giáo trình kỹ thuật xử lý nước thải chương 3 xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
CHƯƠNG 3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ
3.1 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH KEO TỤ TẠO BÔNG
3.1.1 Giới thiệu chung
Trong nước và nước thải, một phần các hạt tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân
tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0.1 – 10 µm. Các hạt này không
nổi cũng không lắng, do đó tương đối khó tách loại. Thời gian để tách loại các hạt này
bằng cách cho lắng tự nhiên sẽ mất thời gian rất lớn (Bảng 3.1).
Bảng 3.1 Kích thước hạt và thời gian lắng
Kích thước hạt (mm) Loại hạt Thời gian lắng (1 m)
10 Sỏi 1 s
1.0 Cát 10 s
0.1 Cát mịn 2 phút
0.01 Sét 2h
0.001 Vi khuẩn 8 ngày
0.0001 Hạt keo 2 năm
0.00001 Hạt keo 20 năm
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 Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự
dính kết giữa các hạt 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. Trang 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 lien kết với những hạt keo khác tạo thành bong 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 bong 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
+
Liều lượng của các chất keo tụ này tùy thuộc vào nồng độ tạp chất rắn có trong
nước thải ( bảng 3.2).
Bảng 3.2 Liều lượng các chất keo tụ ứng với các hàm lượng chất rắn khác nhau của tạp chất
Nồng độ tạp chất trong nước (mg/L) Liều lượng chất đông tụ khan (mg/L)
1 – 100 25 – 35
101 – 200 30 – 45
201 – 400 40 – 60

401 – 600 45 – 70
601 – 800 55 – 80
801 – 1000 60 – 90
49
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
1001 – 1400 65 – 105
1401 – 1800 75 – 115
1801 – 2200 80 – 125
2201 – 2500 90 – 130
Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006).
Cơ chế của quá trình keo tụ
Quá trình keo tụ tạo bông thường được thực hiện bởi hai cơ chế sau: điện động
học và kết bông. Điện động học: giảm thế Zeta dẫn đến ưu tiên lực lien kết Vader Waals.
Các chất keo tụ thường dùng
Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt, muối nhôm và hỗn hợp của
chúng 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… Việc
lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào các tính chất hóa lý, nồng độ tạp chất, pH, thành phần
muối trong nước và chi phí. Để xác định liều lượng tối ưu của chất keo tụ trong quá trình
xử lý nước thải thí nghiệm Jar – Test được sử dụng.
Muối nhôm
Trong các loại phèn nhôm, Al
2
(SO
4
)
3
được dùng rộng rãi nhất do có tính hòa tan
tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 4.5 – 7.0. Quá
trình điện ly và thủy phân Al

2
(SO
4
)
3
xảy ra như sau:
Al
3+
+ H
2
O = AlOH
2+
+ H
+
AlOH
2+
+ 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
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, hỗn hợp NaAlO
2
và Al
2
(SO
4
)
3
theo tỷ lệ 10:1 –
20:1 được sử dụng, phản ứng xảy ra như sau:
50
Đẩy
Điểm đẳng
điện
Hút
Lực đẩy
Tổng lực tác động
Khoảng cách giữa các hạt
Lực hút
Điểm có tổng lực

tác động lớn nhất
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
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 (nhờ tăng khối lượng và tốc độ
lắng của bông cặn).
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 (pH = 4 - 7);
− Độ bền lớn;
− Có thể khử mùi vị khi trong nước thải có 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
+ 3Ca(OH)
2
 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 (flocculant). 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 sau phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương
như polyacrylic acid (CH
2
CHCOO)
n
hoặc polydiallydimetyl-amon.
Việc lựa chọn hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, trình tự cho vào nước…cũng
đều phải xác định bằng thực nghiệm. Thông thường liều lượng chất trợ keo tụ cho vào
trong khoảng từ 1 – 5 mg/L.
Bảng 3.3. Các hóa chất keo tụ thường dùng.
Hóa chất sử dụng Liều
lượng
(mg/L)
pH Ghi chú
Vôi 150 – 500 9 – 11 Sử dụng để tách keo và P. Nước thải có độ kiềm thấp
và cao, hàm lượng P khác nhau. Phương trình cơ bản
51
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Ca(OH)
2
+ Ca(HCO
3
)
2

 2CaCO
3
+ 2H
2
O
MgCO
3
+ Ca(OH)
2
 Mg(OH)
2
+ CaCO
3

Nhôm 75 – 250 4,5 – 7,0 Sử dụng để tách keo và P trong nước thải. Nước thải
có độ kiềm thấp và cao, hàm lượng P ổn định.Phương
trình cơ bản
Al
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O  2Al(OH)
3
+ 3 H
2
SO

4
FeCl
3
, FeCl
2
35 – 150 4,0 – 7,0 Sử dụng để tách keo và P trong nước thải.
FeSO
4
. 7H
2
O 70 – 200 4,0 – 7,0 Nước thải có độ kiềm thấp và cao, hàm lượng P ổn
định. Hàm lượng sắt trong nước thải sau xử lý cho
phép hoặc có thể kiểm sóat.
Cationic polymer 2 – 5 Không
làm thay
đổi
Sử dụng để keo tụ hạt keo hoặc là chất trợ keo tụ
trong trường hợp kết tủa kim lọai. Không nên dùng
trong trường hợp hình thành hóa chất trơ.
Anionic và một số
polymer không
phân ly
0,25 – 1,0 Không
làm thay
đổi
Sử dụng như chất trợ keo tụ giúp tăng tốc độ tạo bông
và lắng.
Các chất trợ lắng
và đất sét
3 – 20 Không

