View
4
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Thành viên nhóm 2Thành viên nhóm 2
Nguyễn Thị Ngọc BíchNguyễn Thị Ngọc BíchNguyễn Đại CườngNguyễn Đại CườngHứa Đinh Yến HằngHứa Đinh Yến HằngPhạm Thị Thu HằngPhạm Thị Thu HằngPhan Thị Ngọc HuyềnPhan Thị Ngọc HuyềnPhan Thị LanhPhan Thị LanhPhạm Thị Kim MaiPhạm Thị Kim MaiTrần Huỳnh PhươngTrần Huỳnh PhươngTrần Bá PhanTrần Bá PhanỪng SậpỪng SậpLê Thị Út TrangLê Thị Út Trang
• 1. Keo Tụ Tạo Bông (Keo Tụ và Đông Tụ)
• 2.Trung Hòa
• 3.Tuyển Nổi
• 4. Hấp Phụ
• 5. Trích
• 6. Trao Đổi
• 7.Thẩm Thấu Ngược
• I.PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG• I.1. cơ sở lý thuyết• Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại
hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống.
• Nhưng quá trình keo tụ tạo bông gồm 2 quá trình chính:
• - Quá trình keo tụ : dựa trên cơ chế phá bền hạt keo.• - Quá trình tạo bông : tiếp xúc /kết dính giữa ác hạt keo đã bị
phá bền. Cơ chất tiếp xúc giữa các hạt này bao gồm:
• + Tiếp xúc do chuyển động nhiệt ( chuyển động Brown) tạo thành các hạt có kích thước nhỏ .
• + Tiếp xúc do quá trình chuyển động của lưu chất được thực hiện bằng cách khuấy trộn để tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn.
• + Tiếp xúc do quá trình lắng của các hạt.
• Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ (Coagulation).
• Quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là keo tụ (flocculation).
• Theo thành phần cấu tạo người ta chia ra 2 loại keo:
• Keo kỵ nước (hydropholic) là loại chống lại các phân tử nước như vàng, bạc, silic …
• Keo háo nước (hydrophilic) là loại hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn, virus, lòng trắng trứng … Trong đó keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước và nước thải.
•Nước, chất keo tụ
Bể khuấy trộn
Nước đã được làm trong
Nước thải
Bể lắng trong
Bể tạo bông
Thiết bị định lượng
Bể hòa trộn
Cặn lắng
• Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối nhôm và muối sắt như:
• Al2(SO4)3, Al2(SO4)3 . 18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O,NH4Al(SO4)2.12H2O.
.Phèn sắt : gồm sắt (II) và sắt (III):
• FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O
• Phèn Fe (II) : • khi cho phèn sắt (II) vào nước thải Fe(II) sẽ bị thuỷ
phân thành Fe(OH)2.
• Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+
• Trong nước có O2 tạo thành Fe(OH)3
• pH thích hợp là 8 – 9 => cú kết hợp với vôi thì keo tụ tốt hơn.
• Phốn FeSO4 kỹ thuật chứa 47-53% FeSO4.
• b. Phèn Fe (III):
• Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
• Phản ứng xảy ra khi pH > 3.5
• Hình thành lắng nhanh khi pH =5.5 - 6.5
c. So sánh phèn sắt và phèn nhôm:• Độ hoà tan Fe(OH)3 < Al(OH)3
• Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1.5 Al(OH)3
• Trọng lượng đối với Fe(OH)3 = 2.4; Al(OH)3 =3.6• Keo sắt vẫn lắng khi nước có ít huyền phù.• Lượng phèn FeCl3 dựng = 1/3 –1/2 phèn nhôm• Phèn sắt ăn mòn đường ống. Trong xử lý nước thải, sử dụng hỗn hợp muối nhôm
và muối sắt với tỷ lệ từ 1:1 đến 1:2 thì kết quả đông tụ tốt hơn là sử dụng riêng lẻ.
• Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạothành bông cặn xảy ra theo các giai đoạnsau:
• Me3+ + HOH Me(OH)2
+ + H+
• Me(OH)2+ + HOH Me(OH)+ + H+
• Me(OH)+ + HOH Me(OH)3 + H+
• ---------------------------------------------------------------Me3
+ + HOH Me(OH)3 + 3H+
• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân:
• Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân:
• pH > 4.5 : không xảy ra quá trình thuỷ phân.
• pH = 5.5 – 7.5 : đạt tốt nhất.
• pH > 7.5 : hiệu quả keo tụ không tốt.
• Nhiệt độ của nước thích hợp vào khoảng 20-40oC, tốt nhất 35-40oC.
• Ngoài ra còn yếu ảnh hưởng khác như : thành phần Ion, chất hữu cơ, liều lượng…
• Trong qua trình đông tụ (Al2(SO4)3 tác dụng với canxibicacbonat như sau:
• Al2(SO4)3 +3Ca(HCO3)2 Al(OH)3 + 3CaSO4+ 6CO2
• 6NaAlO2 + Al2(SO4)3 +12H2O 8Al(OH)3+3Na2SO4
• Đối với các Muối sắt việc tạo thành bông keo như sau:
• FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + HCl• Fe(SO4)3 + 6H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
• Trong điều kiện kiềm hóa:• 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaCl2
• FeSO4 + 3Ca(OH)2 Fe(OH)3 + 3CaSO4
• Quá trình kết tủa thường gặp trong xử lý nước là kết tủa carbonate canxi và hydroxyd kim loại. Ví dụ như ứng dụng quá trình kết tủa làm mềm nước theo các phương pháp sau:
• + Sử dụng vôi: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 CaCO3+ 2H2O• + Sử dung natri carbonat: Na2CO3 + CaCl2 2NaCl + CaCO3• + Sử dụng xút : 2NaOH + Ca(HCO3)2 Na2CO3 + Ca CO3 +
2H2OBên cạn đó, quá trình kết tủa còn được ứng dụng trong quá trình khử SO4
2- , F- , PO43- như sau:
• SO42- + Ca2
+ + 2H2O Ca SO4 . 2H2O• F- + Ca2
+ CaF2• 2H3PO4 + Ca(OH)2 Ca(HPO4)2 + 2H2O ở pH = 6-7
• Ca(HPO4)2 + Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + 2H2O ở pH = 9-12
Quá trình tạo bông cặn có thể đơn giản hoá trong hình dưới đây
Tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử: ( Chất trợ đông tụ Flocculant)
Các chất cao phân tử tan trong nước có cấu tạo mạch dài, phân tử lượng từ 10- 10g/mol và đường kính dung dịch trong phân tử khoảng 0.1-1 µm. Sử dụng cùng với phèn nhôm hay sắt làm hạ thấp liều lượng phèn sử dụng, giảm thời gian quá trình đông tụ, nâng cao tốc độ lắng bông keo, làm tăng sự bền vững của hạt bông keo trong quá trình hoà trộn và lắng cặn.
• Chất trợ đông tụ có nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin , các ete, cellulose và dioxide silic hoạt tính (x).
• Chất trợ đông tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit: . Tuỳ thuộc vào nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có ion dương hoặc âm: polyacrylic acid hoặc polydiallyldimetyl-amon.
• Liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest.
• Nhược điểm là không bảo quản được lâu, đặc biệt khi đã hoà tan trong nước, công nghệ sản xuất tốn kém, giá thành cao.
