Giáo trình Cơ sở công nghệ môi trường

MỤC LỤC
Bộ giáo trình Cơ Sở Công Nghệ Môi Trường . Bộ giáo trình này gồm các chương :
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1
Một Số Khái Niệm Cơ Bản
1.2
Công Nghệ Môi Trư ờng
1.2.1 Công nghệ xư û lý nư ớc cấp
1.2.2 Công nghệ xư û lý nư ớc thải
1.2.3 Công nghệ xư û lý khí thải
1.2.4 Công nghệ xư û lý chất thải rắn
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ CÁC QUÁ TRÌNH LÝ HỌC
2.1
Quá Trình Lắng
2.2
Quá Trình Lọc
2.3
Quá Trình Tuyển Nổi
2.4
Quá Trình Ly Tâm
CHƯƠNG 3
CƠ SỞ CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HÓA HỌC
3.1
Trung Hòa
3.2
Trao Đổi
3.3
Oxy Hóa Khư û
CHƯƠNG 4

CƠ SỞ CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HÓA LÝ
4.1
Quá Trình Keo Tụ– Tạo Bông
4.2
Quá Trình Kết Tủa
4.3
Quá Trình Tuyển Nổi Hóa Học
4.4
Quá Trình Điện Phân
4.5
Quá Trình Hấp Phụ
4.6
Quá Trình Trao Đổi Ion
4.7
Quá Trình Thẩm Thấu
4.8
Quá Trình Trích Ly
4.9
Quá Trình Làm Thoáng và Tách Khí
CHƯƠNG 5
CƠ SỞ CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC
5.1
Động Học Quá Trình Sinh Học Xư û Lý Chất Thải
5.2
Quá Trình Sinh Học Hiếu Khí
5.2.1 Quá trình sinh học tăng trư ởng lơ lư ûng
5.2.2 Quá trình sinh học tăng trư ởng dính bám
5.3
Quá trình sinh học kỵ khí
5.4

Quá trình sinh học tư ï nhiên & Hồ sinh vật
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯNG NƯỚC
Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như sau:
- Các chỉ tiêu vật lý cơ bản như: độ đục, độ màu, độ pH, độ nhớt, tính phóng xạ, độ
cứng, nhiệt độ…
- Các chỉ tiêu hóa học của nước như: chỉ tiêu về nhu cầu ôxy hóa học COD
(Chemical Oxygen Demand), lượng ôxy hòa tan DO, hàm lượng H
2
S, Cl
-
, SO
4
2-
,
PO
4
3-
, F
-
, I
-
, Fe
2+
, Mn
2+
, các hợp chất nitơ, các hợp chất của axít cacbonic…
- Các chỉ tiêu vi sinh: số vi trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo, virut…
1.1.1 Các Chỉ Tiêu Vật Lý

Độ Đục
Nước nguyên chất là một môi trường trong suốt và có khả năng truyền ánh sáng tốt, nhưng
khi trong nước có tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng, các vi sinh vật và cả các hóa chất hòa
tan thì khả năng truyền ánh sáng của nước giảm đi. Dựa trên nguyên tắc đó mà người ta xác
đònh độ đục của nước. Nước có độ đục cao tức là nước có nhiều tạp chất chứa trong nó và do
vậy khả năng truyền ánh sáng qua nước giảm. Có nhiều phương pháp để xác đònh độ đục
của nước và do vậy kết quả thường được biểu thò bằng các đơn vò khác nhau.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam, độ đục được xác đònh bằng chiều sâu lớp nước thấy được, gọi là
độ trong, ở độ sâu đó người ta có thể đọc được hàng chữ tiêu chuẩn. Đối với nước sinh hoạt,
độ đục phải lớn hơn 30 cm.
Độ Màu
Nước nguyên chất không màu, nước có màu là do các chất bẩn hòa tan trong nước tạo nên.
Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp thường tạo ra màu xám hoặc đen cho nguồn
nước.
Độ Cứng
Độ cứng của nước là đại lượng biểu thò hàm lượng các ion canxi, magiê có trong nước.
Trong xử lý nước thường phân biệt ba loại độ cứng: độ cứng toàn phần, độ cứng tạm thời và
độ cứng vónh cửu.
Hàm Lượng Chất Rắn Trong Nước
Hàm lượng chất rắn trong nước gồm có chất rắn vô cơ, chất rắn hữu cơ. Trong xử lý nước khi
nói đến hàm lượng chất rắn, người ta đưa ra các khái niệm sau:
- Tổng hàm lượng cặn lơ lửng TSS (Total Suspended Solid) là trọng lượng khô tính
bằng miligam của phần còn lại sau khi bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi
say khô ở 103
0
C tới khi trọng lượng không đổi, đơn vò mg/l.
- Cặn lơ lửng SS (Supended Solid), phần trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn
lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu say khô ở 103
o
C – 105

