( 10-08-2023 - 02:57 PM ) - Lượt xem: 0
Xử lý nước thải bằng công nghệ hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc áp dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả.
Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
• Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ.
• Thực hiện quá trình hấp phụ;
• Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán trong). Người ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét, silicagen…Để loại những chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá, dẫn xuất phenol và hydroxyl…
Ứng dụng của quá trình hấp phụ
• Tách các chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính;
• Có thể dùng than hoạt tính khử thuỷ ngân;
• Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân huỷ;
• Ứng dụng còn hạn chế do chi phí cao.
1. Xử lý nước thải bằng công nghệ trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất và đạt được mức độ làm sạch cao. Vì vậy nó là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải. Bản chất của quá trình trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này được gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất trao đổi ion có khả năng trao đổi các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit và chúng mang tính acid. Các chất có khả năng trao đổi với các ion âm gọi là các anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng là ionit lưỡng tính. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo.
Ứng dụng của quá trình trao đổi ion:
• Làm mềm nước: ứng dụng quan trọng của quá trình trao đổi ion là làm mềm nước, trong đó các ion Ca2+ và Mg2+ được tách khỏi nước và thay thế vị trí Na+ trong hạt nhựa. Đối với các quá trình làm mềm nước, thiết bị trao đổi ion axit mạnh với Na+ được sử dụng.
• Khử khoáng: trong quá trình khử khoáng, tất cả các ion âm và các ion dương đều bị khử khỏi nước. Nước di chuyển qua hệ thống hai giai đoạn gồm bộ trao đổi cation axit mạnh ở dạng H+ nối tiếp với bộ trao đổi anion bazơ mạnh ở dạng OH -.
• Khử ammonium (NH4+): quá trình trao đổi ion có thể được dùng cô đặc NH4+ có trong nước thải. Trong trường hợp này, phải sử dụng chất trao đổi chất có tính lựa chọn NH4+ cao chẳng hạn như clinoptilolite. Sau khi tái sinh, dung dịch đậm đặc có thể được chế biến thành phân.
Hệ thống hấp phu & trao đổi ion
2. Xử lý nước thải bằng công nghệ keo tụ tạo bông
Các hạt cặn không tan hoặc hòa tan trong nước thải thường đa dạng về chủng loại và kích thước, có thể bao gồm các hạt cát, sét, mùn, vi sinh vật, sản phẩm hữu cơ phân huỷ… Kích thước hạt có thể dao động từ vài micromet đến vài mm. Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được những hạt kích thước lớn hơn 1 mm.
Với những hạt kích thước nhỏ hơn 1 mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải tốn thời gian rất dài và khó đạt hiệu quả xử lý cao, do đó cần phải áp dụng phương pháp xử lý hoá lý.
Mục đích quá trình keo tụ tạo bông để tách các hạt cặn có kích thước 0,001(m < ( < 1 (m, không thể tách loại bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc hoặc tuyển nổi. Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông gồm:
• Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu: khi bổ sung các ion trái dấu vào nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch đến lớp khuyếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện.
• Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hoà điện tích tạo ra điểm đẳng điện zeta bằng 0. Trong trường hợp này, quá trình hấp phụ chiếm ưu thế.
• Cơ chế hấp phụ – tạo cầu nối: các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hoá, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:
– Phân tán polymer.
– Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt.
– Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt. – Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác.
Quá trình keo tụ tạo bông
BỂ LẮNG
Bể lắng được sử dụng để tách các chất rắn/ bông cặn được tạo thành từ quá trình keo tụ, tạo bông theo nguyên lý lắng trọng lực. Bùn lắng trong hố thu bùn sẽ được bơm về hệ thống xử lý bùn trong khi nước sau lắng sẽ tự chảy đến bể xử lý kế tiếp.
Các loại bể lắng thường được áp dụng bao gồm
Bể lắng tròn (với hệ gạt bùn đáy bể)
Bể lắng hình chữ nhật (với hệ gạt bùn đáy bể)
Bể lắng đứng (độ dốc cao để bùn tự rớt vào hố thu bùn mà không cần hệ gạt bùn, dành cho các dự án có công suất nhỏ)
Bể lắng hình tròn
BỂ TUYỂN NỔI DAF
Nếu như các chất rắn lơ lửng / bông cặn được tách ra khỏi bể lắng theo nguyên lý lắng trọng lực thì bể DAF sẽ loại bỏ chúng theo nguyên lý tuyển nổi. Nước thải sau khi qua bể tạo bông sẽ được nén với không khí ở áp suất cao vài atmosphere, sau đó giảm áp xuống áp suất khí quyển tại bể DAF, khí hòa tan tách ra khỏi nước thải thành những bọt khí mịn. Các bọt khí mịn sẽ dính bám vào các hạt (các chất rắn) và với lực đẩy nổi đủ lớn sẽ đẩy các hạt đã bám dính vào bọt khí lên bề mặt bể tuyển nổi siêu nông và tại đây chúng sẽ được dàn gạt váng bọt bề mặt tách ra khỏi nước thải.
