Chương 4: Keo tụ - tạo bông

Chia sẻ: Nguyen Viet Hoang | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

95
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tạp chất trong nước có thể chia làm hai nhóm chính: nhóm hòa tan và nhóm không hòa tan. Về bản chất chúng có thể là các hợp chất vô cơ củng như hửu cơ. Về bản chất chúng có thể là những chất có sẵn trong tự nhiên( trong đất, nước, không khí) vật chất có nguồn gốc sinh học ( động vật, thực vật, vi sinh vật) củng như các chất có nguồn gốc từ hoạt động của con người.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 4: Keo tụ - tạo bông

Chương 4 Keo tụ - tạo bông 4.1 Tãm t¾t vÒ t¹p chÊt trong níc T¹p chÊt trong níc cã thÓ chia lµm hai nhãm chÝnh: nhãm hoµ tan vµ nhãm kh«ng hoµ tan. VÒ b¶n chÊt chóng cã thÓ lµ c¸c hîp chÊt v« c¬ còng nh h÷u c¬. VÒ nguån gèc chóng cã thÓ lµ c¸c chÊt cã s½n trong tù nhiªn (trong ®Êt, n íc, kh«ng khÝ), vËt chÊt cã nguån gèc sinh häc (®éng vËt, thùc vËt, vi sinh vËt ...) còng nh c¸c chÊt cã nguån gèc tõ c¸c ho¹t ®éng cña con ng êi: c¸c chÊt th¶i sinh ho¹t, chÊt th¶i tõ c¸c ho¹t ®éng s¶n xuÊt, dÞch vô. Nhãm t¹p chÊt hoµ tan lµ c¸c hîp chÊt ph©n bè ®Òu trong n íc ë møc ®é ph©n tö hoÆc ion, ta kh«ng thÓ c¶m nhËn hoÆc nh×n thÊy chóng b»ng c¸c ph ¬ng tiÖn hiÓn vi th«ng thêng, trõ c¸c chÊt g©y mµu vµ c¸c hîp chÊt g©y mïi. Nhãm t¹p chÊt kh«ng tan, trõ phÇn dÔ l¾ng hoÆc næi lµ c¸c t¹p th« nh h¹t c¸t, m¶nh thuû tinh, m¶nh gç ... khi ta ®Ó mÉu n íc tÜnh trong 1 giê hoặc 30', thêng ®îc ®o b»ng kh¸i niÖm cÆn l¬ löng (SS). Nhãm chÊt n»m gi÷a c¸c chÊt tan vµ kh«ng tan lµ nhãm c¸c dung dÞch keo hay cßn gäi lµ c¸c hÖ ®a ph©n t¸n. CÆn l¬ löng lµ ®Æc tr ng chñ yÕu cña níc mÆt, nhÊt lµ vµo mïa lò lôt. Nguån gèc cña cÆn l¬ löng chñ yÕu lµ ®Êt, bïn, bôi trªn mÆt ®Êt ® îc níc röa tr«i, vi sinh vËt trong níc. Thêng ph©n biÖt c¸c lo¹i cÆn theo kÝch thíc; cÆn cµng lín, cµng nÆng th× cµng dÔ l¾ng xuèng ®¸y vµ cµng khã bÞ dßng ch¶y cuèn tr«i. V× vËy ngêi ta ®a ra kh¸i niÖm ®é lín thñy lùc cña cÆn lµ tèc ®é l¾ng cÆn trong níc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm (b¶ng 6.1). B¶ng 6.1 - KÝch thíc h¹t vµ kÝch thíc thñy lùc [1] Lo¹i cÆn §é lín thñy lùc, mm/s KÝch thíc h¹t, mm C¸t: - Th« 100 1,0 - Trung b×nh 50 0,5 - Nhá 7 0,1 1,7 ÷ 0,5 0,05 ÷ 0,027 Phï sa bïn 0,07 ÷ 0,017 0,01 ÷ 0,005 Phï sa bïn mÞn §Êt sÐt 0,005 0,0027 0,0007 ÷ 0,00007 0,001 ÷ 0,0005 §Êt sÐt mÞn 0,0002 ÷ 0,000001 H¹t keo 0,000007 Nh ®· nªu, cÆn l¬ löng cã thÓ cã nguån gèc v« c¬, h÷u c¬ lÉn sinh häc. CÆn l¬ löng cã thÓ ®o b»ng hai chØ tiªu: hµm lîng cÆn l¬ löng (CLL (SS), mg/L) hoÆc ®é ®ôc (®o b»ng ®¬n vÞ NTU). CÇn lu ý lµ hai ®¹i lîng nµy cïng t¨ng gi¶m nhng kh«ng tû lÖ thuËn víi nhau. Hµm l îng SS trong níc s«ng ë ViÖt Nam thêng dao ®éng tõ vµi chôc mg/L vµo mïa n íc trong tíi vµi ngh×n, thËm chÝ trªn chôc ngh×n mg/L vµo c¸c mïa ma lò. 6.2 Ph©n lo¹i t¹p chÊt trong níc theo kÝch thíc / 1 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
T¹p chÊt trong níc rÊt ®a d¹ng, chóng cã kÝch thíc tõ nhá nhÊt lµ c¸c ion tíi c¸c t¹p th« nh×n thÊy ®îc. Trªn c¬ së kÝch thíc cña t¹p chÊt Kulsky [2] ®Ò xuÊt b¶ng ph©n lo¹i níc tù nhiªn theo ®é ph©n t¸n cña t¹p chÊt, trªn c¬ së ®ã cã thÓ lùa chän c¸c ph¬ng ph¸p kh¶o s¸t vµ c«ng nghÖ xö lý thÝch hîp. B¶ng 6.2 - Ph©n lo¹i níc tù nhiªn theo kÝch thíc t¹p chÊt [2] Nhãm I II III IV Nhò t¬ng vµ HÖ ph©n t¸n tinh Dung dÞch ph©n Dung dÞch huyÒn phï tö ®iÖn li §Æc trng HÖ dÞ thÓ HÖ ®ång thÓ −5 −5 −6 −6 − − > 10 10 ÷ 10 10 ÷ 10 7 KÝch thíc, cm, < 10 7 µm > 0,1 0,1 ÷ 0,01 0,01 ÷ 0,001 < 0,001 VÝ dô Phï sa H¹t keo KhÝ hoµ tan Cation Plankton C¸c hîp chÊt humic ChÊt h÷u c¬ tan Anion Vi khuÈn Virus ChÊt ph©n li h÷u c¬ Ph¬ng ph¸p kh¶o C¸c lo¹i hiÓn vi §o ®é dÉn s¸t HiÓn vi thêng HiÓn vi ®iÖn tö Läc mµng b¸n thÊm Phæ tö ngo¹i − kh¶ kiÕn Läc b»ng giÊy läc §iÖn thÈm t¸ch Ph©n tÝch sa T¸n x¹ Reley l¾ng Lu ý: kÝch thíc ion thêng ®o b»ng Angstrëm (Å), 1 Å = 10−10 m =10−8 cm = 10−4 µm Nhãm I: c¸c t¹p chÊt th« nh×n thÊy ® îc b»ng m¾t (khi nh×n tæng thÓ thÊy ®é ®ôc, mµu) hoÆc hiÓn vi quang häc th êng (thÊy tõng h¹t), chóng thêng kh«ng bÒn, bÞ l¾ng hoÆc t¸ch líp (®èi víi nhò t ¬ng) khi ®Ó tÜnh, chØ tån t¹i nhê chuyÓn ®éng cña níc. Chóng thêng lµ c¸c h¹t phï sa, huyÒn phï gèc v« c¬, h÷u c¬. Trong nhãm nµy cÇn lu ý c¸c sinh vËt níc bËc thÊp nh t¶o, vi khuÈn vµ plankton. CÆn nhãm nµy cã kh¶ n¨ng l¾ng khi ®Ó l©u. Nhãm 2: lµ nhãm dung dÞch keo. §©y lµ hÖ bÒn (khã l¾ng) nhê cÊu tróc ®Æc biÖt cña c¸c h¹t keo. Trong nhãm nµy ph¶i kÓ ®Õn virus, c¸c chÊt cã ph©n tö l îng lín cã nguån gèc tù nhiªn nh axit humic. H¹t keo cã kÝch thíc nhá (< 0,5 µm) nªn b»ng m¾t vµ hiÓn vi th«ng thêng kh«ng thÓ nh×n thÊy. Cã thÓ quan s¸t gi¸n tiÕp h¹t keo nhê hiÖu øng Tindal: khi ®a cèc dung dÞch vµo buång tèi, dïng ®Ìn nhá chiÕu chïm ¸nh s¸ng hÑp ngang qua cèc dung dÞch vµ quan s¸t b»ng m¾t theo h íng vu«ng gãc víi tia s¸ng. NÕu lµ dung dÞch thùc (chÊt tan d¹ng ph©n tö, ion) ta sÏ kh«ng thÊy chïm tia s¸ng. NÕu lµ dung dÞch keo ta sÏ thÊy chïm tia s¸ng th«ng qua nh÷ng chÊm nhá lÊp l¸nh. §ã lµ hiÖu øng Tindal − t¸n x¹ ¸nh s¸ng x¶y ra khi tia s¸ng gÆp h¹t keo cã kÝch th íc xÊp xØ bíc sãng ¸nh s¸ng sÏ bÞ t¸n x¹ ra xung quanh, v× vËy ë h íng vu«ng gãc víi ®êng ®i cña tia s¸ng ta quan s¸t ®îc h¹t keo. H¹t keo kÞ níc cã ®é bÒn nhê líp ®iÖn kÐp tÝch ®iÖn cïng dÊu. H¹t keo a níc cã ®é bÒn nhê t¬ng t¸c h¹t-níc th«ng qua c¸c chãm chøc a níc trªn c¸c ph©n tö h¹t keo. / 2 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
