Đề tài Xây dựng dây chuyền sản xuất dung dịch phèn xử lý đông keo tụ cho nguồn nước cấp sinh hoạt ở Nhà máy nước Bắc Giang

Nước là một yếu tố không thể thiếu được của cuộc sống, nước cần thiết không những đối với con người, mà còn đối với động vật và thực vật. Ngày nay, nước được thừa nhận như một tài nguyên chiến lược và là một trong những nguồn tài nguyên của trái đất, đảm bảo sự an toàn thực phẩm, duy trì cân bằng hệ sinh thái và đảm bảo sự hoạt động của con người trong một thế giới đầy biến động nhanh chóng về địa lý xã hội và môi trường. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển các ngành công nghiệp thì tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nặng nề hơn, vấn đề ô nhiễm môi trường và phòng chống ô nhiễm môi trường là vấn đề toàn cầu đòi hỏi cộng đồng quốc tế cùng quan tâm. Ô nhiễm môi trường làm mất đi sự cân bằng sinh thái gây hiểm hoạ thiên tai, tuyệt chủng một số loài động vật quí hiếm, tác động trực tiếp đến sức khoẻ con người . Hiện nay vấn đề cấp nước sinh hoạt cho đô thị, nước sạch cho nông thôn đã trở thành mối quan tâm lớn của Đảng và Nhà nước. Để thực hiện việc này ngoài nguồn nước ngầm đang được khai thác và sử dụng còn cần phải sử dụng nguồn nước mặt như, sông suối, ao hồ . Nước cung cấp cho sinh hoạt cho các nhu cầu của sản xuất công nghiệp đòi hỏi phải có chất lượng phù hợp. Nước thiên nhiên khai thác từ các nguồn nước mặt, hoặc nước ngầm thường chứa các tạp chất ở dạng hoà tan, có các nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ, ngoài ra trong nước nhất là nước mặt còn chứa vi sinh vật như các các loại vi khuẩn, sinh vật phù du và các loại vi sinh vật khác, vì vậy khi khai thác nước thiên nhiên thường phải tiến hành xử lý một cách thích đáng . Để chọn các biện pháp xử lý cần căn cứ vào các chỉ tiêu, tính chất của nước nguồn nước và yêu cầu cụ thể về chất lượng nước cấp. Việc lựa chọn chất đông keo tụ phụ thuộc vào tính chất hoá lý, nồng độ tạp chất có trong nước, pH và thành phần muối trong nước. Trong thực tế thường được sử dụng các chất đông keo tụ sau Al2(SO4)3.18H2O ; NaAlO2 ; Al2(OH)5Cl ; KAl(SO4)212H2O ; NH4Al(SO4).12H2O ; Fe2(SO4)3.2H2O ; Fe2(SO4)3.3H2O; Trong đó được sử dụng nhiều nhất trong keo tụ nước là Al2 (SO4)3 vì Al2(SO4)3 hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hiệu quả cao Bản khoá luận này sẽ đề cập đến việc sử dụng chất đông keo tụ để xử lý nước bề mặt của nguồn nước Sông Thương, tại Công ty TNHH một thành viên Cấp Thoát Nước Bắc Giang, định hướng nghiên cứu xử lý nước đi từ nguyên liệu chính là xỉ nhôm Ôxít (Al2O3) và Axítsunfuríc 98% (H2SO4) để sản xuất chất đông keo tụ cho nguồn nước của công ty khai thác nhằm giảm giá thành sản xuất và tạo việc làm cho công nhân. Công ty ngoài việc sản xuất và kinh doanh nước sạch còn mở thêm một số dây chuyền sản xuất phụ như : dây chuyền sản xuất dung dịch phèn nhôm, dây chuyền sản xuất nước tinh lọc, và một số xưởng sản xuất phụ khác. Hiện nay dây chuyền sản xuất dung dịch phèn nhôm đã được đưa vào sử dụng từ ngày 01 tháng 11 năm 2006 .

