Các phương pháp xử lý nước thải hóa lý. Công nghệ xử lý nước thải trong nhà máy thuộc da.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN MÔN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý. Xử lý nước thải trong
công nghiệp thuộc da
Giáo viên: ThS. Đinh Thị Lan Anh

HÀ NỘI, 11/2022
1


Lời mở đầu
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và đặc biệt là ơ nhiễm
mơi trường nước nói riêng đang là mối quan tâm của tồn nhân loại. Nước là
nguồn tài nguyên quý giá, là nhân tố quan trọng quyết định sự sống trên Trái Đất.
Cùng với sự gia tăng dân số là nhu cầu sử dụng nước cũng tăng lên. Tuy nhiên
theo thống kê của tổ chức y tế thế giới hiện nay có khoảng 1/3 dân số đang thiếu
nước sạch để sinh hoạt, nguyên nhân chính là đo nhiều nguồn nước bị ơ nhiễm
do nước thải chưa được xử lý của các nhà máy công nghiệp, nước thải sinh
hoạt,..
Việt Nam chúng ta trong những năm gần đây đang bước vào thời ký hiện
đại hóa đất nước, nền công nghiệp và đời sống con người phát triển, kéo theo đó
là tình hình ơ nhiễm mơi trường nước cũng gia tăng đến mức báo động. Rất nhiều
vụ việc xả nước thải chưa qua xử lý ra môi trường khiến nhiều nguồn nước trở
thành các “dịng sơng chết”. Do đó vấn đề xử lý nước thải và cung cấp nước sạch
đang là một mối quan tâm lớn, đây là vấn đề cấp thiết cần được giải quyết của
của các tổ chức và nhà nước.
Với các lý do trên cùng với sự phân cơng của cơ, nhóm em đã chọn đề tài
“Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý. Xử lý nước thải trong công

nghiệp thuộc da”. Với mục tiêu là tìm hiểu, nắm rõ kiến thức về các phương
pháp xử lý nước thải này thơng qua tìm và đọc những tài liệu liên quan được cô
cung cấp và trên Internet.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn cơ ThS. Đinh Thị Lan Anh đã góp ý và
hướng dẫn tận tình trong suốt q trình nhóm làm đề tài. Tuy nhiên do trình độ
kiến thức cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi cịn những thiếu sót. Nhóm em
rất mong nhận được sự phê bình và sửa chữa từ cơ để đề tài này hồn thiện hơn.

2


Mục lục
Lời mở đầu ............................................................................................................ 2
Mục lục .................................................................................................................. 3
Danh mục hình ảnh .............................................................................................. 5
CHƯƠNG 1. Tổng quan về xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý ......... 7
1.1

Phương pháp hóa lý đơng tụ và keo tụ ....................................................... 7
1.1.1

Đơng tụ ........................................................................................ 7

1.1.2

Keo tụ .......................................................................................... 9

1.2

Phương pháp hóa lý tuyển nổi.................................................................. 12

1.3

Phương pháp hóa lý hấp phụ .................................................................... 16

1.4

1.5

1.6

1.3.1

Cơ sở của quá trình hấp phụ ..................................................... 16

1.3.2

Các chất hấp phụ ....................................................................... 17

1.3.3

Hệ thống thiết bị hấp phụ .......................................................... 18

Phương pháp hóa lý trao đổi ion .............................................................. 20
1.4.1

Bản chất của quá trình trao đổi ion ........................................... 20

1.4.2

Quá trình trao đổi ion trong xứ lý nước thải ............................. 21

1.4.3

Các sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi ion .................................... 22

Các quá trình tách bằng màng .................................................................. 24
1.5.1

Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) .............................. 25

1.5.2

Siêu lọc ...................................................................................... 26

1.5.3

Thẩm tách và điện thẩm tách .................................................... 27

Phương pháp hóa lý điện hóa ................................................................... 28
1.6.1

Oxy hóa của anot và khử của catot ........................................... 28

1.6.2

Đông tụ điện .............................................................................. 29

1.6.3

Tuyển nổi bằng điện .................................................................. 31

CHƯƠNG 2. Tổng quan xử lý nước thải trong công nghiệp thuộc da ......... 33
2.1

Giới thiệu về công nghiệp thuộc da ......................................................... 33
2.1.1

Khái niệm thuộc da ................................................................... 33

2.1.2

Cơng nghiệp thuộc da ............................................................... 33

2.2

Quy trình sản xuất trong công nghiệp thuộc da ....................................... 34

2.3

Nguồn phát sinh và đặc tính nước thải của cơng nghiệp thuộc da ........... 36
2.3.1

Nguồn phát sinh ........................................................................ 36

2.3.2

Đặc tính nước thải ..................................................................... 38
3

2.3.3

Tác động của nước thải công nghiệp thuộc da đến môi trường 39

2.4
Các phương pháp giảm thiểu ô nhiễm và xử lý nước thải cơng nghiệp
thuộc da ................................................................................................................ 40
2.5

Quy trình công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệp thuộc da .......... 43
2.5.1

