt keo có cấu tạo rất phức tạp: + ở giữa có nhân keo : l tập hợp hng trăm hoặc hng nghìn phân tử. + Lớp hấp phụ : đ−ợc tạo ra do nhân keo có khả năng hấp phụ mạnh v hấp phụ chọn lọc những ion có trong thnh phần nhân hạt keo. + Lớp đối ion : do nhân keo v lớp ion kề sát mang điện v hút những ion ng−ợc dấu bao quanh tạo ra ( hạt keo ). + Lớp khuếch tán: hạt keo còn hút những ion ng−ợc dấu ở xa hơn tạo ra Ví dụ: AgNO 3 + NaCl = AgCl ↓ + NaNO 3.Tập hợp m phân tử AgCl tạo thnh nhân keo. Giả sử trong dung dịch d− ion Ag +, chúng sẽ tạo hạt keo d−ơng + +x {m[AgCl] nAg + ( n – x)NO 3 } xNO 3 Nhân keo Lớp hấp phụ Hạt keo Misen keo Khái niệm chung về hệ keo 2
3. Khái niệm chung về hệ keo
   Trong trạng thái tĩnh, misen keo trung ho về điện (các ion của hạt Misen đ−ợc trung ho bởi các ion trái dấu của tầng khuyếch tán)
   Do chuyển động Brown → 1 số ion tầng khuyếch tán tách khỏi hạt → hạt keo trở nên có điện tích ε thế nhiệt động trên bề mặt nhân keo ζ thế điện động trên bề mặt hạt keo ε = Σ(±) của các ion lớp vỏ nhân (2 tầng) ξ = Σ(±) của các ion lớp khuyếch tán ε −ξ = Σ(±) của các lớp ion kép (tầng hấp phụ) Khái niệm chung về hệ keo Tầng hấp phụ Tầng khuyếch tán ε εεε- thế nhiệt động trên bề mặt nhân keo = 0 ζ = 0 ζζζ - thế điện động trên bề mặt hạt keo 3
4. Khái niệm chung về hệ keo b. Tính bền của hệ keo Độ bền của hệ keo phụ thuộc: bản chất phân tán, độ phân tán, dung môi, sự có mặt của các chất lm bền (chất hoạt động bề mặt), nồng độ hạt phân tán v nhiệt độ. c. Sự đồng tụ của keo và pepti hoá Sự đông tụ : l hiện t−ợng các hạt keo dính kết lại với nhau v tạo thnh kết tủa. Do một nguyên nhân no đó đẩy ion nghịch ở vỏ khuyếch tán đi vo lớp hấp phụ của hạt keo, lm giảm điện tích hạt keo, giảm lực đẩy, gây nên sự keo tụ. Sự pepti hoá: l quá trình ng−ợc lại với sự keo tụ. Xảy ra khi: + Các sản phẩm đông tụ tiếp xúc với dung dịch điện ly lm cho chúng khả năng tích điện lai, lực kết dính yếu đi, lực khuyếch tán tăng, dẫn tới sự phân bố lại các hạt keo v dung dịch keo. + Đ−a vo dung dịch chất hoạt động bề mặt. Tạo ra bề mặt hạt keo lớp sonvat, sau đó do chuyển động nhiệt các phân tử bị tách ra v tạo thnh hệ keo. Khái niệm chung về hệ keo 2.1.2. Các tính chất của dung dịch keo * Tính chất quang học của dung dịch keo a. Thí nghiệm của Tyndall (năm 1896) Chiếu chùm tia sáng vo dung dịch keo ta thấy xuất hiện vùng ánh sáng mờ đục trong dung dịch keo có dạng hình nón. Hiện t−ợng ny đ−ợc gọi l hiệu ứng Tyndall. b. Nguyên nhân Do hạt keo có kích th−ớc hạt nhất định. Khi chiếu sáng các hạt keo sẽ khuyếch tán ánh sáng đi mọi ph−ơng. Lúc ny hạt keo trở thnh nguồn sáng thứ cấp “điểm sáng”. 4
5. Khái niệm chung về hệ keo * Chuyển động Brown của hạt keo
   Chuyển động Brown của các hạt keo l do chuyển động nhiệt của các phân tử dung môi gây nên chuyên động nhiệt của các hạt keo .
