Xem mẫu
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
BẰNG KEO TỤ – TẠO BÔNG - LẮNG.
I.Giới thiệu sơ lược về nước thải dệt nhuộm :
1.Giới thiệu :
Nước thải với khâu dệt nhuộm – hoàn tất vải của mình đã và đang là nguồn
gây ra ô nhiễm môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như về chất , mà nguồn
gây ra ô nhiễm chínhlà nước thải các loại từ phân xưởng dệt nhuộm – hoàn tất
vải thải ra .
Nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp , nó bao gồm các thành phần :
• Phẩm nhuộm .
• Chất hoạt động bề mặt.
• Chất điện ly.
• Chất ngậm .
• Chất tạo môi trường.
• Tinh bột , chất oxi hóa …
• Đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưng hòa tan dưới dạng ion và các chất
kim loại nặng đã làm tăng thêm tính độc hại không những trong thời gian
trước mắt mà cón lâu dài về sau đến môi trường sống .
Vì có thành phần độc hại , nước thải dệt nhuộm có khả năng gây ra ô
nhiễm mạnh đến môi trường và sức khỏe con người .
Một đặc điểm nữa là thành phần nước thải hầu như không ổn định thay
đổi theo công nghệ và mặt hàng , vì vậy việc xác định chính xác thành phần và
tính chất nước thải không dễ dàng .
Chính vì vậy việc tìm hiểu thành phần , tính chất n ước th ải t ừ đó nghiên
cứu công nghệ và đề xuất công nghệ xử lí của chúng là việc làm thiết yếu .
2 . Sơ đồ công nghệ dệt nhuộm :
1
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Chuẩn bị sợi
Hồ sợi
nguyên liệu
Chuẩn bị nhuộm :
Rũ , hồ , nấu ,tẩy
Làm bóng
Nhuộm In bông
Cầm màu
Giặt , tẩy
Hồ văng
Co ủi Cạo lông
Kiểm gấp
Đóng kiện
3. Tính chất nước thải ra từng công đoạn :
a. Nguyên liệu dệt :
2
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Nguyên liệu dệt trực tiếp là các loại sợi . Nhìn chung các loại vải đều được
dệt từ 3 loại sợi sau :
• Sợi cotton : được kéo từ sợi bông vải , có đặc tính hút ẩm cao , xốp , bền
trong môi trường kiềm , phân hủy trong môi trường axit , cần phải xử lí
kỹ trước khi loại bỏ tạp chất .
• Sợi pha PECO (Polyester và cotton ) là sợi hóa học dạng cao phân tử được
tạo thành từ quá trình tổng hợp hữu cơ , hút ẩm kém , cứng ,bền ở trạng
thái ướt sơ, sợi này bền với axit nhưng kém bền với kiềm .
• Sợi cotton 100% , PE % , sợi pha 65% PE và 35% cotton …
b. Nguyên liệu và in hoa :
Các phẩm nhuộm được sử dụng bao gồm :
• Phẩm nhuộm phân tán : là phẩm không tan trong nước nhưng ở dạng phân
tán trong dung dịch và có thể phân tán trên sợi , mạch phân tử thường nhỏ
có thể nhiều họ khác nhau : anthraquinon , nitroanilamin …được dùng để
nhuộm sơ : poliamide , poliester , axêtat …
• Phẩm trực tiếp : Dùng để nhuộm vải cotton trong môi trường kiềm ,
thường là muối sunfonat của các hợp chất hưu cơ : R – SO 3Na . Kém bền
với ánh sáng va khi giặt giũ .
• Phẩm nhuộm axit : đa số những hợp chất sulfo chứa một hay nhiều nhóm
SO3H và một vài dẫn xuất chứa nhóm COOH dùng nhuộm trực tiếp các
loại tơ sợi chứa nhóm bazơ như : len , tơ , poliamide …
• Phẩm nhuộm hoạt tính : có công thức tổng quát : S – F – T = X , trong đó F
: phân tử mang màu , S: nhóm tan trong nước (SO3Na, COONa) , T: gốc
mang phản ứng ( có thể là nhóm clo hay vinyl ) , X : nhím có kah năng
pảhn ứng …
• Thuốc sẽ phản ứng sơ trực tiếp và sản phẩm phụ là HCl nên cần nhuộm
trong môi trường kiềm yếu .
• Phẩm hoàn nguyên : bao gồm các họ màu khác nhau như : indigo , dẫn
xuất anthraquinon , phẩm sunfua … dùng để nhuộm chỉ ,sợi bông , visco ,
sợi tổng hợp .
• Ngoài ra để mặt hàng bền và đẹp thích hợp với nhu cầu , ngoài phẩm
nhuộm cón sử dụng các chất trợ khác : chất thấm , chất tải , chất giặt ,
chất điện ly (Na2SO4) , chất đieu chỉnh pH ( CH3COOH , Na2CO3 ,
3
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
NaOH ) , chất hồ chóng mốc , hồ mềm , hồ láng , chất chống loang màu
…
c. Từng công đoạn của công nghệ :
Chuẩn bị sợi nguyên liệu : sợi nguyên liệu được nhập vào đầu
tiên qua công đoạn đánh ống nhằm loại bỏ xơ ,cặn bẩn .