làm thay
đổi
Dùng để gia tăng khối lượng trong trường hợp hàm
lượng keo rất lõang.
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
3.1.2 Khuấy trộn
Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm hóa chất, quá trình khuấy trộn phải
đảm bảo tạo sự xáo trộn đều và phân tán nhanh hóa chất trong bể. Để khuấy trộn hóa chất
vào bể, các dạng thiết bị trộn thường được sử dụng là khuấy trộn thủy lực (dạng tĩnh),
khuấy trộn bằng khí nén và khuấy trộn cơ học.
Khuấy trộn thủy lực: lợi dụng sự xáo trộn của dòng chảy khi bị thay đổi hướng
chuyển động được sử dụng để khuấy nhanh hoặc hoặc nhanh kết hợp tạo bông. Loại thiết
bị này do không có phần di động nên dễ vận hành và bảo dưỡng; vận tốc dòng nước trong
thiết bị tùy thuộc vào loại thiết bị. Đối với thiết bị vách ngăn (a) khoảng cách giữa các
vách ngăn bằng 2 lần chiều rộng bể, vận tốc nước trong bể khoảng 0,6 m/s, tổn thất trong
bể từ 0,3 – 0,45m và thời gian lưu nước trong bể từ 3- 5 phút, . Đối với thiết bị trộn
buồng ngăn tạo bông vận tốc dòng nước trong khoảng từ 0,2 – 0,3m/s; Thiết bị trộn vành
chắn (c) đường kính lỗ cần chọn để tổn thất cục bộ 0,3 – 0,4m. Trong thiết bị trộn đường
ống vận tốc nước khoảng 1,2 – 1,5 m/s, chiều dài đoạn ống cần thiết để tổn thất áp lực
khoảng 0,3 – 0,4m. Một số dạng thiết bị khuấy trộn thủy lực được trình bày trong hình
3.1.
52
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
a. Khuấy trộn bằng vách ngăn b. Buồng ngăn tạo bông
c. Thiết bị trộn vành chắn d. Thiết bị trộn ống zích zắc
Hình 3.1 Khuấy trộn bằng thủy lực.
Khuấy trộn bằng khí nén: dùng bọt không khí nén được phân phối bằng dàn ống
khoan lỗ hoặc bộ khuếch tán nhúng chìm để gây sự xáo trộn hỗn hợp trong bể. Đối
với ống khoan lỗ, lỗ phải quay xuống dưới để tránh tắc nghẽn do bùn hay cặn lắng
đọng. Vận tốc dòng khí qua lỗ khoảng 15 – 20 m/s và vận tốc khí trong ống dẫn từ 10

– 15 m/s. Năng lượng do bọt khí truyền vào nước để khuấy trộn tính theo công thức
giãn nở nhiệt như sau






+
=
33,10
33,10
ln
h
KQP
a
Với P = năng lượng truyền vào nước (Kw);
Q
a
= lưu lượng khí ở áp suất khí trời (m
3
/phút);
h = độ ngập nước của lỗ phân phối khí (m);
Hay có thể tính toán theo công thức sau
a
c
aa
p
p
vpP ln.=

P: năng lượng tiêu tốn (kW);
v
a
: thể tích không khí ở áp suất khí quyển (m
3
/s);
p
a
: áp suất khí quyển;
p
c
: áp suất khí tại điểm xả (KN/m
2
).
Khi đó Gradient vận tốc được xác định
53
Chất keo tụ
Nước thải
Hỗn hợp
nước thải –
Chất keo tụ
Nước thải
và chất keo
tụ
Dẫn vào
bể lắng
Cửa tràn Vách ngăn
Chất keo tụ
Nước thải
Nước thải

Chất keo tụ
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
5,0








=
V
P
G
µ
G = gradient vận tốc (s
-1
);
µ = độ nhớt động lực của nước (N.s/m
2
) (độ nhớt động lực của nước ở 20
0
C
µ=0,001Ns/m
2
);
P = năng lượng tiêu hao (hay năng lượng truyền vào nước (J/s) (Kw = 1000 J/s);
V = dung tích bể trộn (m
3

).
Khuấy cơ học: dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo sự xáo trộn của dòng chảy. Các
cánh khuấy thường sử dụng như cánh quạt, chong chóng, turbine,…. Thời gian tiếp xúc
trong các bể khuấy trộn hóa chất thường từ từ 30 – 60 giây đến 2 phút; Năng lượng
khuấy trộn cần đảm bảo gradient vận tốc G trong khoảng 100 – 1000 s
-1
. Năng lượng cần
thiết để chuyển động cánh khuấy được xác định theo công thức sau
2

3
vAC
P
d
ρ
=
P = năng lượng, N/s;
A = diện tích cánh khuấy, m
2
;
ρ = khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m
3
;
v = vận tốc cánh khuấy đối với chất lỏng, m/s;
C
d
= hệ số ma sát.
Gradient vận tốc sinh ra do đưa năng lượng từ bên ngoài vào thể tích nước V được
xác định như công thức trên.
Thời gian khuấy trộn là nhân tố quan trọng, thường thời gian khuấy trộn cần đảm bảo G.t

= 1 x 10
4
– 1 x 10
5
.
3.1.3 Tạo bông
Để quá trình tạo bông, các thiết bị vách ngăn hoặc cánh khuấy thường được sử
dụng. Trong quá trình tạo bông cần lưu ý năng lượng khuấy trộn đưa vào, nếu năng
lượng khuấy trộn quá lớn sẽ dẫn đến phá vỡ bông cặn. Thường trong bể tạo bông năng
lượng khuấy trộn nằm trong khoảng G = 20 – 50 s
-1
; với thời gian khuấy trộn nằm trong
khoảng từ 10 – 60 phút tùy theo loại nước thải (Bảng 3.4). Chiều sâu của bể tạo bông có
thể chọn như độ sâu của bể lắng.
Bảng 3.4 G và HRT trong thiết bị keo tụ - tạo bông thường dùng trong hệ thống XLNT
Quá trình
Khoảng giá trị
HRT G (s
-1
)
Khuấy trộn (Keo tụ)
Khuấy trộn nhanh thường dùng tronh hệ thống XLNT 5 – 20 s 250 – 1500
Khuấy trộn nhanh trong quá trình lọc tiếp xúc < 1 – 5 s 1500 – 7500
Tạo bông
Quá trình tạo bông thường dùng trong XLNT 10 – 30 phút 20 – 80
Tạo bông trong quá trình lọc trực tiếp 2 – 10 phút 20 – 100
Tạo bông trong quá trình lọc tiếp xúc 2 – 5 phút 30 - 150
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
54
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng

3.1.4 Năng lượng khuấy trộn
Máy khuấy dạng chân vịt và dạng Turbine (Propeller and Turbine Mixers)
Tùy thuộc vào chế độ chảy của dòng mà năng lượng khuấy trộn sẽ khác nhau, cụ
thể
+ Khi dòng chảy tầng (N
R
< 10) : P = k.µ.n
2
.D
3
;
+ Khi dòng chảy rối (N
R
> 10.000) : P = k.µ.n
3
.D
5
.
Với
N
R
= số Reynolds;
P = năng lượng cần thiết (W);
k =hằng số phụ thuộc vào cánh khuấy và chế độ chảy;
µ = độ nhớt động học (N.s/m
2
);
ρ = khối lượng riêng của chất lỏng (Kg/m
3
);

D = đường kính cánh khuấy (m);
N = vận tốc (vòng/phút).
− Số Reynold
µ
ρ

2
nD
N
R
=
µ: độ nhớt động học (N.S/m
2
);
ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (Kg/m
3
);
D: đường kính cánh khuấy (m);
n: vận tốc (vòng/phút).
Máy khuấy dạng máy chèo (Paddle Mixer)
Đối với cánh khuấy dạng mái chèo, vận tốc đỉnh của cánh khuấy thường dao động
trong khoảng 0.6 – 0.9 m/s để đảm bảo đủ năng lượng khuấy trộn nhưng không làm vỡ
bông cặn. Năng lượng của cánh khuấy được xác định theo công thức
pD
vFP .=
2