doc41 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 08/06/2013 | Lượt xem: 1386 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Xây dựng dây chuyền sản xuất dung dịch phèn xử lý đông keo tụ cho nguồn nước cấp sinh hoạt ở Nhà máy nước Bắc Giang, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS – TS Nguyễn Văn Nội người trực tiếp giao đề tài và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm khoá luận. Thầy đã chỉ ra hướng giải quyết cũng như cung cấp tài liệu để tôi hoàn thành được bản khoá luận này. Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Hoá Trường Đại Học Khoa học Tự Nhiên Hà nội, cùng các Thầy Cô giáo trường Cao Đẳng Hoá Chất – Phú Thọ đã trực tiếp giảng dậy, trang bị cho tôi kiến thức trong những năm tháng học tập tại trường để hôm nay tôi có thể hoàn thành bản khoá luận tốt nghiệp này của mình. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các Anh, Chị phòng phân tích của Nhà máy nước thuộc Công ty TNHH một thành viên Cấp Thoát Nước Bắc Giang, các bạn đồng nghiệp đã cùng tôi trao đổi, đóng góp ý kiến và giúp đỡ tôi trong quá trình làm khoá luận. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Sinh viên : Nguyễn Trung Đặng MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Nước là một yếu tố không thể thiếu được của cuộc sống, nước cần thiết không những đối với con người, mà còn đối với động vật và thực vật. Ngày nay, nước được thừa nhận như một tài nguyên chiến lược và là một trong những nguồn tài nguyên của trái đất, đảm bảo sự an toàn thực phẩm, duy trì cân bằng hệ sinh thái và đảm bảo sự hoạt động của con người trong một thế giới đầy biến động nhanh chóng về địa lý xã hội và môi trường. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển các ngành công nghiệp thì tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nặng nề hơn, vấn đề ô nhiễm môi trường và phòng chống ô nhiễm môi trường là vấn đề toàn cầu đòi hỏi cộng đồng quốc tế cùng quan tâm. Ô nhiễm môi trường làm mất đi sự cân bằng sinh thái gây hiểm hoạ thiên tai, tuyệt chủng một số loài động vật quí hiếm, tác động trực tiếp đến sức khoẻ con người . Hiện nay vấn đề cấp nước sinh hoạt cho đô thị, nước sạch cho nông thôn đã trở thành mối quan tâm lớn của Đảng và Nhà nước. Để thực hiện việc này ngoài nguồn nước ngầm đang được khai thác và sử dụng còn cần phải sử dụng nguồn nước mặt như, sông suối, ao hồ …. Nước cung cấp cho sinh hoạt cho các nhu cầu của sản xuất công nghiệp đòi hỏi phải có chất lượng phù hợp. Nước thiên nhiên khai thác từ các nguồn nước mặt, hoặc nước ngầm thường chứa các tạp chất ở dạng hoà tan, có các nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ, ngoài ra trong nước nhất là nước mặt còn chứa vi sinh vật như các các loại vi khuẩn, sinh vật phù du và các loại vi sinh vật khác, vì vậy khi khai thác nước thiên nhiên thường phải tiến hành xử lý một cách thích đáng . Để chọn các biện pháp xử lý cần căn cứ vào các chỉ tiêu, tính chất của nước nguồn nước và yêu cầu cụ thể về chất lượng nước cấp. Việc lựa chọn chất đông keo tụ phụ thuộc vào tính chất hoá lý, nồng độ tạp chất có trong nước, pH và thành phần muối trong nước. Trong thực tế thường được sử dụng các chất đông keo tụ sau Al2(SO4)3.18H2O ; NaAlO2 ; Al2(OH)5Cl ; KAl(SO4)212H2O ; NH4Al(SO4).12H2O ; Fe2(SO4)3.2H2O ; Fe2(SO4)3..3H2O; … Trong đó được sử dụng nhiều nhất trong keo tụ nước là Al2 (SO4)3 vì Al2(SO4)3 hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hiệu quả cao Bản khoá luận này sẽ đề cập đến việc sử dụng chất đông keo tụ để xử lý nước bề mặt của nguồn nước Sông Thương, tại Công ty TNHH một thành viên Cấp Thoát Nước Bắc Giang, định hướng nghiên cứu xử lý nước đi từ nguyên liệu chính