Hồ sợi : được tiến hành trước khi dệt có tác dụng tăn cường lực cho
sợi trong quá trình dệt , sau khi hồ sợi xong vải sẽ đem đi dệt .Hóa
chất hồ sợi bao gồm : tinh bột , keo động vật , (cazein và zelatin ) ,
chất làm mềm , dần thảo mộc , chất béo ,chất giữ ẩm CaCl 2 ,
glyxerin , chất chống mốc fenol.
Chuẩn bị nhuộm : bao gồm :
• Phân trục , tẩy và giũ hồ .
o Phân trục : xác định lượng phẩm màu nhuộm và các phụ gia khác
theo khối lượng vải cần nhuộm .
Nấu tẩy : có tác dụng phá hủy các tạp chất xenluloza như peptin
o
chứa nitơ , pentoza ,… đồng thời tách dễ dàng các axit béo khỏi
vải , ở nhiệt độ lớn hơn 850C sáp bị nóng chảy , nhũ hóa , tách
khỏi bề mặt vải . Mặt khác quá trình nấu cón làm biến đổi cấu
trúc xơ , dễ hấp phụ thuốc nhuộm . Hóa chất trong công đoạn này
bao gồm : NaOH , NaHSO3 , Na2SiO3 , H2O2 , chất hoạt động bề
mặt tác dụng nhũ hóa sáp , giảm sức căng bề mặt , tạo điều kiện
cho dung dịch dễ thấm vào vải . Tẩy trắng : công đoạn này
được dùng cho sản xuất các loại vải trắng , do sau khi nấu các
thành phần vải còn chứa các chất màu thiên nhiên chưa bị hủy
hoại , đồng thời xenlulozơ có khả năng hấp phụ các chất sẫm
màu trong nước nấu .
Giũ hồ : quá trình này được thực hiện bằng cách ngâm ủ hóa
o
chất , sau đó giặt ép bằng nước nóng để loại sạch các tạp chất ,
tinh bột … Thông thường các hóa chất cho vào là acid loãng ,
NaOH , chất oxi hóa H2O2 , men gốc thực vật , động vật , xà bông
….
Nhuộm sợi : Được tiến hành sau khi hoàn tất các công đoạn chuẩn bị
nhuộm . Trong giai đoạn này ta sử dụng các hóa chất như :NaOH ,
4
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
CH3COOH , chất tạo môi trường kiềm hay axit , phẩm nhuộm chất
hoạt động bề mặt , chất khử , chất điện ly .. Đối với các mặt vải khác
nhau đòi hõi phẩm nhuộm và môi trường khác nhau .
Tẩy giặt : Nhằm làm sạch vải , loại bỏ các tạp chất , màu thuốc
nhuộm thừa … qui trình tẩy giặt bao gồm xà phòng hay hóa chất giặt
tổng hợp ở nhiệt độ khoảng 800 C , sau đó xả lạnh với các chất tẩy
giặt thông dụng như là : xà phòng , sôđa .
Công đoạn hoàn tất : là công đoạn cuối cùng tạo ra vải có chất lượng
tốt và theo đúng yêu cầu như : chống mốc , chống cháy , mềm , chống
màu …hoặc trở về trạng thái tự nhiên sau quá trình căng kéo , co rút ở
các khâu trước hay thẳng nếp ngay ngắn .
4. Khả năng gây ô nhiễm của nước thải :
Nước thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp . Các loại hóa ch ất s ử
dụng như : phẩm nhuộm ,, chất hoạt động bề mặt , chất điện ly ,chất ngậm ,
chất tạo môi trường , tinh bột , men , chất oxi hóa … đã có hàng trăm lo ại hóa
chất đặc trưng , các chất này hòa tan dưới dạng ion và các chất kim loại nặng đã
làm tăng thêm tính độc hại không những trong thời gian trước mắt mà cón về lâu
dài sau này đến môi trường sống .
Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước thải lớn phục vụ cho các
công đoạn sản xuất đồng thời thải ra một lượng nước thải rất l ớn tương ứng
bình quân khoảng 12 – 300 m3 / tấn vải . Trong số đó hai nguồn nước cần giải
quyết chính là từ công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy .
Nước thải tẩy giặt có pH lớn từ 9 – 12 , hàm l ượng chất h ữu c ơ cao
(COD = 1000 – 3000 mg/l ) do thành phần các chất tẩy gây nên . Độ màu của
nước tẩy khá lớn ở những giai đoạn tẩy ban đầu và có thể ên đến 10.000 Pt – Co
, hàm lượng cặn lơ lửng SS có thể đạt đền trị số 2000 mg/l , nồng đ ộ này giảm
dần ở cuối chu kì xả và giặt . Thành phần của nước thải chủ yếu bao gồm :
thuốc nhuộm thừa , chất hoạt động bề mặt , các chất oxi hóa , sáp xút , chất điện
ly v . v…
Còn thành phần nước thải nhuộm thì không ổn đ ịnh và đa dạng , thay
đổi ngay trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau .
Nhìn chung nước thải dệt nhuộm bao gồm các gốc như : R – SO 3Na , N
– OH , R – NH2 , R – Cl .. pH nước thải thay đổi từ 2 – 14 , đ ộ màu rất cao đôi
khi lên đến 50.000 Pt – Co , hàm lượng COD thay đổi từ 80 – 18000 mg/l . Tùy
theo từng loại phẩm nhuộm mà ảnh hưởng đến tính chất nước thải .
5
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Thành phần và tính chất nước thải thay đổi liên tục trong ngày . Nhất là
tại các nhà máy sản xuất theo qui trình gián đoạn , các công đoạn như giặt , nấu
tẩy , nhuộm đều thực hiện trên cùng một máy , do vậy tùy theo giai đoạn nước
thải cũng biến đổi , dân đến độ màu , hàm lượng chất hữu cơ , độ pH , hàm
lượng cặn đều không ổn định .
Bên cạnh hai nguồn đặc trưng trên , nước thải ở các khâu hơ sợi , giặt
xả cũng có hàm lượng hữu cơ cao , Ph vượt tiêu chuẩn xả thải . tuy nhiên công
đoạn hồ sợi , lượng nước được sử dụng rất nhỏ , hầu như toàn bộ phẩm hồ
đượ bám trên vải , nước thải chỉ xả ra khi làm vệ sinh thiết bị nên không đáng kể
.
Nước thải công nghệ dệt nhuộm gây ra ô nhiễm nghiêm trọng đối với
môi trường sống : độ màu , pH , TS , COD ,nhiệt độ vượt quá tiêu chuẩn cho
phép xả vào nguồn . Hàm lượng chất bề mặt đôi khi quá cao , khi thải vào nguồn
nước như sông , kênh rạch tạo màng nội trên bề mặt , ngăn cản sự khuếch tán
của oxi vào môi trường gây nguy hại chi hoạt động của thủy sinh vật , mặt khác
một số các hóa chất chứa kim loại như crôm ,nhân thơm , các phần chứa đ ộc tố
không những có thể tiêu diệt thủy sinh vật mà cón gây hại trực tiếp đến dân cư ở
khu vực lân cận gây ra một số bệnh nguy hiểm như ung thư .
Điều quan trọng là độ màu quá cao , việc xả thải liên t ục vào nguồn
nước đã làm cho độ màu tăng dần , dẫn đến hiện trạng nguồn nước bị vẫn đục ,
chính các thuốc nhuộm thừa có kảh năng hấp thụ ánh sáng , ngăn cản sự khuếch
tán của ánh sáng vào nước , do vậy thực vật dần dần bị hủy diệt, sinh thái nguồn
nước có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng .
II. Quá trình keo tụ , tạo bông :
1. Cấu tạo hạt keo :
Đường kính hạt < 1 µ m , là thành phần chính gây ra độ đục .
• Các hạt cặn nguồn Silic , hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm , ngược
lại các hydroxit Al, Fe mang điện tíc dương . Khi các cân bằng thế
điện động của nước bị phá vỡ , các thành phần mang điện tích sẽ kết
hợp hoặc dính kết các nguyên tử hoặc các ion tự do , các tổ hợp trên
gọi là các hạt keo có thể là hạt keo kị nước hoặc là keo háo nước .
• Kị nước : Không ái lực với nước , dễ keo tụ , phần lớn là
keo vô cơ .
6
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
• Háo nước : Ai lực mạnh với nước , hấp thụ nước và cản trở
quá trình keo tụ , phần lớn là chất hữu cơ .
• Lực đẩy tĩnh điện có xu hướng ngăn cản sự kết hợp giữa các hạt keo
tích điện cùng dấu va . Khi hạt keo xích lại gần nhau thì ban đấu l ục
đẩy tĩnh điện lớn hơn lực hút phân tử nên hợp lực tăng dần . Nếu các
hạt keo có năng lượng động học lớn hơn lực đẩy tĩnh điện , thì chúng
sẽ xích lại gần nhau hơn , lực hút phan tử giữa chúng sẽ tăng rất nhanh
và các hạt dính kết được với nhau .
• Trong thực tế việc tăng năng lượng động học của hạt keo rất khó thực
hiện nên phương pháp thông dụng là giảm lực đẩy tĩnh diện giữa các
hạt keo , nghĩa là giảm điện thế Zeta của hạt keo .Để lực hút phân tử
thắng lực đẩy tĩnh điện thì điện thế zeta của hạt keo phải nhỏ hơn
0.03 V và quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao khi điện thế Zeta bằng
không .
2. Tính chất bề mặt hạt keo:
Là yếu tố quan trọng gây khó khăn lắng trọng lực .
• Hấp phụ : có khuynh hướng kéo các chất xung quanh do lực vạn vật hấp
dẫn .
• Tính điện động : hạt keo thường mang điện tích do sự ion hóa cúa các
nhóm chức trên bề mặt và hấp thụ các ion của dung dịch bên ngoài .