2
pD
D

vAC
F
ρ
=
Trong đó:
F
D
: lực cản (N);
C
D
: hệ số lực cản của cánh khuấy;
A: diện tích của cánh khuấy (m
2
);
v
p
: vận tốc tương đối của cánh khuấy trong chất lỏng (m/s), ~ 0.7 – 0.8 vận tốc đầu
cánh;
P: năng lượng cần thiết (W).
Máy khuấy dạng tĩnh (Static Mixer)
P = ρ.Q.h
P = năng lượng tiêu tốn (kW);
Ρ = khối lượng riêng của nước (kg/m
3
);
h = tổn thất áp lực khi chất lỏng chuyển động qua thiết bị (m);
Q = lưu lượng (m
3
/s).
55

Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Bảng 3.5 Giá trị k
Cánh khuấy Chảy tầng Chảy rối
Cánh chân vịt, 3 cánh bước răng vuông 41.0 0.32
Cánh chân vịt, 3 cánh 43.5 1.00
Turbine 6 cánh phẳng 71.0 6.30
Turbine 6 cánh cong 70.0 4.80
Turbine quạt 6 cánh 70.0 1.65
Turbine 6 cánh dạng mũi tên 71.0 4.00
Mái chèo phẳng 6 cánh 36.5 1.70
Shrouded turbine 2 cánh cong 97.5 1.08
Shrouded turbine với phân cố định 172.5 1.12
3.1.6 Một số ứng dụng trong keo tụ nước thải công nghiệp
Quá trình keo tụ được sử dụng để lọai bỏ thành phần keo và chất lơ lửng trong
nước thải công nghiệp. Một số ứng dụng quá trình keo tụ trong xử lý nước thải công
nghiệp được trình bày dưới đây
Nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh. Phèn nhôm rất hiệu quả trong
việc keo tụ nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh. Trong quá trình keo tụ tạo
bông nước thải sản xuất giấy, silicat hoặc polyelectrolyte sẽ được thêm vào để giúp cho
bông cặn lắng nhanh hơn. Bảng 6 trình bày một số thông số liên quan đến xử lý nước thải
sản xuất giấy carton.
Bảng 3.6. Một số kết quả xử lý nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh.
Nước thải
sản xuất
giấy
Dòng vào Dòng ra Chất keo tụ (ppm) Thời
gian lưu
(h)
Bùn (%
chất

rắn)
Ghi chú
BOD SS BO
D
SS pH Phèn
nhôm
Silicate Khá
c
Carton - 350-
450
15-
60
3 5 1,7 2-4 Tuyển nổi 38,7
m
3
/m
2
.ngày
Carton - 140-
420
10-
40
1 10 0,3 2
Carton - 240-
600
35-
85
2,0 2-5
Carton 127 593 68 44 6,7 10-12 10 1,3 1,76
Vệ sinh 140 720 36 10-

15
2 4
Vệ sinh 208 33 6,6 4
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
56
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Sản xuất bột giấy. Để xử lý màu trong nước thải sản xuất bột giấy người ta cũng sử dụng
phương pháp keo tụ. Các thông số về hóa chất keo tụ, pH, hiệu quả xử lý độ màu và COD
được trình bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý độ màu của sản xuất bột giấy bằng phương pháp keo tụ tạo
bông
HTXL Chất keo tụ Liều lượng
(mg/L)
pH Độ màu COD
Dòng vào
(mg/L)
Hiệu quả
XL (%)
Dòng vào
(mg/L)
Hiệu quả
XL (%)
1 Fe
2
(SO
4
)
3
500 3,5 – 4,5 2250 92 776 60
Phèn nhôm 400 4,0-5,0 92 53

Vôi 1500 92 38
2 Fe
2
(SO
4
)
3
275 3,5 – 4,5 1470 91 480 53
Phèn nhôm 250 4,0-5,5 93 48
Vôi 1000 85 45
3 Fe
2
(SO
4
)
3
250 4,5 – 5,5 940 85 468 53
Phèn nhôm 250 5,0-6,5 91 44
Vôi 1000 85 40
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
Nước thải chứa dầu ở dạng nhũ tương. Nước thải chứa dầu ở dạng nhũ tương có
thể xử lý bằng việc sử dụng quá trình keo tụ. Các hạt dầu có kích thước khỏang 10
-5
cm và
ổn định nhờ quá trình hấp phụ các ion. Các chất nhũ hóa thường dùng là xà phòng hoặc
các anion họat tính. Có thể phá nhũ bằng quá trình “muối hóa” bằng cách cho vào nước
thải các muối chẳng hạn muối CaCl
2
. Cũng có thể phá nhũ bằng cách hạ pH xuống thấp.
Nước thải từ quá trình sản xuất bạc đạn có chứa xà phòng và chất tẩy rửa, dầu cắt, dầu

mài, axít phosphoric và dung môi được xử lý bằng cách dùng 800 mg/L phèn nhôm,
450mg/L H
2
SO
4
và 45 mg/L polyelectrolyte. Bảng 3.8 trình bày kết quả trước xử lý và
sau xử lý của nước thải sản xuất bạc đạn.
Bảng 3.8. Kết quả trước xử lý và sau xử lý của nước thải sản xuất bạc đạn
Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý
pH 10.3 7.1
Chất rắn lơ lửng (SS) mg/L 544 40
Dầu và mỡ mg/L 302 28
Fe mg/L 17,9 1,6
57
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
PO
4
mg/L 222 8,5
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
Nước thải giặt. sự có mặt của chất họat động bề mặt anion sẽ làm gia tăng lượng
chất keo tụ thêm vào. Đầu phân cực của chất họat động bề mặt sẽ đi vào lớp điện thế kép
của hạt keo làm keo ổn định và âm tính. Nước thải từ công nghiệp giặt đã được xử lý với
H
2
SO
4
sau đó bằng vôi và phèn nhôm. Với công nghệ này đã giảm được COD từ 12000
mg/L xuống còn 1800 mg/L, SS từ 1620 mg/L xuống còn 105 mg/L với liều lượng hóa
chất sử dụng là 1400 mg/L H
2

SO
4
, 1500 mg/L vôi và 300 mg/L phèn nhôm.
Nước thải giặt chứa chất tẩy rửa tổng hợp có thể keo tụ bằng chất họat động bề mặt
cationic để trung hòa các chất họat động bề mặt anion và sau đó thêm muối canxi để kết
tủa phosphat, vận hành ở pH = 8.5 có thể lọai gần như hòan tòan lượng phostphat có
trong nước thải. Kết quả xử lý nước giặt được trình bày trong bảng 3.9.
Bảng 3.9. Kết quả xử lý nước thải từ quá trình giặt
Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý
pH 7.1 7.7
ABS mg/L 63 0,1
BOD mg/L 243 90
COD mg/L 512 171
PO
4
mg/L 267 150
CaCl
2
mg/L 480
Chất họat động bề mặt
cationic
mg/L 88
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
Nước thải từ quá trình giặt cũng có thể sử dụng phèn sắt (Fe
2
(SO
4
0
3
) để xử lý. Với pH =