I. Bể hoà trộn phèn: lắng cặn, hoà tan phèn cục. Dùng khí nén hoặc cánh khuấy hoà tan phèn
Cấu tạo bể pha phèn hạt với cánh khuấy thẳng”
II. Bể tiêu thụ: pha loãng phèn về nồng độ phèn 4 –10%. Dùng không khí nén hoặc máy khuấy, cường độ sục 3 –5 l/s.m2
Cấu tạo phao Khavanshi
III. Thiết bị định lượng phèn: điều chỉnh tự động lượng phèn cần thiết đưa vào nước cần xử lý.
Thường dùng thiết bị phao Khavanshi .
IV. Thiết bị hòa trộn chất phản ứng: dùng để trộn dung dịch chất đông tụ với nước thải có thể bằng máy trộn thủy lực và cơ khí.
THIẾT BỊ KEO TỤ TẠO BÔNG
V. Bể phản ứng tạo bông kết tủa: sau khi trộn với tác chất, nước thải được đưa vào bể tạo bông. Sự tạo bông diễn ra chậm sau 10-30 phút. Có các loại bể như sau:
1. Bể phản ứng xoáy: hình trụ hoặc hình phễu
2. Bể phản ứng kiểu vách ngăn: dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước.
3. Bể phản ứng cơ khí: bể được chia thành nhiều ngăn, mỗi ngăn có bộ cánh khuấy riêng bịêt.
1.Ống dẫn nước từ ngăn tách khí vào bể phản ứng2.Bể phản ứng xoáy hình phễu3. Ống thu nước sang bể lắng4.Máng vòng có lỗ chảy ngập
1. Mương dẫn nước
2.Mương xả cặn
3. Cửa đưa nước vào
4. Cửa đưa nước ra
5.Van xả cặn
6.Vách ngăn hướng dòng
Bể phản ứng cơ khí
Bể phản ứng kiểu vách ngăn
VI. Bể lắng trong:
Sau khi quá trình keo tụ tạo bông đã xảy ra trong bể phản ứng, các hạt lơ lửng sẽ kết dính trên bông, lắng xuống đáy và được lấy ra khỏi thiết bị. Nước sạch chảy qua các lỗ vào máng thu nước.
Ứng Dụng
• Nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng của bể lắng
• Khử màu
• Giảm lượng cặn lơ lửng
• Hiệu quả cao và ổn định
• Có thể thu hồi các chất có giá trị
2. Phương Pháp Trung Hòa2.1. Khái quátNước thải của nhiều ngành công nghiệp có thể chứa axit hoặc kiềm. Đề ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh ảnh hưởng cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại, nước thải cần phải trung hòa. Trung hòa còn nhằm mục đích tách loại một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải. Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về 6.6 – 7.6
• Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải.
• Một số hóa chất dùng để trung hòa: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, CaO0.6MgO0.4, (Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4), NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3,…
• Ngoài ra cách tiếp cận ưu tiên là xem xét khả năng tự trung hòa lẫn nhau giữa các dòng nước thải có tính đối lập để đỡ tốn kém.
• Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các tác nhân hóa học. Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hòa phụ thuộc vào nồng độ và thành phần nước thải cũng như liều lượng và tác nhân sử dụng. Tùy theo đặc điểm nước thải ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như:
1. Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm.2. Bổ xung tác nhân hóa học3. Lọc nước thải có tính axit qua vật liệu có tác
dụng trung hòa.4. Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axit.
2.2. Trung hòa bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm.
• Phương pháp này cho xử lý nước thải chứa axit hoặc chứa kiềm trong khu công nghiệp được tập trung lại để xử lý vì chế độ thải của các nhà máy không giống nhau. Nước thải chứa axit thường được thải một cách điều hòa ngày đêm và có nồng độ nhất định. Nước thải chứa kiềm lại thải theo chu kỳ, một hoặc hai lần trong một ca tùy thuộc vào chế độ công nghệ.
• Hai nguồn nước thài có tính axit và bazo được hòa trộn với nhau ở bể trộn 2 tại bể trộn phải đặt thêm hệ thống bổ sung hóa chất phòng trường hợp pH vẫn chưa được trung hòa đến mức độ cần thiết. Sau đó nước hổn hợp được đưa qua bể lắng 3 và ra ngoài.
1
1
Dòng thải acid
Bổ sung hóa chất khi cần
Dònh thảiđã trung hòa
Hình 2.1. Sơ đồ trung hòa bằng cách trộn 2 nguồn thải acid và kiềm
2 3
2.3. Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào nước thải.
• Nước thải axit được trung hòa bằng tác nhân kiềm.• Nước thải kiềm được trung hòa bằng tác nhân axit.• Liều lượng hóa chất thêm vào được xác định theo
điều kiện trung hòa hoàn toàn lượng axit hoặc kiềm có trong nước thải và lấy lớn hơn so với tính toán một ít.
• Hóa chất thêm vào có thể dùng ở dạng dung dịch hay dạng bột.
• Đưa hóa chất vào nước thải bằng bơm định lượng hóa chất có đầu dò pH.
• Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và hóa chất trong bể trung hòa thường nhỏ hơn 5 phút. Nếu trong nước thải có các ion kim loại thì có thể tăng thời gian tiếp xúc lên đến 30 phút.
• Để trung hòa nước thải axit có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3, NaHCO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômit (CaCO3.MgCO3). Song tác nhân rẻ tiền nhất là sữa vôi 5% - 10% Ca(OH)2, tiếp đến là sôđa và NaOH công nghiệp.
• Trong nước thải axit và kiềm thường chứa các ion kim loại. Vì vậy liều lượng tác nhân tham gia phản ứng trung hòa cần tính đến cả yếu tố tạo thành cặn muối các kim loại nặng.
Hóa chất trung hòa
Dòng thải ra
Dòng thải vào
Hình 2.2. Sơ đồ bể trung hòa nước thải
2.4. Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hòa.
• Nước thải chứa axit với hàm lượng lớn hơn 5 mg/l và không chứa muối kim loại nặng có thể trung hòa bằng cách lọc liên tục qua bể lọc.
• Vật liệu lọc: đá vôi, magietit, đôlômit, đá hoa cương, … với cỡ hạt 3 – 8 mm.
• Tốc độ lọc tính toán phụ thuộc vào loại vật liệu nhưng không quá 5m/h và thời gian tiếp xúc không quá 10 phút.
• Trong các bể lọc, nước có thể chuyển động theo phương ngang hoặc thẳng đứng.
• Người ta thường dùng các vật liệu lọc như magietit (MgCO3), đôlômit, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ tro làm lớp vật liệu lọc. Các vật liệu trên được sử dụng ở dạng cục với kích thước 30 – 80 mm. Quá trình có thể được tiến hành trong thiết bị lọc đặt nằm ngang hay thẳng đứng.
• Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO3 qua lớp đá vôi, thường chọn vận tốc lọc từ 0.5 – 1 m/h. Trong trường hợp lọc nước thải chứa 0.5% H2SO4 qua lớp đôlômit, tốc độ lọc lấy từ 0.6 –0.9 m/h, nếu nồng độ 2% H2SO4 thì tốc độ lọc lấy bằng 0.35 m/h.
