TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Tiểu luận môn: Công nghệ xử lý nước cấp

NHÓM 6

Đề tài tiểu luận:

KEO TỤ
TẠO BÔNG

GVHD: Th.s Nguyễn Đức Đạt Đức
Nhóm: 6

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Tiểu luận môn: Công nghệ xử lý nước cấp

Đề tài:

KEO TỤ TẠO BÔNG
NHÓM 6
GVHD: NGUYỄN ĐỨC ĐẠT ĐỨC

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
2

Muïc luïc
1. Giới thiệu chung........................................................................................................................ 6
1.1. Khái niệm keo tụ tạo bông...............................................................................................6
1.2. Mục đích................................................................................................................................... 6
1.3. Phân loại hạt keo................................................................................................................. 6
1.3.1. Cấu tạo ........................................................................................................................... 6
1.3.2. Phân loại ....................................................................................................................... 7
1.4. Nguyên lý keo tụ tạo bông...............................................................................................8
1.4.1. Phản ứng tạo bông ...................................................................................................8
1.4.2. Cơ chế ............................................................................................................................. 8
1.4.2.1. Cơ chế trung hòa điện tích............................................................................10
1.4.2.2. Cơ chế tạo cầu nối............................................................................................10
1.4.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ..........................................11

2. Phương pháp keo tụ tạo bông..........................................................................................12
2.1. Hệ ngược dấu........................................................................................................................ 12
2.2. Các phương pháp keo tụ tạo bông...............................................................................13
2.2.1. Phương pháp keo tụ dùng chất điện ly đơn giản..........................................13
2.2.2. Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu.............................................................................14
2.2.3. Keo tụ tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử. . 15

3. Các yếu tố ảnh hưởng............................................................................................................ 16
3.1. pH ............................................................................................................................................. 16
3.2. Lượng dùng chất keo tụ...................................................................................................16
3.3. Nhiệt độ của nước.............................................................................................................. 16
3.4. Tốc độ khuấy......................................................................................................................... 16
3



3.5. Tạp chất trong nước........................................................................................................ 16
3.6. Môi chất tiếp xúc............................................................................................................... 17

4. Xác định liều lượng phèn gần đúng............................................................................17

5. Động lực của quá trình trộn............................................................................................20
5.1. Trộn thủy lực....................................................................................................................... 21
5.2. Khuấy trộn bằng máy bơm...........................................................................................21
5.3. Trộn trong ống dẫn.......................................................................................................... 21
5.4. Bể trộn vách ngăn............................................................................................................. 22
5.5. Bể trộn đứng....................................................................................................................... 22
5.6. Trộn cơ khí........................................................................................................................... 23
5.7. Trộn bằng tia áp lực........................................................................................................24

6. Tài liệu tham khảo................................................................................................................ 25

1.

Giới thiệu chung
4


1.1. Khái niệm keo tụ tạo bông
Keo tụ: là sự phá vỡ tính bền vững của các hạt keo bằng cách đưa thêm một chất
phản ứng gọi là chất keo tụ.
Tạo bông: là sự kết dính các hạt “ đã phá vỡ độ bền” thành các cục bông nhỏ, sau
đó thành cụm to hơn và lắng được. Quá trình này có thể cải thiện được bằng cách thêm
vào chất phản ứng gọi là tác nhân kết bông hay chất phụ gia kết bông.
Keo tụ - tạo bông là một quy trình trong xử lý nước cấp và nước thải, quy trình này
sử dụng hoá chất để tách các chất ô nhiễm trong nước thành bùn và sau đó lắng xuống.

Trong một số trường hợp trong nước có chứa nhiều: chất rắn lơ lửng. các hạt keo,
chất hữu cơ, tảo, vi khuẩn, vi sinh vật thì cần đến quá trình xử lý có keo tụ tạo bông.
Quá trình keo tụ tạo bông là công nghệ loại bỏ các chất ô nhiễm nhờ qúa trình làm
giảm điện tích Zeta trên bề mặt hạt keo trong nước. Các hoá chất thường dùng trong keo
tụ tạo bông là các ionlim loại hoá trị III như Aluminium chloride, Ferrous chloride, PAC
là được dùng rộng rãi hơn cả vì hiệu suất cao và dễ lưu trữ, sử dụng.
1.2. Mục đích
 Tách các hạt cặn có kích thước nhỏ ( 0,001µm < φ <1µm).
 Chuyển các hạt keo thành các hạt có thể lắng
 Giảm các thành phần có trong nước : chất bẩn lơ lửng, các anion PO 43-,... và có thể
cải thiện độ đục và màu sắc của nước.
Mục đích chính của quá trình keo tụ - tạo bông là loại bỏ các hạt cặn lơ lửng có kích
thước nhỏ trong nước gây ra độ đục nước, độ đục cao có thể gây khó khăn để khử trùng
đúng cách.
1.3. Phân loại hạt keo
1.3.1. Cấu tạo
Các hạt có thể mang:
•
Điện tích âm( chiếm đa số:như cặn gốc silic, các tạp chất hữu cơ…)
•
Điện tích dương( hydroxyt sắt, hydroxyt nhôm).
-

Các hạt keo âm hút các cation đến gần bề mặt để trung hòa điện tích, phân bố thành
2 lớp:

-

Tập hợp 2 lớp trên gọi là lớp kép, thế điện động xuất hiện giữa 2 lớp gọi là thế zeta.