6,4 – 6,6 và liều lượng phèn sắt đưa vào 0,24 kg/m
3
có thể lọai bỏ BOD đến 90%.
Nước thải sản xuất latex. Chất thải polymer từ quá trình sản xuất latex cũng được
xử lý bằng phương pháp keo tụ tạo bông. Với liều lượng 500 mg/L FeCl
2
và 200 mg/L
vôi ở pH = 9.6 hiệu quả xử lý COD là 75% và BOD là 94%.
Chất thải từ quá trình sản xuất sơn có gốc latex cũng áp dụng phương pháp keo tụ.
Kết quả xử lý bằng việc sử dụng 345 mg/L phèn nhôm ở pH = 3,5 -4,0 được trình bày
trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Kết quả xử lý nước thải sơn có latex là chất nền
58
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý
COD mg/L 4340 178
BOD mg/L 1070 90
Tổng chất rắn mg/L 2550 446
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
Nước thải dệt nhuộm
Bảng 3.11. Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ tạo bông
HTXL Chất keo tụ Liều lượng
(mg/L)
pH Độ màu COD
Dòng vào
(mg/L)
Hiệu quả
XL (%)
Dòng vào
(mg/L)

Hiệu quả
XL (%)
1 Fe
2
(SO
4
)
3
250 7,5 – 11,0 0.25 90 584 33
Phèn nhôm 300 5-9 86 39
Vôi 1200 68 30
2 Fe
2
(SO
4
)
3
500 3-4, 9-11 0.74 89 840 49
Phèn nhôm 500 8,5-10 89 40
Vôi 2000 65 40
3 Fe
2
(SO
4
)
3
250 9,5 – 11 1.84 95 825 38
Phèn nhôm 250 6-9 95 31
Vôi 600 78 50
4 Fe

2
(SO
4
)
3
1000 9-11 4.60 87 1570 31
Phèn nhôm 750 5-6 89 44
Vôi 2500 87 44
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
Nước thải thuộc da. Với hàm lượng vôi cho vào là 2000 mg/L ở pH = 11 và 2 mg/L
nonionic polyelectrolyte, kết quả được trình bày trong bảng 3.12.
Bảng 3.12. Hiệu quả xử lý nước thải thuộc da
Thông số Đơn vị Nước thải trước xử lý Nước thải sau xử lý
COD mg/L 7800 2900
BOD mg/L 3500 1450
SO
4
mg/L 1800 1200
Cr mg/L 100 3
59
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Nguồn: W. Wesley Eckenfelder, Jr. 2000
3.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH TUYỂN NỒI
Tuyển nổi là quá trình ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như luyện kim, giấy,
thực phẩm,… Trong môi trường, tuyển nổi được dùng để loại cặn lơ lửng trong nước cấp
và nước thải, dầu mỡ có trong nước thải và dùng để tăng nồng độ bùn (cô đặc bùn).
Tuyển nổi được dùng để tách các cặn có tính kị nước; đối với cặn có tính háo nước thì
khó tách bằng phương pháp tuyển nổi. Để tăng cường khả năng tuyển nổi của cặn hay
tăng hiệu quả của quá trình, trong quá trình tuyển nổi người ta cho them vào chất hoạt
động bề mặt theo các cơ chế sau:

Tăng thể tích của cặn: làm cho cặn có kích thước lớn hơn bằng cách sử dụng kết
hợp quá trình keo tụ tạo bông
Làm thay đổi đặc tính bề mặt của cặn: bằng cách cho thêm các chất hoạt động bề mặt
Quá trình tuyển nổi bao gồm nhiều loại: tự nhiên (dựa vào khả năng nổi của vật),
chân không, cơ học, áp lực. trong khuôn khổ của giáo trình này hai phương pháp tuyển
nổi được đề cập là tuyển nổi tự nhiên và tuyển nổi khí (gồm áp lực và khuếch tán).
3.2.1 Thiết bị tách dầu
Thiết bị tách dầu được sử dụng khi hàm lượng dầu trong nước thải lớn hơn hoặc
bằng 100 mg/L. Chiều dài làm việc của bể tách dầu được xác định theo công thức sau
h
V
v
aL
s
*
=
a: hệ số tính đến độ chảy rối của bể, phụ thuộc vào v
*
/V
s
+ Khi v
*
/V
s
= 15 thì a = 1.65;
+ Khi v
*
/V
s
= 10 thì a = 1.5;

v
*
: vận tốc tính toán của dòng chảy;
h: chiều sâu làm việc của bể.
60
+
+
+
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Vận tốc nước trong bể tách dầu ~ 0.005 – 0.01 m/s; Với hạt dầu có kích thước d =
80 – 100 µm thì vận tốc nổi = 1 – 4 mm/s;
Đối với bể tách dầu ngang thường bố trí 02 ngăn với chiều rộng của ngăn tách dầu
dao động từ 2 – 3 m, với chiều sâu lớp nước từ 1.2 – 1.5 m và thời gian lưu nước thủy
lực lớn hơn hoặc bằng 02 giờ.
3.2.2 Tuyển nổi khí hòa tan
Cơ sở của quá trình
Trong tuyển nổi khí hòa tan hay phân tán, góc tiếp xúc giữa 03 pha khí, lỏng, rắn
nắm vai trò quan trọng
σ: sức căng bề mặt giữa hai pha (hay năng lượng bề mặt) (mN/m).
Điểm quan trọng là chất rắn trong nước là kị nước hay háo nước. Cặn bị bọt khí
dính bám khi góc tiếp xúc giữa hai pha đủ lớn. Theo Yuong, góc tiếp xúc Ө được xác
định theo công thức sau
KL
LRKR
−
−−
−
=
σ
σσ

θ
cos
Để tuyển nổi được thì Ө phải ≥ 0; trong trường hợp Ө = 0 khi đó cặn bị dính ướt
hoàn toàn và không thể tuyển nổi. Để tuyển nổi cần thỏa mãn điều kiện σ
L-K
> σ
R-K
– σ
R-L
Theo Barbey, kích thước hạt bé nhất có thể tuyển nổi được xác định theo phương
trình sau
( )
θσρ
λ
cos1
3
2
2
2
min
−
=
−KL
v
d
v = vận tốc tương đối giữa cặn và khí;
θ = góc tiếp xúc
λ = hệ số sức căng bề mặt;
ρ = khối lượng riêng của cặn.
Vấn đề khí hòa tan