Nước thải vào
Nước thải ra
Vật liệu trung hòa
Hình 2.3. Sơ đồ cấu tạo thiết bị trung hòa bằng vật liệu lọc
2.5. Trung hòa nước thải chứa kiềm bằng khói thải lò hơi.
• Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gằn đây người ta đã sử dụng các khí thải chứa CO2, SO2, NO2, N2O, … Việc sử dụng khí axit không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại.
• Trung hòa nước thải kiềm bằng khói thải lò hơi là biện pháp rất kinh tế và hợp lý về mặt môi trường (giải quyết đồng thời cả về ô nhiễm nước và ô nhiễm không khí)
• Thành phần khói thải lò hơi chứa 14% CO2 và 1 hổn hợp các khí SOx, NOx, CO, bụi có tính axit và có thể dùng để trung hòa kiềm.
• Các phản ứng xảy ra khi trung hòa:
CO2 + H2O H2OH2CO3 + 2NaOH Na2CO3 + 2H2OH2CO3 + Na2CO3 2NaHCO3 + H2O
3. Phương pháp tuyển nổi
3.1. Giới thiệu chungTrong xử lý chất thải tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn khi các hạt đã nổi lên bề mặt,chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt .Quá trình này còn được sử dụng để tách các loại xơ sợi bột giấy, khử mực, quặng sunfit, cacbonat và các ôxit
3.1. Giới thiệu chungQuặng phosphat, apatit và than cũng được tách bằng công nghệ tuyển nổi. Quá trình tuyển nổi cũng được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý chất thải công nghiệp, các chất béo, dầu mỡ và các chất rắn phân tán trong nước thải.
3.1. Giới thiệu chungCác quá trình này được gọi là quá trình tuyển nổi khí hòa tan (Dissolved Air Flotation-DAF). Thực chất, quá trình DAF được sử dụng để loại bỏ dầu mỡ trong nước thải của các nhà máy lọc dầu, hóa dầu, các nhà máy hóa chất, các nhà máy xử lý khí thiên nhiên và các cơ sở công công nghiệp khác.
3.2. Nguyên tắcTuyển nổi là quá trình tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt hoặc các chất thấm ướt. Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách gọi là tuyển nổi tự nhiên
3.3. Cơ sở khoa họcNhững cơ sở lý thuyết cơ bản về tuyển nổi dựa trên thành tựu nghiên cứu hóa lý hiện đại. Ngày nay, người ta dựa trên cơ sở lý thuyết để điều khiển quá trình công nghệ tuyển nổi cũng như có thể điều chỉnh tỷ lệ thành phần các cấu tử tạo ra chất tuyển nổiphù hợp với tính chất của từng hỗn hợp cầntuyển.
3.3. Cơ sở khoa họcÐể giải thích sự bám dính của thành phần cần tuyển nổi lên bề mặt bọt khí tạo ra bởi chất tuyển nổi vả nổi lên bề mặt hỗn hợp.Người ta đưa ra nhiều giả thuyết giải thích bằng hoá học lượng tử giữa mức năng lượng của các orbital đầy điện tử của tác nhân tuyển nổi với orbital trống của thành phần cần tuyển nổi, hoặc là giải thích bằng mô hình orbital phân tử.
3.3. Cơ sở khoa họcTóm lại, ngày nay người ta phân biệt 3 loại cơ chế cơ bản về sự bám dính của các tác nhân tuyển nổi lên bề mặt thành phần tuyển nổi: Sự hấp phụ do lực tĩnh điện Sự hấp phụ hoá học Sự hấp phụ vật lý
3.3. Cơ sở khoa họcTrong đó sự hấp phụ hoá học là quan trọng hơn cả vì nó quyết định tính chọn riêng và tính tập hợp của chất tuyển nổi với một thành phần cần tuyển nổi nhất định mà những tính chất này được quyết định bởi độ dài, cấu trúc của hidrocabon, cấu tạo của nhóm chức và thành phần tỉ lệ của các cấu tử có mặt trong hệ thống chất tuyển nổi.
3.3. Cơ sở khoa họcSự hấp phụ hoá học được xảy ra do sự hình thành có liên kết phối trí giữa chất tuyển nổivà thành phần cần tuyển nổi. Mối liên kết phối trí này được tạo nên trong phần lớn các trường hợp có sự tác dụng của tác nhân chất tuyển nổi (trong thành phần có chứa những nguyên tử có đôi điện tử tự do như N, S, O, P hoặc là các liên kết đôi) với thành phần cần tuyển nổi, mà nó chứa các cation có số lượng tử chính n ≥2.
3.3. Cơ sở khoa họcSự bám dính của các phân tử tác nhân chất tuyển nổi có chứa các nguyên tử cho điện tử có thể xảy ra trên bất kỳ vị trí nào của bề mặt thành phần tuyển mà ở đó có chứa các orbital trống được hình thành trong quá trình đập vỡ hoặc nghiền quặng. Ðiều kiện cần thiết để có sự tác dụng giữa thành phần tuyển và tác nhân chất tuyển nổi dạng ion (Y-) (ngoại trừ trường hợp xảy ra phản ứng dị thể) là sự thủy phân hoặc oxi hoá thành phần tuyểntạo nên liên kết phân cực trên lớp bề mặt. Kết quả sự tách và đẩy hạt tích điện âm xảy ra dễ dàng
3.3. Cơ sở khoa họcDạng liên kết phối trí này có tính đối xứng δ và π. Như vậy, sự bám dính giữa các tác nhân chất tuyển nổi và bề mặt thành phần tuyển nổi xảy ra chặt chẽ hơn và chọn lọc hơn khi mối liên kết của chúng có những tính chất cơ bản (như: độ dài, năng lượng, số phối trí) gần với liên kết trong mạng tinh thể của thành phần tuyển nổi. Hạn chế của quan điểm này là không xem xét về bản chất liên kết tác nhân - thành phần tuyển nổi. Không có sự nhìn nhận nhất quán về sự tác dụng của tác nhân ion và non - ion.
3.3. Cơ sở khoa họcTrong quá trình hấp phụ phần lớn các chất tuyển nổi trong phân tử của nó có chứa O, N, P biểu hiện các tính chất theo những quy luật sau: Tính axit của các chất tuyển nổi càng yếu thì nó càng bám chặt lên bề mặt hạt khoáng, phù hợp với quy luật của sự hình thành phức chất trong dung dịch. Lgβ = a(-LgKa)+b Trong đó:
Ka là hằng số proton hoá β là hằng số tạo phức
3.3. Cơ sở khoa họcKhi có sự hình thành liên kết π hoặc có sự tác dụng tĩnh điện thì xảy ra quy luật ngược lại. Giá trị hằng số phức của chất tuyển nổi với các cation kim loại có trong mạng tinh thể của các thành phần tuyển nổi cần tách càng lớn thì chất tuyển nổi càng có tính chọn lọc cao. Giá trị hằng số tạo phức K và tính hoạt hoá Khh đặc trưng cho sự bám dính của chất tuyển nổi ion liên hệ với nhau theo phương trình sau: Khh = S/K Trong đó:
S là nồng độ phân tử của các hợp chất ít tan.