0
C khi có
trọng lượng không đổi, đơn vò là mg/l.
- Chất rắn hòa tan DS (Dissolved Solid) bằng hiệu giữa tổng lượng cặn lơ lửng TSS
và cặn lơ lửng SS: DS = TSS – SS
- Chất rắn bay hơi VS (Volatile Solid) là phần mất đi khi nung ở 550
o
C trong một
thời gian nhất đònh. Phần mất đi là chất rắn bay hơi, phần còn lại là chất rắn không
bay hơi.
Mùi, Vò
Các chất khí và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vò. Các chất gây mùi trong
nước có thể chia thành ba nhóm:
• Các chất gây mùi vò có nguồn gốc vô vơ như NaCl, MgSO
4
, gây vò mặn, muối đồng
gây mùi tanh, các chất gây tính kiềm, tính axít của nước, mùi clo do Cl
2
, ClO
2
hoặc
mùi trứng thối của H
2
S.
• Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp, chất thải mạ,
dầu mỡ, phenol…
• Các chất gây mùi từ các quá trình sinh hóa, các hoạt động của vi khuẩn, rong tảo.
Độ Phóng Xạ Trong Nước
Nước nhiễm phóng xạ do sự phân hủy phóng xạ trong nước thường có nguồn gốc từ các
nguồn nước thải. Phóng xạ gây nguy hại cho sự sống nên độ phóng xạ trong nước thường

được xem như là một trong những chỉ tiêu quan trọng về chất lượng nước.
1.1.2 Các Chỉ Tiêu Hoá Học
Hàm Lượng Oxy Hoà Tan DO (Dissolved Oxygen)
Oxy hoà tan trong nước phụ thuộc vào các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, đặc tính của nguồn
nước bao gồm các thành phần hoá học, vi sinh, thuỷ sinh. Các nguồn nước mặt có bề mặt
thoáng tiếp xúc trực tiếp với không khí nên thường có hàm lượng oxy hoà tan cao. Ngoài ra
qúa trình quang hợp và hô hấp của sinh vật trong nước cũng làm thay đổi oxy hoà tan trong
nước mặt. Nước ngầm thường có hàm lượng oxy hoà tan thấp do các phản ứng oxy hoá khử
xảy ra trong lòng đất đã tiêu thụ một phần oxy.
Oxy hoà tan trong nước không tác dụng với nước về mặt hoá học. Khi nhiệt độ tăng, khả
năng hoà tan oxy trong nước giảm, khi áp suất tăng khả năng oxy hoà tan vào nước cũng
tăng. Hàm lượng oxy hoà tan trong nước tuân theo đònh luật Henry, trong nước ngọt, ở điều
kiện 1at và 0
o
C , lượng oxy hoà tan trong nước đạt tới 14,6 mg/l, ở 35
o
C và 1 at, giá trò oxy
hoà tan trong nước chỉ còn 7mg/l. Thông thường nồng độ oxy bão hoà trong nước ở điều
kiện tới hạn là 8mg/l. Khi nhiệt độ tăng lượng oxy hoà tan trong nước giảm đi, đồng thời
lượng oxy tiêu tốn cho các quá trình oxy hoá sinh học lại tăng lên, do đó DO trong các
nguồn nước thường giảm đi đáng kể vào mùa hè.
Nhu Cầu Oxy Hoá Học COD (Chemical Oxygen Demand)
COD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ trong nước, tạo thành CO
2
và H
2
O. COD là một đại lượng dùng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước.
COD biểu thò cả lượng chất hữu cơ không thể bò oxy hoá bằng vi khuẩn. Chất oxy hoá
thường dùng ở đây là kali permanganat hoặc kali bicromat.
Nhu Cầu Oxy Sinh Học BOD (Biological Oxygen Demand)