Trong tuyển nổi khí hòa tan, lượng khí hòa tan bão hòa trong bể tạo áp và giải
phóng vào nước ở bể tuyển nổi nắm vai trò quan trọng quyết định hiệu quả của quá trình
tuyển nổi khí hòa tan. Lượng khí này tỷ lệ với áp lực khí nén, tỷ lệ nghịch với nhiệt độ và
phụ thuộc vào các thành phần của các tạp chất hòa tan trong nước thải. Bảng 3.13 cung
cấp các trị số hòa tan của không khí vào nước ở áp suất khí quyển.
61
Khí
Chất rắn
σ
rắn - khí
σ
rắn – lỏng
σ
lỏng – khí
Ө
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Bảng 3.13 Trị số hòa tan của không khí vào nước ở nhiệt độ khác nhau tại áp suất khí
quyển
Nhiệt độ (
o
C) Thể tích hòa tan (ml/L) Lượng hòa tan (mg/L) Tỷ trọng (g/L)
0 28.8 37.2 1.293
10 23.5 29.3 1.249
20 20.1 24.3 1.206
30 17.9 20.9 1.166
40 16.4 18.5 1.130
50 15.6 17.0 1.093
60 15.0 15.9 1.061
70 14.9 15.3 1.030
80 15.0 15.0 1.000

90 15.3 14.9 0.974
100 15.9 15.0 0.949
Nguồn: W.Wesley Eckenfelder Jr.2000.
Lượng không khí có thể thoát ra khỏi dung dịch khi áp suất giảm đến áp suất khí
quyển (1 atm) theo lý thuyết có thể xác định theo công thức
a
a
a
S
P
P
SS −=
+ S: lượng khí thoát ra khỏi nước (cm
3
/L);
+ S
a
: lượng khí bão hòa trong nước ở áp suất khí quyển (cm
3
/L);
+ P: áp suất nén tuyệt đối (atm);
+ P
a
: áp suất khí quyển (atm).
Do lượng khí thoát ra phụ thuộc vào điều kiện khuấy trộn tại điểm giảm áp và mức
độ bảo hòa trong bể áp lực. Tuy nhiên, do khả năng hòa tan của khí trong nước phụ thuộc
vào thành phần các tạp chất trong nước vì vậy mức độ bão hòa trong nước phụ thuộc vào
độ sạch của nước. Trong thực tế lượng nước thoát ra có thể xác định theo công thức sau









−= 1
.
a
a
P
Pf
SS
f = tỷ lệ bão hòa của khí trongh bể áp lực = 0.6 – 0.85.
Cách cấp khí vào nước
Theo Trịnh Xuân Lai, 1999, để thực hiện quá trình cấp khí vào nước có ba cách sau
62
Khí + Nước
Khí
Nước
1.Cấp theo đường ống hút của bơm
Khí + Nước
Khí
Nước
2.Cấp theo đường có áp của bơm
Khí + Nước
Khí
Nước
3.Dùng Ejector
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng

Cách bố trí đường khí – nước vào và khí – nước ra bể áp lực
Hình 3.2 Các dạng bố trí đường khí và nước trong hệ tuyển nổi khí hòa tan
Các dạng thiết bị tuyển nổi áp lực
Hiện nay tuyển nổi áp lực được thực hiện theo hai sơ đồ sau
63
1
3
2
5
4
1
2
6
1
2
3
1
2
4
1
2
3
5
Đưa nước từ dưới lên
Đưa nước từ trên xuống
1
2
3
4
Đưa nước vào dạng phun tia

1.Ống áp lực dẫn hỗn
hợp nước – khí vào
thùng; 2.Ống dẫn nước
đã bão hòa khí qua bể
tuyển nổi; 3.Khí dư;
4.Vách ngăn; 5.Ống báo
mực nước; 6.Máy khuấy
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống tuyển nổi khí hòa tan
Hiệu quả làm việc của bể tuyển nổi phụ thuộc vào tỷ lệ giữa lượng khí giải phóng
và lượng cặn lơ lửng cần khử. Tỷ lệ A/S thay đổi theo loại SS trong nước thải và được
xác định bằng thực nghiệm (Bảng 3.6).
Trong trường hợp không tuần hoàn
( )
S
a
C
PfS
S
A 1 3,1 −
=
Trong đó:
64
Hóa chất
Hóa chất
Bể tuyển nổi
Bể tuyển nổi
Nước
Nước
thải

thải
Hóa chất + nước thải
Hóa chất + nước thải
Bể tuyển nổi
Bể tuyển nổi
Bồn khuếch tán
Bồn khuếch tán
Tuần hoàn nước
Tuần hoàn nước
sau xử lý 10-50%
sau xử lý 10-50%
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
+ Sa: độ hòa tan của không khí (mL/L);
+ f: phần khí hòa tan ở áp suất P, thường f = 0.5 – 0.8;
+ C
s
: nồng độ chất rắn (mg/L);
Trong trường hợp tuần hoàn
( )
QC
RfPS
S
A
S
a
.
13,1 −
=

R: dòng tuần hoàn (m

3
/ngày);
Q: lưu lượng nước thải (m
3
/ngày).
Bảng 3.14 Thông số thiết kế bể tuyển nổi của một số loại hình công nghiệp
Nguồn
phát sinh
Tỷ lệ
khí/rắn
(lb/lb)
Tải trọng
thủy lực
(GPM/ft
2
)
Tải trọng
chất rắn
(lb/hft
2
)
Hệ thống
khí hòa
tan
Đặc tính
dòng vào
Chất ô
nhiễm bị
loại
Hóa chất

them vào
Chế biến
dầu khí
0.02 2.0 – 2.5
1 phần –
hoàn
toàn
200 –
1000 dầu
Tất cả
dầu tự do
không bị
nhũ
tương
hóa
Không
0.02 1.0 – 1.5
Tuần
hoàn
200 –
1000 dầu
90% dầu,
90% SS
Aluminum
polymer
Chế biến
thịt
(đóng
gói)
0.02 2.5 2.0

1 phần –
tuần
hoàn
1000 –
2000 mỡ
Tất cả
mỡ nổi
Không
500 –
5000 SS
40 –
60% SS
0.02 1.5 – 1.8 2.0
Tuần
hoàn
1000 –
2000 mỡ
90% mỡ
Aluminum
polymer,
vôi
500 –
5000 SS
90% SS
Sản xuất
giấy
0.02 1.0 – 1.5 2.0
Tuần
hoàn
200 –

3000 SS
90% bột
giấy
Aluminum
polymer,
vôi
Chế biến
gia cầm
0.02 1.5 – 2.0
1 phần –
tuần
hoàn
30 –
1000 mỡ
90% mỡ
Không
200 –
2500 SS
40 –
60% SS
0.02 1.0 – 1.5
Tuần
hoàn
30 –
1000 mỡ
90% mỡ
Aluminum
polymer,
vôi
200 –