   Chuyển động của các phân tử môi tr−ờng l hỗn loạn dẫn đến chuyển động của các hạt keo cũng luôn luôn thay đổi vận tốc v h−ớng.
   Chuyển động Brown có tác dụng lm cho hạt keo phân bố đồng đều trong thể tích. Khái niệm chung về hệ keo * Sự sa lắng của hạt keo
   Do hạt keo có một khối l−ợng no đó nên sẽ chịu tác động của lực trọng tr−ờng gây cho hạt keo sự sa lắng (vsl ). Còn chuyển động Brown lm cho hạt keo khuyếch tán đều trong thể tích hệ (vkt ).
   Khi có sự cân bằng giữa lực khuyếch tán v sự sa lắng thì trong hệ keo có sự phân bố hạt keo trong hệ một cách ổn định. Nh−ng vì một nguyên nhân no đó m: + vsl > vkt thì hạt keo bị sa lắng ; + vsl < vkt thì hạt keo đ−ợc phân bố đều trong thể tích của hệ; + vsl = vkt: hệ nằm ở trạng thái cân bằng động học hay cân bằng sa lắng. 5
6. T−ơng tác giữa các keo • Các hạt keo chuyển động nhiệt trong n−ớc (chuyển động Brown) v có cùng dấu: + Đẩy nhau theo lực đẩy tĩnh điện + Hút nhau theo lực hút phân tử (Lực Van der Waals) → Lực tổng hợp (xem hình vẽ) + ban đầu l lực đẩy + xích lại gần nhau hơn → hợp lực l lực đẩy max. + Nếu các phân tử chuyển động nhanh, đạt động năng đủ lớn → v−ợt qua đ−ợc lực đẩy → khoảng cách đủ nhỏ → lực hút → phân tử tăng nhanh dính kết với nhau Biểu đồ thể hiện Lực t−ơng tác Van der Waals Khái niệm chung về hệ keo * Hiện t−ợng điện di
   Khi đặt dung dịch keo vo trong điện tr−ờng d−ới tác dụng của điện tr−ờng hạt keo chuyển về phía của điện cực trái dấu, còn dung môi có chứa các ion ở lớp khuyếch tán chuyển về phía điện cực kia.
   D−ới tác động của điện tr−ờng, pha ny chuyển động t−ơng đối với pha kia, điều ny có nghĩa hai pha tích điện ng−ợc dấu nhau.