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải thuộc da thường áp dụng ..... 43

2.5.2

Công nghệ của SIGMA trong xử lý nước thải thuộc da ........... 47

Kết luận ............................................................................................................... 50
Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 51

4


Danh mục hình ảnh
Hình 1-1 Phân loại chất rắn trong nước thải .......................................................... 7
Hình 1-2 Điện tích trong hạt lơ lửng theo lý thuyết 2 lớp ..................................... 8
Hình 1-3 Giảm điện tích thực trên hạt rắn bằng cách thêm các ion trái dấu hóa trị
3 .............................................................................................................................. 8

Hình 1-4 Bơng cặn được tạo khi thêm hóa chất đơng tụ - keo tụ ........................ 10
Hình 1-5 Sơ đồ thiết bị làm sạch nước thải bằng đơng tụ - keo tụ ...................... 10
Hình 1-6 Loại khuấy bằng vách ngăn .................................................................. 11
Hình 1-7 Loại buồng ngăn tạo bơng .................................................................... 11
Hình 1-8 Loại thiết bị đơng tụ kết hợp với lắng trong ......................................... 11
Hình 1-9 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi bơm dâng ..................................................... 13
Hình 1-10 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi bằng khơng khí hịa tan ............................. 13
Hình 1-11 Bể tuyển nổi cấp khơng khí bằng phương pháp cơ học ...................... 14
Hình 1-12 Bể tuyển nổi cấp khí qua tấm lọc........................................................ 15
Hình 1-13 Bể tuyển nổi cấp khơng khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp ... 15
Hình 1-14 Biểu diễn quá trình hấp phụ ................................................................ 16
Hình 1-15 Than hoạt tính ..................................................................................... 17
Hình 1-16 Cơ chế hoạt động của than hoạt tính................................................... 18
Hình 1-17 Hệ thống cấp chất hấp phụ nối tiếp .................................................... 18
Hình 1-18 Hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều ............................................. 19
Hình 1-19 Hệ thống làm việc liên tục .................................................................. 19
Hình 1-20 Tháp hấp phụ 1 tầng............................................................................ 19
Hình 1-21 Tháp hấp phụ 3 tầng............................................................................ 20
Hình 1-22 Quá trình trao đổi ion trong nước thải ................................................ 21
Hình 1-23 Sơ đồ hệ thống loại khống hồn tồn ................................................ 22
Hình 1-24 Sơ đồ thiết bị trao đổi ion hỗn hợp ..................................................... 22
Hình 1-25 Quá trình trao đổi ion sử dụng sơ đồ lọc nhúng ................................. 23
Hình 1-26 Thiết bị trao đổi ion với lớp ionit chuyển động .................................. 23
Hình 1-27 Thiết bị lọc trao đổi ion kiểu đứng ..................................................... 23
Hình 1-28 Xử lý nước thải bằng trao đổi ion trên thực tế .................................... 24
Hình 1-29 Các quá trình tách bằng màng ............................................................ 24
Hình 1-30 Sơ đồ thẩm thấu .................................................................................. 25
Hình 1-31 Cấu trúc màng lọc RO ........................................................................ 26
Hình 1-32 Hệ thống lọc RO trong cơng nghiệp ................................................... 26
Hình 1-33 Sơ đồ kết hợp siêu lọc là thẩm thấu ngược ......................................... 27

Hình 1-34 Cơ chế của cơng nghệ siêu lọc............................................................ 27
Hình 1-35 Ngun lý của điện thẩm tách ............................................................ 28
5


Hình 1-36 Sơ đồ bể điện phân .............................................................................. 29
Hình 1-37 Sơ đồ hệ thống thiết bị đông tụ bằng điện .......................................... 30
Hình 1-38 Xử lý nước thải bằng đơng tụ - keo tụ điện hóa ................................. 31
Hình 1-39 Sơ đồ hệ thống thiết bị tuyển nổi điện một ngăn ................................ 31
Hình 2-1 Cấu trúc da động vật ............................................................................. 33
Hình 2-2 Da thành phẩm ...................................................................................... 33
Hình 2-3 Một cơng đoạn thuộc da trong thực tế .................................................. 34
Hình 2-4 Sơ đồ cơng nghệ thuộc da ..................................................................... 35
Hình 2-5 Các cơng đoạn phát sinh nước thải trong cơng nghệ thuộc da ............. 37
Hình 2-6 Định mức hóa chất sử dụng trong cơng nghệ thuộc da (kg/100kg da
muối) .................................................................................................................... 38
Hình 2-7 Đặc tính nước thải thuộc da của từng cơng đoạn và của dịng thải chung
.............................................................................................................................. 39
Hình 2-8 So sánh đặc tính nước thải thuộc da với nước thải đô thị, nước tự nhiên
và hiệu quả xử lý cần thiết ................................................................................... 39
Hình 2-9 Nước thải của nghành thuộc da ra môi trường (gần nhà máy thuộc da
Bangladesh) .......................................................................................................... 40
Hình 2-10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải công nghiệp thuộc da ...... 42
Hình 2-11 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải nghành thuộc da............................. 43
Hình 2-12 Bể điều hịa trong xử lý nước thải ...................................................... 44
Hình 2-13 Bể keo tụ tạo bơng trong xử lý nước thải ........................................... 45
Hình 2-14 Bể lắng trong xử lý nước thải ............................................................. 45
Hình 2-15 Bể UASB trong xử lý nước thải ......................................................... 46
Hình 2-16 Bể aerotank trong xử lý nước thải ...................................................... 46
Hình 2-17 Bể lọc áp lực trong xử lý nước thải .................................................... 47