Nuíc th¶i nhiÒu ngµnh s¶n xuÊt nh giÊy, ho¸ dÇu còng cã ®Æc tr ng cña nhãm nµy. §©y lµ t¹p chÊt thuéc lo¹i vi dÞ thÓ, rÊt khã tù l¾ng, chØ cã thÓ läc ® îc b»ng c¸c ph¬ng tiÖn läc th«ng thêng khi ®îc xö lÝ b»ng chÊt keo tô hoÆc t¹o b«ng. Nhãm 3: nhãm cña c¸c chÊt h÷u c¬ tan, khÝ hoµ tan, kÝch th íc h¹t chÊt tan ë møc ph©n tö, ta cßn gäi lµ dung dÞch ph©n tö. Thµnh phÇn chÊt tan ë ®©y rÊt ®a d¹ng, nã cã thÓ cã nguån gèc tù nhiªn còng nh nh©n t¹o. Nã cã thÓ lµ c¸c chÊt th¶i ra trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng sèng cña ®éng, thùc vËt, con ng êi, nhÊt lµ tõ c¸c sinh vËt níc … VÒ b¶n chÊt ho¸ häc chóng cã thÓ thÓ hiÖn c¸c tÝnh chÊt cña phenol, rîu, amin … Chóng cã thÓ g©y ®é mµu, mïi. Mét sè nhãm chÊt cã tÝnh ®éc. §Æc trng chung lµ chóng tan nhng kh«ng ph©n li trong níc. Nhãm 4: lµ nhãm c¸c chÊt chñ yÕu lµ v« c¬ tan, ph©n ly. KÝch th íc c¸c h¹t tan lµ ph©n tö vµ nguyªn tö (A0 = angstrem = 10-10 m). C¸c chÊt thuéc nhãm 3 vµ 4 lµ c¸c ®èi t îng khã xö lý nhÊt, nÕu läc cÇn sö dông c¸c kÜ thuËt läc mµng hiÖn ®¹i nh läc nano (NF), läc thÈm thÊu ng îc (RO). T¹p nhãm 1 vµ 2 thuéc hÖ ®a ph©n t¸n lµ ®èi t îng cña Ho¸ Keo hay Ho¸ häc c¸c hÖ ®a ph©n t¸n. PhÇn lín c¸c lo¹i cÆn l¬ löng khã l¾ng läc ®Òu lµ nh÷ng h¹t keo kÝch th íc rÊt nhá, kh«ng thÓ läc ®îc b»ng kü thuËt läc nhanh th«ng th êng kiÓu läc c¸t. B»ng kü thuËt keo tô - l¾ng - läc ng êi ta cã thÓ xö lý ®îc phÇn lín t¹p chÊt trong c¸c nhãm 1, 2 (b¶ng 6.2). Riªng ®èi víi c¸c chÊt h÷u c¬ tan g©y mïi, vÞ th× kÕt qu¶ cßn bÞ h¹n chÕ. 6.3 CÊu t¹o h¹t keo vµ tÝnh bÒn cña hÖ keo Theo Atkins [3] hÖ keo lµ tªn gäi cæ ®iÓn cña c¸c hÖ ph©n t¸n dÞ thÓ cña c¸c h¹t cã kÝch thíc nhá h¬n 500 nm trong m«i trêng kh¸c vÒ chÊt so víi chÊt h¹t (ë ®©y ta chØ ®Ò cËp ®Õn m«i trêng láng). Tuy nhiªn kÝch thíc kh«ng ph¶i lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh mµ cÊu t¹o h¹t keo míi lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh ®Õn tÝnh bÒn cña c¸c hÖ keo. Tuú vµo cÊu t¹o h¹t vµ nguyªn nh©n g©y ra ®é bÒn ta cã hai lo¹i h¹t keo: lo¹i a dung m«i cô thÓ lµ a níc (hydrophilic) vµ lo¹i kÞ dung m«i hay kÞ níc (hydrophobic). Lo¹i a níc lµ c¸c dung dÞch cao ph©n tö víi c¸c ph©n tö chÊt h÷u c¬ hoµ tan cã kÝch thíc lín vµ chøa nhiÒu nhãm chøc ph©n cùc, cã ¸i lùc cao víi c¸c ph©n tö n - íc. Lo¹i kÞ níc lµ c¸c lo¹i keo cã gèc «xit hoÆc hy®roxit kim lo¹i. Do kÝch th íc h¹t rÊt nhá hÖ keo cã bÒ mÆt cùc lín, v× vËy vÒ mÆt nhiÖt ®éng chóng kh«ng bÒn vµ cã xu thÕ co côm ®Ó gi¶m n¨ng l îng bÒ mÆt. MÆt kh¸c do h¹t keo cã cÊu t¹o ®Æc biÖt cña líp ®iÖn kÐp t¹o nªn lùc ®Èy tÜnh ®iÖn h¹t-h¹t nªn chóng khã tiÕp cËn gÇn nhau, hót nhau vµ co côm thµnh h¹t lín h¬n ®ñ nÆng ®Ó cã thÓ l¾ng ®îc nªn hÖ nµy cã tÝnh bÒn. / 3 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
CÊu t¹o ®Æc biÖt cña h¹t keo cã thÓ ®îc lµm râ trªn c¬ së vÝ dô keo Fe(III): Khi hoµ tan FeCl3 trong níc sÏ x¶y ra ph¶n øng thñy ph©n: FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl (6.1) KÕt tña Fe(OH)3 co côm díi d¹ng tËp hîp h¹t [mFe(OH)3] rÊt nhá, ®îc gäi lµ h¹t nh©n, nã cã kh¶ n¨ng hÊp phô nh÷ng ion gièng c¸c thµnh phÇn t¹o ra nã, vÝ dô hÊp phô c¸c ion Fe3+, t¹o thµnh líp ion Fe3+ trªn bÒ mÆt h¹t ®îc gäi lµ líp hÊp phô hay lµ líp ion quyÕt ®Þnh dÊu: [mFe(OH)3] + nFe3+ → [mFe(OH)3]nFe3n+ (6.2) Nh vËy, ta cã mét h¹t míi mang ®iÖn tÝch 3n+, nã cã xu thÕ hót 3n c¸c ion tr¸i − dÊu (Cl ) trong dung dÞch ®Ó trung hoµ ®iÖn tÝch 3n+. Trong thùc tÕ kh«ng − − ph¶i tÊt c¶ 3n h¹t Cl b¸m chÆt vµo nh©n mµ chØ cã 3(n-x) h¹t Cl b¸m vµo, líp − ion Cl b¸m vµo nµy ®îc gäi lµ líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu. Cïng víi líp n ion Fe 3+ ®· hÊp − phô cè ®Þnh ta cã 3(n-x) ion Cl b¸m theo h¹t [mFe(OH) 3] t¹o thµnh líp ®iÖn kÐp gåm 3n ®iÖn tÝch d¬ng vµ 3(n-x) ®iÖn tÝch ©m, kÕt qu¶ lµ h¹t keo (phÇn gi÷a dÊu {}) mang ®iÖn tÝch 3x+: − − [m Fe(OH)3]nFe3n+ + 3(n-x) Cl → {[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl }3x+ (6.3) − PhÇn cßn l¹i 3x h¹t Cl “tr«i næi” trong dung dÞch ë kho¶ng kh«ng gian gÇn h¹t, t¹o nªn líp khuyÕt t¸n. Nh vËy, nÕu viÕt díi d¹ng c«ng thøc ho¸ häc h¹t keo cã cÊu t¹o tæng thÓ nh sau: − − {[mFe(OH)3]nFe3n+ 3(n-x)Cl }3x+ 3xCl h¹t nh©n líp hÊp phô (líp ion quyÕt ®Þnh dÊu) líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu líp khuÕch t¸n H¹t keo Trong kh«ng gian, h¹t keo cã d¹ng nh mét qu¶ cÇu tÝch ®iÖn (h×nh 6.1). Theo h×nh 6.1 h¹t nh©n lµ qu¶ cÇu gåm tËp hîp c¸c ph©n tö Fe(OH) 3(r) n»m ë t©m. C¸c ion quyÕt ®Þnh dÊu g¾n chÆt vµo qu¶ cÇu. C¸c ®iÖn tÝch tr¸i dÊu ë líp gÇn nhÊt t¹o thµnh líp ion nghÞch vµ mÆt biªn A-A, c¸c ®iÖn tÝch tr¸i dÊu – phÇn cßn l¹i n»m ë líp khuÕch t¸n kh¸ linh ®éng, v©y quanh h¹t keo tÝch ®iÖn nh ®¸m m©y quanh tr¸i ®Êt. Khi h¹t keo chuyÓn ®éng tøc lµ phÇn nh©n h¹t keo chuyÓn ®éng, líp “m©y” tÝch ®iÖn tr¸i dÊu chuyÓn ®éng theo nh ng víi tèc ®é chËm h¬n. MÆt ph©n c¸ch AA gi÷a h¹t keo (tíi biªn líp ®iÖn kÐp) vµ líp khuyÕch t¸n gäi lµ mÆt trît (h×nh 6.1, ®êng chÊm chÊm A-A). Tãm l¹i, ®Ó h¹t keo trung hoµ vÒ ®iÖn h¹t keo ph¶i cã hai líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu cã cïng lîng ®iÖn tÝch: líp hÊp phô (vÝ dô, nFe 3+) n»m trªn bÒ mÆt h¹t nh©n / 4 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