   Hiện t−ợng pha rắn dịch chuyển t−ơng đối với pha lỏng gọi l hiện t−ợng điện chuyển hay điện di. 6
7. Khái niệm chung về hệ keo 2.1.3. Phân loại dung dịch keo theo kích th−ớc a. Huyền phù: l hệ phân tán của chất rắn trong chất lỏng, kích th−ớc hạt rắn trong huyền phù l loại hạt thô (d > 10 5m). Huyền phù l hệ hầu nh− không khuyếch tán, dễ bị sa lắng, không khuyếch tán ánh sáng nh− dung dịch keo. Hệ ny kém bền do tính bền động học của nó nhỏ. Muốn cho huyền phù bền ng−ời ta th−ờng thêm vo nó chất cao phân tử hay chất hoạt động bề mặt. b. Nhũ t−ơng: l hệ phân tán có phân tử phân tán l lỏng v dung môi l lỏng. Nhũ t−ơng lỏng – lỏng l hệ có hai pha có bản chất khác nhau. Nhũ t−ơng có loại long v đặc, giới hạn bởi phần trăm pha phân tán trong môi tr−ờng phân tán. Nhũ t−ơng l hệ dị thể không bền nhiệt động (đặc biệt l nhũ t−ơng đặc), muốn tăng thời gian sống của hệ phải đ−a vo trong hệ chất nhũ hoá thích hợp. c. Bọt: l những hệ phân tán rất thô v rất đậm đặc khí trong chất lỏng. Bọt l một hệ rất kém bền. Về tính chất v cấu tạo các bọt khí rất giống với nhũ t−ơng đậm đặc cao. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ • Các cặn bẩn trong n−ớc (hạt cát, sét, bùn sinh vật phù du, sản phẩm phân huỷ các chất hữu cơ, ) có kích th−ớc nhỏ (< 10 4 mm) thì khó tách khỏi n−ớc bằng ph−ơng pháp lắng cơ học, chúng tồn tại ở trạng thái lơ lửng trong n−ớc, trong trạng thái cân bằng động. • Cần những yếu tố bên ngoi tác động, phá vỡ trạng thái cân bằng đó, tạo điều kiện để các hạt cặn lơ lửng kết dính với nhau, tăng kích th−ớc v khối l−ợng của chúng → dễ lắng xuống đáy hơn. • Các ph−ơng pháp tác động: Nung nóng, lm lạnh, dùng các chất điện ly, sử dụng từ tr−ờng, Dùng các hoá chất nhằm tạo ra trong n−ớc hệ keo mới, mang điện tích ng−ợc dấu với hệ keo cặn bẩn trong n−ớc thiên nhiên v lm nhân tố keo tụ các hạt cặn bẩn lơ lửng (th−ờng đ−ợc dùng). 7
8. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ • Các hạt cặn lơ lửng trong n−ớc phần lớn th−ờng đều mang điện tích âm (cặn gốc silic, các hợp chất hữu cơ), một số mang điện tích d−ơng (hydroxit sắt, nhôm). Khi thế cân bằng điện động bị phá vỡ → các hạt liên kết với nhau tạo thnh các tổ hợp gọi l các hạt keo. Chúng có thể l keo háo n−ớc hoặc keo kỵ n−ớc. • Keo háo n−ớc (−a n−ớc): trên bề mặt chúng có 1 lớp mng thuỷ hoá, gồm các nhóm phân cực bề mặt ho tan trong n−ớc (nh− các nhóm hydroxyl OH , COOH , ). Các hạt keo ny th−ờng mang điện tích không lớn v đông tụ d−ới tác dụng của các chất điện ly (ở dạng các ion ng−ợc dấu). • Keo kỵ n−ớc (cặn bẩn trong n−ớc: bùn, sét, cát ) đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý n−ớc bằng chất keo tụ. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ (1). Tăng động năng hạt keo Có thể thực hiện đ−ợc nhờ cách tăng nhiệt độ (khó thực hiện), khuấy trộn hay tạo dòng chảy xoắn ở trong công trình xử lý (th−ờng áp dụng, tuy nhiên không thể đạt đ−ợc hiệu suất cao nếu chỉ áp dụng ph−ơng pháp ny). Việc tăng động năng của hạt keo lm cho chúng linh động hơn → tăng số va chạm giữa các hạt keo trong dung dịch → kích th−ớc các hạt keo tăng → sa lắng 8
9. Các ph−ơng pháp keo tụ (2) Giảm lực đẩy tĩnh điện v tăng lực hút Ion: Đ−a vo n−ớc các hoá chất lm tăng nồng độ của chất điện ly trung tính (ví dụ nh− NaCl), dẫn đến giảm độ dy của lớp điện tích kép (giảm ζ) → lm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt → t−ơng tác tổng cộng giữa các hạt keo bằng không, do đó sự tạp thnh tổ hợp các hạt keo có thể xảy ra khi chúng va chạm, tiếp xúc với nhau. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ
   Quá trình keo tụ bằng chất điện ly có thể coi nh− l một quá trình keo tụ tối −u. Ng−ời ta đ xác định rằng khi sử dụng chất điện ly với các Ion có hoá trị cng lớn thì hiệu quả keo tụ cng cao v liều l−ợng chất điện ly cng giảm đi.