5


-

Lớp thứ 2: dày hơn là hỗn hợp của các ion( hầu hết cation), lien kết lỏng lẻo gọi là

-

lớp khuếch tán.
Lớp thứ nhất: rất mỏng mang điện tích (+) và liên kết chặt chẽ với hạt keo gọi là lớp

-

Stern.
1.3.2. Phân loại
Theo thành phần cấu tạo người ta chia ra 2 loại keo:
Keo kỵ nước: hạt keo không kết hợp với các phân tử nước của môi trường để tạo ra
vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích lớn, và khi điện tích này được trung
hòa thì độ bền của hạt keo bị phá vở. Quá trình keo tụ hệ keo kỵ nước thường là không
thuận nghịch, quá trình diển ra tới khi keo tụ hoàn toàn các chất keo tụ. Là loại chống lại

-

các phân tử nước như vàng, bạc, silit...
Keo háo nước: Có khả năng kết hợp với các phân tử nước tạo thành vỏ bọc hydrat,
các hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dưới tác dụng của các chất điện phân không
bị keo tụ . Các hạt cặn làm bẩn nước thiên nhiên chủ yếu tạo ra hệ keo kị nước gồm các
hạt mang điện tích âm còn các hạt keo kỵ nước tạo ra do sản phẩm thủy phân phèn nhôm,


-

phèn sắt mang điện tích dương.
∗ Đặc tính của hạt keo :
Khả năng lắng rất chậm (chuyển động Browm gây cản trở quá trình lắng do trọng
lực)

-

Đặt tính bề mặt (điện thế ,ái lực…) là yếu tố quan trọng
Có xu hướng kết hợp với các chất môi trường xung quanh (tỉ lệ diện tích bề mặt khối
lượng cao hơn)
Có xu hướng tang điện tích
Hầu hết chất keo tụ ở dạng Fe(III), Al(III), Al 2(SO4)3.14H2O, FeCl3. Tuy nhiên trong
thực tế người ta thường sử dụng phèn sắt hơn do chúng có ưu điểm nhiều hơn phèn
nhôm. Trong quá trình keo tụ người ta còn sử dụng chất trơ keo tụ để tang tính chất lắng
nhanh và đặc chắc do đó sẽ hình thành bông lắng nhanh và đặc chắc như set, silicat hoạt
tính và polymer.
1.4. Nguyên lý keo tụ - tạo bông
1.4.1. Phản ứng tạo bông
Quá trình tạo bông : tiếp xúc /kết dính giữa ác hạt keo đã bị phá bền. Cơ chất tiếp xúc
giữa các hạt này bao gồm:
+ Tiếp xúc do chuyển động nhiệt ( chuyển động Brown) tạo thành các hạt có kích
thước nhỏ .
6


+ Tiếp xúc do quá trình chuyển động của lưu chất được thực hiện bằng cách khuấy
trộn để tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn.
+ Tiếp xúc do quá trình lắng của các hạt.


1.4.2. Cơ chế
Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt rắn huyền phù có kích thước lớn,
còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được. Ta có thể tang kích cỡ các hạt nhờ
tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được.
Muốn vậy, trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng lại với
nhau.
Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất
keo tụ có thể đủ làm cho những hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông
thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua 2 giai đoạn
-

Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dịch keo và
ngưng tụ.
Trung hòa hấp phụ lọc các tạp chất trong nước.
Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống.
Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước ( keo sét, protein…) sẽ hút các
ion dương tạo ra 2 lớp điện tích dương bên trong và bên ngoài. Lớp ion dương bên ngoài
liên kết lỏng lẻo nên có thể dễ dàng bị lọt ra. Như vậy điện tích âm của hạt bị giảm
xuống. Thế điện động hay thế zeta cũng bị giảm xuống.

7


Mục tiêu đề ra là giảm thế zeta, tức là giảm chiều cao của hang rào năng lượng đến
giá trị giới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách cho thêm vào các ion
có điện tích dương để phá vỡ sự ổn định của trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòa
điện tích. Khả năng dính kết tạo bông keo tụ tăng lên thì điện tích của hạt giảm xuống và
keo tụ tốt nhất khi điện tích của hạt bằng không.Chính vì vậy lực tác dụng lẫn nhau giữa
các hạt mang điện tích khác nhau giữ vai trò chủ yếu trong keo tụ. Lực hút keo tụ tang

nhanh khi giảm khoảng cách giữa các hạt bằng cách tạo nên những chuyển động khác
nhau được tạo ra do quá trình khuấy trộn.