tÝch ®iÖn d¬ng hoÆc ©m (trong trêng hîp nFe3+ lµ d¬ng), ®iÖn thÕ t¬ng øng cña nã lµ thÕ nhiÖt ®éng hay lµ thÕ Nernst, ϕo; tiÕp theo lµ líp ion tr¸i dÊu tÝch ®iÖn ngîc l¹i (©m hoÆc d¬ng). Hai líp ®iÖn tÝch nµy t¹o nªn mét cÊu tróc t ¬ng tù nh hai b¶n cùc song song cña mét tô ®iÖn, trong ®ã mét b¶n cùc tÝch ®iÖn d - ¬ng (hoÆc ©m) g¾n chÆt víi h¹t nh©n lµ líp ion quyÕt ®Þnh dÊu, cßn b¶n cùc kia tÝch ®iÖn tr¸i dÊu vµ t¹o nªn líp ®iÖn kÐp. §©y lµ cÊu t¹o th«ng thêng cña tô ®iÖn ph¼ng (h. 6.2). Líp ion tr¸i dÊu A A H¹t nh©n ϕ ThÕ nhiÖt ® , éng ThÕ dzeta, Líp ®iÖn kÐp A X Líp ion quyÕt ® Þnh dÊu hay líp hÊp phô H×nh 6.1- CÊu t¹o h¹t keo vµ sù thay ®æi thÕ ξ theo kho¶ng c¸ch tõ bÒ mÆt h¹t keo ThuyÕt Helmholz: ThuyÕt Helmholz coi h¹t keo cã cÊu t¹o tô ®iÖn ph¼ng. §èi víi mét tô ®iÖn ph¼ng th«ng th êng, thÕ nhiÖt ®éng Nernst, ϕ0, cña tô ®iÖn do c¸c ®iÖn tÝch cña líp hÊp phô, vÝ dô d ¬ng, t¹o ra sÏ bÞ triÖt tiªu bëi sè ®iÖn tÝch ©m t¬ng ®¬ng ë cùc ®èi diÖn, ra khái tô ®iÖn theo ph ¬ng X tÝnh tõ mÆt ph¼ng cña ®iÖn cùc ®iÖn thÕ sÏ b»ng kh«ng (® êng chÐo th¼ng tõ ϕo tíi A, h×nh 6.2). Theo thuyÕt nµy h¹t keo vÒ tæng thÓ kh«ng mang ®iÖn tÝch, ®iÒu nµy kh«ng cho phÐp gi¶i thÝch ®îc c¸c tÝnh chÊt ®iÖn ®éng (hiÖn t îng ®iÖn di, ®iÖn thÈm do h¹t keo tÝch ®iÖn) vµ ®é bÒn cña hÖ keo. ThuyÕt Stern: / 5 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
Líp ®iÖn kÐp cña h¹t keo mét mÆt tu©n theo quy luËt sè ®iÖn tÝch d ¬ng b»ng sè ®iÖn tÝch ©m cña tô ®iÖn ph¼ng, mÆt kh¸c nã kh¸c tô ®iÖn th«ng th êng lµ tæng ®iÖn tÝch cña líp hÊp phô (líp ion quyÕt ®Þnh dÊu) bao giê còng lín h¬n tæng ®iÖn tÝch cña líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu n»m trong mÆt tr ît AA. Nh vËy phÇn h¹t keo tÝnh ®Õn mÆt trît AA (phÇn giíi h¹n gi÷a dÊu { }) lu«n mang ®iÖn tÝch cña líp ion quyÕt ®Þnh dÊu . PhÇn ®iÖn tÝch cßn l¹i cña líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu ph©n t¸n trong dung dÞch theo h íng gi¶m dÇn mËt ®é khi rêi xa khái h¹t t¹o nªn líp khuÕch t¸n. Tæng thÕ cña h¹t keo t¹o nªn bëi ®iÖn tÝch cña líp ion quyÕt ®Þnh dÊu lµ thÕ nhiÖt ®éng, hay thÕ Nernst, ϕo. A A X H×nh 6.2- M« h×nh tô ®iÖn ph¼ng vµ biÕn thiªn ϕ o Sù gi¶m thÕ do ®iÖn tÝch cña líp ion tr¸i dÊu tu©n theo quy luËt cña tô ®iÖn ph¼ng nh trong thuyÕt Helmholz nh ng kh«ng tíi zero. Tuy nhiªn ®iÒu nµy chØ ®óng cho tíi mÆt trît AA (h. 6.1). Ra khái mÆt trît AA, do cha ®îc trung hoµ hoµn toµn h¹t keo vÉn cßn mét thÕ nhÊt ®Þnh ® îc gäi lµ thÕ ®iÖn ®éng hay thÕ zeta, ξ. ThÕ ξ cao hay thÊp phô thuéc vµo thÕ ϕo cña h¹t ban ®Çu vµ viÖc cã bao nhiªu ion n»m trong líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu. ThÕ ξ cµng cao nghÜa lµ ®iÖn tÝch cña h¹t keo cµng lín vµ c¸c ®Æc trng ®iÖn ®éng vµ tÝnh bÒn cña hÖ keo sÏ thÓ hiÖn cµng m¹nh h×nh 6.1). T¬ng tù nh qu¸ tr×nh h×nh thµnh keo s¾t, c¸c h¹t keo ®Êt (hay gÆp trong n íc tù nhiªn, nhÊt lµ níc s«ng hå mïa lò) cã h¹t nh©n lµ h¹t ®Êt ph©n t¸n rÊt mÞn cã c«ng thøc ho¸ häc lµ mAl2O3.nSiO2 (aluminosilicat-AS). H¹t AS hay t¹o líp hÊp phô − díi d¹ng c¸c ion HSiO3 hay cã trong ®Êt ®Ó t¹o h¹t keo ©m. Ngoµi ra ®iÖn tÝch ©m cña keo ®Êt cßn ®îc t¨ng cêng bëi c¸c ph©n tö axit humic hÊp phô cã nhãm chøc axit – COO–. ThÕ zeta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc b»ng ph¬ng tr×nh: ξ = 4πηv/εX = 4πη(EM)/ε trong ®ã: v = tèc ®é h¹t η = ®é nhít cña m«i trêng / 6 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
ε = h»ng sè ®iÖn m«i cña m«i trêng X = hiÖu ®iÖn thÕ trªn 1 ®¬n vÞ chiÒu dµi buång ®o EM = linh ®é ®iÖn di cña h¹t Trong thùc tÕ c¸c ®¹i lîng cã ®¬n vÞ nh sau: ξ (mV) = 113000η(poa)EM[(µm/s)/(V/cm)]/ε §¬n vÞ cña EM lµ (µm/s)/(V/cm); ë 25 ®é C, víi níc ta cã biÓu thøc rót gän: ξ = 12,8EM VÝ dô: Trong èng ®o ®iÖn di dµi 10 cm ® îc chia ®é tíi 160 µm. TÝnh thÕ zeta nÕu thÕ ®Æt vµo lµ 35V, thêi gian ¸p thÕ lµ 42s, nhiÖt ®é lµ 20 ®é C. Lêi gi¶i: Tra ®é nhít cña níc ë 20 oC ta cã η = 0,01 poa Tra ε ta cã ε = 80,36 Ta cã EM = v/X = (160 µm/42s)/(35V/10cm) = 1,09(µm/s)/(V/cm) VËy ξ (mV) = 113000η(poa)EM[(µm/s)/(V/cm)]/ε = 113000.0,01(poa)1,09[(µm/s)/(V/cm)]/80,36 = 15,3 mV KÜ thuËt xö lÝ níc cÊp tõ níc tù nhiªn, vµ kÓ c¶ mét sè c«ng ®o¹n trong d©y chuyÒn xö lÝ níc th¶i th«ng thêng lµ kÜ thuËt l¾ng – läc. §Ó h×nh dung tèc ®é l¾ng cña nh÷ng h¹t kh«ng tÝch ®iÖn d íi t¸c dông cña träng trêng vµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông bÓ l¾ng ®Ó xö lÝ lµm trong níc xem b¶ng 6.3. B¶ng 6.3 - KÝch thíc h¹t vµ thêi gian l¾ng do träng lùc [4] Lo¹i h¹t §êng kÝnh, mm DiÖn tÝch bÒ mÆt, Thêi gian l¾ng 1 m níc m2/m3 6.102 Sái ®Öm 10 1s 6.103 C¸t läc 1 10 s 6.104 C¸t ®en 0,1 120 s 6.105 Bïn 0,01 2h 6.106 Vi khuÈn 0,001 8 ngµy 6.107 H¹t keo 0,0001 2 n¨m 6.108 H¹t keo 0,00001 20 n¨m 6.109 H¹t keo 0,000001 200 n¨m Ghi chó: TÝnh theo ph¬ng tr×nh Stoke Ta thÊy c¸c kü thuËt l¾ng - läc th«ng th êng trong ngµnh níc chØ cã hiÖu qu¶ nhÊt ®Þnh ®èi víi h¹t cã kÝch thíc cì µm, trong trêng hîp läc tèt nhÊt lµ lín h¬n 0,1 µm. §èi víi nh÷ng h¹t cì 0,1 µm trë xuèng rÊt khã l¾ng vµ kh«ng thÓ läc ® îc b»ng läc c¸t th«ng thêng. §Ó cã thÓ läc chóng b»ng läc c¸t th«ng th êng ph¶i biÕn / 7 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