2500 SS
90% SS
Đóng
hộp trái
cây
0.02 0.5 – 1.5
Tuần
hoàn
200 –
2500 SS
80 –
90% SS
Polymer
Bùn hoạt
tính
0.02 –
0.04
1.5 2.0 – 3.0
Tuần
hoàn
2000 –
10000
SS
90 –
95% SS
Polymer
65
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Tảo 0.02 2.0
Tuần

hoàn
25 – 125
SS
90% SS
Aluminum
ferric
sulfate
polymer
Hệ thống tuyển nổi DAF – không tuần hoàn: trong hệ thống này, toàn bộ nước
và khí tiếp xúc với nhau trong bể tạo áp. Sau đó hỗn hợp nước-khí được đưa đến bể tuyển
nổi, tại đây quá trình giảm áp được thực hiện để hình thành bọt khí; các bọt khí khi đi lên
sẽ liên kết với chất rắn lơ lửng qua đó tách cặn lơ lửng có trong nước. Hệ thống thường
được áp dụng ở mức áp suất trung bình. Qúa trình này có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình
xáo trộn trong bể.
Hệ thống tuyển nổi DAF – Có tuần hoàn: trong hệ thống DAF có tuần hoàn, thường 10
– 25% nước sau xử lý được tuần hoàn lại bình tạo áp; do sử dụng nước là nước là nước
sạch (đã qua tách cặn) nên quá trình này hạn chế được việc nghẹt bộ phân phối khí; trong
quy trình này, quá trình tạo cặn – bọt khí nổi không bị ảnh hưởng, tuy nhiên kích thước
bể tuyển nổi sẽ lớn hơn vì lúc này lưu lượng vào Q = Q
(nước thải)
+ Q
(tuần hoàn)
. Diện tích bể
tuyển nổi thường được tính dựa trên: Cường độ khí (giá trị giao động trong khoảng 6 –
10 m
3
/m
2
.h); Thời gian tuyển nổi (thông thường là 20 phút); Đường kính bể tuyển nổi (D)
và vận tốc nước trong bể tuyển nổi (thường u = 10.8 m/h trường hợp thời gian lưu của

nước từ 5 – 7 phút);
+ Đường kính bể tuyển nổi được xác định theo công thức sau
u
Q
D
.
4
π
=
− Đường kính bể tuyển nổi kết hợp bể lắng (D
TN-L
):
2
.
4
D
u
Q
D
LTN
+=
−
π
+ u = vận tốc nước trong vùng lắng, thường u = 4.7 m/h.
Bảng 3.7 trình bày một số kích thước thiết kế điển hình của bể tuyển nổi kết hợp
bể lắng
Bảng 3.15 Kích thước cơ bản của bể tuyển nổi kết hợp bể lắng
Năng suất
(m
3

/h)
Phần tuyển nổi Phần lắng
D (m) H (m) D
TN-L
(m) H
TN-L
(m)
150 3,0 1,5 6 3
300 4,5 1,5 9 3
600 6,0 1,5 12 3
900 7,5 1,5 15 3
Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga. 2006.
3.2.3 Tuyển Nổi Bằng Sục Khí Qua Tấm Sứ - Khuyếch Tán Bằng Vật Liệu Xốp
Phương pháp tuyển nổi này so với các phương pháp khác 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 đảm bảo tạo thành các bọt khí có kích thước đồng
đều.
66
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Trong tuyển nổi bằng sục khí qua tấm sứ hay đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp sẽ
tạo ra bọt khí nhỏ và kích thước của nó được xác định theo công thức
R = 6.(r
2
.σ)
1/2
R = đường kính bọt khí;
r = đường kính lỗ
σ = sức căng bề mặt của nước;
Áp suất cần thiết để thắng sức căng bề mặt của nước được xác định theo công thức
Laplace

r
P
σ
4
=∆
Theo kinh nghiệm, kích thước lỗ (r) thường lấy từ 4 đến 20 µm; áp suất không khí
được chọn từ 0,1 - 0,2 MP
a
lưu lượng không khí từ 40 - 70 m
3
/m
2
.h; thời gian tuyển nổi
từ 20 đến 30 phút và mức nước trong bể tuyển nổi từ 1,5-2 m;
3.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các
chất hữu cơ hòa tan không xử lý được bằng các phương pháp khác. Tùy theo bản chất,
quá trình hấp phụ được phân loại thành: hấp phụ lý học và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ lý học là quá trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liên kết vật lý giữa các
chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ như lực lien kết Wander Waals. Các hạt bị hấp
phụ vật lý chuyển động tự do trên bề mặt hấp phụ và đây là quá trình hấp phụ đa lớp
(hình thành nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ).
- Hấp phụ hóa học là quá 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, quá 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 các yếu tố sau
− 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.
3.3.1 Hệ thống thiết bị hấp phụ
Để hấp phụ các thành phần ô nhiễm có trong nước thải, hai dạng thiết bị thường
được sử dụng: khuấy trộn chất hấp phụ với nước thải hay lọc nước thải qua lớp hấp phụ.
Khi áp dụng hấp phụ sử dụng thiết bị khuấy trộn, than hoạt tính có kích thước nhỏ
thường được sử dụng (≤ 0,1 mm).
Qúa trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hay 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
67
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
là chất thải sản xuất được tận dụng làm chất hấp phụ. Hấp phụ làm nhiều bậc có hiệu quả
hơn hấp phụ 1 bậc. Hình 3.4 mô tả sơ đồ một hệ thống hấp phụ nhiều bậc nối tiếp nhau.
Hình 3. 4. Sơ đồ hệ thống cấp chất hấp phụ nối tiếp.
Trong sơ đồ hình 3.4, các chu trình khuấy trộn – lắng tách được lặp đi lặp lại. Tại
bể khuấy trộn 1, một lượng chất hấp phụ cần thiết sẽ được cho vào để giảm nồng độ chất
ô nhiễm từ C
đ
xuống còn C
1
, sau đó hỗn hợp chất hấp phụ - nước được đưa qua thiết bị
tách (lắng hay lọc) để tách riêng nước thải và chất hấp phụ. Sau khi qua thiết bị tách,
nước thải tiếp tục được đưa qua thiết bị khuấy trộn 2, tại đây một lượng chất hấp phụ cần
thiết tiếp tục được cho vào để giảm nồng độ chất ô nhiễm từ C
1
xuống còn C
2
, và sau đó
hỗn hợp này tiếp tục được tách ra tại thiết bị tách 2. Qúa trình này được lặp đi lặp lại cho

đến khi đạt giá trị mong muốn.
Lượng chất hấp phụ cho quá trình hấp phụ một bậc được xác định bằng phương
trình sau:
+ m: lượng chất hấp phụ tiêu tốn;
+ V: thể tích nước lọc;
+ C
đ
, C
c
: nồng độ đầu cuối của chất hấp phụ;
+ a: hệ số hấp phụ.
Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sau bậc n được xác định như sau:
Trong đó, k là hệ số phân bố:
68
Chất hấp phụ
Nước thải
Chất hấp phụ
Chất hấp phụ
Chất hấp phụ đã qua sử dụng
1.Thùng khuấy trộn;
2.Bể lắng
1
2
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
+ a
t
: giá trị hấp phụ riêng sau thời gian t;
+ C
p
: nồng độ cân bằng của chất hấp phụ.