Cơ chế của quá trình keo tụ là làm mất đi sự ổn định của dung dịch keo có trong nước
bằng các biện pháp:
-Nén lớp điện tích kép được hình thành giữa pha rắn và pha lỏng: giảm điện thế bề
mặt hấp phụ và trung hòa điện tích.
-Hình thành cầu nối giữa các hạt keo
-Bắt giữ các hạt keo và bông cặn
1.4.2.1. Cơ chế trung hòa điện tích
- Hấp phụ các ion hay phân tử mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt keo. Liều
lượng chất keo tụ tối ưu cho vào sao cho điện thế zeta bằng 0 mV

8


- Giảm thế năng bề mặt tức là giảm thế zeta khi đó sự đẩy tĩnh điện các hạt keo giảm
xuống và có khả năng kết nối lại nhờ lực tương tác tĩnh điện, khi đó hệ keo mất tính ổn
định
- Tăng hàm lượng chất keo tụ, nếu lượng chất keo tụ cho vào quá nhiều sẽ gây ra hiện
tượng keo tụ quét bông. Quá trình này làm tăng hiệu quả keo tụ lên, hệ keo cũng bị mất
ổn định.
1.4.2.2. Cơ chế tạo cầu nối
Để tăng cường quá trình keo tụ tạo bông người ta cho vào thêm vào các hợp chất
polymer trợ keo tụ. Các polymer này tạo sự dính kết giữa các hạt keo lại với nhau nếu
polymer này và các hạt keo trái dấu nhau.
Cơ chế tạo cầu nối xảy ra ở 5 phản ứng:
-

Phản ứng 1:hấp phụ ban đầu ở liều polymer tối ưu, phân từ polymer sẽ kết dính vào

các hạt keo

-

Phản ứng 2: hình thành bông cặn. Đuôi polymer đã hấp phụ có thể duổi ra gắn kết vị
trí trống trên bề mặt hạt keo khác dẫn đến việc hình thành bông cặn.

-

Phản ứng 3: hấp phụ lần 2 của polymer. Nếu đoạn cuối cùng duổi ra và không tiếp
xúc với vị trí trống trên hạt khác thì polymer sẽ gấp lại và tiếp xúc với mặt khác của
chính hạt đó. Nguyên nhân gây ra là do khuếch tán chậm hay độ đục hoặc mật độ hạt
keo trong nước thấp.
9


-

Phản ứng 4: khi liều lượng polymer dư làm cho bề mặt hạt keo bảo hòa các đoạn
polymer điều này làm cho không còn vị trí trống để hình thành cầu nối đưa đến hệ keo sẽ

-

ổn định lại.
Phản ứng 5: vỡ bông cặn. Khi xáo trộn quá lâu hoặc quá nhanh làm cho các bông cặn
bị phá vỡ và trở về trạng thái ổn định ban đầu.
1.4.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
Quá trình keo tụ phụ thuộc vào hai cơ chế chính là trung hòa điện tích và hấp phụ tạo
cầu nối. Vì thế các yếu tố nào ảnh hưởng đến hai quá trình trên đều ảnh hưởng đến quá
trình keo tụ tạo bông:

- Ảnh hưởng của pH
- Nhiệt độ nước
- Liều lượng chất keo tụ và chất trợ keo tụ
- Tạp chất trong nước
- Tốc độ khuấy trộn
- Môi chất tiếp xúc: nếu trong nước duy trì một lớp cặn bùn nhất định, khiến cho quá

trình kết tủa càng hoàn toàn, tốc độ kết tủa tăng.
2. Phương pháp keo tụ - tạo bông
2.1. Hệ keo ngược dấu
Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp:
phèn nhôm Al2(SO4)3; phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các loại này đưa vào nước dưới dạng
dung dịch hoà tan, phân li thành các cation và anion theo phản ứng sau:
Al2(SO4)3  2Al3+ +3SO42FeCl3  Fe3+ + 3ClNhờ hoá trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các
chất Al(H2O)63+, Fe(H2O)63+. Tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường mà chúng có khả năng
tồn tại ở các điều kiện khác nhau. Ví dụ với nhôm, các phức chất này tồn tại ở 3 < pH <4,
với sắt 1 Khi tăng độ pH, các phản ứng đối với phèn nhôm xảy ra như sau:
Al(H2O)63+ +H2O Al(H20)5(OH)2++H3O+
Tăng axit: Al(H2O)5OH2+ + H2O Al(H2O)4(OH)2+ + H3O+
Tăng kiềm: Al(H2O)4(OH)2+ + H2O Al(H2O)4+ + 3H2O + H3O+
Al(OH)3 + OHAl(OH)4Các phản ứng dừng lại ở trạng thái hydroxyt Al(OH) 3 hoặc hydroxyt Fe(OH)3 kết tủa
và lắng xuống khi độ pH ≥ 5 đối với sắt, và pH ≥ 6 đối với nhôm. Quá trình tạo thành