• Điện chuyển : các hạt di chuyển về phía cực mang điện tích trái dấu ở tốc
độ tỉ lệ với Gradien điện thế hình thành trong dung dịch .
• Điện thế Zeta : Khi một hạt chuyển động trong trường điện , một phần
nước gần bề mặt chuyển động và hình thành mặt cắt giữa khối dung dịch
và lớp nước kéo theo . Điện thế Zeta là điện thế tại mặt cắt .
3. Cơ chế keo tụ – tạo bông :
Cơ chế tạo cầu nối :
• Phản ứng 1 : Hấp phụ ban đầu ở liều lượng polime tối ưu . Phân tử
polime dính vào hạt keo .
7
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
• Phản ứng 2 : Hình thành bông cặn . Đuôi polime đã hấp phụ có thể
duỗi ra và gắn kết với vị trí trống trên bề mặt hạt keo khác hình
thành bông cặn.
• Phản ứng 3 : Hấp phụ lần hai của polime . Nếu đoạn cuối duỗi ra và
không tiếp xúc với vị trí trống trên hạt khác gấp lại và tiếp xúc với
mặt khác của chính hạt đó ổn định lại .
• Phản ứng 4 : khi liều lượng polime dư . Nếu polime thêm vào dư nhiều
, bề mặt hạt bảo hòa các đoạn polime không có vị trí trống để hình
thành cầu nối hạt keo ổn định trở lại .
• Phản ứng 5 : Vỡ bông cặn , vỡ vụn bông cặn khi xáo trộn nhiều .
• Trong toàn bộ quá trình (5 phản ứng tên ) . Cơ chế chính là : Hấp phụ
và tạo cầu nối . Cơ chế phụ : Trung hòa điện tích .
4.Quá trình keo tụ tạo bông :
Khi chất keo tụ co vào nước và nước thải , các hạt keo trong nước bị mật
tính ổn định , tương tác với nhau , kết cụm lại hình thành các bông cặn lớn , dễ
lắng . Quá trình mất tính ổn định của hạt keo là quá trình lý hóa phức tạp , có
thể giải thích dựa trên các cơ chế sau :
• Giảm điện thế Zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng của lực hấp
dẫn Vander Waals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp
thêm ,các hạt keo trung hòa điện kết cụm và tạo thành bông cặn .
• Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính
trên hạt keo .
• Các bông cặn hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trên
quĩ đạo lắng xuống .
Quá trình keo tụ thông thường áp dụng khử màu , hàm l ượng c ặn l ơ l ửng
trong xử lí nước thải .
5.Các phương pháp keo tụ :
a. Keo tụ bằng chất điện ly :
8
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Bản chất của phương pháp là cho thêm vào nước các chất diện ly ở dạng
các ion ngược dấu .Nhờ chuyển động Brown các hạt keo với điện tích bé khi va
chạm dễ kết dính bằng lực hút phân tử tạo nên các bông cặn ngày càng lớn .
Quá trình keo tụ bằng chất điện ly được đánh giá như một cơ chế keo tụ
tối ưu . khi sử dụng chất điện ly với các ion có hóa trị càng lớn thì hiệu quả keo
tụ càng cao và liều lượng chất điện ly càng giảm đi .
Phương pháp keo tụ bằng chất điện ly đòi hỏi liề lượng chất keo tụ cho
vào nước phải rất chính xác .
Nếu nồng độ các chất điện ly trong nước vượt quá mức cần thiết sẽ gây
ra quá trình tích điện trở lại đối với các hạt keo , làm điện thế Zeta tăng lên và
hiệu quả keo tụ sẽ giảm đi .
b. Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu (keo tụ bằng phương pháp hóa lý):
Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách tạo ra trong nước một hệ keo
mới tích điện ngược dấu với keo cặn bẩn trong nước thiên nhiên và các hạt keo
tích điện trái dấu sẽ trung hòa lẫn nhau .
Chất keo tụ thường sử dụng là phèn Al và Fe và được đưa vào nước dưới
dạng dung dịch hòa tan , sau phản ứng thủy phân chúng tạo thành hệ keo mới
mang điện tích dương có khả năng trung hòa các loại keo mang điện tích âm.
Quá trình keo tụ xảy ra như sau : Khi cho phèn vào nước , nó sẽ phân ly
thành các ion hòa tan theo phương trình :
2Al3+ + 3 SO42-
Al2(SO4)3
Fe3+ 3 Cl-
FeCl3 +
Các ion kim loại mang điện tích dương một mặt tham gia vào quá trình
trao đổi với các cation nằm trong lớp điện tích kép của hạt keo tự nhiên mang
điện tích âm , làm giảm thế điện động Zeta , giúp cho các hạt keo dễ dáng liên
kết với nhau bằng lực hút phân tử , tạo ra các bông cặn lắng . Mặt khác các ion
kim loại tự do lại kết hợp với các phân tử nước bằng phản ứng thủy phân :
Al3+ + 3H+
+ 3 H2O Al(OH)3
Fe3+ + 3 H2O Fe(OH)3 + 3H+
Các phân tử Al(OH)3 và Fe(OH)3 là các hạt keo mang điện tích dương có
khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm tạo thành các bông
9
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
cặn .Đồng thời các phân tử Al(OH)3 và Fe(OH)3 kết hợp với các anion có trong
nước và kết hợp với nhau tạo ra bông cặn có hoạt tính bề mặt cao . Các bông
cặn này khi lăng xuống sẽ hấp thụ cuốn theo các hạt keo , cặn bẩn , các h ợp
chất hữu cơ , các chất mùi vị …tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong
nước .