Trong ngành xử lý nước thải, bể DAF thường được sử dụng để loại bỏ dầu mỡ, các chất rắn lơ lửng, các chất hoạt động bề mặt, các dạng chất rắn có tỉ trọng thấp (như bột giấy, cao su …). Nachita đã áp dụng bể DAF cho công suất lên tới 2,000m3/ngày.
Bể tuyển nổi DAF
2. Xử lý nước thải bằng công nghệ kết tủa
Xử lý nước thải bằng công nghệ kết tủa là quá trình hình thành chất rắn từ dung dịch khi phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch lỏng. Nếu không chịu tác dụng của trọng lực (lắng đọng) để gắn kết các hạt rắn với nhau, thì các chất tồn tại trong dung dịch ở dạng huyền phù. Sau khi lắng đọng, đặc biệt khi sử dụng phương pháp ly tâm trong phòng thí nghiệm để nén chặt chúng thành khối, chất kết tủa có thể được xem là ‘viên’. Sự kết tủa có thể được dùng làm như một môi trường. Chất lỏng không kết tủa còn lại ở trên được gọi là ‘supernate’ hay ‘supernatant’ (dịch nổi). Bột thu được từ quá trình kết tủa về mặt lịch sử được gọi là ‘bông (tụ)’. Khi chất rắn xuất hiện ở dạng sợi cellulose qua quá trình hóa học, quá trình này được gọi là sự tái sinh (regeneration).
Kết tủa cũng có thể xuất hiện nếu hàm lượng hợp chất vượt ngưỡng tan của nó (xuất hiện khi trộn các dung môi hoặc thay đổi nhiệt độ của chúng). Sự kết tủa có thể xảy ra rất nhanh từ dung dịch bão hòa.
Quá trình kết tủa thường gặp trong xử lý nước là kết tủa carbonate canxi và hydroxit kim loại. Ví dụ ứng dụng quá trình kết tủa làm mềm nước theo phương pháp như sau:
• Sử dụng vôi: Ca(OH)2 + Ca(HCO3) = 2CaCO3 + 2H2O
• Sử dụng carbonate natri: Na2CO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaCO3
• Sử dụng xút: 2NaOH + Ca(HCO3)2 = Na2CO3 + CaCO3 + H2O
Kim loại chứa trong nước thải có thể tách loại đơn giản bằng cách tạo kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit. Giá trị pH tối ưu để quá trình kết tủa xảy ra hiệu quả nhất của các kim loại khác nhau không trùng nhau. Do đó, cần xác định giá trị pH thích hợp đối với từng kim loại nước thải cụ thể cần xử lý. Bên cạnh đó, quá trình kết tủa còn được ứng dụng trong quá trình khử SO42-, F-, PO43-.
3. Xử lý nước thải bằng công nghệ thẩm thấu
Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tự khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.
Màng được định nghĩa là lớp đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Đó có thể là chất rắn, hoặc 1 gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất qua màng.
Thẩm thấu ngược – Reverse Osmosis (RO)
Thẩm thấu được định nghĩa là sự di chuyển tự phát của dung môi từ một dung dịch loãng vào một dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm. Khi áp suất tăng lên áp suất thẩm thấu ở phía dung dịch của màng như hình vẽ dưới, thì có dòng dịch chuyển ngược, nghĩa là dung môi sẽ di chuyển từ dung dịch qua màng vào phía nước sạch. Đây là khái niệm cơ bản của thẩm thấu ngược. Vì vậy có thể định nghĩa thẩm thấu ngược là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất cao hơn áp suất thẩm thấu.
Công nghệ lọc RO
4. Công nghệ siêu lọc (Ultra filtration, Micro filtration)
Cả siêu lọc và thẩm thấu ngược đều phụ thuộc vào áp suất, động lực của quá trình và đòi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua và giữ lại một số cấu tử khác.
Công nghệ lọc UF
Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét…). Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng để khử các vật liệu có khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao.
Nachita