10


Al(OH)4+ hoặc Fe(OH)4+ chỉ xảy ra khi độ pH ≥ 7,5 đối với nhôm và pH≥10 đối với
sắt.
Tất cả các sản phẩm tạo thành trong phạm vi từ 3 < pH <6 hoặc các hydroxyt

nhôm,sắt đều mang điện tích dương mạnh, có khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên
mang điện tích âm để tạo thành bông cặn. Các ion kim loại tự do khi phân li phèn nhôm,
sắt còn kết hợp với nước qua phản ứng thuỷ phân cũng tạo thành các hydroxyt:
Al3+ +3H2O  Al(OH)3 +3H+
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
Trong các phản ứng trên, ngoài Al(OH) 3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ
được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H+ mà sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của
nước ( HCl3-). Trường hợp độ kiềm tự nhiên thấp, không đủ để trung hoà ion H +, thì cần
phải kiềm hoá nước. Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi (CaO), soda (NaCO 3)
hoặc xút (NaOH).
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ nước, nhiệt độ tối ưu đối với phèn
nhôm là 20-40°C. Ngoài ra còn một số yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng tới quá trình keo
tụ như: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, lưu lượng phèn, điều kiện
xáo trộn...
Các loại phèn nhôm, phèn sắt thường sử dụng trong quá trình keo tụ gồm: nhôm
sunfat Al2(SO4)3.14H2O, nhôm clorua AlCl3.6H2O, nhôm poluclorua
[Al(OH)1.5(SO4)0.125Cl1.25]n , sắt (II) sunfat FeSO4.7H2O, sắt clorua FeCl3, sunfat sắt nhôm
AlFe(SO4)3.nH2O , sunfat clo sắt FeClSO4, FeCl3.Fe(SO4)3...
•
So sánh phèn sắt và phèn nhôm:
- Độ hòa tan Fe(OH)3 < Al(OH)3
- Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1.5 Al(OH)3
- Trọng lượng đối với Fe(OH)3=2.4; Al(OH)3=3.6
- Keo sắt vẫn lắng khi nước có ít huyền phù
- Liều lượng phèn sắt(III) dùng để kết tủa chỉ bằng 1/3 – 1/2 liều lượng phèn nhôm.
- Phèn sắt ăn mòn đường ống
- Muối nhôm ít độc hơn so với muối sắt và sẵn trên thị trường.
- Công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểm soát,
phổ biến rộng rãi.
- Phèn nhôm làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn

đến chi phí sản xuất tăng.
- Phèn nhôm phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng.

11


- Phèn sắt ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng.
2.2. Các phương pháp keo tụ tạo bông
2.2.1. Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản
•

Quá trình keo tụ bằng các chất điện ly đơn giản được xem như một cơ chế keo tụ
tối ưu vì nó giải thích qua sự nén điện tích trong lớp khuếch tán vào lớp điện tích

kép để phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo trong nước.
• Keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản đòi hỏi liều lượng chất điện ly cho vào
nước thải phải thật chính xác.
• Phương pháp keo tụ dùng chất điện ly đơn giản rất ít khi hầu như không được sử
dụng
2.2.2. Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu


Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị 3, còn gọi là phèn



nhôm hoặc phèn sắt làm chất keo tụ.
Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan, trong dung dịch
chúng phân ly thành các cation và anion theo phản ứng sau :
Al2(SO4)3

FeCl3

2Al3+ + 3SO42Fe3+ + 3Cl-

Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều



kiện khác nhau :
Khi tăng pH:
Me(H2O)63+ + H2O

Me(H2O)5OH2+ + H3O+

Me(H2O)5 2+ + H2O

Me(H2O)4(OH)2+ + H3O+

Tăng axit
Tăng kiềm
Me(H2O)4(OH)2+ + H2O

Me(H2O)3+ + H3O+ + 3H2O

Me(H2O)3+ + OH

Me(OH)4-

Nhôm khi pH bắt đầu từ 6 trở lên và với sắt khi pH bắt đầu từ 5 trở lên, các phản ứng
dừng lại ở trạng thái hydroxit Me(OH)3 kết tủa lắng xuống.