Từ đó ta thấy nồng độ các phân tử Al(OH) 3 và Fe(OH)3 trong nước sau quá
trình thủy phân các chất keo tụ là yếu tố quyết định hiệu quả keo tụ .
Trong thực tế , lượng phèn tối ưu sử dụng cho mỗi nguồn nước được xác
định cụ thể bằng thực nghiệm tại nguồn nước , có thể sử dụng theo bảng sau :
Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nước nguồn :
Hàm lượng cặn của nước Lượng phèn Al2(SO4)3
nguồn (mg/l) (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
c. Tăng cường quá trình keo tụ bằng hợp chất cao phân tử :
Các hợp chất cao phân tử gốc vô cơ như axit silic hoạt hóa , hoặc gốc hữu
cơ như polyacrylat , polyacrylamin đều có thể dùng để làm chất tăng cường cho
quá trình keo tụ của phèn .
Trong một vài trường hợp các chất này có thể được dùng làm chất keo tụ
thay phèn . Khác với phương pháp keo tụ bằng chất điện ly hoặc bằng hệ keo
ngược dấu , cơ chế phản ứng chủ yếu ở đây là các tương tác hóa học .
Do hình dạng và kích thước của các cao phân tử lớn và dài nên các hợp
chất cao phân tử keo tụ các hạt cặn bẩn trong nước dưới dạng liên kết chuỗi ,
kiểu này rất thuận lợi cho quá trình hình thành và lắng bông cặn .
10
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Tuy nhiên hợp chất cao phân tử đòi hỏi công nghệ sản xuất cao nên biện
pháp này ít được áp dụng trong kỹ thuật xử lý nước ở nước ta hiện nay .
d.Keo tụ tiếp xúc :
Lợi dụng khả năng kết bám của các hạt cặn lên bề mặt của các hạt vật liệu
lọc như cát … các nhà khoa học Liên Xô (cũ ) đã đưa ra phương pháp lọc tiếp xúc
dựa trên nguên lý keo tụ tiếp xúc .
Về bản chất sự kết bám của các hạt cặn lên bề mặt vật liệu lọc là quá trình
keo tụ. Trong điều kiện thủy động thuận lợi , các hạt cặn chuy ển động gần b ề
mặt các hạt vật liệu và dính kết lẫn nhau .
Quá trình hình thành bông cặn trong môi trường tiếp xúc diễn ra với tốc độ
nhanh và hiệu quả hơn sự tạo thành bông môi trường chất lỏng . Vì cường độ va
chạm giữa các hạt cặn với các hạt vật liệu lọc có kích thước lớn cao hơn nhiều
so với cường độ va chạm dính kết với các hạt lớn không mang điện của lớp vật
liệu lọc do lực hút phân tử .
Thực tế cho thấy ngay cả khi nồng độ các hạt còn chưa đủ để tạo điều kiện
keo tụ trong môi trường nước , nhưng trong môi trường tiếp xúc quá trình keo tụ
đã xảy ra .
6.Hóa chất dùng để keo tụ:
• Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng
thích hợp như : phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 koặc FeCl3 . Các loại
phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan.
• Dùng phèn nhôm:
Khi cho phèn nhôm vào nước , chúng phân li tạo ion Al 3+ bị thủy phân
tạo thành Al(OH)3.
Ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành còn
giải phóng ra các ion H+. Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên
của nước ( được đánh giá bằng HCO3-).
Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ trung hòa ion
H thì cần phải kiềm hóa nước. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng là vôi
+
(CaO) , sođa (Na2CO3) , hoặc xút (NaOH).
Al3+ + 3H+
+ 3 H2O Al(OH)3
• Dùng phèn sắt:
Phèn sắt chia làm hai loại là phèn sắt II và phèn sắt III. Phèn Fe(II) khi
cho vào nước phân li thành ion Fe2+ và bị thủy phân thành Fe(OH)2.
11
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Phèn Fe(III) khi cho vào nước phân li thành ion Fe 3+ và bị thủy phân
thành Fe(OH)3.Phản ứng thủy phân:
o Fe2+ + 2H+
+ 2 H2O Fe(OH)2
o Fe3+ + 3H+
+ 3 H2O Fe(OH)3
• Ưu điểm của phèn sắt đối với phèn nhôm :
• Liều lượng phèn Fe dùmg để kết tủa chỉ bằng 1/3 – ½ liều lượng
phèn Al.
• Phèn Fe ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng.
• Nhược điểm của phèn Fe đối với phèn Al:
Gây ăn mòn đường ống mạnh.
7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ .
• Nhiệt độ :
Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình keo tụ , khi nhiệt độ nước
tăng , sự chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên làm tăng tần số va chạm
và hiệu quả kết dính tăng lên .
Thực tê cho thấy khi nhiệt độ nước tăng lượng phèn cần đ ể keo tụ
giảm , thời gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm theo . Ngoài ra lượng và
tính chất của cặn cũng ảnh hưởng đến hiệu quả keo tụ .
Khi hàm lượng cặn trong nước tăng lên , lượng phèn cần thiết cũng
tăng lên , nhưng hiệu quả keo tụ lại phụ thuộc vào tính chất của cặn tự nhiên
như kích thước , diện tích và mức độ phân tán .. .
Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm là: 20 – 40 oC, tốt
nhất là 35 – 45 oC.
Phèn Fe khi thủy phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ , vì vậy nhiệt độ
của nước ở 0oC vẫn có thể dùng phèn Fe làm chất keo tụ
• pH :
• Đối với phèn Al: Khi pH < 4.5 thì không xảy ra phản ứng thủy phân. Khi
pH > 7.5 làm cho muối kiềm kém tan và hiệu quả keo tụ bị hạn chế.Phèn
nhôm đạt hiệu quả cao nhất khi pH = 5.5 – 7.5.
• Đối với phèn Fe: Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3.5 và quá trình
kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5.5 – 6.5.
12
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
• ở pH < 3 thì Fe(III) không bị thủy phân , SiO2 keo tụ do ion Fe(III) . Ở pH
cao hơn , chỉ cần liều lượng Fe(III) thấp có thể keo tụ SiO2 .
8. Quá trình tạo bông :
Là quá trình tiếp xúc giữa các hạt mất ổn định . Khuấy chậm làm cho các
bông đã keo tụ nhỏ dính kết với nhau tạo thành các bông lớn và dễ lắng .
Trong tạo bông chú ý đến hai thông số : G ( Gradien vận tốc ) và t ( thời gian
trôn tạo bông ) . Hai giá trị này phụ thuộc vào : Thành phần hóa học của nước ,
tính chất và hàm lượng hạt keo
G lớn phá vỡ bông bùn .
T lớn mòn bông bùn , hao năng lượng .
Vì vậy tạo bông ban đầu nhanh có G khá cao tới khi bông hình thành rồi thì
chặn lại , G giảm dần thì kích thước bông cặn lớn dần .
III.Động học của quá trình keo tụ :
1. Các giai đoạn của quá trình keo tụ :
Keo tụ trong nước bằng phèn xảy ra các quá trình sau :
• Pha trộn các chất keo tụ với nước .
• Thủy phân của phèn đồng thời phá hủy độ bền vững của hệ keo tự nhiên .
• Hình thành bông cặn .
Thực chất thì ba quá trình này xảy ra đồng thời .
Quá trình pha hóa chất phải rất nhanh mới có hiệu quả cao , hằng sốtốc đ ộ
thủy phân của anion và cation là 10-2 s và thời gian hấp phụ trao đổi ion với các
hạt keo tự nhiên mất khoảng 10-4 s sau đó bắt đầu quá trình hình thành bông cặn ,
hiệu quả của giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào số lượng va chạm giữa các
hạt cặn .
Dưới tác động của sự chuyển động nhiệt , các hạt cặn va chạm và kết dính
với nhau tạo thành các bông cặn có kích thước lớn dần lên cho đến lúc chúng
không còn tham gia vào quá trình chuyển động nhiệt .
13
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
2 . Sự hình thành bông cặn của quá trình keo tụ :
a.Tác động của chuyển động nhiệt :
Chuyển động nhiệt phụ thuộc vào :
• Nồng độ ban đầu của hạt n0, cường độ chuyển động Brown ( hệ số
khuech tán của môi trường D ) .
• Bán kính tác dụng của lực Vander Waals R .
• Tốc độ tăng các tổ hợp hạt nx và được biểu thị bằng phương trình :
dn x
= 4απDR(n0 − n x ) 2
dt
Trong đó α là hệ số hiệu quả va chạm .
b.Tác động khuấy trộn của dòng nước :
Trong môi trường nước luôn tồn tại hai dạng dòng chảy là chảy tầng và
chảy rối . Sự chuyển động của bông cặn cũng phụ thuộc vào hai dạng dòng chảy
trên :
• Keo tụ bông cặn trong trong dòng chảy tầng :
Mô hình tương tác giữa hai bông cặn .
14
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Số lượng tương tác của hai nhóm bông cặn thời gian sẽ là :
dN t 4
= N12 = α 0 n1n2 (r1 + r2 ) 3 G
−
dt 3
Trong các công thức trên:
N1 – số lượng tương tác ( va chạm ) của nhóm bông cặn 1 với một bông cặn
2;
N2 - số lượng tương tác ( va chạm ) của hai nhóm bông cặn 1 và 2 ;
( n1 và n2 ) – số lượng bông cặn 1 và 2 có trong một đơn vị thể tích nước ;
α 0 – hệ số hiệu quả tương tác ( va chạm ) ;
G – gradien vận tốc ;
(r1 , r 2 ) – bán kính tương tác giữa bông cặn 1 và 2 ;
Phương trình tên biễu diễn tốc độ keo tụ của hệ đa phân tán trong dòng chảy
tầng.