Lượng chất hấp phụ tiêu tốn trong mỗi bậc:
Số bậc cần thiết:
Nhằm giảm lượng chất hấp phụ, hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều được sử
dụng, tuy nhiên hệ thống này thường mắc và khó vận hành. Hình 3.5 trình bày sơ đồ một
hệ thống hấp phụ ngược chiều.
Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều.
Trong sơ đồ này, chất hấp phụ được cho vào một lần và được cho vào ở bể khuấy
trộn cuối cùng; sau khi được tách ra, chất hấp phụ được bơm vào bể khuấy trộn tiếp theo.
Chu trình khuấy trộn, tách và bơm tuần hoàn tái sử dụng được thực hiện cho đến khi đạt
được nồng độ mong muốn, và trong sơ đồ này, chất hấp phụ được cấp ngược chiều với
chiều nước thải.
Nồng độ chất bị hấp phụ trong nước thải sau bậc n:
Liều lượng CHP đưa vào bậc cuối cùng:
69
Chất hấp phụ
Nước thải
Chất hấp phụ đã qua sử dụng
1.Thùng khuấy trộn;
2.Bể lắng; 3.Thùng
tiếp nhận chất hấp
phụ; 4.Bơm
1
2
Chất hấp phụ
Chất hấp phụ
3
4
3
4
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng

Số bậc n = K – 1
Khi sử dụng thiết bị lọc nước thải qua lớp hấp phụ, than hoạt tính dạng hạt thường được
sử dụng và than hạt thường có kích thước từ 1.5 – 5.0 mm. Kích thước hạt bé hơn giá trị
trên ít được sử dụng vì sẽ làm gia tăng trở lực. Trong thiết bị này, tùy thuộc vào chất ô
nhiễm (chất hòa tan) mà tốc độ lọc dao động trong khoảng từ 2 đến 6 m
3
/m
2
h;
3.3.2 Tái sinh chất hấp phụ
Để tái sinh chất hấp phụ, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp sau:
- Giải hấp bằng hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt, khí trơ: trong quá trình này, hơi
nước hay hơi quá nhiệt và khí trơ sẽ được đưa vào nhằm tách chất ô nhiễm có trong chất
hấp phụ ra khỏi chất hấp phụ.
- Trích ly: quá trình này sử dụng dung dịch trích ly có ái lực cao đối với chất ô
nhiễn so với ái lực của chất ô nhiễm với chất hấp phụ nhằm hòa tan chất ô nhiễm vào
trong dung dịch trích ly.
- Tái sinh bằng nhiệt, 700 – 800
o
C, không có O
2
: trong quá trình này, chất hấp phụ
sẽ được gia nhiệt đến 700 – 800
o
C trong môi trường không có O
2
nhằm nhiệt phân các
chất ô nhiễm.
- Phương pháp sinh học với chất bị hấp phụ (chất ô nhiễm) có thể bị oxy hóa sinh
hóa: phương pháp này sử dụng khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật để xử lý

các chất ô nhiễm.
3.4 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
Phương pháp trao đổi ion được dùng để tách các kim loại nh Zn, Cu, Cr, Ni, Pb,
Cd, V, Mn,…cũng như các hợp chất Arsen, Phospho, Cyanua, chất phóng xạ,…khỏi
nước và nước thải. Phương pháp này cho phép thu hồi những chất có giá trị và đạt mức
độ làm sạch cao. Đây còn là phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử
lý nước và nước thải.
Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với
ion cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Trao đổi ion cũng là một quá
trình hấp phụ, trong đó, các ion co trong dung dịch thay thế những ion của chất trao đổi
không hòa tan (còn gọi mạng trao đổi ion). Chất trao đổi ion dùng trong công nghiệp hầu
hết là những polymer không tan, được gọi là nhựa trao đổi ion. Mạng polymer chứa
những nhóm có khả năng kết hợp với các ion dương (chất trao đổi cation - cationit) hoặc
kết hợp với các ion âm (chất trao đổi anion - anionit). Chất trao đổi ion có khả năng trao
đổi với cả cation và anion được gọi là chất trao đổi lưỡng tính.
70
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
Các chất trao đổi ion có thể là chất vô cơ hoặc hữu cơ, có nguồn gốc tự nhiên hay
tổng hợp nhân tạo. Thuộc nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm các zeolite, kim
loại khoáng chất, đất sét, fenspat,…Các chất có tính trao đổi cation là chất chứa nhôm
silicate loại: Na
2
O.Al
2
O
3
.nSiO
2
.mH
2

O. Các chất flour apatit [Ca
5
(PO
4
)
3
]F và hydroxit
apatit [Ca
5
(PO
4
)
3
]OH cũng có tính trao đổi ion. Chất trao đổi ion vô cơ tổng hợp gồm
silicagen, các oxit khó tan và huydroxyt của một số kim loại như nhôm, crom,…
Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm acid humic của đất và
than đá, có tính acid yếu. Để tăng tính acid và dung lượng trao đổi, than được nghiền nhỏ
và lưu hóa ở điều kiện dư oleum. Than sunfo là các chất điện ly cao phân tử, rẻ và chứa
cả các nhóm acid mạnh và acid yếu. Các chất trao đổi ion này có nhược điểm là độ bền
hóa học và độ bền cơ học thấp, dung lượng thể tích không lớn, đặc biệt trong môi trường
trung tính. Các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp là các nhựa có bề mặt riêng lớn, là các
hợp chất cao phân tử. Các gốc hydrocarbon của chúng tạo nên lưới không gian với các
nhóm có chức năng trao đổi cố định.
Khả năng trao đổi ion của các chất trao đổi ion được đặc trưng bởi dung lượng
trao đổi tính bằng số đương lượng ion được trao đổi trên một đơn vị khối lượng hay thể
tích chất trao đổi ion. Hay nói cách khác, dung lượng trao đổi được xác định trên cơ sở số
lượng nhóm hoạt động trên một đơn vị khối lượng chất trao đổi. Dung lượng trao đổi phụ
thuộc vào đặc tính của những nhóm hoạt động. Đối với chất trao đổi ion acid yếu và bazơ
yếu, dung lượng trao đổi sẽ phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi pH của dung dịch. Như vậy,
bên cạnh dung lượng trao đổi tổng cộng có thể được xác định trong phòng thí nghiệm

bằng phương pháp chuẩn độ với acid (đối với cột trao đổi anion ở dạng OH
-
) hoặc với ba
zơ (đối với cột trao đổi cation ở dạng H
+
). Dung lượng trao đổi cũng được xác định bằng
cách đường cong ngưỡng hấp thụ.
3.4.1 Nguyên lý trao đổi ion
Khi chất trao đổi ion gặp chất điện giải sẽ gây ra hai tác dụng đó là tác dụng trao
đổi ion và tác dụng nén ép lớp khuếch tán; khi nồng độ muối trong dung dịch tăng lên sẽ
làm cho lớp khuếch tán bị nén ép; khi trong nước thải có các ion ngược dấu với lớp
khuếch tán sẽ làm lớp khuếch tán chuyển thành lớp hấp phụ và khi đó phạm vi hoạt động
của lớp khuếch tán trở nên nhỏ.
71
SO
3
2-
SO
3
2-
SO
3
2-
SO
3
2-
SO
3
2-
SO

