Trong nước mặt, nước ngầm cũng như nước thải, có rất nhiều chất hoà tan, chất keo, chất rắn lơ lửng (nước thải). Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước các chất keo tụ (coagulant). Các chất này sẽ trung hoà các điện tích của các hạt keo hoà tan trong nước, ngăn cản sự chuyển động hỗn loạn của các ion giúp cho việc liên kết tạo bông keo tụ thuận lợi. Đối với nước thải có hàm lượng SS cao, quá trình keo tụ cũng có tác dụng lớn trong việc kết bông cặn để đến quá trình lắng sau đó sẽ loại được các bông cặn này, tức là đã giảm được một lượng SS đáng kể. 1. Cơ chế của quá trình keo tụ Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn (), còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được. Ta có thể tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được. Muốn vậy, trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, t đến là liên kết chúng lại với nhau. Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hoá chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho những hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường quá trình keo tụ tạo bông sảy ra qua hai giai đoạn:
Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống. Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước (keo sét, protein …) sẽ hút các ion dương tạo ra hai lớp điện tích dương bên trong và bên ngoài. Lớp ion dương bên ngoài liên kết lỏng lẻo nên có thể dể dàng bị trợt ra. Như vậy điện tích âm của hạt bị giảm xuống. Thế điện động hay thế zeta bị giảm xuống. Mục tiêu đề ra là giảm thế zeta, tức là giảm chiều cao của hàng rào năng lượng đến giá trị giới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách cho thêm vào các ion có điện tích dương để phá vỡ sự ổn định của trang thái keo của các hạt nhờ trung hoà điện tích. Khả năng dính kết tạo bông keo tụ tăng lên khi điện tích của hạt giảm xuống và keo tụ tốt nhất khi điện tích của hạt bằng không. Chính vì vậy lực tác dung lẫn nhau giữa các hạt mang điện tích khác nhau giữ vai trò chủ yếu trong keo tụ. Lực hút phân tử tăng nhanh khi giảm khoảng cách giữa các hạt bằng các tạo nên những chuyển động khác nhau được tạo ra do quá trình khuấy trộn. (nguồn: Thoát nước – tập 2 – Xử lý nước thải – Hoàng Văn Huệ) * Cơ chế của quá trình keo tụ là làm mất đi sự ổn định của dung dịch keo có trong nước bằng các biện pháp:
1.1. Cơ chế trung hoà điện tích:
1.2. Cơ chế tạo cầu nối Để tăng cường quá trình keo tụ tạo bông người ta cho thêm vào các hợp chất polymer trợ keo tụ. Các polymer này tạo sự dính kết giữa các hạt keo lại với nhau nếu polymer này và các hạt keo trái dấu nhau. Cơ chế tạo cầu nối sảy ra ở 5 phản ứng:
(Nguồn: giáo trình Cấp nước đô thị và công nghiệp – Nguyễn Phước Dân) 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Quá trình keo tụ phụ thuộc vào hai cơ chế chính là trung hoà điện tích và hấp phụ tạo cầu nối. Vì thế các yếu tố nào ảnh hưởng đến hai quá trình trên điền gây ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông.
(nguồn: Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Xử lý chất thải) Ảnh hưởng của pH (quyết định quá trình thuỷ phân của chất keo tụ trong dung dịch) đến quá trình keo tụ là ảnh hưởng quan trọng nhất quyết định hiệu suất của việc xử lý. 2. Chất keo tụ Trước đây người ta thường dùng quá trình keo tụ để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ và thứ cấp. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng. Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 ¸ 90% TSS, 40 ¸ 70% BOD5, 30 ¸ 60% COD và 80 ¸ 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại được 50 ¸ 70% TSS, 30 ¸ 40% chất hữu cơ. Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình keo tụ Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Ghi chú: 1 lb/ft3 = 16,0185 kg/m3Ngoài ra còn có một số chất keo tụ thường được sử dụng như : Phèn nhôm: NaAlO2 , Al2(OH)5Cl , KAl(SO4)2H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O Các muối sắt có ưu điểm so với muối nhôm trong việc làm keo tụ các chất lơ lửng của nước: – Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp – Khoảng pH tác dụng rông hơn – Tạo kích thước và độ bền bông keo lớn hơn – Có thể khử được mùi vị khi có H2S Nhưng sắt cũng có nhược điểm: tạo phức hoà tan làm cho nước có màu do phản ứng của Cation sắt với một số chất hữu cơ. Trong quá trình tạo thành bông keo của hydroxit nhôm hoăc sắt, người ta thường dùng thêm chất trợ keo tụ. Các chất trợ keo tụ này là tinh bột, dentrin (C6H10O5)n, các ete, xenlulozơ, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O), sét Bentonite … với liều lượng khoảng 1 – 5 mg/l. ngoài ra người ta còn dùng các chất trợ keo tụ tổng hợp như chất polyacrylamit (CH2CHCONH2)n (PAC), polyacrylic (CH2CHOOH)n hoặc polydiallydimetyl-amôn. (nguồn: Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học – Lương Đức Phẩm) Liều lượng chất keo tụ ứng với hàm lượng khác nhau của các tạp chất trong nước thải: (nguồn: Thoát nước – Tập 2 : xử lý nước thải – Hoàng Văn Huệ)Trong thực tế người ta xác định hàm lượng phèn tối ưu và pH tối ưu cho quá trình keo tụ tao bông bằng thí nghiệm Jartest. 3. Sử dụng hóa chất để loại chất rắn lơ lửng Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau: Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp. Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra: Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau: Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy. |