CHƯƠNG 7
CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ HĨA LÝ
7.1 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG Q TRÌNH HẤP PHỤ
Phương pháp hấp phụ được dùng rơng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa
tan khơng xử lý được bằng các phương pháp khác. Tùy theo bản chất, q trình hấp phụ được
phân loại thành: hấp phụ lý học và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ lý học là q trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liên kết vật lý giữa chất bị hấp phụ và
bề mặt chất hấp phụ như lực liên kết VanderWaals. Các hạt bị hấp phụ vật lý chuyển động
tự do trên bề mặt chất hấp phụ và đây là q trình hấp phụ đa lớp (hình thành nhiều lớp phân
tử trên bề mặt chất hấp phụ).
- Hấp phụ hóa học là q trình hấp phụ trong đó có xảy ra phản ứng hóa học giữa chất bị hấp
phụ và chất hấp phụ. Trong xử lý nước thải, q trình hấp phụ thường là sự kết hợp của cả hấp
phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào:
- Diện tích bề mặt chất hấp phụ (m
2
/g);
- Nồng độ của chất bị hấp phụ;
- Vận tốc tương đối giữa hai pha;
- Cơ chế hình thành liên kết: hóa học hoặc lý học.
7.1.1 Hệ Thống Thiết Bị Hấp Phụ
Hệ Thống Cấp Chất Hấp Phụ Nối Tiếp
- Khuấy trộn;
- Lọc qua lớp chất hấp phụ;
- Một bậc or nhiều bậc.
1. Thùng khuấy trộn, 2. Bể lắng
Hình 7.1 Hệ thống cấp chất hấp phụ nối tiếp.
7-1

Chất hấp phụï đã sử dụng
Chất hấp phụï

Nước thải
Chất hấp phụï
Chất hấp phụï

1
2
- Chất hấp phụ được cho vào bậc 1: C
đ
giảm xuống C
1
;
- Tách chất hấp phụ bằng thiết bị lắng hay lọc;
- Nước thải được chuyển tiếp sang bậc thứ 2;
- Cho chất hấp phụ mới vào: C
1
giảm xuống C
2
;
- Tiếp tục đến bậc cuối cùng.
Lượng chất hấp phụ cho quá trình hấp phụ một bậc:
( )
a
CCV
m
cd
−
=
Trong đó:
- m : lượng chất hấp phụ tiêu tốn;
- V : thể tích nước lọc;

- C
đ
, C
c
: nồng độ đầu, cuối của chất bị hấp phụ;
- a : hệ số hấp phụ.
Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sau bậc n:
d
n
n
C
mkV
V
C .
.






+
=
Trong đó, k là hệ số phân bố:
pd
cdt
CC
CC
a
a

k
−
−
==
Trong đó:
- a
t
: giá trị hấp phụ riêng sau thời gian t;
- C
p
: nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ.
Lượng chất hấp phụ tiêu tốn trên mỗi bậc:








−
=
1
n
d
n
C
C
k
V

m
Số bậc cần thiết:
( )
VmkV
C
Cn
n
d
log.log
loglog
−+
−=
7-2
Hệ Thống Cấp Chất Hấp Phụ Ngược Chiều
1. Thùng khuấy trộn, 2. Bể lắng, 3. Thùng tiếp nhận chất hấp hụ; 4. Bơm
Hình 7.2 Hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều.
- Chất hấp phụ (CHP) được 1 lần ở bậc cuối cùng;
- Chất hấp phụ chuyển động ngược chiều với dòng nước thải;
- Tiêu tốn CHP ít hơn nhiều so với hệ thống nối tiếp;
- Đắt tiền hơn và vận hành phức tạp hơn.
Hệ Thống Làm Việc Liên Tục
- Tháp làm việc nối tiếp nhau;
- Tháp cuối dùng để tái sinh chất hấp phụ.
Nồng độ chất bị hấp phụ trong nước thải sau bậc n:









−












−
=
1
.
1
.
n
d
n
k
V
mk
C
V
mk

C
Liều lượng chất hấp phụ đưa vào bậc cuối cùng:
α.m
n+1
- β.m - γ = 0
1
.
.
1
−
=
=