   Ph−ơng pháp ny đòi hỏi liều l−ợng chất keo tụ đ−a vo n−ớc phải rất chính xác. Nếu nồng độ các chất điện ly trong n−ớc v−ợt quá mức cần thiết sẽ gây ra quá trình tích điện trở lại đối với hạt keo, lm thế năng tăng lên v hiệu quả keo tụ giảm.
   Biện pháp ny khó ứng dụng trong xử lý n−ớc. Tuy nhiên, ng−ời ta có thể quan sát hiện t−ợng keo tụ ny ở vùng cửa sông chảy ra biển. Tại đó, do nồng độ muối cao, các hạt keo huyền phù bị keo tụ nhanh chóng, tạo ra sự lắng đọng trầm tích bồi cạn cửa sông. 9
10. Các ph−ơng pháp keo tụ (3) Thay đổi pH: Thay đổi pH của môi tr−ờng có thể lm thay đổi hay lm mất điện tích sơ cấp (điện tích ứng với điểm đẳng điện), do đó lm giảm hay triệt tiêu lực đẩy. Tuy nhiên, pH của nhiều loại hạt th−ờng thấp, ví dụ, đối với: + Sét: pH của điểm đẳng điện pH 0 = 5 + Mùn (humin): pH 0 = 3,5 4,5 0 + Protit: pH = 3,5 4,2 Lực tác dụng lên hạt keo sau khi lớp 0 + Silic SiO 2: pH = 2. điện tích kép bị nén (Compression of the Double Layer DLVO Theory) 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ (4) Đ−a vo n−ớc hệ muối kim loại hoá trị III có thể thuỷ phân (phèn nhôm Al 2(SO 4)3, phèn sắt FeCl 3, Poly Alluminium Chlorid (PAC) ) Phèn đ−ợc phân ly thnh các ion kim loại v Anion axit mạnh: → 3+ 2 Al 2(SO 4)3 2Al + 3SO 4 → 3+ FeCl 3 Fe + 3Cl Khi đó: (4a) Các ion kim loại (Al 3+ , Fe 3+ ) → trung ho các hạt keo trong n−ớc mang điện tích (), lm giảm thế điện động ζ → keo liên kết lại → tạo bông cặn. 10
11. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ (4b) Các ion kim loại tham gia phản ứng thuỷ phân: 3+ → ↓ + Al +3H 2O Al(OH) 3 +3H 3+ → ↓ + Fe + 3H 2O Fe(OH) 3 + 3H → Al(OH) 3 v Fe(OH) 3 l những hạt keo mang điện tích (+) trung ho + tạo bông cặn. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ (4c) Các sản phẩm thuỷ phân hon ton của các Ion kim loại tạo các Hydroxit kim loại (Al(OH) 3, Fe(OH) 3, ) kết tủa dạng bông, có tính hoạt tính bề mặt cao → có khả năng ‘’bẫy’’, hút bám lên bề mặt các chất bẩn (hạt keo, cặn, mùi vị, vi sinh vật, một số chất tan, ion kim loại nặng, các hạt keo trong n−ớc, ) → tạo các bông cặn lớn → lắng xuống. (4a), (4b), (4c) 3 loại bông cặn sinh ra trong quá trình keo tụ bằng phèn. (4a) ít; (4c) đa số, có tính quyết định đến hiệu suất keo tụ 11
12. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ
    Trên thực tế, khi cho phèn vo n−ớc, chúng bị thuỷ phân v tạo ra không chỉ Al(OH) 3 hay Fe(OH) 3 m còn tạo các phức Monomers v Polymers: 3+ 2+ + Monomers: Al , Al(OH) , Al(OH) 2 , Al(OH) 3, Al(OH) 4 4+ 5+ 7+ Polymers: Al 2(OH) 2 , Al 3(OH) 4 , Al 13 O4(OH) 24 ,
    Những phức ny mang điện tích d−ơng, có khả năng: Lm trung ho các điện tích sơ cấp mang điện () (cơ chế (4a); Hấp phụ trên bề mặt chúng các hạt keo (cơ chế 4b); Các sản phẩm thuỷ phân hon ton l các Hydroxit kim loại kết tủa, tạo bông – bẫy các hạt keo (cơ chế 4c). 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ (5). Đ−a vo trong n−ớc một chất Polymer tự nhiên hoặc Polymer tổng hợp:
    Lm trung ho điện tích các hạt keo, tạo cầu nối giữa các hạt keo cách xa nhau với khoảng cách lớn hơn khoảng cách hiệu dụng của lực đẩy. Mặt khác các Polyme mang điện, có thể lm trung ho điện tích các hạt keo.