• Keo tụ tạo bông trong dòng chảy rối :
Các phân tử nước cùng bông cặn chuyển động theo hướng quĩ đạo không
gian .
Xét một khối chất lỏng trong môi trường nước, ở trạng thái tĩnh sự cân
bằng giữa áp lực P và lực ma sát tác dụng lên nó .
Để cho lớp trên và lớp dưới của khối chất lỏng chuyển động tương đối
với nhau với nhau với tốc độ vtd = dv/dz (haykhối lượng chất lỏng quay với tốc
độ góc dv/dz ), phải tiêu tốn hết một năng lượng bằng tích số của moment quay
(f∆x∆y)∆z với vận tốc góc dx/dz. D o đó năng lượng tiêu hao cho một đơn vị thể
tích chất lỏng trong một đơn vị thời gian là :
dv
( f∆x∆y )∆z
dz = f dv
W=
∆x∆y∆z dz
Trong đó : f∆x∆y – lực ma sát tác dụng lên bề mặt dưới của khối chất
lỏng:
∆z – khoảng cách cánh tay đòn
dv/dz – tốc độ góc của khối hay gradient tốc độ ( G = dv/dz)
∆x∆y∆z = ∆V – thể tích khối chất lỏng:
f – lực ma sát theo định luật Newton
dv
f= µ
dz
15
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
ở đây : µ - độ nhớt động lực học .
Gradien tốc độ của dòng chảy rối khi khuấy trộn :
ε
W
G= =
µ v
Trong đó : ε - năng lượng tiêu hao cho một đơn vị thể tích chất lỏng ;
V – độ nhớt động học của chất lỏng ;
Hoặc có thể tính theo công thức :
W1
G= , s-1
µQt
Trong đó : W1 – công tiêu hao để khuấy trộn , kGm ;
Q – thể tích chất lỏng khuấy trộn , m3;
t – thời gian khuấy trộn , s ;
Hai biểu thức trên đồng thời cũng biểu thị cường độ khuấy trộn và được
dùng làm chỉ tiêu để đánh giá mức độ keo tụ theo chuẩn số keo tụ .
Tương quan giữa tốc độ hình thành bông cặn do ảnh hưởng của chuyển
động nhiệt và khuấy trộn có thể xác định bằng cách lập tỉ số :
dN t
− 3
dt = GR
3πDR
dN
−t
dt
Để tính toán hiệu quả của quá trình keo tụ một cách chính xác và tin cậy ,
tứ đó tìm ra giá trị tối ưu của các thông số điều khiển , cần phải nghiên cứu ảnh
hưởng đồng thời của tổ hợp các yếu tố có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ ,
cụ thể phải tím được sự phụ thuộc của hàm số .
Y = f( M0, α , T0, pH , Ki, G , t),
Trong đó : M0 - hàm lượng cản của nước nguồn , mg/l;
α - lượng phèn cho vào nước , mg/l ;
T0 – nhiệt độ nước ;
Ki – độ kiềm của nước nguồn , mg/l;
G – cường độ khuấy trộn , s-1;
16
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
-t – thời gian khuấy trộn ,s ;
Y – hiệu quả keo tụ :
M0 − m
Y= .100%
M0
m – hàm luợng cặn cón lại trong nước sau khi keo t ụ và đ ể l ắng tính
trong một thời gian nào đó , mg/l;
IV . Các loại công nghệ sử dụng để xử lí nước thải dệt nhuộm :
• Phương pháp xử lý hóa chất: Keo tụ tạo bông .
• Phương pháp hấp thụ bằng than hoạt tính .
• Phương pháp xử lí sinh học: xử lí bằng bùn hoạt tính hiếu khí, kị khí hoặc
xử lí sinh học hiếu khí tiếp xúc .
Phương pháp chọn lựa để xử lí là : Keo tụ – tạo bông – lắng .
Công nghệ của keo tụ – tạo bông là :
Keo tụ Lắng
Tạo bông
1. Ưu khuyết điểm của công nghệ xử lí bằng hóa chất: Keo tụ – tạo
bông – lắng với công nghệ khác .
a. Ưu điểm:
• Nước thải dệt nhuộm sa khi xả ra ở nhiệt độ cao do nấu tẩy từ 60
– 80 0C. Nên nếu dùng phương pháp xử lí sinh học đòi hỏi phải có
bể điều hòa lớn .
• Thời gian lưu nước phải lâu thì nước mới nguội được và mặt bằng
phải rộng .
• Nước thải dệt nhuộm không ổn định nên xử lí bằng phương pháp
sinh học đòi hỏi có kiến thức trong ngành để tránh gây xốc cho vi
sinh vật.
17
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
• Keo tụ – tạo bông vừa xử lí nước thải sinh hoạt của công nhân
đồng thời vừa xử lí nước thải dệt nhuộm của nhà máy kết hợp .