là xỉ nhôm Ôxít (Al2O3) và Axítsunfuríc 98% (H2SO4) để sản xuất chất đông keo tụ cho nguồn nước của công ty khai thác nhằm giảm giá thành sản xuất và tạo việc làm cho công nhân. Công ty ngoài việc sản xuất và kinh doanh nước sạch còn mở thêm một số dây chuyền sản xuất phụ như : dây chuyền sản xuất dung dịch phèn nhôm, dây chuyền sản xuất nước tinh lọc, và một số xưởng sản xuất phụ khác. Hiện nay dây chuyền sản xuất dung dịch phèn nhôm đã được đưa vào sử dụng từ ngày 01 tháng 11 năm 2006 . PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 CHẤT LƯỢNG NƯỚC Muốn xử lý một nguồn nước nào đó cần phải phân tích chính xác 3 loại chỉ tiêu cơ bản của nguồn nước đó là : các chỉ tiêu hoá lý, hoá học và vi sinh vật 1.1.1. Các chỉ tiêu hoá lý 1.1.1 .1 Nhiệt độ (OC). Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý nước. Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước. Nhiệt độ của nguồn nước mặt dao động rất lớn từ 4 ¸ 40oC, nó phụ thuộc thời tiết và độ sâu của nguồn nước. Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định từ 17 ¸27oC 1.1.1. 2 Hàm lượng cặn không tan (mg/l) Hàm lượng cặn không tan được xác định bằng cách lọc 1 đơn vị thể tích mẫu nước qua giấy lọc và xác định luợng chất rắn trên giấy lọc. Hàm lượng cặn của nước ngầm thường nhỏ từ (30 ¸50 mg/l) chủ yếu là do cát mịn có trong nước gây ra. Hàm lượng cặn của nước sông dao động lớn từ (20 ¸5000 mg/l). Cùng một nguồn nước hàm lượng cặn dao động theo mùa, mùa khô nhỏ, mùa mưa lớn. Hàm lượng cặn có trong nước sông là do các hạt cát, sét, bùn bị dòng nước xói rửa mang theo và các chất hữu cơ nguồn gốc động thực vật mục nát hoà tan trong nước. Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biện pháp xử lý đối với các nguồn nước mặt. Hàm lượng cặn của nguồn nước càng cao thì việc xử lý càng phức tạp, tốn kém . 1.1.1. 3. Độ màu của nước. Được xác định theo phương pháp so sánh với thang mầu Côban. Độ màu của nước là do trong nước có các hợp chất hữu cơ, các hợp chất keo sắt, nước thải công nghiệp hoặc do sự phát triển của rong rêu, tảo. Thường nước ao hồ có độ màu cao . 1.1.1 . 4. Mùi vị của nước. Nước có mùi là do trong nước có các chất khí, các muối khoáng hoà tan, các hợp chất vô cơ và vi sinh vật. Nước có thể có mùi bùn mùi mốc, mùi tanh, mùi cỏ, mùi Clo, mùi phênol. Vị mặn, vị chua, vị chát, vị đắng . 1.1.2 . Các chỉ tiêu hoá học 1.1.2.1. Hàm lượng cặn toàn phần (mg/l). Bao gồm tất cả các chất vô cơ và hữu cơ có trong nước, không kể các chất khí . 1.1.2. 2. Độ cứng của nước. Là đại lượng biểu thị hàm lượng các muối canxi và magiê có trong nước. Nước có độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt và sản xuất, như giặt quần áo tốn xà phòng, nấu thức ăn lâu chín, gây đóng cặn nồi hơi, giảm chất lượng sản phẩm . Qúa trình gây cản trở của nước cứng được mô tả theo cơ chế sau: to Ca(HCO3)2 → CaCO3 ¯ + CO2 + H2O H2 to Mg(HCO3)  → MgCO3 ¯+ CO2+ H2O Mg(OH)2 + CO2 1.1.2.3. Độ pH của nước. Được đặc trưng bởi nồng độ ion H+ trong nước(pH = -lg[H+] ).Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH. Khi pH = 7 nước có tính trung tính, pH 7 nước có tính kiềm. Nước nguồn có độ pH thấp sẽ gây khó khăn trong quá trình xử lý nước . 1.1.2.4. Độ kiềm của nước (mg/l). Độ kiềm của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lý nước vì thế trong nước nguồn có độ kiềm thấp, cần phải bổ sung hoá chất để kiềm hoá nước . 