chóng thµnh nh÷ng h¹t lín h¬n. Ph ¬ng ph¸p phæ biÕn ®Ó thùc hiÖn viÖc nµy lµ ph¬ng ph¸p keo tô nghÜa lµ xö lÝ níc b»ng nh÷ng chÊt keo tô tríc khi l¾ng - läc. 6.4 C¬ chÕ keo tô - t¹o b«ng §èi víi hÖ ph©n t¸n cã diÖn tÝch bÒ mÆt riªng lín (bôi trong kh«ng khÝ, bïn, phï sa trong níc...) c¸c h¹t lu«n cã xu híng co côm l¹i t¹o h¹t lín h¬n ®Ó gi¶m n¨ng l îng bÒ mÆt (t¬ng tù hiÖn tîng giät níc, giät thñy ng©n lu«n tù vo trßn ®Ó gi¶m diÖn tÝch bÒ mÆt). VÒ nguyªn t¾c do ®é ph©n t¸n lín, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng lín, h¹t keo cã xu thÕ hót nhau nhê c¸c lùc bÒ mÆt. MÆt kh¸c do c¸c h¹t keo cïng lo¹i lu«n tÝch ®iÖn cïng dÊu (®Æc trng bëi thÕ ξ, xem môc 6.3) nªn c¸c h¹t keo lu«n ®Èy nhau bëi lùc ®Èy tÜnh ®iÖn gi÷a c¸c h¹t cïng dÊu theo ®Þnh luËt Culong, xu h íng nµy lµm h¹t keo kh«ng thÓ hót nhau ®Ó t¹o h¹t lín h¬n vµ l¾ng xuèng nhê träng lùc nh nh÷ng h¹t kh«ng tÝch ®iÖn. Nh vËy thÕ ξ cµng lín (h¹t keo cµng tÝch ®iÖn) th× hÖ keo cµng bÒn (khã kÕt tña). Trong trêng hîp lý tëng: nÕu thÕ ξ = 0 th× h¹t keo biÕn thµnh cÊu t¹o tô ®iÖn ph¼ng, h¹t sÏ kh«ng kh¸c g× c¸c h¹t kh«ng tÝch ®iÖn nªn dÔ dµng hót nhau ®Ó t¹o h¹t lín h¬n cã thÓ l¾ng ® îc. §©y lµ c¬ së khoa häc cña ph¬ng ph¸p keo tô. HiÖn tîng c¸c h¹t keo cïng lo¹i cã thÓ hót nhau t¹o thµnh nh÷ng tËp hîp h¹t cã kÝch thíc vµ khèi lîng ®ñ lín ®Ó cã thÓ l¾ng xuèng do träng lùc trong thêi gian ®ñ ng¾n ®îc gäi lµ hiÖn tîng keo tô. HiÖn tîng nµy x¶y ra khi thÕ ξ ®îc triÖt tiªu. HiÖn tîng keo tô cã tÝnh thuËn nghÞch nghÜa lµ h¹t keo ®· keo tô l¹i cã thÓ tÝch ®iÖn trë l¹i vµ trë nªn bÒn (xem phÇn tiÕp theo). C¸c ho¸ chÊt g©y keo tô th êng lµ c¸c lo¹i muèi v« c¬ vµ ®îc gäi lµ chÊt keo tô. Mét c¸ch kh¸c lµm c¸c h¹t keo co côm thµnh b«ng cÆn lín dÔ l¾ng lµ dïng c¸c t¸c nh©n thÝch hîp “kh©u” chóng l¹i thµnh c¸c h¹t lín h¬n ®ñ lín, nÆng ®Ó l¾ng. HiÖn tîng nµy ®îc gäi lµ hiÖn tîng t¹o b«ng ®îc thùc hiÖn nhê nh÷ng ph©n tö c¸c chÊt cao ph©n tö tan trong n íc vµ cã ¸i lùc tèt víi c¸c h¹t keo hoÆc c¸c h¹t cÆn nhá. Kh¸c víi keo tô cã tÝnh thuËn nghÞch, c¸c chÊt cã kh¶ n¨ng t¹o b«ng ® îc gäi lµ c¸c chÊt t¹o b«ng hay trî keo tô, qu¸ tr×nh t¹o b«ng lµ bÊt thuËn nghÞch. Nh vËy, ®Ó kÕt tña hÖ keo cã thÓ sö dông c¸c c¸ch sau ®©y: 1. Ph¸ tÝnh bÒn cña hÖ keo (do lùc ®Èy tÜnh ®iÖn) b»ng c¸ch thu hÑp líp ®iÖn kÐp tíi møc thÕ ξ = 0, khi ®ã lùc ®Èy tÜnh ®iÖn h¹t – h¹t b»ng kh«ng, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c h¹t keo hót nhau b»ng c¸c lùc bÒ mÆt t¹o h¹t lín h¬n dÔ kÕt tña. C¸ch nµy cã thÓ thùc hiÖn khi cho h¹t keo hÊp phô ®ñ ®iÖn tÝch tr¸i dÊu ®Ó trung hoµ ®iÖn tÝch h¹t keo. §iÖn tÝch tr¸i dÊu nµy th êng lµ c¸c ion kim lo¹i ®a ho¸ trÞ. 2. T¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c h¹t keo va ch¹m víi c¸c b«ng kÕt tña cña chÝnh chÊt keo tô nhê hiÖn tîng hÊp phô − b¸m dÝnh (hiÖu øng quÐt). 3. Dïng nh÷ng chÊt cao ph©n tö – trî keo tô ®Ó hÊp phô “kh©u” c¸c h¹t nhá l¹i víi nhau t¹o h¹t kÝch thíc lín (gäi lµ b«ng hay b«ng cÆn) dÔ l¾ng. / 8 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
ViÖc xö lý níc b»ng phÌn nh«m, FeCl3 vµ PAA nh»m thùc hiÖn ®ång thêi mét, hai hay c¶ ba gi¶i ph¸p trªn. • HiÖn tîng co líp ®iÖn kÐp nh»m gi¶m thÕ zeta ξ: Khi cho c¸c muèi cã ®iÖn tÝch cation kh¸c nhau vµo dung dÞch keo ®Êt (©m), vÝ dô muèi Na+, Ca2+, Al3+ ngêi ta thÊy víi cïng mét lîng keo ©m tÝch ®iÖn nh nhau lîng muèi g©y keo tô gi¶m nÕu ®iÖn tÝch cation t¨ng, ®èi víi hÖ trªn ®Ó g©y hiÖn tîng keo tô ta cã tØ lÖ nång ®é c¸c muèi sö dông tu©n theo tû lÖ gÇn ®óng (MZ+ lµ kÝ hiÖu ion kim lo¹i, z lµ sè ®iÖn tÝch): M+: M2+: M3+ = 1 : 1/(30÷ 50) : 1/(1500÷ 2500) (15.4) §©y lµ quy t¾c Schulze - Hardy (1890) nãi nªn kh¶ n¨ng g©y keo tô cña c¸c ion tr¸i dÊu. Nh vËy ion tr¸i dÊu trung hoµ bít ®iÖn tÝch h¹t keo, líp ®iÖn kÐo bÞ Ðp l¹i tíi møc ξ = 0, lùc hót Van Der Waals vµ c¸c lùc bÒ mÆt kh¸c sÏ th¾ng lùc ®Èy tÜnh ®iÖn, c¸c h¹t nhá sÏ hót nhau t¹o h¹t lín h¬n l¾ng ® îc. Ta thÊy ®iÒu nµy rÊt râ qua sù båi ®¾p nhanh chãng c¸c cöa s«ng khi n íc phï sa (c¸c h¹t keo ®Êt) gÆp níc mÆn vµ phï sa nhanh chãng bÞ l¾ng. H×nh 6.3- Dông cô x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng keo tô - ph¬ng ph¸p thö trong cèc (Jar Test) 1 00 Al3+ Ca2+ Na+ 50 1 00 C12H25N+H3 50 100 Al3+ 50 1 00 Poplyacrylamit 50 0 –8 –6 –4 –2 0 10 10 10 10 10 / 9 Nång ®é keo tô – t¹ o b«ng (mol/L) storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
H×nh 6.4- C¸c ®êng keo tô ®èi víi bèn lo¹i chÊt keo tô Nh vËy, theo quy t¾c nµy chÊt keo tô thÝch hîp nhÊt lµ c¸c muèi Al 3+ hay Fe3+ cã ®iÖn tÝch lín nhÊt trong sè c¸c muèi kim lo¹i phæ biÕn vµ kh«ng ®éc. §iÒu nµy còng dÔ dµng chøng minh ®îc b»ng thùc nghiÖm. NÕu dïng ph¬ng ph¸p thö keo tô trong cèc (h×nh 6.3) vµ kh¶o s¸t ®é ®ôc cña n íc thö theo thêi gian sau khi cho thªm chÊt keo tô ë h×nh 6.4(a) ta thÊy lîng Al3+ dïng ®Ó xö lý níc ®¹t ®é trong cÇn thiÕt nhá h¬n nhiÒu so víi Ca 2+ vµ Na+. Tuy nhiªn thö keo tô theo h×nh 6.4(a) cha nãi lªn vai trß ®Çy ®ñ cña chÊt keo tô nãi chung. Khi trong hÖ cã chÊt keo tô, ta cã tu¬ng t¸c tay ba: chÊt keo tô - h¹t keo - dung m«i. • Sù hÊp phô ®iÖn tÝch tr¸i dÊu ®Ó trung hoµ ®iÖn tÝch h¹t keo Kh¸c víi c¸c chÊt ®iÖn ly th«ng dông (vÝ dô: NaCl ph©n ly thµnh Na + g©y keo tô h¹t keo ®Êt do ®iÖn tÝch tr¸i dÊu) cã thÓ cho vµo hÖ mét l îng nhiÒu h¬n lîng g©y keo tô cÇn thiÕt (vÝ dô víi NaCl lµ ≥ 10-1 M), ®èi víi chÊt keo tô h÷u c¬ hoÆc cao ph©n tö tan trong níc sù “qu¸ tay” sÏ dÉn ®Õn hiÖu øng ngîc. §iÒu nµy thÊy rÊt râ qua h×nh 6.4(b) vµ 6.4(d) øng víi hai chÊt keo tô-t¹o b«ng tæng hîp lµ C12H25NH3+ (dodecylamin) vµ polyacrylamit (PAA): lóc ®Çu keo tô rÊt tèt ë nång ®é 10-4 M ®èi víi C12H25NH3+ vµ ~ 10-7 M víi PAA (®é ®ôc gi¶m m¹nh), sau ®ã ®é ®ôc l¹i t¨ng do tÝnh lµm bÒn keo cña chÊt cho thªm ë nång ®é v ît yªu cÇu keo tô ®èi víi hÖ keo kh¶o s¸t. §ã lµ v× ë nång ®é thÊp chÊt cao ph©n tö hÊp phô lªn h¹t keo ©m, trung hoµ ®iÖn tÝch tr¸i dÊu nhê c¸c nhãm chøc mang ®iÖn d ¬ng lµm triÖt tiªu lùc ®Èy tÜnh ®iÖn gi÷a c¸c h¹t keo, thóc ®Èy qu¸ tr×nh keo tô– l¾ng. MÆt kh¸c, phÇn kþ níc cña ph©n tö chÊt cho thªm quay ra ngoµi sÏ ®Èy bít níc ra khái bÒ mÆt h¹t keo, t ¬ng t¸c h¹t keo−dung m«i (níc) gi¶m nh vËy h¹t keo l¾ng nhanh h¬n. NÕu cho qu¸ nhiÒu chÊt keo tô, vÝ dô ®èi víi C 12H25NH3+ qu¸ 4.104 M sÏ x¶y ra hiÖn