    Để sự trợ keo xảy ra, các phần của sợi (chuỗi) Polymer phải đ−ợc hấp phụ lên bề mặt của một số hạt hay bông keo tụ. Các tổ hợp phần tử chất bẩn – Polymer – phần tử chất bẩn đ−ợc hình thnh theo kiểu ny. • Tuy nhiên, cần l−u ý, nếu sử dụng Polyme quá liều l−ợng, sẽ tái xác lập lại trạng thái bền vững của hệ keo, lm giảm hiệu suất keo tụ. (6). Kết hợp một số ph−ơng pháp trên. Ví dụ: (1) + (3) + (4) + (5) 12
13. 2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ
    Một số hoá chất dùng trong keo tụ
    Sulfat Nhôm Al 2(SO 4)3.18H 2O;
    Sulfat Nhôm tinh chế.
    Oxy Clorit Nhôm: Al 2(OH) 5Cl.
    Aluminat Natri: NaAlO 2 .
    Clorua sắt 3: FeCl 3.6H 2O.
    Sulfat sắt 2: Fe SO 4.7H 2O
    Sulfat sắt 3: Fe 2(SO 4)3.2H 2O.
    Hỗn hợp (Fe 2(SO 4)3 + FeCl 3).
    Hỗn hợp FeCl 3 + Al 2(SO 4)3 .
    Poly Allumminium Chloride PAC (PACN, PAC HAPI, ),
    2.2. Các ph−ơng pháp keo tụ Một số loại hoá chất dùng để keo tụ n−ớc Sulfat Nhôm Al 2(SO 4)3.18H 2O: SX từ quặng Boxit, Nefelin, 1 số loại đất sét, Sulfat Nhôm tinh chế: SX từ nhôm Al 2O3 tác dụng với H 2SO 4 Oxy Clorit Nhôm Al 2(OH) 5Cl: SX từ Al(OH) 3 pha chế với HCl Aluminat Natri NaAlO 2 : SX từ Al 2O3 hay Al(OH) 3 + NaOH o Clorua sắt: FeCl 3.6H 2O : SX từ Fe + Cl 2(ở 700 C) hoặc quặng sắt + Cl 2 Sulfat sắt II FeSO 4.7H 2O Sulfat sắt III Fe 2(SO 4)3.2H 2O: sản xuất từ Fe 2O3 + H 2SO 4 Hỗn hợp (Fe 2(SO 4)3 + FeCl 3): thu từ hỗn hợp (FeSO 4.7H 2O v Cl 2) Hỗn hợp FeCl 3 + Al 2(SO 4)3 theo tỷ lệ 1 /1 hay 2 /1 13
14. L−ợng phèn cần thiết theo hm l−ợng cặn của n−ớc nguồn Hm l−ợng cặn của n−ớc nguồn, mg/l L−ợng phèn Al 2(SO 4)3, mg/l đến 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
    Nếu n−ớc nguồn đồng thời có độ mu cao, l−ợng phèn Al 2(SO 4)3 đ−ợc tính theo công thức: a = 4 √M (M độ mu, thang mu Pt – Co).