12




Quá trình tạo thành Me(OH)4- chỉ xảy ra khi pH ≥ 7,5 đối với nhôm và pH ≥ 10 đối



với sắt .
Quan sát quá trình keo tụ dùng phèn nhôm và sắt thấy có khả năng tạo ra các loại
bông cặn như sau :
Tổ hợp các hạt keo tự nhiên bị phá vỡ thế điện động zeta, loại này chiếm số ít .
Các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau trung hòa về điện tích. vì
vậy số lượng cũng không đáng kể.
Các hạt keo đươc hình thành do thủy phân chất keo tụ với các anion có trong nước
nên bông cặn có hoạt tính bê mặt cao, có khả năng hấp thụ các chất bẩn trong khi lắng,
tạo thành các bông cặn lớn hơn.Loại này được quan tâm nhiều nhất.
Các loại phèn nhôm, sắt thường được sử dụng: nhôm sunfat Al 2(SO4)3.14H2O; nhôm
clorua AlCl3.6H2O : nhôm policlorua [Al(OH)1.5(SO4)0.125Cl1.25]n ; aluminat NaAlO2…
2.2.3. Keo tụ tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tư

Quá trình này đươc sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước, chúng có cấu tạo
mạch dài, với phân tử lượng từ 103- 107 g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch
vào khoảng 0.1-1µm.
Chúng giúp quá trình keo tụ xảy ra nhanh hơn và tạo ra các bông keo có kich thước
lớn hơn để có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng.
Dựa vào hóa trị, chia làm 3 loại:
- loại anion.
- cation.

- loại không ion.
Dựa cấu tạo hóa học, phân tử lượng và độ tích điện của chúng.
Các chất cao phân tử được dùng là N-dimetylamino propylmethacrylat ( trùng hợp từ
acrylamit ); polynatriacrylat ( sản phẩm trùng hợp của acrylamit ).
Các polime cấu tạo mạch dài, phân tử lượng cao. khi phân ly trong nước chúng keo tụ
thành các hạt bẩn trong nươc dưới dạng liên kết chuỗi.
Lượng polyme thường dùng tối đa đến 0,5mg/l
Tuy nhiên, các loại polyme này có nhược điểm là không bảo quản được lâu, đặc biệt
khi hòa tan trong nước, công nghệ sản xuất tốn kém, giá thành cao.

13


3.

Các yếu tố ảnh hưởng
3.1. pH
Trị số pH của nước có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình keo tụ. Trị số pH trong nước

quá cao hay quá thấp đều làm cho Al(OH) 3 hòa tan, làm tăng hàm lượng nhôm dư trong
nước, pH<5,5 Al(OH)3 có tác dụng như một chất kiềm làm tăng hàm lượng Al 3+ trong
nước
Al(OH)3 + 3H+
Al3+ + 3H2O
Khi pH > 7,5, Al(OH)3 đóng vai trò như một axit làm cho gốc AlO2Nên vậy, đối với phèn nhôm thì độ pH= 6-6,5 là tối ưu.
3.2. Lượng dùng chất keo tụ
Quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng hóa học bình thường nên cần phải
có thực nghiệm cụ thể để tìm lượng phèn tối ưu cho xử lý nước thải.
Thường lượng phèn cần thiết nằm trong khoảng 0,1 – 0,5 mgđl/l. Nếu dùng
Al(OH)3.18H20 thì liều lượng 10 – 50mg/l.

Lượng huyền phù càng nhiều thì lượng chất keo tụ càng lớn.
3.3. Nhiệt độ của nước:
Ảnh hưởng của nước tới quá trình keo tụ không lớn khi dùng muối sắt.
Nếu dùng phèn nhôm sunfat thì nhiệt độ tốt nhất từ 25 – 300C
3.4. Tốc độ khuấy:
Quan hệ tốc độ khuấy của hỗn hợp nước và chất keo tụ đến tính phận bổ đồng đều
của chất keo tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là một yếu tố quan trọng ảnh
hưởng đến quá trình keo tụ.
Tốc độ khuấy tốt nhất là chuyển từ nhanh sang chậm. Lúc đầu ta khuấy nhanh nhằm
khuếch tán nhanh chất keo tụ đến các nơi trong nước kịp thời tác dung với các tạp chất
trong nước. Sau khi hỗn hợp hình thành bông phèn và lớn lên ta nên khuấy chậm lại để
tránh làm vỡ vụn các bông phèn đã hình thành.
3.5. Tạp chất trong nước.
Các ion ngược dấu ảnh hưởng đến quá trình keo tụ, sẽ làm tăng khả năng keo tụ trong
nước. Nhưng vì ảnh hưởng đó rất phức tạp nên hiện nay người ta vẫn chưa nắm chắc
được quy luật của nó.
Bên cạnh đó cũng có những tạp chất ngăn cản quá trình keo tụ, ảnh hưởng đến quá
trình xử lý nước thải như khi trong nước chứa một lượng lớn chất hữu cơ cao phân tử
14