Hình 2-18 Bể khử trùng trong xử lý nước thải .................................................... 47
Hình 2-19 Bộ phân tích SIGMA DAF FPAC – 40 .............................................. 49
Hình 2-20 Lọc ...................................................................................................... 49
Hình 2-21 Bể định lượng chất đông tụ, keo tụ và NaOH .................................... 49

6


CHƯƠNG 1. Tổng quan về xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý
Xử lý nước thải bằng hóa lý là phương pháp kết hợp giữa phương pháp
vật lý và phương pháp hóa học. Cơ sở của các phương pháp hố lý là các phản
ứng hố học và q trình lý hố diễn ra giữa chất ơ nhiễm trong nước thải với
hóa chất được cho thêm vào.
Những phản ứng có thể xảy ra trong quá trình này là phản ứng oxy hóa
khử, phản ứng kết tủa hoặc phân huỷ các chất độc hại.
Xử lý nước thải thông qua phương pháp hóa lý được áp dụng khá phổ
biến. Lý do là vì nó giúp xử lý hiệu quả các hóa chất, chất rắn, kim loại nặng,...
có trong nước thải. Ngồi ra, việc vận hành hệ thống xử lý nước thải tương đối
ổn định nếu dùng đúng hoá chất và liều lượng. Nhược điểm duy nhất của phương
pháp hóa lý là về giá thành của những hóa chất được sử dụng.
1.1 Phương pháp hóa lý đơng tụ và keo tụ

Hình 1-1 Phân loại chất rắn trong nước thải

Q trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn lơ lửng nhưng không thể
tách đươc các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hịa tan vì chúng là những hạt
có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn một cách hiệu quả bằng phương pháp
lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân
tán liên kết thành tập hơp các hạt, nhằm tăng vận tốc lắng của chúng.
Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết phải

trung hòa điện tích của chúng, sau đó mới liên kết chúng với nhau. Q trình
trung hịa điện tích thường gọi là q trình đơng tụ (coagulation) cịn q trình
tạo thành các hạt bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ
(flocculation).
1.1.1

Đơng tụ

Trong tự nhiên, tùy theo nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa học,
các hạ cặn lơ lửng đều có mang điện tích âm hoặc dương. Khi sự cân bằng điện
động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết
với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện từ, tạo thành tổ hợp các phân tử,
nguyên tử hoặc các ion tự do. Các tổ hợp trên được gọi là các hạt bơng keo
(flocs)
Trong q trình xử lý nước thải ở nước ta hường gặp 2 loại keo:
- Keo kỵ nước: keo không kết hợp với các phần tử nước của môi trường để tạo ra
7


vỏ bọc hydrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích lớn và khi điện tích này được
trung hịa thì độ bền của hạt keo sẽ bị phá vỡ.
- 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 khơng bị keo tụ.
Trong q trình xử lý nước thải bằng chất keo tụ thì kỵ nước đóng vai trị
chủ yếu.

Hình 1-2 Điện tích trong hạt lơ lửng theo lý thuyết 2 lớp

Hình 1-3 Giảm điện tích thực trên hạt rắn bằng cách thêm các ion trái dấu hóa trị 3

Q trình đơng tụ diễn ra dưới ảnh hưởng của chất đơng tụ. Khi ta thêm
các hóa chất đơng tụ vào, chất này ngồi việc phân ly ra ion OH − tạo kết tủa
hydroxit với ion kim loại nó cịn đóng vai trị như 1 chất keo kết dính. Nó kết
dính những hạt kích thước nhỏ thành những hạt có kích thước lớn hơn và có thể
liên kết với hydroxit kim loại vừa tạo thành để tạo ra bơng cặn lớn. Bơng cặn này
có thể lắng nhanh bằng trọng lực, tách hoàn toàn ra khỏi nước (phân lớp rõ ràng).
Mục tiêu của đông tụ là giảm thế zeta (hiệu số điện năng giữa các lớp cố
định và lớp chuyển động) tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng tới giá trị
tới hạn, bằng cách cho thêm các ion có điện tích dương để phá vỡ sự ổn định của
trạng thái keo của các hạt nhờ trung hịa điện tích.
8