    Nếu dùng phèn sắt FeCl 3 hoặc FeSO 4: liều l−ợng phèn có thể lấy bằng 1/3 – 1/2 giá trị trên • Chất trợ keo: + Tăng hiệu suất của quá trình đông tụ + tiết kiệm hoá chất. + Đ−a vo n−ớc sau phèn v vôi • Các hợp chất Polymer: Nguồn gốc tự nhiên: tinh bột, vụn rong, tảo, men thuỷ phân Protit, b khoai, Nguồn gốc nhân tạo: Polyme PAA (PolyAcrylAmid): (CH 2CHONH 2)n Chất keo tụ vô cơ: Axit Silic hoạt tính, Silicat Natri sản xuất → → từ thuỷ tinh lỏng (Na 2O) m(SiO 2)n đ−a vo trong n−ớc tạo các Anion → tăng hiệu suất xử lý! 14
15. 2.3. Cơ chế của quá trình keo tụ 2.3.1. Các giai đoạn của quá trình keo tụ : Gồm các giai đoạn sau: + Pha trộn các chất keo tụ với n−ớc. + Thuỷ phân của phèn đồng thời phá huỷ độ bền vững của hệ keo tự nhiên. + Hình thnh bông cặn. 2.3. Cơ chế của quá trình keo tụ
    Về thực chất ba giai đoạn ny xẩy ra liên tục v gần nh− đồng thời. Với các ph−ơng pháp keo tụ khác nhau, sự khác biệt có tính đặc tr−ng chủ yếu l ở hai giai đoạn đầu của quá trình keo tụ.
    Khi cho hoá chất vo n−ớc, quá trình thuỷ phân, hấp phụ v trao đổi ion của lớp điện tích kép diễn ra rất nhanh chóng, phụ thuộc vo điều kiện môi tr−ờng phản ứng.
    Sau đó bắt đầu quá trình hình thnh các bông cặn. Hiệu quả của giai đoạn ny phụ thuộc chủ yếu vo số l−ợng va chạm v kết dính với nhau tạo thnh các bông cặn có kích th−ớc lớn dần lên cho đến lúc chúng không còn tham gia vo quá trình chuyển động nhiệt.
    Muốn có hiệu quả keo tụ cao cần tạo điều kiện cho các bông cặn tiếp tục chuyển động v va chạm nhau.
    Giai đoạn hình thnh các bông cặn l khâu cuối cùng có tính chất quyết định đến hiệu quả của ton bộ các quá trình keo tụ cặn bẩn. 15
16. 2.3.2. Keo tụ tiếp xúc • Nguyên lý: lợi dụng khả năng kết bám của các hạt cặn lên bề mặt của các hạt vật liệu lọc nh− cát • Bản chất sự kết bám của các hạt cặn lên bề mặt vật liệu lọc l quá trình keo tụ. • Trong điều kiện thuỷ động thuận lợi, các hạt cặn chuyển động gần bề mặt các hạt vật liệu v dính kết lẫn nhau. • Quá trình hình thnh bông cặn trong môi tr−ờng tiếp xúc diễn ra với tốc độ nhanh v hiệu quả hơn sự tạo thnh bông căn trong môi tr−ờng chất lỏng: C−ờng độ va chạm giữa các hạt cặn với các hạt vật liệu lọc có kích th−ớc lớn cao hơn nhiều so với c−ờng độ va chạm dính kết với các hạt lớn không mang điện của lớp vật liệu lọc do lực hút phân tử. Ngay cả khi nồng độ các hạt còn ch−a đủ để tạo điều kiện keo tụ trong môi tr−ờng