BOD là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân huỷ các chất hữu cơ ở điều kiện hiếm khí.
Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxy
hoà tan. Phản ứng xảy ra như sau:
Chất hữu cơ + O
2
→ CO
2
+ H
2
O
Vận tốc của quá trình oxy hoá nói trên phụ thuộc vào số vi khuẩn có trong nước và nhiệt độ
của nước.
BOD cũng là chỉ tiêu để xác đònh mức độ nhiễm bẩn của nước.
BOD có thể xác đònh bằng phương pháp hoá học khi sử dụng kali permanganat, xanh
metylen, xác đònh từ COD. Hoặc có thể dùng phương pháp sinh học, dùng chai BOD hay
phương pháp hô hấp. Nhược điểm của phương pháp xác đònh này là tốn nhiều thời gian. Sau
5 ngày khoảng 70 đến 80% các chất hữu cơ bò oxy hoá, do đó BOD
5
biểu thò một phần tổng
BOD. Theo lý thuyết để oxy hoá gần hết hoàn toàn các chất hữu cơ (98 đến 99%) đòi hỏi
sau 20 ngày. Thông thường BOD
5
/ COD = 0,5 – 0,7.
Khí Hydrosunfua H
2
S
Khí hydrosunfua H
2
S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ, phân rác có
trong nước thải. Khí hydrosunfua làm cho nước có mùi trứng thối khó chòu. Với nồng độ cao,

khí hydrodunfua mang tính ăn mòn vật liệu.
Các Hợp Chất Của Nitơ
Các hợp chất của nitơ trong nước là kết quả của quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ
trong tự nhiên, trong chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc
gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này thường tồn tại dưới dạng amo6nia8c, nitrit,
nitrat và cả dạng nguyên tố nitơ (N
2
).
Các Hợp Chất Của Axít Cacbonic
Độ ổn đònh của nước phụ thuộc vào trạng thái cân bằng giữa các dạng hợp chất của axit
cacbonic. Axit cacbonic là một axit yếu, trong nước hợp chất này phân ly như sau:
H
2
CO
3
→ H
+
+ HCO
3
-
2HCO
3
-
→ CO
3
2-
+ CO
2
+ H
2

O
Các Hợp Chất Của Axít Silic
Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất của axít silic, mức độ tồn tại của chúng phụ
thuộc vào độ pH của nước. Các hợp chất này có thể tồn tại ở dạng keo hay ion hoà tan. Sự
tồn tại của hợp chất này gây lắng đọng cặn silicat trên thành ống, nồi hơi, làm giảm khả
năng vận chuyển và khả năng truyền nhiệt.
Các Hợp Chất Clorua
Clo tồn tại trong nước ở dạng ion Cl
-
. Ở nồng độ cho phép không gây độc hại, ở nồng độ
cao (250mg/l) cho làm nước có vò mặn. Các nguồn nước ngầm có thể có hàm lượng clo lên
tới 500÷1000 mg/l. Sử dụng nước có hàm lượng clo cao có thể gây bệnh thận. Nước chứa
nhiều ion Cl
-
có tính xâm thực đối với bê tông. Ion Cl
-
có trong nước do sự hoà tan các muối
khoáng hoặc do quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ.
Các Hợp Chất Sunfua
Ion SO
4
2-
có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu cơ, với hàm lượng sunfat lớn
hơn 250 mg/l, nước gây tổn hại đến sức khoẻ con người. Hàm lượng SO
4
2-
lớn hơn 300 mg/l,
nước gây tính xâm thực mạnh đối với bêtông.
Ở điều kiệm yếm khí, SO
4