Trong đơng tụ diễn ra q trình phá vỡ ỗn định trạng thái keo của các hạt
nhờ trung hòa điện tích. Hiệu quả đơng tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, các chất
đơng tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt. Hóa trị của ion càng lớn thì
hiệu quả đơng tụ càng cao.
Các chất đơng tụ thường được dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp
của chúng. Việc lựa chọn chúng phụ thuộc vào tính chất hóa lý, chi phí, nồng dộ
tạp chất trong nước, pH và thành phần muối trong nước. Trong thực tế người ta
thường sử dụng các chất đông tụ sau: Al2 (SO4 )3 . 18H2 O, NaAlO2 , Al2 (OH)5 Cl,
KAl(SO4 )2 . 12H2 O, NH4 Al(SO4 )2 . 12H2 O …
Bảng 1-1 Ưu và nhược điểm của các chất đông tụ

Hóa chất

Ưu điểm

Nhược điểm

Aluminum sulface
Al2(SO4)3.18H20

Dễ bảo quản và sử dụng,
được sử dụng phổ biến, tạo ít
bùn hơn khi sử dụng vôi,
hiệu quả nhất ở pH 6,5 - 7,5

Tạo thêm muối hòa tan
trong nước, chỉ hiệu quả
trong một khoảng pH
nhỏ

Sodium aluminate
Na2Al2O4

Thường sử dụng kết hợp
Hiệu quả khi sử dụng để xử
với phèn, giá thành cao,
lý nước cứng; cần liều lượng
không hiệu quả với
thấp
nước mềm

Polyaluminum chlorie
Al13(OH)20(SO4)2.Cl15

Trong một vài trường hợp
tạo bông cặn dày hơn và dễ

Ít phổ biến
lắng hơn khi sử dụng phèn
nhơm

Ferric sulfate
Fe2(SO4)3

Tạo thêm muối hịa tan
Hiệu quả ở pH 4-6 và 8,8 trong nước, cần thêm
9,2
alkalinity

Ferric chlorie
FeCl3.6H2O

Hiệu quả ở pH 4 - 11

Tạo thêm muối hòa tan
trong nước, tiêu thụ
alkalinity gấp 02 lần
phèn nhơm

Ferric sulfate
Fe2(SO4)

Tạo thêm muối hịa tan
Khơng nhạy cảm với pH như
trong nước, cần thêm
vôi
alkalinity

Vôi
Ca(OH)2

Rất phụ thuộc vào pH;
Sử dụng phổ biến và rất hiệu
tạo lượng bùn lớn; sử
quả; có thể khơng tạo thêm
dụng q liều sẽ cho
muối trong nước thải sau xử
chất lượng nước đầu ra
lý
thấp

1.1.2 Keo tụ
Để tăng cường q trình tạo thành bơng keo hydroxit nhôm và sắt với mục
9


đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành quá trình keo tụ bằng cách cho thêm vào
nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất keo tụ (chất trợ đồng tụ
(flocculant)). Việc sử dụng các chất này giúp hạ thấp liều lượng chất đông tụ,
giảm thời gian q trình đơng tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo.
Cơ chế hoạt động của chất keo tụ: Hấp phụ phân tử chất keo tụ trên bề mặt
hạt keo, tạo thành mạng lưới phân tử chất keo tụ. Dưới tác dụng của chất keo tụ
giữa các hạt keo tạo thành cầu nối polime, các hạt keo tích điện âm thúc đẩy quá
trình keo tụ với các hydroxit kim loại qua đó tạo thành hạt keo lớn hơn giúp tăng
khả năng lắng tách nhanh và hoàn toàn ra khỏi nước.
Trong xử lý nước thải người ta dùng các chất keo tụ có nguồn gốc tự
nhiên hoặc tổng hợp. Chất keo tụ tự nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin

(C6 H10 O5 )n , các ete, xenlulo và dioxit silic hoạt tính (xSiO2 . yH2 O). Chất keo tụ
tổng hợp thường dùng nhất là polyacrylamit (CH2 CHCONH2 )n

Hình 1-4 Bơng cặn được tạo khi thêm hóa chất đơng tụ - keo tụ

Hình 1-5 Sơ đồ thiết bị làm sạch nước thải bằng đông tụ - keo tụ

Một số thiết bị đông tụ

10


Hình 1-6 Loại khuấy bằng vách ngăn

Hình 1-7 Loại buồng ngăn tạo bơng

Hình 1-8 Loại thiết bị đơng tụ kết hợp với lắng trong
11


1.2 Phương pháp hóa lý tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng
hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một
số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hịa tan như các
chất hoạt động bề mặt. Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách bọt hay làm
đặc bọt.
Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, tuyển nổi thường được sử dụng để
khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm của phương pháp này so
với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng
chậm, trong một thời gian ngắn. Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được