( như axit humic), nó có thể hấp thụ trên bề mặt dung dich keo, dẫn tới tác dụng bảo vệ
dung dịch keo làm cho hạt keo thu được khó keo tụ, làm giảm hiệu suất xử lý.
Khi trong nước có chứa một lượng lớn chất hữu cơ cao phân tử (như acid humic) nó
có thể hấp phụ trên bề mặt dung dịch keo bảo vệ dung dịch keo làm cho hạt keo thu được
khó keo tụ nên hiệu quả keo tụ trở nên xấu đi. Trường hợp này có thể dùng biện pháp cho
Clo hay khí ozon vào để phá hủy các chất hữu cơ đó.
3.6. Môi chất tiếp xúc
Thông thường trong các thiết bị keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa, phần lớn các thiết kế
đều có lớp cặn bùn. Vì lớp cặn bùn ấy sẽ khiến cho quá trình tủa hoàn toàn, tốc độ kết tủa

tăng nhanh bởi nó có tác dụng hấp phụ, thúc đẩy và tác dụng giống như hạt nhân kết
dính.
Khi tiến hành keo tụ hay xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy trì
một lớp cặn bùn nhất định thì sẽ cho quá trình kết tủa càng hoàn toàn và nhanh thêm.
Lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chất tiếp xúc trên bề mặt, nó có tác dụng thúc đẩy
hấp phụ. Tác dụng của các hạt cặn bùn đó như những hạt nhân kết tinh, cho nên thiết bị
dùng để keo tụ hoặc xử lý bằng kết tủa khác phần lớn được thiết kế có lớp cặn bùn.
4.

Xác định liều lượng chất keo tụ phèn gần đúng
4.1. Liều lượng phèn tính theo Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)3,.. sản phẩm không

chứa nước được chọn sơ bộ như sau:
• Xử lý nước đục ( theo bảng 6.3):
Hàm lượng cặn

Liều lượng phèn không chứa nước dùng để xử lý nước
đục (mg)
25-35
30-40
35-45
45-50
50-60
60-70
70-80

Đến 100
101-200
201-400
401-600

601-800
801-1000
1001-1500
∗ ghi chú:
- Trị số nhỏ dùng cho nước nhiều cặn lớn
- Khi dùng để lọc tiếp xúc hay bể lọc làm việc theo nguyên lý keo tụ trong lớp vật
liệu thì lượng phèn lấy nhỏ hơn các trị số ở bảng 6.3 khoảng 10-15%
4.2. Khi xư lý nước có màu tính theo công thức:
Pp=4 (mg/l)
15


∗ Trong đó :

Pp: liều lượng phèn tính theo sản phẩm không có nước
M: độ màu của nước nguồn tính bằng độ theo thang màu Pt-Co
→ trường hợp nguồn nước thô vừa đục vừa có màu thì lượng phèn được xác định
bằng cả hai cách trên rồi chọn lấy giá trị lớn nhất.
∅ chú ý khi châm hóa chất:
- khi độ kiềm không đủ để keo tụ phải cho thêm vôi hoặc xôđa đồng thời với
phèn
- chất phụ trợ keo tụ cho vào nước sau khi cho phèn 2-3 phút
- Nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn lấy bằng 10-17%; trong bể tiêu thụ
4-10% tính theo sản phẩm không ngậm nước
- Cấu tạo bể hòa tan phải đảm bảo khả năng dùng phèn sạch và phèn không sạch
Trên thực tế , liều lượng chất keo tụ tối ưu được xác định bằng thí nghiệm Jartest
Các bước tiến hành
Pha mẫu nước bã thải: cân 0,4g phẩm nhuộm pha với nước máy thành 20 lít để
làm dung dịch nước thải
Thí nghiệm 1: xác định giá trị pH tối ưu

Lấy 1 lít nước thải cho vào cốc 1000ml. Sau đó thêm vào cốc 5ml phèn 5% để
nồng độ phèn trong dung dịch đạt 250mg/l
Dùng dung dịch NaOH 1N để chỉnh pH dung dịch đến các giá trị 4,5,6,7,8,9 ghi
nhận các thể tích NaOH đã dùng.
Chuẩn bị 6 cốc 1000ml, cho vào mỗi cốc 1 lít nước thải, thêm vào mỗi cốc 5ml
phèn 5% và các thể tích NaOH 1N ( đã xác định ở phần trên) tương ứng với các giá
trị pH là 4,5,6,7,8,9 đưa 6 cốc vào giàn Jarest, bật máy khuấy ở tốc độ 100
vòng/phút trong 1 phút. Sau đó cho quay chậm trong 15 phút ở tốc độ 15- 20
vòng/phút. Tắt máy khuấy, để lắng tĩnh trong 30 phút. Sau đó lấy mẫu nước lắng
( lớp nước ở phía trên ) phân tích các chỉ tiêu pH, độ màu. Giá trị pH tối ưu là giá trị
ứng với mẫu có màu thấp nhất.
Thí nghiệm 2: Xác định liều lượng phèn tối ưu
Lấy 1 lít mẫu nước thải cho vào mỗi cốc 1000ml, sau đó đặt các cốc vào thiết bị
Jartest. Trong thí nghiệm này, thay đổi liều lượng phèn khác nhau ở 6 cốc 1000ml
chức nước thải ở trên. Sau đó, thêm axit hoặc kiềm để đạt pH tối ưu,tương ứng với
lượng phèn khác nhau. Mở các cánh khuấy quay ở tốc độ 100 vòng/ phút trong 1
phút, sau đó quay chậm trong 15 phút ở tốc độ 15-20 vòng/phút. Tắt máy khuấy, để
lắng lĩnh trong 30 phút. Sau đó lấy mẫu nước lắng( lớp nước ở phía trên) phân tích
16