tîng h¹t keo sau khi ® îc trung hoµ ®iÖn tÝch sÏ hÊp phô thªm chÊt keo tô mang ®iÖn. Khi ®ã ta cã hiÖn t îng ®æi dÊu ®iÖn tÝch bÒ mÆt, thay v× ®iÖn tÝch ©m lóc ®Çu, h¹t keo sÏ tÝch ®iÖn d ¬ng cña chÊt cho thªm, lùc ®Èy tÜnh ®iÔn sÏ t¸i xuÊt hiÖn vµ hÖ keo l¹i trë nªn bÒn. §iÒu nµy kh«ng x¶y ra ®èi víi Na + v× tÝnh hÊp phô yÕu cña Na+. §©y lµ hiÖu øng ®¶o dÊu h¹t keo, c¶n trë qu¸ keo tô (h. 6.4(b)). §èi víi muèi Al3+ nhê ®iÖn tÝch lín, kh¶ n¨ng hÊp phô m¹nh sÏ cã hai ng ìng nång ®é. Ngìng thø nhÊt, ë nång ®é thÊp ( kho¶ng 10–4÷ 10–5 M) b¶n chÊt hiÖn tîng t- ¬ng tù nh ®èi víi Na+ vµ C12H25NH3+ ë nång ®é thÊp, c¸c ion Al 3+ sÏ nhanh chãng trung hoµ thÕ ξ cña h¹t keo ©m ®Ó g©y keo tô. Khi t¨ng nång ®é hiÖn t îng ®¶o dÊu h¹t keo còng x¶y ra lóc ®Çu t ¬ng tù nh ë h×nh 6.4(c), nhng sau ®ã, nÕu t¨ng tiÕp nång ®é lªn > 10-2 M dung dÞch l¹i trë nªn trong h¬n nhê hiÖn t îng b«ng / 10 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
cÆn Al(OH)3 h×nh thµnh nhiÒu sÏ quÐt theo h¹t keo kÕt tña r¬i xuèng. §©y lµ hiÖn tîng keo tô quÐt, lµ c¬ së ®Ó sö dông phÌn nh«m nh chÊt keo tô phæ biÕn nhÊt hiÖn nay. Nång ®é Al3+ trong kho¶ng 10–4 ÷ 10–5 M (kho¶ng chôc mg phÌn nh«m/L) chÝnh lµ nång ®é phÌn nh«m hay sö dông trong xö lÝ n íc cÊp. • L«i kÐo h¹t keo b»ng b«ng cÆn (a) (b) (c) H×nh 6.5- M« h×nh qu¸ tr×nh keo tô − t¹o b«ng (a) Sù ®Èy gi÷a c¸c h¹t keo cïng dÊu; (b) HiÖn tîng co líp ®iÖn kÐp vµ sù hót nhau gi÷a c¸c h¹t keo bÞ trung hoµ vÒ ®iÖn; (c) HiÖn tîng t¹o b«ng nhê PAA: c¸c h¹t keo ©m bÞ ph©n tö PAA “kh©u l¹i” thµnh b«ng lín. HiÖn tîng chÊt keo tô (Al 2(SO)3 vµ FeCl3) t¹o b«ng kÕt tña hy®roxit cã kÝch th íc lín, khi sa l¾ng kÐo theo c¸c h¹t keo cã thÓ thÊy râ ë h×nh 6.4(c). §iÒu nµy ®· ®- îc ph©n tÝch trªn c¬ së hiÖu øng keo tô quÐt cña phÌn nh«m ë trªn. • T¹o ®iÒu kiÖn “kh©u” c¸c h¹t cÆn l¬ löng b»ng ph©n tö polyme Mét sè polime tan trong n íc, vÝ dô PAA, cã kh¶ n¨ng “kh©u” c¸c h¹t keo l¹i víi nhau nhê t¬ng t¸c gi÷a h¹t keo víi c¸c nhãm chøc kh¸c dÊu hoÆc b»ng lùc hÊp phô (h×nh 6.5), nhê qu¸ tr×nh nµy b«ng cÆn trë lªn to h¬n, nÆng h¬n vµ dÔ l¾ng. Chó ý: do hiÖu øng ®¶o dÊu h¹t keo nªn khi sö dông c¸c chÊt keo tô nhÊt lµ c¸c chÊt t¹o b«ng cao ph©n tö nhÊt thiÕt ph¶i cã thÝ nghiÖm ®Ó ®Þnh l îng võa ®ñ ho¸ chÊt ®a vµo, mËt ®é thö tuú diÔn biÕn chÊt l îng níc cÇn xö lÝ, cha kÓ ®Õn c¸c yÕu tè ¶nh hëng kh¸c. 6.5 ChÊt keo tô vµ c¸c yÕu tè ¶nh hëng 6.5.1 PhÌn nh«m Al2(SO4)3.nH2O (n = 14 ÷ 18) / 11 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
§©y lµ chÊt keo tô phæ biÕn nhÊt, ®Æc biÖt lµ ë ViÖt Nam. Khi dïng phÌn nh«m lµm chÊt keo tô sÏ x¶y ra ph¶n øng thuû ph©n: − Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 6H+ + 3SO42 (6.5) NÕu trong níc thiÕu ®é kiÒm (§K), pH sÏ gi¶m; nÕu ®ñ §K sÏ cã ph¶n øng: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2 (6.6) §é ®ôc (NTU) 20 15 10 5 LiÒu lîng (mg /L) 2.0 4.0 6.0 8.0 10 16 18 12 14 20 22 24 20 15 pH 10 5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 H×nh 6.6- ¶nh hëng cña pH vµ liÒu lîng ®Õn kh¶ n¨ng g©y keo tô cña phÌn nh«m Theo ph¬ng tr×nh (15.6) cø 342 mg Al 2(SO4)3 khan, hµm lîng 100% cÇn 6 mđl. §K (HCO3–). NÕu §K trong níc kh«ng ®ñ th× cÇn bæ sung v«i hoÆc s«®a ®Ó bï, nÕu kh«ng pH sÏ h¹. Lîng kiÒm cÇn (K) tÝnh theo c«ng thøc: 6 K=F – §K + 1 = 0,0175F – §K + 1 (6.7) 324 Trong ®ã: K = lîng kiÒm cÇn thªm, m®l/L ; F = lîng phÌn, mg/L; §K = ®é kiÒm cña níc, m®l/L. §Ó chuyÓn ®æi ra ®¬n vÞ g/L, ®èi víi v«i K sau khi tÝnh theo pt. (6.7) cÇn nh©n víi 37; ®èi víi s«®a nh©n víi 58. Khi sö dông phÌn nh«m hay bÊt k× chÊt keo tô nµo kh¸c cÇn l u ý nång ®é vµ vïng pH tèi u (h×nh 6.6), pH hiÖu qu¶ tèt nhÊt víi muèi nh«m lµ kho¶ng 5,5 ÷ 7,0. / 12 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
Cã thÓ dïng phÌn kÐp KAl(SO4)2.12H2O ®Ó thay phÌn nh«m, mäi quy luËt t¬ng tù phÌn nh«m song gi¸ ®¾t h¬n nhiÒu. Kh«ng dïng NH 4Al(SO4)2 trong xö lÝ níc cÊp v× g©y nhiÔm am«ni. ë c¸c níc c«ng nghiÖp ngêi ta cã ®ßi hái rÊt cao vÒ ®é trong cña n íc läc. NÕu ®o b»ng ®é ®ôc kÕ th× ®é ®ôc níc läc ph¶i nhá h¬n hoÆc b»ng 0,1 ®Õn 3 NTU (AWWA Task Group 225 M). ThËm chÝ khi níc cã ®é ®ôc rÊt thÊp 0,1 NTU vÉn cã rÊt nhiÒu cÆn kh«ng thÓ thÊy b»ng m¾t thêng. Nã cã thÓ lµ nh÷ng h¹t cÆn rÊt tinh ch a bÞ t¸c ®éng cña chÊt keo tô hoÆc b¶n th©n nh÷ng m¶nh vì nhá cña c¸c b«ng kÕt tña chÊt keo tô kh«ng thÓ l¾ng – läc ®îc. Ngêi ta ®· x¸c ®Þnh ®îc øng víi SS = 0,1 mg/L cã thÓ cã tíi 200 triÖu h¹t cì 0,1 µm lµ c¸c m¶nh cña b«ng cÆn Al(OH) 3 cã ρ = 1,01. Tuy nhiªn ®©y lµ ®¹i lîng kh«ng nguy hiÓm v× chØ øng víi hµm l îng Al3+ b»ng 0,06 mg/L (theo Q§ BYT 1329/2002, hµm lîng Al ≤ 0,2 mg/L). ë ViÖt Nam phÌn nh«m ® îc s¶n xuÊt ë c¸c nhµ m¸y ho¸ chÊt ViÖt Tr×, T©n B×nh ... vµ cã hµm lîng nh«m quy vÒ Al2O3 lµ kho¶ng 14% (®èi víi ho¸ chÊt tinh khiÕt lµ 15,1%). Do ®é ngËm n íc rÊt thay ®æi nªn cÇn ®Þnh l îng hµm lîng nh«m khi sö dông. 6.5.2 Muèi s¾t Fe2(SO4)3.H2O hoÆc FeCl3.nH2O (n = 1 ÷ 6) Muèi s¾t cha phæ biÕn ë ViÖt Nam nhng rÊt phæ biÕn ë c¸c níc c«ng nghiÖp. Ho¸ häc cña muèi s¾t t ¬ng tù nh muèi nh«m nghÜa lµ khi thuû ph©n sÏ t¹o axit, v× vËy cÇn ®ñ ®é kiÒm ®Ó gi÷ pH kh«ng ®æi. Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2 (6.8) So víi phÌn nh«m muèi s¾t cã u thÕ lµ vïng pH tèi u réng h¬n, tõ 5 ®Õn 9, b«ng cÆn bÒn h¬n vµ nÆng h¬n nªn l¾ng tèt h¬n, lîng s¾t d thÊp h¬n. 6.5.3 C¸c polime nh«m, s¾t 1. u ®iÓm vµ nhîc ®iÓm cña phÌn nh«m trong xö lÝ níc Nh ®· nªu, trong c«ng nghÖ xö lÝ n íc cÊp (vµ ë møc ®é nhÊt ®Þnh c«ng nghÖ xö lÝ n íc th¶i vµ mét sè c«ng nghÖ kh¸c) c«ng nghÖ keo tô mµ theo truyÒn thèng chÊt keo tô lµ phÌn nh«m (Al2(SO4)3) ®ãng vai trß quan träng. Vai trß cña phÌn nh«m lµ ë chç, khi ® îc ®a vµo níc cÇn xö lÝ chøa cÆn l¬ löng ®Çu tiªn nã ph¶i hoµ tan t¹o Al 3+ ®Ó trung hoµ ®iÖn tÝch c¸c h¹t keo ©m, sau ®ã Al3+ thuû ph©n t¹o b«ng cÆn lµ Al(OH) 3, trong bÓ l¾ng b«ng cÆn kÕt tña kÐo theo cÆn l¬ löng cÇn xö lÝ (keo tô quÐt) vµ lµm trong n íc. Nh vËy ph¸ ®é bÒn hÖ keo b»ng Ýt nhÊt lµ hai trong 3 c¸ch ®Çu nªu trong môc 6.4. Trong thùc tÕ phÌn còng thùc hiÖn c¶ c¸ch thø ba lµ t¹o b«ng nÕu thiÕt kÕ khu vùc t¹o b«ng tèt, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c b«ng cÆn nhá tiÕp xóc tèt ®Ó t¹o c¸c b«ng lín. C«ng ®o¹n keo tô lµm trong n íc (d©n gian gäi lµ ®¸nh phÌn) lµ mét b íc kÜ thuËt quan träng trong d©y chuyÒn c«ng nghÖ xö lÝ n íc mÆt vµ c¸c lo¹i níc nhiÒu cÆn l¬ löng kh¸c (kÓ c¶ c¸c lo¹i níc th¶i). u ®iÓm chÝnh cña ph¬ng ph¸p keo tô b»ng phÌn nh«m • VÒ mÆt n¨ng lùc keo tô ion nh«m (vµ c¶ s¾t(III)), nhê ®iÖn tÝch 3+, cã n¨ng lùc keo tô thuéc lo¹i cao nhÊt (quy t¾c Shulz-Hardy) trong sè c¸c lo¹i muèi Ýt ®éc h¹i mµ loµi ng êi biÕt. / 13 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
• Muèi nh«m Ýt ®éc, s½n cã trªn thÞ trêng vµ kh¸ rÎ. • C«ng nghÖ keo tô b»ng phÌn nh«m lµ c«ng nghÖ t ¬ng ®èi ®¬n gi¶n, dÔ kiÓm so¸t, phæ biÕn réng r·i. Nhîc ®iÓm chÝnh cña phÌn nh«m n»m trong b¶n chÊt qu¸ tr×nh keo tô b»ng muèi kim lo¹i [ 5]. Qu¸ tr×nh keo tô bëi muèi kim lo¹i MZ+ gåm c¸c bíc theo thø tù: 1. T¹o c¸c h¹t g©y keo tô h¹t keo ©m (vÝ dô phÌn nh«m ph©n li t¹o Al 3+). 2. Lµm mÊt æn ®Þnh h¹t keo nhê ph¸ t¬ng t¸c tÜnh ®iÖn, vÝ dô Al3+ trung hoµ ®iÖn tÝch ©m cña h¹t keo (h¹t keo trong n íc thêng tÝch ®iÖn ©m, nh vËy c¸c h¹t keo cïng ®iÖn tÝch cã xu thÕ ®Èy nhau nªn kh¸ bÒn), khi ®ã c¸c h¹t keo dÔ dµng hót nhau nhê c¸c lùc ph©n tö ®Ó t¹o thµnh c¸c h¹t lín h¬n. 3. T¹o b«ng: tríc hÕt Al3+ thuû ph©n t¹o Al(OH) 3. TiÕp theo c¸c h¹t Al(OH)3 cã xu thÕ "dÝnh" vµo nhau t¹o c¸c b«ng cÆn lín, dÔ dµng kÕt tña d íi t¸c dông cña träng lùc. Trªn ® êng ®i c¸c b«ng cÆn lín nµy l¹i "quÐt" nh÷ng h¹t nhá ®Ó lµm trong n íc. Khi cho ho¸ chÊt keo tô vµo níc ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh thuû ph©n (muèi nh«m) vµ ®Ó c¸c h¹t Al 3+ tiÕp xóc tèt víi c¸c h¹t keo cÇn xö lÝ ta ph¶i khÊy m¹nh, ®ã lµ c¸c b íc 1, 2. Bíc 3 cÇn khÊy chËm ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c h¹t cÆn nhá míi h×nh thµnh va ch¹m, t¹o b«ng cÆn to h¬n dÔ l¾ng h¬n. NÕu chÊt keo tô lµ phÌn nh«m (hay s¾t) ta cã [5]: Thuû ph©n vµ hÊp phô: micro gi©y T¹o thµnh h¹t Al(OH)3 nhá: 1 gi©y T¹o kÕt tña Al(OH)3: 1-7 gi©y Nh vËy qu¸ tr×nh thuû ph©n t¹o kÕt tña Al(OH) 3 qu¸ nhanh, tÝnh b»ng micro gi©y vµ gi©y, khi ®ã ion Al3+ cha kÞp thùc hiÖn chøc n¨ng cña chóng (b íc 1, 2) ®· bÞ chuyÓn ho¸ thµnh kÕt tña Al(OH)3 kh«ng cã kh¶ n¨ng trung hoµ ®iÖn tÝch c¸c h¹t keo, suy ra chi phÝ ho¸ chÊt sÏ lín h¬n thùc tÕ cÇn. §iÒu nµy dÉn tíi chi phÝ ho¸ chÊt cao, lîng bïn sinh ra cÇn xö lÝ lín h¬n thùc cÇn. MÆt kh¸c, b¶n th©n Al(OH)3 còng cã ®é tan nhÊt ®Þnh dÉn tíi nguy c¬ n íc bÞ nhiÔm Al3+ - mét t¸c nh©n g©y bÖnh Alzmeyer [6]. Nh÷ng yÕu ®iÓm ®· nªu cïng víi tÝnh c«ng nghÖ kh«ng cao cña muèi nh«m (s¾t) cæ ®iÓn (nh¹y c¶m víi pH, nhiÖt ®é ...) ®· thóc ®Èy viÖc nghiªn cøu c¸c muèi polime v« c¬ (Al, Fe) cã kh¶ n¨ng keo tô cao h¬n, Ýt nh¹y m«i trêng h¬n vµ Ýt ®éc h¬n. 2. Sù ph¸t triÓn cña c¸c s¶n phÈm polime v« c¬ u thÕ cña polime v« c¬ trong c«ng nghÖ xö lÝ n íc, tríc hÕt lµ PAC (PolyAluminiumChloride) so víi phÌn ®îc ph¸t hiÖn tõ nh÷ng n¨m 1960-70 vµ ®îc øng dông c«ng nghiÖp tõ 1980 [7-14]. Tríc khi cã kh¸i niÖm vÒ PAC, ®Ó lµm trong níc phÌn nh«m (hoÆc s¾t) ®îc sö dông nh sau: Dung dÞch phÌn ®îc ®Þnh lîng vµo níc cÇn xö lÝ, khÊy m¹nh cho tan ®Òu ®ång thêi chØnh pH vÒ gÇn pH7 råi cho níc qua bÓ t¹o b«ng vµ l¾ng. C«ng nghÖ nµy hiÖn nay vÉn ¸p dông ë ViÖt Nam. Tíi nh÷ng n¨m 60-70 cho tíi ®Çu nh÷ng n¨m 80 khi ph¸t hiÖn ra hiÖu øng cña phÌn ® îc trung hoµ mét phÇn (Pre-neutralised alum tøc lµ PAC) th× dung dÞch PAC th êng ®îc øng dông díi d¹ng dung dÞch phÌn ®îc trung hoµ t¹i chç. Khi ®ã b¶n chÊt dung dÞch PAC vµ b¶n th©n qu¸ qu¸ tr×nh keo tô b»ng PAC cßn cha ®îc râ. Do sù thiÕu hiÓu biÕt vÒ thµnh phÇn vµ b¶n chÊt c¸c h¹t trong hÖ PAC, ngoµi ra PAC cßn ch a ®îc s¶n xuÊt díi d¹ng s¶n phÈm th¬ng m¹i (d¹ng bét) nªn kÜ thuËt nµy bÞ h¹n chÕ sö dông mÆc dï u thÕ ®· ®îc chøng minh b»ng thùc tÕ. ViÖc ®iÒu chÕ PAC t¹i chç rÊt phøc t¹p, nhiÒu khi dung dÞch chuÈn bÞ tríc bÞ mÊt ho¹t tÝnh sau 24 giê [13]. / 14 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
§Ó kh¾c phôc nh÷ng nhîc ®iÓm trªn nhiÒu nghiªn cøu chÕ t¹o PAC d¹ng bét th ¬ng phÈm ®îc tiÕn hµnh chñ yÕu vµo nh÷ng n¨m 1980. §ång thêi lµ hµng lo¹t c«ng bè liªn quan ®Õn b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh h×nh thµnh c¸c h¹t polime quyÕt ®Þnh ®Õn kh¶ n¨ng keo tô tiªn tiÕn cña PAC [ 15, 16]. Sù thµnh c«ng cña PAC dÉn ®Õn sù ra ®êi cña hµng lo¹t s¶n phÈm t ¬ng tù trong nh÷ng n¨m 1990. VÝ dô, theo sau sù thµnh c«ng cña PAC ng êi ta ®· chÕ t¹o vµ øng dông thµnh c«ng PASS- PolyAluminiumSilicateSulphate). TiÕp theo sù ra ®êi cña c¸c polime nh«m, do sù lo ng¹i vÒ ¶nh h ëng cña d lîng nh«m trong níc ¨n uèng ngêi ta chuyÓn sù chó ý sang c¸c polime s¾t PFC (PolyFerric Chloride) vµ PFS (PolyFerric Sulphate). Tãm l¹i thµnh c«ng trong nghiªn cøu s¶n xuÊt PAC vµ sau ®ã lµ PFC dÉn tíi sù thay thÕ ®¸nh phÌn cæ ®iÓn b»ng PAC vµ b»ng PFC. Trong nh÷ng n¨m 1990 c¸c lo¹i PFS b¾t ®Çu ® îc coi träng. Ngoµi ra cßn ph¶i kÓ ®Õn polime hçn hîp nh«m-s¾t PAFS (Poly-Alumino-Ferric Sulphate). 