3.3. Cơ sở khoa họcDựa vào đây người ta có thể đánh giá được ảnh hưởng về tính chất axit bazơ của chất tuyển nổi, kim loại và pH của dung dịch lên sự hấp phụ tối đa của chất tuyển nổi. Sự hấp phụ tối đa của chất tuyển nổi bị dịch chuyển vào vùng pH thấp hơn khi ta tăng tính axit của chất tuyển nổi và các cation trong mạng tinh thể. Ðể tính toán giá trị pH tối đa (pHopt) sử dụng mối tương quan sau: (H+)opt = KHRKW/KMeOH)1/2 Trong đó:
KHR là hằng số ion hoá chất tuyển nổi KW là tích số ion của nước KMeOH là hằng số không bền của phức
hidroxo kim loại
3.4. Phân loạiTuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ họcCác trạm tuyển nối với phân tán không khí bằng thiết bị cơ học (tuabin hướng trục) được sữ dụng rộng rãi trong việc khai khóng củng như trong lĩnh vực xử lý nước thải. Các thiết bị kiểu này cho phép tạo bọt khí khá nhỏ.
3.4. Phân loạiTuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén(qua các vòi phun ,qua các tấm xốp).Tuyển nổi phân tán không khí qua các
vòi phun: thường được sử dụng để xử lý nước thải chứa các tạp chất tan dễ ăn mòn vật liệu chế tạo các thiết bị cơ giới (bơm,tuabin) với các chi tiết chuyển động.
3.4. Phân loạiTuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén(qua các vòi phun ,qua các tấm xốp).Tuyển nổi phân tán không khí qua các tấm
xốp,chụp xốp.Tuyển nổi phân tán không khí qua các tấm
xốp, chụp hút có ưu điểm so với các biện pháp tuyển nổi khác, cấu tạo các ngăn tuyển nổi giống như cấu tạo cuả aoreton, ít tốn điện năng, không cần thiết bị cơ giới phức tạp, rất có lợi khi xử lý nước thải có tính xâm thực cao.Khuyết điểm của phương pháp tuyển nổi này
là: các lổ của các tấm xốp, chụp xốp chống bị tắt làm tăng tổn thất áp lực, khó chọn vật liệu xốp đáp ứng yêu cầu về kích thước các hạt bọt khí.
3.4. Phân loạiTuyển nổi với tách không khí từ nước(tuyển nổi chân không; tuyển nổi không áp; tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước). Biện pháp này được sử dụng rộng rãi với chất bẩn chứa chất thải có kích thước nhỏ vì nó cho phép tạo bọt khí rất nhỏ.thực chất của biện pháp này là tạo ra một dung dịch (nước thải) bão hòa không khí. Sau đó không khí tự tách ra khỏi dung dịch ở dạng các bọt khí cực nhỏ. Khi các bọt khí này nổi lên bề mặt sẽ kéo theo các chất bẩn. Tuyển nổi với tách không khí từ nước phân biệt thành: tuyển nổi chân không, tuyển nổi không áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí - nước.
3.4. Phân loạiTuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học.Tuyển nổi điện
Khi dòng diện một chiều đi qua nước thải, ở một trong các điện cực(catot)sẽ tạo ra khí hydro. Kết quả nước thải được bão hòa bởi các bọt khí và khi nổi lên kéo theo các chất bẩn không tan tạo thành ván bọt bề mặt. Ngoài ra nếu trong nước thải chứa các chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi thành phần hóa học và tính chất của nước, trạng thái các chất không tan do có các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hóa khử xảy ra.
3.4. Phân loạiCường độ của các quá trình này phụ thuộc vào các yếu tố:
•Thành phần hóa học nước thải•Vật liệu các điện cực (tan hoặc không tan)•Các thông số của dòng điện; điện thế….
Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa họcTuyển nổi sinh học và hóa học
Dùng để cô đặc từ bể lắng đợt 1. Cặn từ bể lắng đợt 1 được tập trung vào một bể đặc biệt và được đun nóng tới nhiệt độ 35-55OC trong vài ngày. Do sinh vật phát triển làm lên men chất bẩn tạo bọt khí nổi lên, kéo theo cặn cùn nổi lên bề mặt, sau đó gạt bớt lớp bọt. Kết quả cặn giảm được độ ẩm tới 80%.
3.5. Thiết bịBể tuyển nổiBể tuyển nổi được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học. Không khí được thổi vào bể tạo nên các bọt khí, các bọt khí này kết với các hạt và nổi lên trên mặt nước thải và bị loại bỏ bằng các thiết bị gạt bọt. Một số loại hóa chất như phèn nhôm, muối ferric, silicat hoạt tính có thể được thêm vào nước thải để kết dính các hạt lại làm cho nó dể kết với các bọt khí để nổi lên bề mặt hơn. Một chỉ số quan trọng để tính toán cho bể tuyển nổi là tỉ lệ A/S (air/solid ratio), theo thực nghiệm tỉ lệ tối ưu nằm trong khoảng 0,005 - 0,060 [mL (air)/mg (solid)].
Hình 3.1. Sơ đồ bể tuyển nổi kết hợp với cô bùn
3.5. Thiết bị
Hình 3.2. Các chất rắn được đưa lên mặt bể tuyển nổi
3.5. Thiết bị
Hình 3.3. Một bể tuyển nổi điển hình
3.5. Thiết bị
Hình 3.4. Mặt cắt một máy tuyển nổi
3.5. Thiết bị
Hình 3.5. Máy tuyển nổi trong xử lý bột giấy
3.5. Thiết bị
3.5. Thiết bị
Hình 3.6. Máy tuyển nổi
3.6. Ứng dụngQuá trình tuyển nổi đuợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:xử lý nước thải nhiểm dầuxử lý nước thải ở các làng nghề sản xuất
giấyỞ Việt Nam, phương pháp tuyển nổi đã
được đưa vào nghiên cứu thí nghiệm và áp dụng triển khai để chế biến khoáng sản và một số lĩnh vực khác. Các loại khoáng sản hiện nay đã và đang được làm giàu và tận thu bằng công nghệ tuyển nổi là: quặng chì kẽm, apatit, đồng, than, pyrit...
4. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ
Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi để làmsạch triệt để nước khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau xửlý hóa sinh,nếu nồng độ các chất này không cao, khóphân hủy sinh học và độc
44..11 NGUYÊNNGUYÊN LÝLÝ+ Hấp phụ là một quá trình xải ra trên bề mặt tiếpxúc giữa hai pha dị thể (rắn-khí, rắn-lỏng, lỏng-khí )
+ Các phần tử trên bề mặt khối vật chất tác dunglên các phần tử của pha tiếp xúc với nó, tạo thànhnhững lực hướng về phía mình nhằm cân bằng vềlực theo mọi hướng Đây là nguyên nhân quátrình hấp phụ.