các chỉ tiêu pH, độ màu. Liều lượng phèn tối ưu là liều lượng ứng với mẫu có độ
đục, độ màu thấp nhất.
Kết quả
Thí nghiệm 1: lập bảng số liệu, dựng đồ thị, trục hoành biểu thị giá trị pH, trục
tung biểu thị giá trị độ đục, độ màu, mẫu nước thải đã xử lý, vẽ đường cong biến
thiên. Xác định điểm cực tiểu. Từ đó suy ra giá trị pH tối ưu.
thí nghiệm 2: lập bảng số liệu, dựng đồ thị , trục hoành biểu thị liều lượng phèn,
trục tung biểu thị giá trị độ đục, độ màu trong nước thải đã xử lý. Vẽ đường cong
biến thiên. Xác định điểm cực tiểu. Từ đó suy ra liều lượng phèn tối ưu.

So với lượng nước xử lý, lượng hóa chất sử dụng thường chỉ chiếm một tủ lệ rất
nhỏ, khoảng vài chục phần triệu. Mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh
ngay sau khi tiế[ xúc với nước. Vì vậy cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và
đều hóa chất ngay sau khi cho chúng vào nước, nhằm đạt được hiệu quả xử lý cao
nhất
Khi thiết kế và quản lý vận hành bể trộn cần chú ý các điểm sau:
- Loại và tính chất của hóa chất cần trộn vào nước
- Các hóa chất khác nhau cần hòa trộn vào nước
- Tính chất của nước thô
- Điều kiện của địa phương và trình độ quản lý
5.

Động lực của quá trình trộn
Mục tiêu của quá trình trộn là đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều

trong môi trường nước khi phản ứng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa
chúng với các phần tử tham gia phản ứng, viêc này được thực hiện bằng cách khuấy trộn
để tạo ra các dòng chảy rối trong nước. Hiệu quả của quá trình trộn phụ thuộc vào cường
độ và thời gian khuấy trộn. Đặc biệt khi pha phèn vào nước, cường độ khuấy trộn quá
nhỏ thì không đạt yêu cầu phân phối hóa chất, nếu quá lớn sẽ làm cho các phần tử tham
gia phản ứng trượt khỏi nhau khi tiếp xúc. Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào
năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy rối.
Thời gian khuấy trộn hiệu quả được tính cho đến lúc hóa chất đã phân tán đều vào
nước và đủ để hình thành các nhân keo tụ, nhưng quá lâu làm ảnh hưởng đến các phản
ứng tiếp theo.

17


Thời gian khuấy trộn phụ thuộc rất nhiều vào loại hóa chất cần trộn Phèn nhôm và

phèn sắt khi cho vào nước xảy ra phản ứng thủy phân và hấp thụ để tạo ra hạt keo dương
làm nhân keo tụ, quá trình diễn ra ngắn hơn 1giây, nếu không trộn nhanh và đều với nước
(khoảng 1 – 2 giây) các nhân keo tụ không được phân phối đều trong thể tích nước làm
cho hiệu quả keo tụ phèn - chất kiềm hóa vôi, xút, soda và các polymer trợ keo tụ khi cho
vào nước không xảy ra phản ứng với phèn làm giảm số lượng nhân keo tụ, chỉ là chất
điều chỉnh độ kiềm và pH giúp cho quá trình tạo bông cặn tốt hơn.
Các hóa chất kiềm hóa và trợ keo tụ phải cho vào nước sau khi nước đã được trộn đều
với phèn từ 15s – 1p và thời gian trộn các hóa chất này có thể dài hơn từ 10s – 2p. Các
chất oxy hóa cho vào nước thô để oxy hóa các chất hữu cơ, diệt trong tảo phải cho vào
nước trước khi trộn phèn từ 3p trở lên, thời gian khuất trộng có thể từ 10s – 2p
Theo nguyên lý cấu tạo và vận hành, các quá trình trộn được chia thành trộn thủy lực,
trộn cơ khí và trộn bằng dòng tia áp lực
5.1. Trộn thủy lực:
Trộn thủy lực về bản chất là phương pháp dùng các loại vật loại vật cản để tao ra sự
xáo trộn trong dòng chảy của hỗn hợp nước và hóa chất
Tùy theo cấu tạo, quá trình trộn thủy lực được thực hiện bằng máy bơm, thiết bị trộn
trong ống dẫn, bể trộn vách ngăn và bể trộn đứng Thiết bị trộn đặt trong ống dẫn - Ưu
điểm: gọn, không có bộ phận chuyển động, chiều dài khuấy trộn l= 1,5D (D là đường
kính ống), thời gian trộn nhanh, không cần đưa năng lượng từ ngoài. Thời gian trộn 1 –
3s, tổn thất áp lực qua thiết bị 0,4 – 0,6m