3
2-
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
Lớp hấp phụ (lớp cố định): 2 lớp
Lớp ion bên trong;
Lớp trái dấu.
Lớp khuếch tán (lớp có thể chuyển động)
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng
3.4.2 Tính năng chất trao đổi ion
Tính năng vật lý của chất trao đổi ion: Hạt trao đổi ion thường có màu hơi thẫm,
hình tròn với cỡ hạt từ 20 – 40 mesh. Khi hạt trao đổi ion càng lớn dẫn đến tốc độ trao

đổi chậm; nhưng nếu hạt nhỏ sẽ gây tổn thất áp lực lớn; Trường hợp hỗn hợp hạt có kích
thước không đều sẽ gây hiện tượng bít tắc khe lọc làm trở lực tăng và trong quá trình rửa
các hạt nhỏ thường bị trôi ra ngoài.
Tỷ trọng:
Tỷ trọng khô thật =
Khối lượng khô thực
= 1.6 g/ml
Thể tích thực của hạt nhựa
Tỷ trọng ẩm thật =
Khối lượng nhựa ẩm
= 1.04 – 1.30 g/ml
Thể tích của hạt nhựa ẩm
Tỷ trọng ẩm biểu kiến =
Khối lượng nhựa ẩm
= 0.60 – 0.85 g/ml
Thể tích đống của nhựa ẩm
Độ nở: hạt trao đổi ion có độ nở càng lớn khi có độ liên kết càng nhỏ, dễ điện ly,
dung lượng trao lớn. Ngoài ra hạt cũng có độ nở lớn khi độ hydrate của ion có khả năng
trao đổi càng lớn dẫn đến bán kính bán kính hydrate lớn. Độ nở của hạt trao đổi ion sẽ
giảm khi nồng độ chất điện giải lớn do làm áp suất thẩm thấu tăng dẫn đến lớp điện tích
kép bị co lại.
Tính chịu mài mòn: nhựa trao đổi ion thường được tổng hợp có tính chịu mài mòn
nhằm đảm bảo tổn thất nhỏ hơn 3 – 7 %/năm. Việc tổn thất hạt thường do quá trình nở,
ngót hạt dẫn đến vỡ hạt trong quá trình trao đổi hoàn nguyên;
Tính chịu nhiệt: hạt trao đổi ion có tính chịu nhiệt, tùy thuộc vào bản chất của hạt
mà nhiệt độ chịu được sẽ khác nhau. Thông thường hạt cationit chịu được nhiệt độ >
100
o
C; hạt anionit kiềm mạnh chịu được nhiệt độ khoảng 60
o

C và Anionit kiềm yếu
khoảng 80
o
C.
Tính dẫn điện: tính dẫn điện của hạt trao đổi ion tùy thuộc vào độ ẩm của hạt. khi
hạt khô không có tính dẫn điện; nhưng khí ẩm sẽ có tính dẫn điện tốt.
Tính hòa tan: nhựa trao đổi ion không hòa tan trong nước.
Tính năng hóa học: nhựa trao đổi ion có tính thuận nghịch; tùy thuộc vào bản
chất mà có tính acid hay ba zơ; nhựa trao đổi ion cũng có tính trung hòa, thủy phân như
sau:
RSO
3
H + NaOH => RSO
3
Na + H
2
O
RCOONa + H
2
O => RCOOH + NaOH
Ngoài ra ưu điểm của nhựa trao đổi ion là có tính chọn lọc: khi điện tích ion càng
lớn thì càng dễ bị trao đổi; hay khi số thứ tự nguyên tử lớn dẫn đến bán kính hydrate nhỏ
thì dễ trao đổi;
+ Tính lựa chọn của cationit:
Ra
2+
> Ba
2+
> Sr
2+

> Ca
2+
> Ni
2+
> Cu
2+
> Co
2+
> Zn
2+
> Mn
2+
>UO
2
2+
> Ag
+
> Cs
+
> K
+
> NH
4
+
> Na
+
> Li
+
72
Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng

∗ Tính lựa chọn của anionit:
HCrO
4
-
> CrO
4
2-
> ClO
4
-
> SeO
4
2-
> SO
4
2-
> NO
3
-
> Br
-
>HPO
4
-
, HAsO
4
-
,SeO
3
2-

> CO
3
2-
> CN
-
> NO
2
-
> Cl
-
> H
2
PO
4
-
, H
2
AsO
4
-
, HCO
3
-


>

OH
-
> CH

3
COO
-
>F
-
Dung lượng trao đổi của hạt nhựa trao đổi thường được tính theo Tổng dung lượng
trao đổi; hay dung lượng trao đổi cân bằng; và dung lượng trao đổi làm việc.
3.4.3 Nguyên lý trao đổi trong tháp cố định
Nước chứa Ca
2+
trao đổi với RNa hình thành các lớp: lớp mất hiệu lực – lớp làm việc –
lớp chất trao đổi chưa làm việc.
Hình 3.6. Quy luật phân bố lớp ion bị hấp phụ trong lớp chất trao đổi.
Trao đổi ion làm mềm nước
Làm mềm nước và khử kiềm
73
Na
+
Nước ra
Nước vào
Trao đổi
2NaR + Ca
2+
(Mg
2+
) → (Mg)CaR
2
+ 2Na
+
Tái sinh

(Mg)CaR
2
+ 2Na
+
→ 2NaR + Ca
2+
(Mg
2+
)
Na
+
Nước ra
Na
+
Nước vào
Chất lượng nước sau xử lý có thể đạt Hardness = 1 mg/L;
Cần tăng thêm bình trao đổi;
Trở lực của nước trong vận hành lớn hơn;
Độ kiềm bicarbonate trong nước ở bất kỳ dạng nào đều
chuyển thành NaHCO
3
2NaHCO
3
→ Na
2
CO
3
+ CO
2
↑ + H

2
O + Na
2
CO
3
+ H
2
O →
2NaOH + CO
2
↑
Tính kiềm của nước lò hơi tăng, đường ống bị ăn mòn bởi
CO
2
.
Na
+
Nước ra
Nước vào
Fe
3+
Ca
2+
Na
+
+ H
+
Na
+
Nước ra

Nước vào
Fe
3+
Ca
2+
Na
+
+ H
+
Nước ra
Nước vào
Fe
3+
Ca
2+