=
−
n
d
n
d
n
C
C
CV
Ck
V

k
γ
β
α
Số bậc n = K - 1
7-3

Chất hấp phụï
Chất hấp phụï
đã sử dụng
Nước thải
Chất hấp phụï
Chất hấp phụï

1
2
3
3
4
4
( )
kVm
CC
V
mk
C
K
nnd
−
−







+






−
=
log
log1
.
log
- Tốc độ lọc ∈ nồng độ chất hòa tan, ~ 2 – 6 m
3
/m
2
.h;
- Chất hấp phụ dạng hạt có kích thước 1,5 – 5,0 mm.
7.1.2 Tái Sinh Chất Hấp Phụ
- Giải hấp bằng hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt, khí trơ;
- Trích ly;
- Tái sinh bằng nhiệt, 700 –800
0

C, không có O
2
;
- Phương pháp sinh học đối với chất bị hấp phụ có thể bị oxy hóa sinh hóa.
7.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ TẠO BÔNG
7.2.1 Giới Thiệu Chung
Trong nước và nước thải, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích
thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 µm. Các hạt này không nổi cũng không
lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của
chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ
trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến
sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra
do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo,
các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là
điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion
hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do
đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi
là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo
thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá
trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn
sau:
Me
3+
+ HOH  Me(OH)
2+
+ H
+
Me(OH)
2+
+ HOH  Me(OH)

+
+ H
+
Me(OH)
+
+ HOH  Me(OH)
3
+ H
+
--------------------------------------------------------
Me
3+
+ HOH  Me(OH)
3
+ 3H
+
Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:
• Al
2
(SO
4
)
3
, Al
2
(SO
4
)
3
.18H

2
O, NaAlO
2
, Al
2
(OH)
5
Cl, Kal(SO
4
)
2
.12H
2
O, NH
4
Al(SO
4
)
2
.12H
2
O
• FeCl
3
, Fe
2
(SO
4
)
3

.2H
2
O, Fe
2
(SO
4
)
3
.3H
2
O, Fe
2
(SO
4
)
3
.7H
2
O
Muối Nhôm
Trong các loại phèn nhôm, Al
2
(SO
4
)
3
được dùng rộng rãi nhât do có tính hòa tan tốt trong nước,
chi phi thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 5,0 – 7,5. Quá trình điện ly và thủy phân
Al
2

(SO
4
)
3
xảy ra như sau:

Al
3+
+ H
2
O = AlOH
2+
+ H
+
7-4
AlOH
+
+ H
2
O = Al(OH)
2
+
+ H
+
Al(OH)
2
+
+ H
2
O = Al(OH)

3(s)
+ H
+
Al(OH)
3
+ H
2
O = Al(OH)
4
-
+ H
+
Ngoài ra, Al
2
(SO
4
)
3
có thể tác dụng với Ca(HCO
3
)
2
trong nước theo phương trình phản ứng sau:
Al
2
(SO
4
)
3
+ 3Ca(HCO

3
)
2
 Al(OH)
3
↓ + 3CaSO
4
+ 6CO
2
↑
Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO
2
và Al
2
(SO
4
)
3
theo tỷ lệ (10:1) –
(20:1). Phản ứng xảy ra như sau:
6NaAlO
2
+ Al
2
(SO
4
)
3
+ 12H
2

O



8Al(OH)
3
↓ + 2Na
2
SO
4
Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường cũng như
tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông.
Muối Sắt
Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do:
- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp;
- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn;
- Độ bền lớn;
- Có thể khử mùi H
2
S.
Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có màu do phản ứng của
ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Quá trình keo tụ sử dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau:
FeCl
3
+ 3H
2
O → Fe(OH)
3
↓ + HCl
Fe

2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O → Fe(OH)
3
↓ + 3H
2
SO
4
Trong điều kiện kiềm hóa:

2FeCl
3
+ 3Ca(OH)
2
→ Fe(OH)
3
↓ + 3CaCl
2
FeSO
4
+ 3Ca(OH)
2
→ 2Fe(OH)
3
↓ + 3CaSO

4
Chất Trợ Keo Tụ
Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ
(flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian
quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên
thường dùng là tinh bột, dextrin (C
6
H
10
O
5
)
n
, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO
2
.yH
2
O).
Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH
2
CHCONH
2
)
n
. Tùy thuộc vào các
nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid
(CH
2
CHCOO)
n

hoặc polydiallyldimetyl-amon.
Liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest.
7-5