4.2. PHÂN LOẠI
HấpHấp phụphụ gồmgồm haihai loạiloại::
+ Hấp phụ vật lý: là loại hấp phụ gây ra do tươngtác yếu giữa các phần tử;nó giống như tương táctrong hiện tượng ngưng tụ.Lực tương tác là lựcVan Der Wall
+ Hấp phụ hóa học: là loại hấp phụ gây ra do tươngtác mạnh giữa các phần tử và tạo ra hợp chất bềmặt giữa bề mặt chất hấp phụ và các phần tử bịhấp phụ
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1. Chất hấp phụ
2. Quá trình hấp phụ
3. Hệ thống hấp phụ
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1.. Chất hấp phụ
+ Than hoạt tính
+ Silicagel
+ Các chất hấp phụ vô cơ khác
+ Chất hấp phụ tự nhiên
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1. Chất hấp phụ
Than hoạt tính
Than hoạt tính: đây là một chất hấp phụ rắn,xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rấtlớn. Các lỗ xốp có bán kính hiệu dụng từ vàichục đến hàng chục nghìn anstron
Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt đốivới các chất không hoặc kém phân cực ởdạng khí và dạng lỏng
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1. Chất hấp phụ
Than hoạt tính có ba dạng chủ yếu:
• Dạng bột cám ( Powered_PAC )
• Dạng hạt ( Gramalated_GAC )
• Dạng khối đặc ( Extraded Solid Block_SB)
Ngày nay than hoạt tính được coi là một chất hấpphụ chủ yếu trong công nghệ xử lý và làm sạchmôi trường : Làm sạch nước để uống, Xử lýnước thải công nghiệp và Xử lý “cấp ba” nước
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1. Chất hấp phụ
Than hoạt tính
Tái sinh than hoạt tính
• Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạttính đều có thể giải hấp bằng nhiệt. Đối vớimỗi chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp
• Riêng đối với các hợp chất của kim loại thìthông thường phải giải hấp bằng axit sau đórửa bằng nước và sấy để tái sinh.
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1. Chất hấp phụ
SilicagenSilicagen
• Là gel của anhydric axit silisic có cấu trúc lỗ xốprất phát triển
• Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực cũngnhư các chất có thể tạo với nhóm hydroxyl cácliên kết kiểu cầu hydro
• Đối với các chất không phân cực, sự hấp phụ trênsilica gel chủ yếu do tác dụng của lực mao quảntrong các lỗ xốp nhỏ
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1. Chất hấp phụ
SilicagenSilicagen
Tái sinh Silicagel
• Cũng như than hoạt tính silica gel có thể tái sinhbằng khí khô ở nhiệt độ dưới 2000C
• Giải hấp bằng khí nóng ẩm hay bằng hơi nướcnhưng cần lưu ý thời gian thực hiện để tránh làmgiảm hoạt tính của silicagen.
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
1.Chất hấp phụ ::
Chất hấp phụ kháckhác• Keo nhôm,hydroxit kim loại: ít sử dụng vì
lực tương tác lớn• Chất hấp phụ tự nhiên: sét, bentonit,
diatonit… song khả năng hấp phụ của chúngthường được làm tăng lên nhiều sau khiđược xử lý bằng các biện pháp phù hợp.
Tính ưu việt nhất của các chất hấp phụ tựnhiên là chúng có giá thành rất thấp so với
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
22. Quá trình hấp phụ. Quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ gồm ba giai đoạn:
• Chuyển vật chất từ nước thải đến bề mặt hạt hấpphụ( khuếch tán ngoài )
• Hấp phụ
• Chuyển vật chất vào trong hạt hấp phụ (khuếchtán trong)
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN22. Quá trình hấp phụ. Quá trình hấp phụ
Quá trình thực hiệnQuá trình thực hiện
• Vận tốc quá trình hấp phụ phụ thuộc nồng độ,cấu trúc của chất hòa tan, nhiệt độ nước, hìnhdạng và tính chất chất hấp phụ.
• Quá trình hấp phụ diễn ra nhanh nên giai đoạnxác định vận tốc quá trình hấp phụ chỉ là quátrình khuếch tán ngoài và khuếch tán trong.
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN22. Quá trình hấp phụ. Quá trình hấp phụ
Quá trình thực hiệnQuá trình thực hiện
• Trong vùng khuếch tán ngoài, vận tốc truyềnkhối được xác định chủ yếu bằng cường độ rốicủa dòng, phụ thuộc vào vận tốc chất lỏng.
• Ở vùng khuếch tán trong, cường độ truyềnkhối phụ thuộc hình dạng và kích thước lỗxốp, hạt, kích thước phân tử chất cần hấp phụvà hệ số truyền khối.
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN33. Hệ thống hấp phụ. Hệ thống hấp phụ
• Quá trình xử lý nước bằng hấp phụ tiến hànhvới sự khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ vớinước, lọc nước qua lớp chất hấp phụ ở trạngthái đứng yên hoặc giả lỏng,
• Khi trộn chất hấp phụ với nước, người ta sửdụng than hoạt tính ở dạng hạt 0,1 mm và nhỏhơn
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN33. Hệ thống hấp phụ. Hệ thống hấp phụ
Hệ thống hấp phụ Hệ thống hấp phụ gồm một hoặc nhiều bậc :
• Hấp phụ một bậc được ứng dụng khi chất hấp phụ rất rẻ hoặc là chất thải của sản xuất
• Hấp phụ nhiều bậc sẽ đạt hiệu quả caohơn:than sau hấp phụ bậc 1 được tách ra bằngphương pháp lắng hoặc lọc, còn nước thải đivào bậc hai để được tiếp tục xử lý bằng thanmới.
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN33. Hệ thống hấp phụ . Hệ thống hấp phụ
• Trong sơ đồ ngược chiều, chất hấp thụ được chomột lần vào bậc cuối cùng và nó chuyển độngngược chiều nước thải
• Theo sơ đồ này, quá trình xử lý tiến hành liên tụcvới lượng chất hấp phụ ít hơn rất nhiều so với sơđồ hấp phụ liên tiếp
• Tuy nhiên thiết bị loại này đắt hơn và vận hànhphức tạp hơn
sơ đồ tháp hấp phụsơ đồ tháp hấp phụ
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN33. Hệ thống hấp phụ . Hệ thống hấp phụ
• Xử lý trong điều kiện động được tiến hành khilọc nước thải qua lớp chất hấp phụ.
• Vận tốc lọc phụ thuộc nồng độ chất tan daođộng từ 24 đến 5m3/m2h
• Nước trong tháp chuyển động từ dưới lên trên
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN33. Hệ thống hấp phụ . Hệ thống hấp phụ
Điều kiện thúc đẩy quá trình hấp phụ :
Tiến hành với chế độ chảy sao cho gia đoạnkhuếch tán trong quyết định vận tốc quá trình
Trở lực giai đoạn này có thể giảm bằng cáchthay đổi cấu trúc và kích thước hạt.
4.3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN44. Các yếu tố ảnh hưởng. Các yếu tố ảnh hưởng
• Độ hòa tan: những chất ít hòa tan dễ hấp phụ hơnchất hòa tan
• Cấu trúc phân tử: chất hữu cơ mạch nhánh dễhấp phụ hơn chất hữu cơ mạch thẳng
• Khối lượng phân tử: nhìn chung phân tử lớn dễhấp phụ hơn.