5. Sù h×nh thµnh c¸c h¹t polyme nh«m trong dung dÞch Sù h×nh thµnh c¸c h¹t polyme nh«m trong dung dÞch ® îc lµm râ tõ nh÷ng n¨m 1980. §©y lµ c¬ së khoa häc ®Ó s¶n xuÊt PAC còng nh øng dông PAC. Ho¸ häc cña qu¸ tr×nh keo tô: Th«ng thêng khi keo tô chóng ta hay dïng muèi clorua hoÆc sulph¸t cña Al(III) hoÆc Fe(III). Khi ®ã, do ph©n li vµ thuû ph©n ta cã c¸c h¹t trong n íc: Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH) ph©n tö vµ Al(OH)4-, ba h¹t polime: Al2(OH)24+, Al3(OH)45+ vµ Al13O4(OH)247+ vµ Al(OH)3 r¾n. Trong ®ã Al13O4(OH)247+ gäi t¾t lµ Al13 lµ t¸c nh©n g©y keo tô chÝnh vµ tèt nhÊt. Víi Fe(III) ta cã c¸c h¹t: Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe(OH) ph©n tö vµ Fe(OH)4-, polime: Fe2(OH)24+, Fe3(OH)45+ vµ Fe(OH)3 r¾n. C¸c d¹ng polime Fex(OH)y(3x-y)+ hoÆc FexOy(OH)x+r(2x-2y-r)+ Trong c«ng nghÖ xö lÝ níc th«ng thêng, nhÊt lµ níc tù nhiªn víi pH xung quanh 7 qu¸ tr×nh thuû ph©n nh ®· nªu x¶y ra rÊt nhanh, tÝnh b»ng micro gi©y, khi ®ã h¹t Al 3+ nhanh chãng chuyÓn thµnh c¸c h¹t polime råi hy®roxit nh«m trong thêi gian nhá h¬n gi©y mµ kh«ng kÞp thùc hiÖn chøc n¨ng cña chÊt keo tô lµ trung hoµ ®iÖn tÝch tr¸i dÊu cña c¸c h¹t cÆn l¬ löng cÇn xö lÝ ®Ó lµm chóng keo tô. Khi sö dông PAC qu¸ tr×nh hoµ tan sÏ t¹o c¸c h¹t polime Al 13, víi ®iÖn tÝch v ît tréi (7+), c¸c h¹t polime nµy trung hoµ ®iÖn tÝch h¹t keo vµ g©y keo tô rÊt m¹nh, ngoµi ra tèc ®é thuû ph©n cña chóng còng chËm h¬n Al3+ rÊt nhiÒu, ®iÒu nµy t¨ng thêi gian tån t¹i cña chóng trong n íc nghÜa lµ t¨ng kh¶ n¨ng t¸c dông cña chóng lªn c¸c h¹t keo cÇn xö lÝ, gi¶m thiÓu chi phÝ ho¸ chÊt. Ngoµi ra, vïng pH ho¹t ®éng cña PAC còng lín gÊp h¬n 2 lÇn so víi phÌn, ®iÒu nµy lµm cho viÖc keo tô b»ng PAC dÔ ¸p dông h¬n. H¬n n÷a, do kÝch thíc h¹t polime lín h¬n nhiÒu so víi Al3+ (cì 2 nm so víi nhá h¬n 0,1 nm) nªn b«ng cÆn h×nh thµnh còng to vµ ch¾c h¬n, thuËn lîi cho qu¸ tr×nh l¾ng tiÕp theo. C¬ chÕ h×nh thµnh Al13: Trong níc Al3+ cã sè phèi trÝ 4 vµ 6, khi ®ã kh¶ n¨ng tån t¹i d íi d¹ng tø diÖn Al(OH)4- hay cßn gäi lµ tÕ bµo T4, hoÆc b¸t diÖn Al(OH)4(H2O)2- / 15 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
H×nh 15.7- CÊu tróc Keggin cña PAC TÕ bµo T4 nµy lµ mÇm ®Ó h×nh thµnh c¸i gäi lµ cÊu tróc Keggin víi t©m lµ tÕ bµo T4 vµ 12 b¸t diÖn b¸m xung quanh, khi ®ã ta cã cÊu tróc øng víi c«ng thøc Al 12AlO4(OH)247+. Ngêi ta cho r»ng khi cho kiÒm vµo dung dÞch Al3+, khi ion Al3+ tiÕp xóc víi c¸c giät kiÒm th× ®ã lµ lóc h×nh thµnh c¸c tÕ bµo T4. TiÕp theo c¸c b¸t diÖn v©y quanh T4 t¹o Al 13, nh vËy cã thÓ coi bíc t¹o T4 lµ bíc quyÕt ®Þnh trong c«ng nghÖ chÕ t¹o Al13 thµnh phÇn chÝnh cña PAC. §iÒu kiÖn ®· nªu rÊt khã gÆp trong qu¸ tr×nh thuû ph©n th«ng thêng trong c«ng nghÖ xö lÝ níc, v× vËy hiÖn PAC chØ ®îc s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp, viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o còng ® îc xóc tiÕn ë ViÖt Nam. 6.5.4 ChÊt trî keo tô - t¹o b«ng Cã bèn nhãm chÊt trî keo tô: c¸c chÊt hiÖu chØnh pH, dung dÞch axit silixic ho¹t tÝnh, bét ®Êt sÐt vµ polime. 1. C¸c chÊt hiÖu chØnh pH Nh ®· nªu qu¸ tr×nh keo tô th êng kÌm theo sù tiªu thô §K, nÕu ®é kiÒm cña n íc nguån thÊp g©y gi¶m pH. ChÊt hiÖu chØnh pH th êng lµ v«i. V«i sèng lµ CaO, khi dïng ph¶i t«i nghÜa lµ hoµ vµo n íc ®Ó t¹o Ca(OH)2. Do ®é tan cña v«i thÊp (trong kho¶ng 20÷ 30 oC, ®é tan cña Ca(OH)2 b»ng 1,65÷ 1,53 g/L) v«i thêng ®îc sö dông díi d¹ng huyÒn phï Ca(OH)2. Sö dông v«i ngoµi kh¶ n¨ng æn ®Þnh pH t¨ng hiÖu qu¶ keo tô b»ng phÌn cßn t¨ng cêng xö lÝ c¸c axit humic, ®é cøng. 2. Axit silixic ho¹t tÝnh (AS) AS thêng ®îc ®iÒu chÕ t¹i chç b»ng c¸ch trung hoµ thuû tinh láng Na 2SiO3 b»ng axit ë nh÷ng ®iÒu kiÖn cô thÓ. Axit silixic t¹o thµnh thùc chÊt lµ polime v« c¬, mang ®iÖn tÝch ©m. Khi vµo n íc c¸c ph©n tö AS ©m ®iÖn nhanh chãng hót c¸c h¹t b«ng cÆn nhá mang ®iÖn d ¬ng cña kÕt tña hy®roxit nh«m hoÆc s¾t t¹o b«ng lín. 3. Bét ®Êt sÐt Bét sÐt t¸c dông t¬ng tù AS do chóng mang ®iÖn tÝch ©m, h¬n n÷a chóng cßn cã kh¶ n¨ng, tuy yÕu, hÊp phô mét phÇn c¸c chÊt h÷u c¬ g©y mµu, b«ng cÆn t¹o / 16 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
thµnh còng nÆng h¬n. Còng nh AS, bét sÐt ë liÒu lîng thÝch hîp dïng tèt khi phèi hîp víi phÌn nh«m vµ muèi s¾t. 4. C¸c chÊt t¹o b«ng h÷u c¬ - cao ph©n tö §©y lµ nhãm chÊt cã t¸c dông t¹o b«ng tèt nhÊt. C¸c polyme dïng lµm chÊt t¹o b«ng cho qu¸ tr×nh xö lý níc ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu sau: - Tan tèt trong níc; - Kh«ng ®éc; - Cã kh¶ n¨ng t¹o b«ng tèt nhê ¸i lùc cao ®èi víi h¹t keo vµ b«ng cÆn nhá trong níc xö lÝ. Tïy vµo b¶n chÊt nhãm chøc mµ ngêi ta ph©n ra lµm 3 lo¹i: - Lo¹i kh«ng ph©n ly (nhãm chøc amid −CONH2). − - Lo¹i t¹o anion (nhãm chøc axit −COO ) - Lo¹i t¹o cation (nhãm chøc amin bËc cao ≡ N+Cl-) T¹o b«ng h÷u c¬ bao gåm c¸c hîp chÊt tù nhiªn vµ c¸c hîp chÊt tæng hîp. C¸c hîp chÊt tù nhiªn chñ yÕu cã cÊu tróc ®uêng, bao gåm: • g«m thùc vËt • pectin • xantan (s¶n phÈm lªn men yÕm khÝ ®êng mÝa) ... C¸c hîp chÊt tæng hîp: Thêng chóng lµ c¸c hîp chÊt cao ph©n tö, cã ph©n tö khèi ë møc 10 4-105. Chóng cã thÓ ®îc sö dông riªng, nhng thêng phèi hîp víi chÊt keo tô v« c¬. Khi sö dông chóng liÒu lîng muèi v« c¬ gi¶m m¹nh, bïn sinh ra sÏ Ýt h¬n nhiÒu so víi sö dông keo tô v« c¬. Thêng gÆp bèn nhãm hîp chÊt: • s¶n phÈm trïng ngng melaminphoocmaldehit: N C H2 NH NH CH 2 N N NH2 n • s¶n phÈm trïng ngng cña epiclohy®rin vµ dimetylamin: OH C H3 C H2 CH N C H2 Cl C H3 n / 17 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