thu gom bằng bộ phận với bọt.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường
là khơng khí) vào trong pha lỏng. Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi
của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau
đó chúng tập hợp lại thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong
chất lỏng ban đầu.
Trong xử lý nước thải, người ta phân biệt các phương pháp tuyển nổi như
sau phổ biến sau:
❖ Tuyển nổi bằng việc tách khơng khí từ dung dịch.
Phương pháp này sử dụng rộng rãi với chất bẩn chứa chất thải có kích
thước nhỏ vì nó cho phép tạo bọt khí rất nhỏ. Thực chất của phương pháp này là
tạo ra dung dịch q bão hịa khơng khí, khi giảm áp suất các bọt khơng khí sẽ
tách ra khỏi dung dịch ở dạng các bọt khí cực nhỏ. Khi các bọt khí này nổi lên bề
mặt sẽ kéo theo các chất bẩn.
Tùy thuộc vào biện pháp tạo ra dung dịch quá bão hòa người ta chia ra các
loại tuyển nổi sau:
- Tuyển nổi chân không: trong tuyển nổi chân không, nước thải được bão hịa
khơng khí ở áp suất khí quyển trong buồng thơng khí, sau đó cho vào buồng
tuyển nổi trong đó áp suất giữ ở khoảng 225-300 mmHg bằng bơm chân khơng.
Trong buồng tuyển nổi, các bong bóng khí rất nhỏ thoát ra làm nổi một phần chất
bẩn. Quá trình tuyển nổi kéo dài khoảng 20 phút.
+ Ưu điểm: sự tạo bọt khí và sự dính kết với các hạt bẩn diễn ra trong mơi
trường n tĩnh, ít tiêu hao năng lượng.
+ Nhược điểm: độ bão hòa của nước khơng lớn, vì vậy khơng áp dụng
được khi hàm lượng chất lơ lửng cao hơn 300mg/l, cần phải chế tạo thiết bị tuyển
nổi kín và bố trí cào cơ khí trong đó, khơng áp dụng cho nhiệt độ nước thải cao,
vì độ hịa tan của khơng khí sẽ giảm khi nhiệt độ cao.
- Tuyển nổi không áp: phương pháp này có kết cấu đơn giản,sử dụng thiết bị bơm
dâng, năng lượng sử dụng ít hơn 2- 4 lần so với tuyển nổi áp lực nhưng buồng
tuyển nổi phải được bố trí cao.

12


Hình 1-9 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi bơm dâng

- Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hịa tan): phổ biến nhất, làm sạch nước với
nồng độ chất lơ lửng cao (4-5 g/l), có thể tạo ra bọt khí mịn và đều, hiệu quả khử
cặn lơ lửng cao (80- 85%). Tuy nhiên, phương pháp này bị giới hạn bởi nhiệt độ
(< 40oC), nước, áp suất làm thống và trình độ cơng nhân vận hành.

Hình 1-10 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi bằng khơng khí hịa tan

Cơ chế hoạt động của hệ thống
+ Cấp nước: Nước được đưa vào bồn khí tan bằng bơm áp lực cao.
+ Hịa tan khơng khí vào nước: Khơng khí được cấp vào bồn khí tan bằng máy
nén khí, tại đây nước và khơng khí được hịa trộn.
+ Tạo bọt khí từ dung dịch q bão hịa khí: Nước bão hịa khơng khí chảy vào
ngăn tuyển nổi của bể tuyển nổi, qua một van giảm áp suất, áp suất được giảm
đột ngột về áp suất khí quyển.
+ Kết dính bọt khí, bám dính cặn vào bọt khí: Tại bể tuyển nổi, các bong bóng
khí có kích thước ly ti được tạo ra và kết hợp với chất lỏng, tạo ra lực hấp dẫn có
khả năng dính bám các phần tử rắn lơ lửng trong nước và nâng các hạt lơ lửng
nổi lên bề mặt chất lỏng, tạo thành một lớp bùn nổi.
+ Tách cặn ra khỏi nước: Lớp bùn này được cào vào ván bùn mặt. Chất rắn nặng
lắng xuống đáy bể và cũng được cào gom lại rồi hút ra ngoài bằng bơm hút bùn
13


để đưa về khu xử lý bùn.

❖ Tuyển nổi phân tán khơng khí bằng phương pháp cơ học.
Sự phân tán khí trong máy tuyển nổi kiểu này được thực hiện nhờ bơm
tuabin cánh quạt, khi cánh quạt quay trong chất lỏng xuất hiện các dịng xốy
nhỏ và tạo ra các bọt khí. Bọt khí càng nhỏ thì q trình càng hiệu quả. Được sử
dụng để xử lí nước có nồng độ các hạt keo tụ cao (lớn hơn 2 g/l).
Ở thiết bị này thì mức độ phân tán khí quyết định hiệu suất tuyển nổi: khi mức độ
phân tán khí cao thì bọt khí càng nhỏ. Tuy nhiên, nếu vận tốc quay cao sẽ làm
tăng đột ngột dòng chảy rối và làm phá vỡ tổ hợp hạt - khí dẫn đến giảm hiệu
quả. Để đạt hiệu quả thì độ bão hịa khơng khí của nước phải cao (10-50% thể
tích).
Thơng thường máy tuyển nổi gồm một số buồng mắc nối tiếp. Đường kính
cánh quạt 600-700mm.Thiết bị khí động được sử dụng khi xử lý nước thải chứa
tạp chất hịa tan, có tính ăn mịn. Sự phân tán bọt khí đạt được nhờ vịi phun gắn
trên ống phân phối khí. Vịi này thường có đường kính lỗ 1-1,2mm, áp suất làm
việc 0,3- 0,5MPa. Vận tốc tia khí ở đầu ra của vịi phun là 100-200 m/s. Thời
gian tuyển nổi khoảng 15-20 phút.