• Độ phân cực: chất hữu cơ ít phân cực được hấpphụ dễ hơn chất hữu cơ no
4.4. ƯU ĐIỂM QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ• Phương pháp hấp phụ có khả năng làm sạch
cao. Chất hấp phụ sau khi sử dụng đều có khảnăng tái sinh; điều này đã làm hạ giá thành xửlý và đây cũng là ưu điểm lớn nhất của phươngpháp này
• Hiệu quả xử lý của phương pháp này đạtkhoảng 80 ÷ 95% , đây là hiệu quả làm sạchrất cao
4.5. ỨNG DỤNG
• Hấp phụ được sử dụng để làm sạch triệt để cácchất thải hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học,thường là các chất không thể phân hủy bằngcon đường sinh học và có tính độc
• khử thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, cáchợp chất hữu cơ có vòng thơm, các chất hoạtđộng bề mặt, thuốc nhuộm, các kim loại nặng,màu hoạt tính khỏi nước thải công nghiệp
5. PHƯƠNG PHÁP TRÍCH
5.1. Giới thiệuTrích ly là một trong những phương pháp hoá lý được sử rộng rãi trong các ngành hoá học, công nghệ thực phẩm,lọc dầu…
5.2. Nguyên tắcTrích ly là dùng những dung môi hữu cơ hòa tan các chất khác, sau khi hòa tan, ta được hỗn hợp gồm dung môi và chất cần tách, đem hỗn hợp này tách dung môi ta sẽ thu được chất cần thiết. Cơ sở lý thuyết của quá trình trích ly là dựa vào sự khác nhau về hằng số điện môi của dung môi và chất cần trích ly. Những chất có hằng số điện môi gần nhau sẽ dễ hòa tan vào nhau.
5.2. Nguyên tắc
Như vậy trong nước thải chứa các chất bẩn, nếu chúng ta đưa vào một dung môi và khuấy đều thì các chất bẩn đó hoà tan vào trong dung môi theo đúng quy luật phân bố đã nói và nồng độ chất bẩn trong nước sẽ giảm đi.tiếp đó tách dung môi ra khỏi nước thì nước thải coi như được làm sạch.
5.3. Phân loạiTháp trích ly với vòng tiếp xúc (vòng đệm): tháp trích ly với vòng đệm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và cho hiệusuất cao. Biện pháp này dùng để khử phenol bằng benzen hoặc dầu than đá hay bằng butylaxetat hoặc bằng ete điisopropyl. Dung môi dẫn vào tháp qua các vòi phun. Chiều cao tháp thương lấy bằng 6m.
5.3. Phân loạiTháp trích ly kiểu vòi phun tia.Đối với vòi phun, mức độ phân tán dung môi nhờ các vòi phun là yếu tố quyết định. Nếu chọn đúng loại vòi phun, kích thướt và điều kiện công tác của nó có thể đạt được mức độ phân tán cao.
5.3. Phân loại
Tháp trích ly với đĩa roto quayTháp trích ly với đĩa rôto là một tháp trụ, theo chiều cao chia thành nhiều ngăn bằng các vách có thể trích ly được các chất bẩn dạng nhũ tương trong nước thải.Hiệu suất và khả năng vận chuyển của thiết bị trích ly này tuỳ thuộc vào kích thứơc bên trong: đừơng kính tháp, đường kính đĩa, đường kính các vòng stato và chiều cao mỗi ngăn.
5.3. Phân loạiTháp trích ly kiểu rungTháp trích ly kiểu rung tạo ra trong tháp các pha nước – dung môi được phân tán và khuấy trộn nhờ chuyển động thẳng, vòng dọc theo trục tháp.Tháp trích ly kiều lắng – trộn.Tháp trích ly kiểu lắng trộn được dùng với lưu lượng lớn và số bậc khá cao. Theo cấu tạo, có thể là loại đứng hoặc loại ngang.
5.4. Quá trình thực hiệnKỹ thuật trích ly có thể tiến hành như sau: cho dung môi vào trong nước thải và trộn đều cho tới khi đạt trạng thái cân bằng. Tiếp đó cho qua bể lắng. Do sự chênh lệch về trọng lượng riêng nên hỗn hợp sẽ phân ra hai lớp và dễ tách biệt chúng ra bằng phương pháp cơ học. Nếu trích ly một lần mà không đạt yêu cầu tách chất bẩn ra khỏi nước thải thì phải trích ly nhiều lần. Nếu dung môi có tỉ trọng bé hơn tỉ trọng nước thải thì dẫn nước thải từ trên xuống và dung môi từ dưới lên. Ngược lại nếu dung môi có tỉ trọng từ dưới lên, dung môi từ trên xuống.
5.4. Quá trình thực hiện Để tăng hiệu quả của quá trình trích ly, các nghiên cứu đã được đưa ra để cải thiện phương pháp trích ly bằng dung môi bằng cách áp dụng các biện pháp hỗ trợ như vi sóng, siêu âm, áp dụng các kĩ thuật trích ly bằng CO2 siêu tới hạn, trích ly pha rắn (SPE – solid phase extraction) hoặc kỹ thuật trích ly bằng cách nén chất lỏng.
5.4. Quá trình thực hiệnYêu cầu đối với dung môi:
• Hoà tan chọc lọc• Không tác dụng hoá học• Khối lượng riêng khác • Không phá hủy thiết bị• Không biến đổi khi bảo quản• Không gây độc, rẻ, dễ kiếm• Dễ tách và thu hồi
Hình 5.1. Thiết bị trích ly kiểu thùng quay có sơ đồ
5.5. Thiết bị
6.1. Giới thiệuTrao đổi ion: trao đổi ion là quá trình ứng dụng nguyên tắc trao đổi ion thuận nghịch của chất rắn và chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc của chất rắn. Quá trình này ứng dụng để loại bỏ các cation và anion trong nước thải. Các cation sẽ trao đổi với ion hydrogen hay sodium, các anion sẽ trao đổi với ion hydroxyl của nhựa trao đổi ion
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Khoa Hóa kỹ thuật
6. PHUƠNG PHÁPTRAO ĐỔI ION
6.1. Giới thiệuHầu hết các loại nhựa trao đổi ion là các hợp chất tổng hợp. Nó là các chất hữu cơ hoặc vô cơ cao phân tử đính kết với các nhóm chức. Các nhựa trao đổi ion dùng trong xử lý nước thải là các hợp chất hữu cơ cao phân tử có cấu trúc không gian 3 chiều và có lổ rỗng. Các nhóm chức được đính vào cấu trúc cao phân tử bằng cách cho hợp chất này phản ứng với các hóa chất chứa nhóm chức thích hợp. Khả năng trao đổi ion được tính bằng số nhóm chức trên một đơn vị trọng lượng nhựa trao đổi ion.
6.1. Giới thiệu
Hoạt động và hiệu quả kinh tế của phươngpháp này phụ thuộc vào khả năng trao đổiion và lượng chất tái sinh cần sử dụng.Nước thải được cho chảy qua nhựa traođổi ion cho tới khi các chất ion cần loại bỏbiến mất. Khi nhựa trao đổi ion đã hết khảnăng trao đổi ion, nó sẽ được tái sinh lạibằng các chất tái sinh thích hợp. Sau quátrình tái sinh các chất tái sinh sẽ được rửađi bằng nước và bây giờ nhựa trao đổi ionđã sẳn sàng để sử dụng cho chu trình kế
6.1. Giới thiệuTrong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…),các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao .
• Ưu điểm của phương pháp là rất triệtđể và xử lý có chọn lựa đối tượng.
• Nhược điểm chính của phương phápnày là chi phí đầu tư và vận hành khácao nên ít được sử dụng cho cáccông trình lớn và thường sử dụng chocác trường hợp đòi hỏi chất lượng xửlý cao
6.1. Giới thiệu
6.2. Cơ sở của phương phápLà quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn .Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau
Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion:
Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành và tái sinh liên tục
Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến
6.3. phân loại
6.3. phân loại• Nhựa trao đổi ion
Nhựa trao đổi ion còn gọi là ionit ,các ionit có khả năng hấp thu các ion dương gọi là cationit, ngược lại các ionit có khả năng hấp thu các ion âm gọi là anionit. Còn các ionit vừa có khả năng hấp thu cation ,vừa có khả năng hấp thu anion thì được gọi là ionit lưỡng tính.