• poly(dialyl-dimetyl am«ni clorua): CH 2 CH CH CH 2 CH 2 CH 2 N Cl CH 3 C H 3 n • nhãm phæ biÕn nhÊt hiÖn nay lµ c¸c polyacrylamit (PAA) tan trong n íc, hiÖn nhËp ngo¹i. LiÒu dïng trong xö lÝ n íc cÊp cña chóng lµ 0,5÷ 15 phÇn triÖu. Tèt nhÊt lµ dïng PAA kÕt hîp víi phÌn. Khi dïng PAA, dung dÞch PAA thêng ®îc ®a vµo sau khi khuÊy trén phÌn kho¶ng 1 ÷ 2 phót. §iÓm kh¸c c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh t¹o b«ng lµ tèc ®é t¹o b«ng lín (trong vßng 2 phót so víi phÌn cÇn 20 phót) vµ kÝch th íc b«ng cÆn còng nh ®é bÒn b«ng cÆn h¬n h¼n b«ng cÆn phÌn. PAA cßn ®îc sö dông phæ biÕn trong xö lÝ n íc th¶i, xö lÝ bïn vµ nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp víi liÒu dïng lªn tíi 5-50 g/m3 [17] Nhîc ®iÓm chÝnh cña PAA lµ s¶n phÈm nhËp, ®¾t vµ ph¶i lùa chän chñng lo¹i PAA vµ liÒu lîng cho phï hîp víi tõng lo¹i níc b»ng thùc nghiÖm. C«ng thøc cÊu t¹o cña c¸c lo¹i PAA phæ biÕn cho ë h×nh 6.7. Lo¹i kh«ng ph©n li (non-ionic): CH CH2 C=O NH2 n Lo¹i anion (anionic): CH CH CH 2 C H2 C=O C=O NH2 O Na n m Lo¹i cation (cationic): / 18 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
R CH CH 2 CH 2 C C=O C=O Cl C H3 NH2 CH 2 O N n C H3 2 m H×nh 6.7- C«ng thøc cÊu t¹o cña c¸c lo¹i PAA xö lý níc 6.6 C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh keo tô Ngoµi yÕu tè b¶n chÊt cña chÊt keo tô (nhÊt lµ gi¸ trÞ vµ dÊu ®iÖn tÝch) vµ t¹p chÊt cã trong níc c¸c yÕu tè sau lµ quan träng nhÊt. 6.6.1 YÕu tè pH Mçi chÊt keo tô, dï lµ muèi nh«m hay s¾t, ®Òu cã kho¶ng pH tèi u cho sù h×nh thµnh kÕt tña hy®roxit t¬ng øng. ThÊp h¬n gi¸ trÞ nµy c¸c b«ng Me(OH) 3 t¹o thµnh sÏ bÞ hoµ tan bëi axit. Cao h¬n gi¸ trÞ nµy sÏ t¹o thµnh c¸c muèi baz¬ khã kÕt tña. §èi víi c¸c chÊt ®iÖn li polime pH sÏ ¶nh h ëng ®Õn kh¶ n¨ng ph©n li cña c¸c nhãm chøc, g©y t¨ng hoÆc gi¶m mËt ®é c¸c nhãm chøc ho¹t ®éng lµm thay ®æi kh¶ n¨ng t¬ng t¸c ph©n tö polime − h¹t keo. 6.6.2 YÕu tè h÷u c¬ Khi xö lý níc b»ng keo tô cÇn lu ý hiÖn tîng lµm bÒn keo bëi c¸c chÊt bÞ hÊp phô h÷u c¬. C¸c chÊt h÷u c¬ tù nhiªn (vÝ dô, axit humic − AH) phæ biÕn trong níc cã tÝnh lµm bÒn keo râ rÖt nhê kh¶ n¨ng t¹o phøc víi Fe 2/3+, ngoµi ra líp mµng hÊp phô h÷u c¬ quanh h¹t keo ng¨n c¶n t ¬ng t¸c gi÷a c¸c h¹t keo víi c¸c t¸c nh©n keo tô ta chñ ®éng ®a vµo, gi¶m râ rÖt t¸c dông lµm trong n íc cña chÊt keo tô. VÒ phÇn m×nh, lîng HA trong keo ®Êt cã thÓ ®¸nh gi¸ qua pH, b¶ng 6.4 cho ta thÊy tØ lÖ HA thêng gÆp trong keo ®Êt phô thuéc vµo pH nh thÕ nµo. §©y chÝnh lµ trêng hîp ta gÆp khi níc cã mÇu (do chÊt h÷u c¬ tan trong n íc). C¸ch xö lý thêng lµ n©ng pH b»ng v«i ®Ó gi¶m tØ lÖ HA/®Êt hoÆc tiÒn xö lý b»ng c¸c chÊt «xy ho¸ nh clo, «z«n ®Ó ph¸ hñy mét phÇn chÊt h÷u c¬ tríc khi keo tô. B¶ng 6.4 - Sù phô thuéc tØ lÖ HA/®Êt (phÇn HA/100 phÇn ®Êt) vµo pH m«i trêng níc [2] pH HA/®Êt pH HA/®Êt 3,85 9,60 6,95 6,28 5,0 8,18 7,25 5,37 5,1 7,26 8,50 2,05 6.7 øng dông Qu¸ tr×nh keo tô – t¹o b«ng thêng ¸p dông tríc l¾ng hoÆc läc ®Ó: / 19 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc
- lµm trong níc, xö lÝ mét phÇn ®é mµu tríc khi läc (xö lÝ níc cÊp): c¸c chÊt keo tô trong xö lÝ n íc cÊp thêng lµ phÌn nh«m, gÇn ®©y xuÊt hiÖn Poly- Aluminium-Chloride (PAC) lµ muèi nh«m d¹ng polime, c¸c chÊt trî keo tô PAA. Muèi nh«m thêng sö dông ë møc trªn 10 mg/L, PAC sö dông ë møc b»ng 1/2 ÷ 1/4 muèi nh«m, PAA sö dông ë møc 0,2÷ 0,5 ppm. - gi¶m hµm lîng SS tríc khi vµo xö lÝ sinh häc (xö lÝ níc th¶i) - t¨ng cêng kh¶ n¨ng l¾ng cña bÓ l¾ng cÊp 2 trong xö lÝ n íc th¶i - läc trùc tiÕp nÕu SS kh«ng qu¸ cao Trong mét sè trêng hîp c¸c chÊt keo tô ë liÒu cao cã thÓ ¸p dông ®Ó xö lÝ mµu trong níc th¶i c«ng nghiÖp, vÝ dô níc th¶i dÖt nhém, níc th¶i giÊy. Qu¸ tr×nh keo tô ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch trén níc víi chÊt keo tô trong c¸c thiÕt bÞ khuÊy nhanh, sau ®ã níc ®îc ®a vµo bÓ t¹o b«ng víi sù khuÊy trén nhÑ nhµng nh»m t¨ng cêng tiÕp xóc h¹t - h¹t lµm cho b«ng ph¸t triÓn kÝch th íc, tr¸nh vì b«ng. TiÕp theo níc vµo bÓ l¾ng thùc hiÖn qu¸ tr×nh t¸ch r¾n/láng. Sù keo tô - t¹o b«ng ® îc coi lµ hiÖu qu¶ nÕu b«ng cÆn t¹o ra dÔ dµng nh×n thÊy b»ng m¾t thêng (kÝch thíc gÇn 1 mm trë lªn), khi ®ã níc sÏ l¾ng trong nhanh trong èng quan s¸t trong vßng 10 - 15 phót ®Ó yªn. Ngoµi nh÷ng øng dông trong xö lÝ n íc chÊt keo tô t¹o b«ng cßn ¸p dông nhiÒu trong viÖc xö lÝ bïn nh»m t¨ng kh¶ n¨ng t¸ch níc khái bïn, ¸p dông trong c«ng nghiÖp giÊy nh»m ®iÒu chØnh ®Æc trng lu biÕn cña hçn hîp bét... VÝ dô xö lÝ níc th¶i s¶n xuÊt giÊy [20]: Níc th¶i s¶n xuÊt giÊy chøa nhiÒu SS vµ c¸c h¹t keo. PhÌn nh«m lµ chÊt keo tô tèt trong trêng hîp nµy, c¸c chÊt trî keo tô nh axit silixic, PAA sÏ t¨ng cêng sù t¹o b«ng, gióp qu¸ tr×nh l¾ng tèt h¬n. C¸c kÕt qu¶ xö lÝ n íc th¶i c¸c nhµ m¸y giÊy cho ë b¶ng 6.5. B¶ng 6.5- KÕt qu¶ xö lÝ keo tô níc th¶i s¶n xuÊt giÊy Níc vµo Níc ra ChÊt keo tô, t¹o b«ng % Thêi Níc r¾n BOD PhÌn Ax. gian Lu ý SS, BOD SS, Kh¸c, th¶i cña , pH Al, silixic lu, h ppm ppm ppm ppm bïn ppm ppm , ppm B×a 350-450 15-60 3 5 1,7 2-4 B×a 140-420 10-40 1 10 0,3 2 tuyÓn næi 38,7m3m-2ng B×a 240-600 35-85 10-12 2,0 2-5 B×a 127 593 68 44 6,7 2 10 1,3 1,76 GiÊy ¨n 140 720 36 10-15 4 GiÊy ¨n 208 33 6,6 4 VÝ dô xö lÝ níc th¶i chøa dÇu [20]: Níc th¶i gia c«ng c¬ khÝ hay chøa c¸c giät dÇu nhá, chóng ® îc æn ®Þnh bëi c¸c chÊt ho¹t ®éng díi d¹ng c¸c h¹t nhò t¬ng kÝch thíc 10-5 cm. §Ó ph¸ nhò (trung hoµ ®iÖn tÝch bÒ mÆt) cã thÓ dïng c¸c muèi vµ chÊt keo tô hoÆc h¹ pH. VÝ dô, n íc / 20 storage/tailieu/files/source/2013/20130404/hoangtalo92/p2_ch_4_keo_tu_ch_5_lang_tuyen_noi_25_10_2 1_3476.doc