n−ớc, nh−ng trong môi tr−ờng tiếp xúc quá trình keo tụ đ xảy ra. • Quá trình keo tiếp xúc hiệu quả nhất xảy ra ngay sau khi pha chất keo tụ vo n−ớc (bể lọc tiếp xúc sau ngăn trộn + tách khí, không có ngăn phản ứng). • Lúc đầu khi tăng liều l−ợng phèn, độ đục v độ mu của n−ớc giảm rất ít sau đó khi đến một liều l−ợng nhất định bắt đầu ng−ỡng keo tụ, độ đục v độ mu của n−ớc giảm rất nhanh. Tiếp theo nếu tăng liều l−ợng phèn hơn nữa, hiểu quả xử lý cũng không tăng đáng kể. 16
17. 2.3.3. Các yếu tố ảnh h−ởng đến hiệu quả quá trình keo tụ bằng phèn (1). Độ pH của n−ớc + → ↓ ↓ ↑ • Phản ứng thuỷ phân phèn tạo ion H pH , Ki , (CO 2 ) → Đẩy hệ keo lệch khỏi điểm đẳng điện v giảm tốc độ phản ứng thuỷ phân → pH của dung dịch đ−ợc điều chỉnh bằng: + Độ kiềm tự nhiên của n−ớc + Nếu không đủ độ kiềm: sử dụng vôi/sôđa/xút Xút: đắt, phải điều chế chính xác Vôi: + rẻ, không tạo CO 2 v tăng pH cao hơn tạo cặn lắng 2.3.3. Các yếu tố ảnh h−ởng đến hiệu quả quá trình keo tụ bằng phèn Mỗi loại phèn đều có một giá trị pH thích hợp để xảy ra keo tụ: Phèn nhôm: pH 6,5 7,5 → dễ áp dụng Phèn sắt 2: pH > 8 → đòi hỏi pH cao hơn Phèn sắt 3: pH 5,5 9,5 → dễ áp dụng 17
18. 2.3.3. Các yếu tố ảnh h−ởng đến hiệu quả quá trình keo tụ bằng phèn (2). Độ kiềm tự nhiên của n−ớc Độ kiềm ảnh h−ởng trực tiếp đến pH của n−ớc. → + + Nếu Ki lớn trung ho ion H sinh ra do quá trình thuỷ phân phèn → pH thay đổi ít. + → + Nếu độ kiềm Ki thấp, không đủ để trung ho ion H phải sử dụng hoá chất để nâng độ kiềm Ki trong n−ớc (sử dụng vôi, sôđa, xút) 2 + → → ↑ CO 3 + H HCO 3 Ki + → OH + H H2O Các yếu tố ảnh h−ởng đến hiệu quả quá trình keo tụ bằng phèn Xác định độ kiềm trong n−ớc sau khi đ−a phèn vo: L L K * = K 0 − p + k itp itp mgđl/l ep ek Xác định l−ợng kiềm cần đ−a vo n−ớc:  L  L = e . p − K + 5,0  mg/l K K  itp   ep  + L K, eK: liều l−ợng (mg/l) v đ−ơng l−ợng (mgđl/l) của chất kiềm + Lp, ep: liều l−ợng (mg.l) v đ−ơng l−ợng (mgđl/l) của chất phèn sử dụng + Kitp : độ kiềm ton phần của n−ớc, mgđl/l + 0,5: Độ kiềm dự trữ, mgđl/l → + Nếu: L K 0 phải đ−a l−ợng kiềm ny vo n−ớc. 18
19. Hoá chất ep, mgđl/l Chất kiềm eK, mgđl/l hoá Al 2(SO 4)3 57 CaO 28 FeCl 3 54,1 Na 2CO 3 53 FeSO 4 76 NaOH 40 Fe 2(SO 4)3 66,7 Các yếu tố ảnh h−ởng đến hiệu quả quá trình keo tụ bằng phèn (3). Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng → chuyển động nhiệt của hạt keo tăng → tăng tần số va chạm v động năng → hiệu quả kết dính tăng → giảm l−ợng phèn sử dụng, thời gian, c−ờng độ khuấy trộn, → Lp (đông) > Lp (hè) 19