• Về cấu tạo : trong cấu tạo của chất trao đổi ion, có thể phân ra hai phần .Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính ). Chúng hoá hợp trên cốt cao phân tử.
6.3. phân loại• Dùng phương pháp tổng hợp hoá học ,người ta
chế tạo được chất trao đổi ion hữu cơ gọi là nhựa trao đổi ion (resin). Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren vàdivinylbenzen (DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan và giai bền. Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều. Trong Resin có cấu trúc rỗng
• Phân loại : có 4 loại Resin- Resin Cation acid mạnh- Resin Cation acid yếu - Resin Anion bazơ mạnh- Resin Anion bazơ yếu
6.3. phân loại• Tính chất vật lý
Màu sắc : vàng, nâu, đen, thẩm. Trong quá trình sử dụng nhựa , màu sắc của nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn một chút.Hình thái : nhựa trao đổi ion thường ở dạng tròn Độ nở : khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nước ,thể tích của nó biến đổi lớn.Độ ẩm : là % khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm khô) , hoặc ở dạng ướt (độ ẩm ướt).Tính chịu nhiệt : các loại nhựa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đều có giới hạn nhất định , vượt quá giới hạn này nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng được . Nhiệt độ hoạt động tốt từ 20-50o C
6.3. phân loại
Tính dẩn điện: chất trao đổi ion ẩm dẩn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào dạng ion.Kích thước hạt: Resin có dạng hình cầu d= 0,04-1,00 mm.Tính chịu mài mòn : trong vận hành các chất trao đổi ion cọ sát lẫn nhau và nở ngót , có khả năng dể vỡ vụn . Đây là một chỉ tiêu ảnh hưởng đến tính năng thực dụng của nó.Tính chịu oxy hoá: chất oxy hoá mạnh có thể làm cho nhựa bị lão hoá (trơ)
6.3. phân loại• Tính năng hoá học:
Dung lượng trao đổi Dung lượng trao đổi là biểu thị mức độ nhiều ít của lượng ion có thể trao đổi trong một loại chất trao đổi ion. Có 2 phuơng pháp biểu thị dung lượng trao đổi .Theo thể tích đlg/m3; theo khối lượng mgđl/g.-Tổng dung lượng trao đổi : chỉ tiêu này biểu thị lượng gốc hoạt tính có trong chất trao đổi.
• Dung lượng trao đổi cân bằng : biểu thị dung lượng trao đổi lớn nhất của chất trao đổi ion trong một loại dung dịch nào đó đã định ,nên không phải là hằng số
6.3. phân loại
Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi được xác định dưới điều kiện vận hành thực tế.Tính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion:Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch . Dựa trên tính chất này người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên , thông qua chất trao đổi ion đã mất hiệu lực để khôi phục lại năng lực trao đổi của nó .CaR2 + 2H+ ( nhựa trao đổi)Thí dụ : 2HR + Ca2+
CaR2 + 2H+ 2HR + Ca 2+ (hoàn nguyên)Tính acid , kiềm : tính năng của chất Cationit RH và chất Anionit ROH ,giống chất điện giải acid, kiềm.
6.3. phân loạiTính trung hoà và thuỷ phân : tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất trao đổi ion giống chất điện giải thông thường .Tính chọn lựa của chất trao đổi ionỞ hàm lượng ion thấp trong dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả năng trao đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng.
• Thứ tự ưu tiên khi trao đổiĐối với nhựa Cationit acid mạnh(SAC) ,Fe 3+ > Al 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K+ > H+ > Li+Đối với nhựa Cationit acid yếu (WAC) H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+
6.3. phân loại
Ở hàm lượng ion thấp ,nhiệt độ bình thường và những ion cùng hoá trị ,khả năng trao đổi tăng khi số điện tử của ion trao đổi lớn (bán kính hydrat hoá lớn) Ở hàm lượng ion cao ,khả năng trao đổi của các ion không khác nhau nhiều lắm.
6.4. Cơ chế trao đổi ion
Có rất nhiều giả thuyết giải thích cơ chế quá trình trao đổi ion hiện nay còn chưa thống nhất. Trong công nghệ xử lý nước giả thuyết thích hợp nhất coi chất trao đổi ion là vật chất có cấu tạo dạng keo .Trên quan điểm đó ,nguời ta cho rằng trên bề mặt cao phân tử của chất trao đổi ion có rất nhiều lớp điện tích kép giống bề mặt keo.
6.4. Cơ chế trao đổi ion• Ion trong lớp điện tích kép theo mức độ hoạt
động lớn nhỏ có thể phân ra : lớp hấp phụ và lớp khuếch tán .Lớp ion có tính hoạt động tương đối kém bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi là lớp hấp phụ hay lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên trong và một bộ phận ion ngược dấu. Cạnh ngoài lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả năng khuếch tán vào trong dung dịch nên gọi là lớp khuếch tán.Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, các tác dụng sau đây sẽ diễn ra
6.4. Cơ chế trao đổi ion
• Tác dụng trao đổi :Các ion ngược dấu trong lớp khuếch tán và ion ngựoc dấu khác trong dung dịch trao đổi vị trí lẫn nhau. Nhưng do quá trình trao đổi ion không giới hạn ở lớp khuếch tán, do quan hệ cân bằng động, trong dung dịch cũng có một số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán, sau đó sẽ trao đổi với các ion ngược dấu trong lớp hấp phụ.
6.4. Cơ chế trao đổi ion
• Tác dụng nén ép:Khi nồng độ muối trong các dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại.Từ đó, một số ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu trong lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu trong lớp hấp phụ …, Pham vi hoạt động của lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho quá trình trao đổi ion. Do đó cần chú ý nếu nồng độ dung dịch hoàn nguyên quá lớn, không những không thể nâng cao mà còn giảm thấp hiệu quả hoàn nguyên.
6.4. Cơ chế trao đổi ion• Tốc độ quá trình trao đổi ion
Như trong quá trình hấp phụ ,tốc độ trao đổi ion tuỳ thuộc trên tốc độ của các quá trình thành phần sau:- Khuếch tán của các ion từ trong pha lỏng đến bề mặt của hạt rắn .- Khuếch tán của các ion qua chất rắn đến bề mặt trao đổi .- Trao đổi các ion (tốc độ phản ứng )- Khuếch tán của ion thay thế ra ngoài bề mặt hạt rắn - Khuếch tán của các ion được thay thế từ bề mặt hạt rắn vào trong dung dịch .Điều kiện sử dụng của nhựa trao đổi ion
6.4. Cơ chế trao đổi ion• Nhựa chỉ sử dụng để trao đổi ion chứ không
dùng để lọc huyền phù ,chất keo và nhũ màu .Sự có mặt các chất này có thể rút ngắn tuổi thọ của nhựa .- Loại bỏ các chất hữu cơ bằng nhựa rất phức tạp ,cần có nghiên cứu đặc biệt - Sự có mặt của khí hoà tan trong nước với lượng lớn có thể gây nhiễu loạn hoạt động của nhựa .- Các chất oxy hoá mạnh Cl2,O3,….có thể tác dụng xấu lên nhựa .