Hình 1-11 Bể tuyển nổi cấp khơng khí bằng phương pháp cơ học

❖ Tuyển nổi bằng cấp khơng khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp.
Tuyển nổi bằng sục khí qua tấm sứ hay đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp
sẽ ra bọt khí nhỏ và kích thước của nó được tính theo cơng thức.
R = 6√ r 2 . σ
Trong đó:
R và r là đường kính bọt khí và đường kính lỗ
σ là sức căng bề mặt nước.
Phương pháp này so với các phương pháp khác có ưu điểm là cấu tạo đơn
giản, chi phí năng lượng thấp, nhược điểm là các lỗ mao quản hay bị bẩn và tắc,
khó chọn vật liệu có kích thước mao quản giống nhau để tạo thành cac bọt khí có
kích thước đồng đều.

14


Hiệu suất q trình tuyển nổi bằng sục khí phụ thuộc vào kích thước lỗ
xốp, áp suất khơng khí và lưu lượng khí, thời gian thực hiện q trình và mức
nước trong thiết bị tuyển nổi.

Hình 1-12 Bể tuyển nổi cấp khí qua tấm lọc

Hình 1-13 Bể tuyển nổi cấp khơng khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp

❖ Tuyển nổi điện và tuyển nổi hóa học
- Tuyển nổi điện: khi dòng điện một chiều đi qua nước thải, ở một trong các điện
cực (catot) sẽ tạo ra khí hydro. Kết quả nước thải được bão hoà bởi các bọt khí và
khi nổi lên kéo theo các chất bẩn khơng tan tạo thành váng bọt bề mặt. Ngồi ra
nếu trong nước thải chứa các chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi dịng
điện đi qua sẽ làm thay đổi thành phần hố học và tính chất của nước, trạng thái
các chất khơng tan do có các q trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hố
khử xảy ra.
- Tuyển nổi hóa học: trong q trình xử lý nước có thể diễn ra các q trình hố
học với sự phát sinh các khí khác như: O2, CO2,Cl2…bọt của các khí này có thể
kết dính với các chất lơ lửng không tan và đưa chúng lên lớp bọt. Để tăng độ kết
dính giữa các hạt lơ lửng, người ta cho thêm phèn nhôm, silicat… Hiệu quả tuyển
nổi phụ thuộc vào kích thước, số lượng bong bóng khí. Ít được sử dụng nhiều
trong công nghiệp do tiêu hao nhiều hóa chất.
15


+ Ưu điểm: có thể thu hồi được các kim loại quý, khử hoàn toàn các hạt

nhẹ- lắng chậm, cấu tạo đơn giản, dễ thi công.
+ Nhược điểm: tiêu hao hóa chất, khơng thân thiện với mơi trường.
1.3 Phương pháp hóa lý hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải chứa kim
loại chất bẩn khác nhau. Có thể dùng để xử lý cục bộ khi trong nước hàm lượng
chất nhiễm bẩn nhỏ và có thể xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học hoặc
qua các biện pháp xử lý hoá học.
Phương pháp hấp phụ được dùng như là phương pháp xử lý cuối cùng, sau
xử lý sinh học.
Ứng dụng của q trình hấp phụ:
- Q trình hấp phụ có thể được sử dụng để tách các chất hữu cơ như phenol
alkybenzen- sulphonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng
than hoạt tính.
- Than hoạt tính cũng có thể dùng để khử thuỷ ngân, và các chất nhuộm khó phân
huỷ. Tuy nhiên, việc ứng dụng vào thực tế cịn bị hạn chế do chi phí của phương
pháp này cịn q cao.
1.3.1 Cơ sở của q trình hấp phụ
Hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là
hiện tượng hấp phụ. Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng
và khí, giữa pha lỏng và pha rắn.

Hình 1-14 Biểu diễn quá trình hấp phụ

Phân loại: Dựa vào bản chất của sự tương tác
- Hấp phụ vật lý (hấp phụ van der Waal ) xảy ra giữa chất bị hấp phụ và vật liệu
hấp phụ là q trình vật lý. Trong đó chất hấp phụ có thể chuyển từ pha lỏng –
pha rắn mà không hề thay đổi về tính chất hóa học. Nhiệt độ hấp phụ dao động
trong khoảng 20 – 40 kJ/mol.
16

- Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phản ứng xảy ra mạnh hình thành liên kết hóa
học (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị,…) nên khó thể đảo ngược quá trình hấp
phụ. Nhiệt độ hấp phụ từ 40 ÷ 800 kJ/mol và địi hỏi năng lượng khá nhiều.
Khi xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại được
các phân tử của các chất khơng phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được các
chất phân ly.
Khả năng hấp phụ chất bẩn trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện nhiệt
độ. Nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xãy ra mạnh nhưng nếu q cao thì có thể
diễn ra q trình khứ hấp phụ. Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục hồi
khả năng hấp phụ của các hạt rắn khi cần thiết.
1.3.2