5.2. Khuấy trộn bằng máy bơm:
18


Ở các trạm xử lý nước thải có công suất nhỏ có thể cho dung dịch hóa chất vào đầu
hút của máy bơm nếu chiều dài ống dẫn từ bơm đến công trình xử lý ≤ 20om. Tốc độ
nước trong ớng dẫn phải bằng hoặc lớn hơn 1,2m/s để có thể xới và tải cặn lắng bám vào
đường ống dẫn trong thời gian bơm ngừng hoạt động.
5.3. Trộn trong ống dẫn:

Thường được sử dụng như khâu trộn sơ bộ khi cần cho hai hoặc nhiều loại hóa chất
đồng thời vào nước. Biện pháp đơn giản nhất là sau điểm cho hóa chất, thay một đoạn
ống dẫn nước nguồn đến bể trộn chính bằng đoạn ống có đường kính nhỏ hơn, tính với
vận tốc nước 1,2 – 1,5 m/s. Chiều dài đoạn ống trộn tính theo tổng tổn thất áp lực bằng
0,3 – 0,4m. Nếu ống nước nguồn không có đủ chiều dài cần thiết, dung thiết bị trộn vành
chắn thay cho đoạn ống trộn. Vành chắn tạo ra dòng chảy rối trong ống, đường kính lỗ
vành chắn chọn với tổn thất cục bộ 0.3m – 0.4m
5.4. Bể trộn vách ngăn:
Bể trộn vách ngăn còn gọi là bể trộn ngang, gồm một đoạn mương bêtông cốt thép có
các vách trộn chắn ngang

5.5.
Bể trộn đứng:
Bể trộn đứng thường được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải có xử lý bằng

vôi sữa. Với chiều nước chảy từ dưới lên, các hạt vôi sẽ được giữ ở trạng thái lơ lửng và
hòa tan dần. Cấu tạo bể trộn gồm hai phầ, phần than trên thường có tiết diện vuông hoặc
tròn, phần đáy có dạng hình côn với góc hợp thành giữa có tường nghiêng trong khoảng
30 – 400
19


5.6.

Trộn cơ khí:

20


Thay bằng năng lượng dòng nước, trộn cơ khí dùng năng lượng cánh khuấy để tạo ra

dòng chảy rối. Cánh khuấy có thể được cấu tạo theo nhiều dạng khác nhau.
So với phương pháp trộn thủy lực, trộn cơ khí có nhiều ưu điểm hơn, có thể điều
chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn, thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể trộn
nhỏm tiết kiệm được vật liệu xây dựng. Nhược điểm chính là cần có máy khuấy và các
thiết bị cơ khí khác, đòi hỏi trình độ quản lý, vận hành cao, Thường là các nhà máy có
công suất vừa và lớn. Trong một số turờng hợp khi áp lực nước nguồn còn dư nên chọn
bể trộn thủy lực. Trước khi lựa chọn biện pháp khuấy trộn, cần phải tiến hành việc so
sánh hiệu quả kinh tế giữa hai phương pháp thủy lực và cơ khí để tìm ra quy trình tối ưu
nhất
5.7. Trộn bằng dòng tia áp lực:
∗ Ưu điểm:

- Không có tổn thất thủy lực trên dòng nước thô
- Có hiệu quả cao vì tỷ lệ giựa hai dòng chính và dòng tia là 2 – 3%, đảm bảo trộn đều
và nhanh, có thể điều chỉnh cường độ khuấy
- Có thể thay thế máy bơm tạo tia áp lực tại chỗ bằng dòng nước lấy từ đài rửa lọc từ
trạm bơm nước kĩ thuật trong nhà máy, từ trạm bơm II quay về

6.

Tài liệu tham khảo
21


[1] Nguyễn Đức Đạt Đức, slide Kỹ thuật xử lý nước cấp.
Các trang web:
1. Phương pháp keo tụ, tạo bông, />2. />3. />4. />5. />6. />7. />
22