Xử lý nước thải bằng hấp phụ và tuyển nổi

L/O/G/O
Nhóm: PATTAL
GVHD: Ths. Lê Đức Khải
Hấp phụ & tuyển nổi
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
Đại học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Môi Trường
1
HẤP PHỤ
1
TUYỂN NỔI
2
2

Định nghĩa

Cơ chế hấp phụ

Các giai đoạn hấp phụ

Các yếu tố ảnh hưởng quá trình hấp phụ

Các thiết bị và công trình hấp phụ
Nội dung

Cơ chế tuyển nổi

Các loại tuyển nổi
•
Tuyển nổi bằng không khí
•

Tuyển nổi chân không
•
Tuyển nổi điện
3
HẤP PHỤ
4
HẤP PHỤ / Định nghĩa
1
Hấp phụ là quá trình tụ tập các phân tử khí, hơi hoặc các phân
tử, ion của chất tan trên bề mặt phân chia pha
Bề mặt phân cách
pha
Rắn – Lỏng
Khí – Lỏng
Lỏng –
Lỏng
5
HẤP PHỤ / Cơ chế
1
Hấp phụ vật lý
(physisorption)
Có 2 dạng hấp phụ Hấp phụ hóa học
(chemisorption)
+ Liên kết cộng hoá trị
(covalent bonding)
+ Liên kết cầu hydro
(hydrogen bonding)
+ Lực tĩnh điện (electrostatic force)
+ Lực điện động
(electrokinetic force)

+ Lực liên kết phân tử Van der
Waals (Van der Waals force)
Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học
Nhiệt hấp phụ Không lớn
thường nhỏ hơn 20 kJ/mol.
Khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol.
Lượng chất bị hấp phụ Nhiều lớp (đa lớp) Đơn lớp
Tính chọn lọc Không có sự chọn lọc, đều có tính
chất hấp phụ lý học.
Tính chọn lọc cao, phụ thuộc
vào tính chất bề mặt chất rắn
và tính chất của chất bị hấp
phụ.
Sự phụ thuộc của nhiệt
độ
Nhiệt độ tăng thì lượng chất hấp
phụ giảm
Nhiệt độ cao
Tính chất các điểm hấp
phụ
Tương tác yếu Liên kết mạnh
Năng lượng hoạt hóa
chất hấp phụ
Hấp phụ lý học tiến hành rất
nhanh và năng lượng hoạt hóa
bằng không.
Hấp phụ hóa học tiến hành
chậm và có năng lượng hoạt
hóa khá lớn
Tính thuận nghịch Thuận nghịch Không phải bao giờ cũng là

quá trình thuận nghịch
Trạng thái chất bị hấp
phụ
Không thay đổi. Thay đổi hoàn toàn
6
7
HẤP PHỤ / Các giai đoạn
1
Các giai đoạn quá trình hấp phụ
Giai đoạn 1. Bulk solution transport: Các chất trong dung dịch
đươc vận chuyển đến lớp nước mỏng bao quanh bề mặt hạt rắn –
quá trình này bao gồm: vận chuyển theo dòng và phân tán.
Giai đoạn 2. Film diffusion transport: Các chất tập trung ở lớp
nước mỏng này khuếch tán đến các khe rỗng trên bề mặt hạt rắn.
(khuếch tán ngoài)
Giai đoạn 3. Pore transport: Khuếch tán chất trong khe rỗng và
dọc theo bề mặt khe rỗng. (khuếch tán trong)
Giai đoạn 4. Adsorption: Các chất dính bám lên bề mặt khe rỗng
của hạt rắn theo các cơ chế khác nhau.
8
HẤP PHỤ / Các giai đoạn
1
Các giai đoạn quá trình hấp phụ
HẤP
PHỤ
T/c chất bị hấp phụ
•
Độ tan
•
Chiều dài phân tử

•
Kích thước phân tử
•
Dạng hình học của
phân tử
•
Độ tĩnh điện
ả
Nhiệt độ
Hấp phụ vật lý: giảm
khi nhiệt độ tăng
Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt nhỏ:
các phân tử tập trung
trên bề mặt dung dịch
Sức căng bề mặt lớn:
nồng độ chất hòa tan
trong khối dung dịch
lớn
Diện tích bề mặt
Tốc độ hấp phụ tăng
khi diện tích bề mặt
chất hấp phụ tăng.
9
HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng
1
Các yếu tố ảnh hưởng quá trình hấp phụ
Freundlich
and Kuster
BET