Các chất hấp phụ

Những chất hấp phụ có thể là :
Các vật liệu hấp phụ thường dùng
- Than hoạt tính: diện tích tiếp xúc với bề mặt nước thải lớn
- Nhơm hoạt tính: thường sử dụng hấp phụ ẩm và hoạt động ở nhiệt độ cao
- Silica gel: thường dùng để xử lý axit, dạng hạt, xốp
- Alumin silicat: ứng dụng chủ yếu trong q trình tách
Trong đó than hoạt tính được sử dụng rộng rãi nhất vì giá thành rẻ, khả
năng xử lý nước thải hiệu quả. Than hoạt tính gồm nhiều lỗ li ti có kích thước rất
nhỏ, diện tích bề mặt lớn nên hấp phụ nhiều tạp chất ơ nhiễm.

Hình 1-15 Than hoạt tính

Cấu trúc các lỗ rỗng của than hoạt tính:
- Đường kính từ 10 – 10.000 A
- Lỗ rỗng lớn có đường kính > 1.000 A

- Lỗ rỗng nhỏ có đường kính > A (vi lỗ)
- Diện tích bề mặt than hoạt tính 500 – 1.500 m2/g cacbon

17


Hình 1-16 Cơ chế hoạt động của than hoạt tính

1.3.3 Hệ thống thiết bị hấp phụ
Quá trình làm sạch nước thải bằng hấp phụ được tiến hành ở điều kiện
khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước, hoặc lọc nước thải qua lớp chất hấp
phụ hay trong lớp lỏng giả trong các hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn và liên
tục. Khi tiến hành q trình này có sự khuấy trộn chất hấp phụ với nước, người ta
thường sử dụng than hoạt tính ở dạng hạt có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 0.1
mm.
Q trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hoặc nhiều bậc. Hấp phụ một
bậc ở trạng thái tĩnh được ứng dụng trong trường hợp khi chất hấp phụ có giá
thành thấp hoặc là chất thải sản xuất. Tuy nhiên khi quá trình tiến hành trong hệ
thống nhiều bậc sẽ có hiệu quả cao hơn

Hình 1-17 Hệ thống cấp chất hấp phụ nối tiếp

18


Hình 1-18 Hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều

Hình 1-19 Hệ thống làm việc liên tục

Hình 1-20 Tháp hấp phụ 1 tầng

19


Hình 1-21 Tháp hấp phụ 3 tầng

1.4 Phương pháp hóa lý 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, V, Mn… cũng như các hợp
chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ.
Phương pháp này cho phép thu hổi các chất có giá trị 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.
Các hệ thống trao đổi ion được sử dụng để xử lý nước với mục đích làm
mềm nước, khử kim loại và các ion kim loại, khử nitrat…có trong nước. Đây
được xem là bước tiền xử lý để giúp cho những q trình xử lý nước thải phía
sau được thuận lợi và hiệu quả hơn.
Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại bỏ
các kim loại (kẽm, đồng, crom, niken, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi,
mangan,…),các hợp chất của asen, photpho, xyanua và các chất phóng xạ.
1.4.1

Bản chất của q trình trao đổi ion

Trao đổi ion là một q trình trong đó các ion trên bề mặt của của chất rắn
trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất
này gọi là ionit (chất trao đổi ion), chúng hồn tồn khơng tan trong nước.
Các chất có khả năng hút các ion dương từ dụng dịch điện ly gọi là
cationit. Những chất này mang tính axit. Các chất có khả năng hút các ion âm gọi
là anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation
và anion thì người ta gọi chúng là các ionit lưỡng tính.

Khả năng hút của các ionit được đặc trưng bởi dung lượng thể tích và đại
lượng này được xác định bằng số ion tương đương được hút bởi 1 đơn vị khối
lượng hay thể tích ionit. Người ta phân biệt dung lượng thể tích tồn phần, dung
lượng thể tích tĩnh và dung lượng thể tích động.
20