1.1.2. 5. Độ ôxy hoá KMnO4 ( mg/l). Là lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá hết các hợp chất hữu cơ có trong nước. Chỉ tiêu ôxy hoá là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Độ ôxy hoá của nguồn nước càng cao chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi sinh vật . 1.1.2 .6. Hàm lượng sắt ( mg/l ). Sắt tồn tại trong nước dưới dạng Fe (II) hoặc Fe (III). Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại trong nước dưới dạng Fe (II) hoà tan dưới dạng các muối bicácbônat, sufatclorua, đôi khi ở dạng keo của ôxít humic hoặc keo silíc. Khi tiếp xúc với ôxy hoặc các chất ôxy hoá khử Fe (II) bị ôxy hoá lên Fe (III) và kết tủa thành bông cặn Fe(OH)3 có mầu đỏ nâu. Nước ngầm có chứa hàm lượng sắt cao đôi khi lên tới 30 mg/l hoặc có thể cao hơn nữa. Nước mặt chứa Fe (III) ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù, thường có hàm lượng không cao và có thể xử lý sắt kết hợp với việc khử độ đục. Việc tiến hành xử lý sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngầm. Khi hàm lượng sắt > 0,5 mg/l nước có mùi tanh khó chịu làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy đồ hộp và làm giảm tiết diện vận chuyển nước của đường ống . 1.1.2 .7. Các hợp chất của axít silíc (mg/l). Các trường hợp chất này thường gặp trong nước tự nhiên, ở dạng keo hay ion hoà tan tuỳ thuộc vào pH của nước. Nồng độ axít silíc có trong nước cao gây khó khăn cho việc xử lý sắt. Trong nước cấp nồi hơi áp lực, hợp chất axít silíc rất nguy hiểm do cặn silíc lắng đọng trên thành nồi . 1.1.2 .8 .Các hợp chất chứa nitơ (mg/l). Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng nitrit (NO2-), nitrat (NO3-) và amôniăc (NH3) Các hợp chất chứa nitơ có trong nước chứng tỏ nước đã nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt. Khi mới bị nhiễm bẩn trong nước có chứa nitrit, nitrat và amôniăc, sau một thời gian amôniăc và nitrit bị ôxy hoá thành nitrat. Việc sử dụng các loại phân bón nhân tạo cũng làm tăng hàm lượng amôniăc trong nước thiên nhiên . 1.1.2. 9 .Chất khí hoà tan (mg/l). Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn. Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, phân rác. Hàm lượng O2 hoà tan trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất đặc tính của nguồn nước. 1.1.3 . Chỉ tiêu về vi trùng. Trong thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng trong đó có các loại vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm đó là bệnh kiết lị, thương hàn, dịch tả, bại liệt … Việc xác định sự có mặt của các loại vi trùng gây bệnh này thường rất khó khăn và mất nhiều thời gian do sự đa dạng về chủng loại. Vì vậy trong thực tế người ta áp dụng phương pháp xác định chỉ số vi khuẩn đặc trưng, đó là loại vi khuẩn đường ruột Ecoli . 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC. 1.2.1 . Các biện pháp xử lý cơ bản. Trong quá trình xử lý nước cần phải áp dụng các biện pháp xử lý sau : + Biện pháp cơ học : dùng các công trình và thiết bị để làm sạch nước như song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc . + Biện pháp hoá lý : dùng các chất cho vào nước để xử lý nước như dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hoá nước, cho Clo để khử trùng, khí ôzôn ... + Biện pháp vật lý: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu âm khử khí CO2 hoà tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng. 1.2.2 Xử lý nước bằng phương pháp đông keo tụ. 1.2.2.1 Giới thiệu về phương pháp đông keo tụ. Tạp chất trong nước thiên nhiên thường đa dạng về chủng loại và kích thước, chúng có thể là các hạt cát, sét, mùn, sinh vật phù du, sản phẩm hữu cơ phân huỷ. Kích thước hạt dao động từ vài phần triệu milimét đến vài milimét. Bằng các biện pháp xử lý cơ học như lắng lọc, tuyển nổi, chỉ có thể loại bỏ được các hạt có kích thước nhỏ hơn 10- 4 mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải tốn rất nhiều thời gian và cũng rất khó có thể có hiệu quả cao, do vậy cần phải áp dụng phương pháp xử lý, hoá học, đó là phương pháp đông keo tụ . Đông keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hoá chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của các chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng lọc hay tuyển nổi . Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dịch hoà tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử. Bằng cách sử dụng quá trình đông keo tụ người ta còn có thể tách được hoặc làm giảm đi các thành phần có trong nước như các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các anion PO4- 3 và có thể cải thiện được độ đục và màu sắc của nước. Bảng (1) thống kê các khả năng có thể đạt được khi xử lý bằng phương pháp đông keo tụ. Các thành phần trong nước Khả năng tách tối đa nhờ quá trình đông keo tụ Các chất vô cơ - Độ đục +++ - Chất rắn lơ lửng +++ - Photphat PO4 - 3 +++ - Nitrat NO3- 0 - Amon NH4+ 0 - Clorua Cl - 0 tuỳ theo hoá chất sử dụng - Sunfat SO42 - 0 tuỳ theo hoá chất sử dụng - Florua F - ++ - Sắt +++ - Mangan + - Nhôm +++ - Đồng +++ - Kẽm ++ - Côban 0 - Niken 0 - Vanađi +++ - Asen +++ - Cađimi ++ +++ - Crôm ++ - Chì +++ - Selen +++ - Thuỷ ngân ++ - Bari + - Xianua CN 0 Các chất hữu cơ - Màu (theo mg Pt/l) +++ - Mùi 0, + - COD (theo O2) +++ - BOD (theo C ) +++ - Phenol (C6H5OH) 0 - Cacbon mạch vòng +++ - Hoá chất bảo vệ thực vật (parathion, BHC, dieldirin ) +++ Các vi sinh vật - Virut +++ - Vi trùng +++ - Tảo +++ ghi chú: 0 : không giảm, ( +) từ 0 đến 20% : (++) từ 20 đến 60% ;(+++) trên 60% 1.2.2. 2 . Lý thuyết về phương pháp đông keo tụ. Tuỳ thuộc vào nguồn gốc, thông thường các hạt cặn trong nước đều có thể mang điện tích âm hoặc dương. Ví dụ các hạt cặn gốc silíc, các tạp chất hữu cơ đều mang điện tích âm, các hyđrôxit sắt, hyđrôxit nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết dính với nhau nhờ lực liên kết phân tử và lực điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do. Các tổ hợp tạo thành được gọi là hạt keo. Tuỳ thuộc vào thành phần cấu tạo các hạt keo sẽ có các tính chất khác nhau. Người ta có thể chia các hạt keo thành hai loại : keo kỵ nước và keo ưa nước. Trong kỹ thuật xử lý nước bằng quá trình đông keo tụ, keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo. Ngoài ra người ta còn phân loại theo các dạng như sau: - Keo phân tử là những phân tử lớn (polyme) tạo thành hạt keo . - Keo phân tán gồm nhiều phần tử phân tán ( cát , đất sét ) tạo thành hạt keo. - Keo liên kết gồm nhiều phân tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo - Keo kỵ nước không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu nước. Ví dụ các kim loại như vàng, bạc, silic. Keo ngậm nước có khả năng hấp phụ các phân tử nước. Ví dụ vi trùng ,vi rút, các polyme hoà tan, lòng trắng trứng. Keo kỵ nước hình thành sau quá trình thuỷ phân các chất xúc tác như phèn nhôm, phèn sắt. Ban đầu các phân tử mới hình thành liên kết lại với nhau tạo thành liên kết lại với nhau thành các khối đồng nhất. Ví dụ khi dùng phèn sắt, sau khi thuỷ phân sẽ tạo ra các khối liên kết gồm nhiều phân tử Fe(OH)3. Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các khối này có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion nào đó, hoặc có trong thành phần các ion của khối hoặc gần giống một trong các ion trong khối về tính chất và kích thước, tạo thành lớp vỏ bọc ion. Lớp vỏ ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo. Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt trên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích. Hình 2 : Mô hình cấu trúc lớp điện tích kép của hạt keo. Như vậy, quanh khối liên kết phần tử ban đầu có hai lớp ion mang điện tích tráidấu bao bọc, gọi là lớp điện tích kép của hạt keo. Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không có đủ điện tích trung hoà với lớp điện tích bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện tích nhất định. Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút quanh mình một số ion trái dấu ở trạng thái khuyếch tán . Hình 3 : Mô hình miêu tả điện thế trên bề mặt hạt keo Nếu hạt keo ở trong trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi điện tích của lớp ion khuyếch tán. Do chuyển động Brown, lớp ion khuyếch tán không di chuyển đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên kết không bền vững. Do đó, hạt keo trong nước luôn là hạt keo mang điện tích. Từ mô hình điện thế bề mặt hạt keo hình 3 ta thấy thế nhiệt động j trên bề mặt nhân keo bằng tổng điện tích các ion của lớp vỏ nhân. Thế điện động z trên bề mặt hạt keo. Thế điện động z có giá trị nhỏ hơn thế nhiệt động j một trị số bằng tổng điện tích của các ion trái dấu nằm trong lớp điện tích kép. Theo lý thuyết về lớp điện tích kép, nếu các hạt muốn keo tụ thì thế điện động z cần phải giảm xuống dưới giá trị tới hạn z. Trong trường hợp keo đất sét, giá trị tới hạn này được quan sát thấy ở khoảng từ 0 ¸ 10 mV. Do vậy quá trình keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp các hạt riêng rẽ nhờ việc giảm thế điện động z. Qúa trình tạo bông keo xảy ra nhờ khuấy trộn và hình thành do kết hợp các hạt bông keo nhỏ . Trong pha phân tán, điện tích bề mặt của các hạt keo có ảnh hưởng rất lớn đến các ion bao quanh. Các ion trái dấu bị thu hút về bề mặt và các ion cùng loại điện tích bị đẩy ra khỏi bề mặt. Kết hợp hỗn hợp các xu hướng chuyển động nhiệt và hút hoặc đẩy ion lẫn nhau sẽ tạo ra một lớp trong của bề mặt điện tích của hạt keo và một lớp ngoài có số đương lượng các ion trái dấu phân bố trong pha khuyếch tán tạo ra lớp kép bề mặt điện tích kép hình 2 Theo Stern, tác giả phân chia lớp điện tích kép thành hai lớp : lớp điện tích kép Stern với các ion trái dấu hút nhau rất mạnh trên bề mặt hạt keo và lớp khuếch tán, có bề dày phụ thuộc vào cường độ ion của dung dịch. Điện thế trên bề mặt giữa lớp ngoài của lớp Stern và lớp trong của lớp khuếch tán được gọi là thế điện động z. Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện được xem như là các lực phân tán hoặc lực London - Van der Walls tồn tại giữa các hạt keo. Độ lớn của các lực này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt và chúng độc lập với cường độ ion của nước. Khả năng ổn định của hạt keo là kết quả tổng hợp giữa lực hút và lực đẩy. Nếu tổng hợp là lực hút xảy ra quá trình keo tụ . Hình 4: Mô tả năng lượng tương tác của hệ keo Từ hình 4 trình bày năng lượng tương tác của hệ keo khi cường độ ion trong dung dịch cao và thấp được mô tả trên hình 4. Ở khoảng cách gần bề mặt, lực hấp dẫn London - Van der Walls thường mạnh. Ở khoảng cách xa bề mặt hơn, lực đẩy tĩnh điện có thể vượt quá lực hút tĩnh điện. Lực đẩy ở một khoảng cách nhất định sẽ mạnh hơn hoặc yếu hơn tuỳ thuộc vào điện tích bề mặt và vào khả năng các ion trái dấu có thể bù vào bề mặt đó (cường độ ion trong pha lỏng). Độ ổn định của hệ keo phụ thuộc vào lực tổng hợp. Khi xảy ra quá trình hấp thụ thuần tuý (hấp phụ nhờ lực tĩnh điện và lực Van der Walls), hấp thụ ion trái dấu thường chiếm ưu thế hơn hấp phụ ion cùng dấu. Khi thuỷ phân ion kim loại như Al 3 + hoặc Fe 3 + bổ xung vào nước, quá trình thuỷ phân xảy ra tức thời và hình thành các phức hyđrôxyl. Nồng độ các phức hyđrôxyl phụ thuộc vào nồng độ các ion kim loại và giá trị pH. Các phức hyđrôxyl có mang điện tích và thời gian tồn tại của chúng rất ngắn. Các ion dương bị hấp phụ trên bề mặt các hạt keo và điện tích bề mặt bị trung hoà do giảm thế điện động z. Số các ion trái dấu đòi hỏi để trung hoà điện tích bề mặt khá nhỏ so với số các ion yêu cầu để nén lớp điện tích kép. Nồng độ các ion trái dấu cần bổ sung tỷ lệ thuận với nồng độ các hạt keo trong nước và bổ sung dư lượng các ion trái dấu sẽ tạo ra sự tái ổn định của hệ keo do chuyển đổi nghịch chiều điện tích bề mặt. Khi các muối kim loại như Al2(SO4).18H2O và FeCl3.6H2O được bổ sung vào nước với nồng độ đủ, nhôm hoặc sắt hyđrôxit được hình thành và tạo ra kết tủa. Các hạt keo có mặt trong nước tác động như các hạt nhân để được kết tủa. Cơ chế này được gọi là: keo tụ nhanh . Khi năng lượng động học của các hạt keo không đủ để tạo ra sự chuyển động, huyền phù sẽ trở lên bền vững, bằng biện pháp khuấy trộn hoặc bổ sung các pôlyme có khả năng keo tụ, người ta có thể phá vỡ trạng thái cân bằng của hệ, làm cho các hạt keo xích lại gần nhau hơn, tăng lực hút, giảm lực đẩy và do vậy làm cho quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao hơn Khi sử dụng biện pháp giảm thế điện động z, người ta nhận thấy rằng điện thế z của hạt keo kỵ nước dao động trong giới hạn từ 0,05 ¸ 0,1V. Để lực hút phân tử thắng được lực đẩy tĩnh điện thì điện thế z phải nhỏ hơn 0,03 V, và quá trình keo tụ càng đạt hiệu quả khi điện thế z tiến đến 0. Trạng thái hệ keo khi điện thế z bằng 0 được gọi là trạng thái đẳng điện và trị số pH của hệ ở trạng thái đẳng điện được gọi là điểm đẳng điện. 1.2.2.3. Các phương pháp đông keo tụ. Trong công nghệ xử lý nước bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng: - Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản . - Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt . - Phương pháp keo tụ dùng các polyme. Phương pháp này còn sử dụng cả khi cần tăng cường quá trình keo tụ cho các phương pháp khác. Một trong các phương pháp keo tụ là làm giảm thế năng z của hạt bằng cách tăng nồng độ của chất điện phân trong nước. Khi nồng độ của ion đối tăng lên thì càng nhiều ion chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép, kết quả là làm giảm điện thế z của lớp đ
Luận văn liên quan