20. Các yếu tố ảnh h−ởng đến hiệu quả quá trình keo tụ bằng phèn (4). ảnh h−ởng của các hợp chất hữu cơ Nếu trong n−ớc nguồn có chứa các hợp chất hữu cơ → ngăn cản quá trình keo tụ, lm cho hiệu suất keo tụ giảm, do các hợp chất ny bao bọc hạt cặn → ngăn cản sự tiếp xúc, dính bám, hấp phụ lên bông keo tụ → phải khử các hợp chất hữu cơ ny tr−ớc khi đ−a phèn vo bằng các chất oxy hoá mạnh nh− Clo, (Clo hoá sơ bộ) Sự biến đổi chất l−ợng n−ớc sau khi đ−a hoá chất keo tụ vo trong n−ớc 1. Tr−ờng hợp không cần kiềm hoá theo yêu cầu keo tụ Độ kiềm sau khi đ−a hoá chất vo n−ớc: L K * = K 0 − p , mgđl/l itp itp e p L * = 0 + p CO 2:CO 2 CO 2 44 , mg/l e p pH: pH = f (t)− f (Ca 2+ )− t (K * )+ f (P) s 1 2 3 itp 4 * = 0 + + Cặn lơlửng:Cmax Cmax K.Lp 0,25.M , mg/l K: hệ số, phèn nhôm/sắt loại A: K=1 phèn nhôm/sắt loại B: K = 1,1 M: Độ mu (độ Cobalt) 20
21. Sự biến đổi chất l−ợng n−ớc sau khi đ−a hoá chất keo tụ vo trong n−ớc 2. Tr−ờng hợp cần kiềm hoá theo yêu cầu keo tụ Độ kiềm sau khi đ−a hoá chất vo n−ớc: L L K * = K 0 − p + k , mgđl/l itp itp e p ek CO : L L  , mg/l 2 * = 0 +  p − k  CO 2 CO 2 44    e p ek  pH = f (t)− f (Ca 2+ )− t (K * )+ f (P) pH: s 1 2 3 itp 4 * = 0 + + + Cặn lơlửng:Cmax Cmax K.Lp 0,25M Lk , mg/l (L K, e k: l−ợng kiềm v trọng l−ợng đ−ơng l−ợng hợp chất kiềm đ−a vo trong n−ớc (mg/l, mgđl/l) Sự biến đổi chất l−ợng n−ớc sau khi đ−a hoá chất keo tụ vo trong n−ớc pH = f (t)− f (Ca 2+ )− t (K * )+ f (P) s 1 2 3 itp 4 21
22. Công trình pha chế, định l−ợng v dự trữ hoá chất Hoá chất (Phèn) 1 CT ho phèn 2 CT pha chế 1 chuẩn bị dung dịch công tác 2 3 CT định l−ợng 4 CT trộn 3 5 CT phản ứng (keo tụ) 4 5 6 6 CT lắng 7 Lọc 22
23. Pha chế dung dịch hoá chất: - Ho phèn bằng thủ công; - Ho phèn bằng thiết bị cơ khí, sục khí, dòng n−ớc tuần hon. - Tôi vôi - Pha dung dịch vôi sữa: - Pha dung dịch vôi bo ho (n−ớc vôi trong) • Thiết bị định l−ợng dung dịch hoá chất 23
24. Các công trình trộn • Trộnthuỷlực • + Trộn trong đ−ờng ống • + Trộn vách ngăn • + Trộn đứng • + Trộn đứng kết hợp tách khí • Trộn cơ khí: sử dụng các thiết bị khuấy trộn (các cánh khuấy). Bể phản ứng tạo bông cặn: • Bể phản ứng thuỷ lực. • → Bể phản ứng xoáy (hình trụ hoặc côn) • → Bể phản ứng vách ngăn →Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng
    Bể phản ứng cơ khí. 24