Dung lượng thể tích tồn phần là lượng các chất được hút khi bão hịa 1 đợn
vị thể tích hay khối lượng ionit.
Dung lượng thể tích tĩnh là dung lượng thể tích của ionit khi cân bằng ở
điều kiện làm việc cho trước và nhỏ hơn dung lượng thể tích tồn phần.
Dung lượng thể tích động là dung lượng của ionit trước khi đạt trạng thái
dừng trao đổi của ion trong nước lọc. Đại lượng này được xác định trong điều
kiện lọc qua ionit. Giá trị đại lượng này nhỏ hơn dung lượng tĩnh.
1.4.2 Quá trình trao đổi ion trong xứ lý nước thải
Tại thời điểm này xảy ra các phản ứng hóa học gồm phản ứng thế giữa ion
pha lỏng và ion pha rắn với các hạt nhựa trao đổi ion. Các cation và anion chỉ
được hình thành trong điều kiện một ion hòa tan trong nước. Nhờ vậy mà các ion
có thể chọn lọc và thay thế dựa trên đặc điểm điện năng của chúng. Và quá trình
thay thế ion chỉ xảy ra khi cho dung dịch tiếp xúc trực tiếp với hạt nhựa trao đổi
ion.
Vậy các hạt nhựa trao đổi ion là gì? Chúng được chia thành 2 phần gồm
chất trao đổi ion và nhóm ion hoạt tính. Các hạt nhựa có hình dạng viên nhỏ, xốp,
có cấu tạo từ các cao phân tử, polyme hữu cơ (polystyrene), hình thành lưới
hydrocacbon có thể liên kết tĩnh điện với số lượng lớn các nhóm ionizable.
Vì những điểm tích cực trên mà hệ thống trao đổi ion được sử dụng phổ
biến nhất.
Đặc điểm của các hạt nhựa trao đổi ion: các hạt nhựa trao đổi ion dương
gồm R-Na, RH, R-NH4,…. R- là các anion có gốc cationit khơng hịa tan trong
nước. Các cation hòa tan thường là Ca2+, Mg2+ có khả năng trao đổi dễ dàng

với cation dễ hịa tan của cationit (Na+, H+, NH4+). Khi đó, cation được cationit
được giữ lại trong nước và catin dễ hòa tan được giải phóng vào nguồn nước.

Hình 1-22 Q trình trao đổi ion trong nước thải

21


1.4.3

Các sơ đồ hệ thống thiết bị trao đổi ion

Hình 1-23 Sơ đồ hệ thống loại khống hồn tồn

Hình 1-23 thể hiện sự loại khống hồn tồn bao gồm: một cột trao đổi
cation, tiếp theo là cột trao đổi anion kiềm yếu.

Hình 1-24 Sơ đồ thiết bị trao đổi ion hỗn hợp

Hình 1-24 minh họa việc sử dụng trao đổi ion hỗn hợp cả cation và anion
theo sơ đồ làm việc gián đoạn. Quy trình làm việc bao gồm 4 giai đoạn: Trao đổi
ion; rửa ionit khỏi các tạp chất; tái sinh ionit (dung dịch axit/ kiềm) và rửa ionit
khỏi dung dịch tái sinh.

22


Hình 1-25 Quá trình trao đổi ion sử dụng sơ đồ lọc nhúng

Hình 1-26 Thiết bị trao đổi ion với lớp ionit chuyển động

Hình 1-27 Thiết bị lọc trao đổi ion kiểu đứng
23


Hình 1-28 Xử lý nước thải bằng trao đổi ion trên thực tế

Ưu điểm:
- Xử lý hiệu quả chất lơ lửng cùng nhiều chất độc hại trong nước.
- Ít tiêu hao năng lượng.
- Cách xử lý an toàn, thân thiện với mơi trường.
- Các hạt nhựa ion có thời gian sử dụng lâu.
Nhược điểm:
- Chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng khá cao.
- Chỉ phù hợp sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi xử lý cao.
1.5 Các quá trình tách bằng màng
Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các q
trình tương tự khác ngày càng đóng vai trị quan trọng trong xử lý nước thải.

Hình 1-29 Các quá trình tách bằng màng

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trị ngăn cách giữa các pha
khác nhau. Đó có thể là chất rắn, hoặc một gel (chất keo) trương nở do dung môi

24


hoặc thậm chí cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc
vào độ thấm qua của các hợp chất đó qua màng.
1.5.1 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
Ở tại một áp suất nhất định, sự cân bằng được thiết lập thì áp suất đó được
gọi là áp suất thẩm thấu.
Khi áp suất tăng trên áp suất thẩm thấu ở phía dung dịch của màng thì có
dịng di chuyển ngược, nghĩa là dung môi sẽ di chuyển từ dung dịch qua màng
vào phía dung mơi.

Hình 1-30 Sơ đồ thẩm thấu

Màng bán thấm khơng có khả năng hồ tan. Nếu như chiều dày của lớp
phân tử nước bị hấp phụ bằng hay lớp hơn một nửa đường kính mao quản của
màng thì dưới tác dung của áp suất chỉ có nước sạch đi qua, mặc dù kích thước
của nhiều ion nhỏ hơn kích thước phân tử nước.
Lớp màng hydrat của các ion này đã cản trở không cho chúng đi qua mao
quản của màng. Kích thước lớp màng hydrat của các ion khác nhau sẽ khác nhau.
Nếu chiều dày này của lớp phân tử nước bị hấp phụ nhỏ hơn một nửa đường kính
mao quan thì các chất hồ tan sẽ chui qua màng cùng với nước.
Ưu điểm:
- Không có pha chuyển tiếp trong tách tạp chất cho phép tiến hành q trình với
chi phí năng lượng thấp.
- Có thể tiến hành q trình ở nhiệt độ phịng khơng có bổ sung hoặc bổ sung ít
hố chất.
- Đơn giản trong kết cấu.
Nhược điểm:

25