6.5. Quá trình vận hành
Trao đổi Rửa ngượcHoàn nguyênRửa chậm và nhanh.- Dung lượng trao đổi cân bằng : biểu thị dung lượng trao đổi lớn nhất của chất trao đổi ion trong một loại dung dịch nào đó đã định ,nên không phải là hằng số - Dung lượng trao đổi làm việc : Dung lượng trao đổi được xác định dưới điều kiện vận hành thực tế.
6.5. Quá trình vận hànhTính năng thuận nghịch của phản ứng trao đổi ion:Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch . Dựa trên tính chất này người ta dùng dung dịch chất hoàn nguyên, thông qua chất trao đổi ion đã mất hiệu lực để khôi phục lại năng lực trao đổi của nó .Thí CaR2 + 2H+ ( nhựa trao đổi)dụ : 2HR + Ca2+
2HR + Ca2+(hoànCaR2 + 2H+ nguyên)Tính acid , kiềm : tính năng của chất Cationit RH và chất Anionit ROH ,giống chất điện giải acid, kiềm.
6.5. Quá trình vận hành
Tính trung hoà và thuỷ phân : tính năng trung hoà và thuỷ phân của chất trao đổi ion giống chất điện giải thông thường .Tính chọn lựa của chất trao đổi ion Ở hàm lượng ion thấp trong dung dịch , nhiệt độ bình thường, khả năng trao đổi tăng khi hoá trị của ion trao đổi tăng.
Dung lượng trao đổi ion được xác định bằng tổng số ion có khả năng trao đồi tính bằng miliđlg/100 g mẫu
7. Màng Lọc7.1. Giới thiệuMàng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng.Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng.Màng lọc được chia ra 4 loại:Vi lọc (microfiltration)Siêu lọc (ultrafitration)Lọc nano (nanofiltration)Lọc thẩm thấu ngược (reversed osmosis).
7.2. Phân loại1. Vi lọc (microfiltration)Màng với kích thước lỗ màng 0.1 - 10 µmThực hiện loại vi sinh.loại hầu hết các vi khuẩn mà
không loại được virut.• Nguyên tắc:lọc với một áp suất thấp qua màng tế
bào dòng chảy quá trình để tách các hạt keo và bị đình chỉ trong khoảng 0,05-10 micron.
• Ứng dụng: Khử trung đồ uống và dược phẩm. Lọc nước hoa quả, rượu ,bia. Tách vi khuẩn từ nước( sinh học xử lý nước thải). Tách dầu/nước nhũ tương (tách chất béo trong
sữa).
7.2. Phân loại• Vi lọc (microfiltration)Ứng dụng:
Khử trung đồ uống và dược phẩm.
Lọc nước hoa quả, rượu ,bia.
Tách vi khuẩn từ nước( sinh học xử lý nước thải).
Tách dầu/nước nhũ tương (tách chất béo trong sữa).
Hình 7.1. Màng vi lọc
7.2. Phân loại2. Siêu lọc (ultrafitration)
Ultrafiltration là một công nghệ lọc dùng màng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thước lớn ra khỏi nguồn nước .
• Nguyên tắc:Dưới một áp suất không quá 2,5 bars, nước, muối khoáng và các phân tử/ ion nhỏ hơn lỗ lọc (0.1- 0.005 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng. Các phân tử có lớn hơn, các loại virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài
7.2. Phân loại2. Siêu lọc (ultrafitration)
• Cấu tạo
• Màng lọc UltraFiltration được làm thành những ống nhỏ, đường kính ngoài 1,6mm. Một bộ lọc là một bó hàng ngàn ống nhỏ nên diện tích lọc rất lớn, giúp tăng lưu lượng nước lên nhiều lần. Màng lọc này cũng có thể rửa ngược được và có tuổi thọ khá cao.
Hình 7.2. Hệ thống siêu lọc
Một số đặc điểm tiêu biểu của công nghệ Ultrafiltration:
Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng, cắt giảm chi phí hoạt động đáng kể.
Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không tốn mặt bằng lắp đặt.
7.2. Phân loại2. Siêu lọc (ultrafitration)
Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công.
Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất và sử dụng phương pháp lọc cơ học nên không làm biến đổi tính chất hóa học của nguồn nước.
Vật liệu của màng lọc không xâm nhập vào nguồn nước, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt quy trình xử lý.
7.2. Phân loại2. Siêu lọc (ultrafitration)
Ứng dụng:
Thu hồi dầu/ mỡ và xử lý nước thải
Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh
Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất)
7.2. Phân loại3. Lọc nano (nanofiltration)
Màng nano được sử dụng trong những năm gần đây,được sử dung trong quá trình lọc nước uống như làm mềm nước,khử màu và những vi chất gây ô nhiễm. Kỹ thuật này cũng được sử dụng trong việc loại bỏ chất hữu cơ như nhũng ion đa hóa trị hay những vi chất ô nhiễm.
7.2. Phân loại3. Lọc nano (nanofiltration)
Nguyên tắc: lọc nano là lọc với 1 áp lực vừa phải từ thấp lên cao(thường là 40-450 psig) quá trình mà trong đó những ion đa hóa trị sẽ vượt qua một cách tự do và các vi chất ô nhiễm, chất có trọng lượng phân tử thấp sẽ bị giữ lại.
Hình 7.3. Thiết bị lọc nano
7.2. Phân loại3. Lọc nano (nanofiltration)
Ứng dụng:
Dùng trong công nghệ sản xuất nước uống tinh khiết.
Làm mềm nước cứng
Loại bỏ thuốc trừ sâu từ nước ngầm.
Loại bỏ các kim lọa nặng từ nước thải
7.2. Phân loại4. Lọc thẩm thấu ngược (reversed osmosis).
• Nguyên tắc: RO dựa trên nguyên tắc cân bằng. Hai dung dịch chứa hai nồng độ các chất hòa tan khác nhau sẽ trao đổi chất hòa tan đến khi đạt được trạng thái cân bằng.khi hai dung dịch này được phân cách bởi 1 màng lọc, dung dịch chứa chất hòa tan nồng độ thấp sẽ đi qua màng vào trong dung dịch có nồng đọ cao hơn. Sau một thời gian, mực nước 1 bên màng sẽ cao hơn, sự chênh lệch về độ cao này gọi là áp suất thẩm thấu.
Bằng cách sử dung 1 áp lực lên cột chất lỏng mà vượt quá áp suất thẩm thấu ta sẽ tạo ra thẩm thấu ngược.nước được đẩy ngược về phía bên kia màng còn chất rắn hòa tan được giữ lại trong ống
Hình 7.4. Thiết bị RO
7.2. Phân loại4. Lọc thẩm thấu ngược (reversed osmosis).
Ứng dụng:
Làm mềm nước
Dùng trong sản xuất nước uống tinh khiết.
Điều chỉnh nồng độ dung môi phân tử trong công nghệ thực phẩm và sữa.
7.2. Phân loại• Ngoài ra còn có phương pháp điện thẩm tách:
các phân tử ion mang điện đương di chuyển từ dung dịch ban đầu qua màng lọc chọn lọc đến dung dịch có nồng độ cao hơn bằng cách áp dụng một trường điện.
• Trong dung dịch muối, các ion âm di chuyển về cực dương và các ion âm di chuyển về cực âm.
Recommended