• Phương pháp này có khả năng làm lắng các chất thải lơ lửng, làm
giảm màu, hàm lượng hữu cơ trong nước thải do kết hợp hạt keo
với tạp chất.
b. Khuyết điểm:
• Keo tụ tạo bông phải sử dụng hóa chất để xử lí nên g6ay ra độ pH
vì vậy phải xử lí cả pH.
• Tiêu hao năng lượng trong quá trình khuấy trộn .
2. Các loại bể keo tụ – tạo bông :
a. Ba bể keo tụ – tạo bông – lắng tách riêng nhau .
Keo tụ Tạo bông Lắng
b. Kết hợp bể lắng với buồng trộn và keo tụ tuần hoàn
đặt ở tâm.
Keo tụ
Tạo bông
Lắng
3. Thiết bị cho quá trình khuấy trộn:
Khuấy trộn thủy lực : Dựa vào dòng chảy rối không có thiết bị cơ khí ( dễ
vận hành ) .
• Thiết hị là những tấm chắn lắp bên trong ống đủ để khuay trộn hóa
chất .
• Trộn bằng máy bơm .
• Bể trộn vách ngăn.
Trộn khí nén : Dùng khí nén để trộn . Khí được đưa vào qua ống , khuyếch
tán khí nổi lên mặt gây xáo trộn dòng .
18
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Trộn cơ khí : Xáo trộn gây ra do cánh khuấy quay ở tốc độ cao . Có nhiều
loại cánh khuấy như : turbin , chân vịt , cánh guồng .
4. Các công trình chuẩn bị hóa chất dung dịch phèn:
• Các công trình , thiết bị chuẩn bị dung dịch và định liều lượng chất phản
ứng gồm: thùng hòa trộn ,thùng tiêu thụ , thiết bị điều lượng chất phản
ứng .
• Các công trình hòa trộn đều dung dịch chất phản ứng với nước nguồn cầ
xử lí : ống trộn , bể trộn.
• Các công trình tạo điều kiện cho phản ứng tạo bông kết tủa xảy ra hoàn
toàn : ngăn phản ứng , bể phản ứng.
• Ngoài các công trình và thiết bị trên còn có: kho chứa hóa chất ,thiết bị
vận chuyển hóa chất, cân hóa chất, bơm hóa chất và ống dẫn hóa chất.
5 . Các loại bể tạo bông :
Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực :
Sử dụng năng lượng của dòng nước , kết hợp với các giải pháp về
cấu tạo để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và dính kết giữa các
hạt keo va cặn bẩn trong nước . Có hai loại :
• Bể phản ứng xoáy : gồm xoáy hình trụ và xoáy hình côn .
• Bể phản ứng vách ngăn :Có cấu tạo như máng hình chữ nhật .
Trong máng đặt các vách ngăn. Các vách ngăn có kích thước khác
nhau để tạo chuyển động xoáy làm cho dung dịch trộn đều với
nước.
Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí :
Dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sự
xáo trộn dòng chảy .
Bể tạo bông dùng khí nén :
Dùng bọt không khí nén phân bố đều giàn ống đặt dưới đáy bể .
19
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
- Ñoà aùn – Thieát keá heä thoáng xöû lí nöôùc thaûi Deät nhuoäm .
Bể tạo bông tiếp xúc qua lớp vật liệu hạt : áp dụng cho nguồn nước có
nhiều cặn hữu cơ .
Bể keo tụ tiếp xúc đồng thời là bể lọc sơ bộ , do đó phải bố trí các
thiết bị rửa , dòng nước qua lớp tiếp xúc có thể đi từ trên xuống hoặc từ dưới
lên.
6.Các loại bể lắng :
Bể lắng ngang :
• Dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang trong chế độ
chảy tầng.
• Nên tốc độ lắng trong đạt hiệu quả cao hơn .
• Các hạt cặn được đưa vào đầu bể sau đó chuyển động ngang và
lắng dần về cuối bể .
Bể lắng đứng :
• Hình trụ tròn hoặc vuông , có đáy hình nón , chóp.
• Nước được đưa vào bể lắng từ dưới lên , qua máng tràn và đi vào
bên trong bể , hạt cặn lắng xuống và được thu gom ở đáy bể .
• Ứng dụng: thường dùng làm bể lắng I.
• Thông số thiết kế: Lưu lượng < 20 m3/ h. Tốc độ đi lên : 1 – 2 m/h.
Độ dốc đáy nón thường từ 45 – 65o.
Bể lắng có lớp cặn:
Là bể kết hợp của ba bể Keo tụ , tạo bông , lắng vào trong cùng một
bể .
• Thuận lợi : Đơn giản , có hiệu quả kinh tế, tổn thất áp lực thấp so
cới lắng thông thường .
• Nhược điểm : Mất thời gian hình thành bùn , tảo dễ hình thành , tải
trọng thủy lực cao , đòi hỏi người vận hành có kinh nghiệm…
20
GVHD – Nguyeãn Thò Thanh Phöôïng SVTH: Leâ Thò Haèng -
90100799
nguon tai.lieu . vn