Henderson -
Kisliuk
Kisliuk
Langmuir
10
HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng
1
ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT
Để xác định lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ ở điều kiện áp suất (đv chất khí)
và nồng độ (đv chất lỏng) nhất định khi nhiệt độ không thay đổi.
11
- Phương trình đẳng nhiệt Freundlich:

qe: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha hấp phụ ở trạng thái
cân bằng, mg chất bị hấp phụ / g chất hấp phụ
x: khối lượng chất bị hấp phụ được hấp phụ, mg
m: khối lượng chất hấp phụ, g
Ce: nồng độ của chất bị hấp phụ trong nước ở trạng thái cân
bằng, mg/L
Kf : hệ số Freundlich, mg chất bị hấp phụ / g carbon hoạt tính
1/n:thông số cường độ Freundlich
HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng
1
ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT
12
Đường đẳng nhiệt Freundlich:

13
HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng
1

ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT
- Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:


qe: nồng độ chất bị hấp phụ trong pha hấp phụ ở trạng thái
cân bằng, mg chất bị hấp phụ / g chất hấp phụ
x: khối lượng chất bị hấp phụ được hấp phụ, mg
m: khối lượng chất hấp phụ, g
Ce: nồng độ của chất bị hấp phụ trong nước ở trạng thái cân
bằng, mg/L
a, b : hằng số kinh nghiệm
14
HẤP PHỤ / Các yếu tố ảnh hưởng
1
- Đường đẳng nhiệt Langmuir:


Nhiệt phân
(thiếu oxy)
Hoạt hóa
carbon
(hơi nước -
CO2)
Cấu trúc rỗng
của carbon –
Than hoạt tính
15
HẤP PHỤ / Vật liệu hấp phụ
1
16

HẤP PHỤ / Vật liệu hấp phụ
1
Macropore: >25 nm
Mesopore: 1 – 25 nm
Micropore: <1 nm
Cấu trúc khe rỗng của than hoạt tính
Sinh
học
Hữu
cơ
Vô
cơ
17
HẤP PHỤ / Vật liệu hấp phụ
1
Chitosan
Alumina
Nhựa hấp phụ
Công trình
hấp phụ
Cột tiếp xúc
bên trong
Tháp hấp
phụ
18
HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ
1
19
HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ
1

Cột tiếp xúc bên trong
20
HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ
1
Nước thải
Nước sạch
Chất hấp phụ
đã sử dụng
Chất hấp phụ
đã sử dụng
1
3
5
4
Tháp hấp phụ 1 tầng
1. Tháp hấp phụ
2. Phễu nạp chất hấp phụ
3. Ống dẫn chất hấp phụ
4. Lưới d = 5 – 10 mm
5. Bình chứa
Tháp hấp phụ
21
HẤP PHỤ / Thiết bị - công trình hấp phụ
1
Huyền phù chất hấp phụ
(15 – 20%)
Nước sạch
Nước
Nước thải
Chất hấp phụ đã

sử dụng
1
2
3
4
Tháp hấp phụ nhiều tầng
1. Tháp
2. Lưới
3. Ống chảy truyền chất hấp phụ
4. Thùng chứa
Tháp hấp phụ
22
TUYỂN NỔI
Tuyển nổi là quá trình tách các hạt rắn và các hạt lỏng lơ
lửng không tan ra khỏi nước khi trọng lượng riêng của
chúng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước.
23
TUYỂN NỔI / Định nghĩa
2
24
TUYỂN NỔI / Cơ chế
2
Sử dụng lực nổi của các bọt khí để tách các chất bẩn trong nước
Khả năng
tuyển
nổi
Mật độ nước
thải & pH
Tính ưa nước
– kỵ nước

Bóng khí và
các chất có
hoạt tính bề
mặt
Thời gian
tuyển nổi
25
TUYỂN NỔI / Điều chỉnh khả năng tuyển nổi
2