2-
phản ứng với các chất hữu cơ tạo thành khí H
2
S là khí mang
tính độc hại.
Các Hợp Chất Photphat
Khi nguồn nước bò nhiễm bẩn phân rác và các hợp chất hữu cơ, quá trình phân huỷ giải
phóng ion PO
4
2-
. Sản phẩm của quá trình có thể tồn tại ở dạng H
2
PO
4
-
, HPO
4
2-
, PO
4
3-
,
Na
3
(PO
3
), các hợp chất hữu cơ photpho…Khi trong nước có hàm lượng photphat cao sẽ thúc
đẩy quá trình phì dưỡng.
Các Hợp Chất Florua
Nước ngầm ở giếng sâu hoặc ở các vùng đất có chứa quặng apatit thường có hàm lượng các

hợp chất florua cao (2,0 đến 2,5 mg/l), tồn tại ở dạng cơ bản là canxi forua và magiê florua.
Các hợp chất florua khá bền vững, khó bò phân huỷ ở quá trình tự làm sạch. Hàm lượng
florua trong nước cấp ảnh hưởng đến việc bảo vệ răng. Nếu thường xuyên dùng nước có
hàm lượng florua lớn hơn 1,3 mg/l hoặc nhỏ hơn 0,7 mg/l đều dễ mắc bệnh loại men răng.
Các Hợp Chất Iua
Các hợp iua có trong nguồn nước thiên nhiên với hàm lượng nhỏ, iua cần thiết cho sự
phát triển bình thường của con người. Ở những vùng nước thiếu iot thường xuất hiện bệnh
bướu cổ. Mặc dù vậy, khi sử dụng thường xuyên nước có hàm lượng iua cao cũng có hại
cho sức khoẻ.
1.1.3 Các Chỉ Tiêu Vi Sinh
Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các loại thuỷ sinh
khác. Tuỳ theo tính chất, các loại vi sinh trong nước được chia thành hai nhóm: nhóm vi sinh
có hại và nhóm vi sinh vô hại. Nhóm vi sinh có hại bao gồm các vi trùng gây bệnh, các loại
rong rêu, tảo, nhóm này cần loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng.
Vi Trùng Gây Bệnh
Đó là các vi trùng trong nước gây bệnh lỵ. thương hàn, dòch tả, bại liệt…Việc xác đònh sự có
mặt của của các loại vi trùng gây bệnh thường rất khó và mất nhiều thời gian do sự đa dạng
về chủng loại. Vì vậy, trong thực tế thường áp dụng phương pháp xác đònh chỉ số vi trùng
đặc trưng. Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là các nguồn nhiễm bẩn phân rác,
chất thải của người và động vật. Trong chất thải của người và động vật luôn có loại vi khuẩn
Ecoli sinh sống và phát triển. Sự có mặt của E.coli trong nước chứng tỏ nguồn nước đã bò ô
nhiễm bởi phân rác, chất thải của nhười và động vật và ó khả năng tồn tại các loại vi trùng
gây bệnh. Số lượng E.coli nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức nhiễm bẩn của nguồn nước. Đặc
tính của E.coli nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức nhiễm bẩn của nguồn nước. Đặc tính của vi
khuẩn E.coli là khả năng tồn tại cao hơn các loài vi trùng gây bệnh khác, do đó sau khi xử lý
nếu trong nước không vòn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loài vi trùng gây
bệnh khác đã bò tiêu diệt hết. Mặc khác, việc xác đònh số lượng vi khuẩn E.coli thường đơn
giản và nhanh chóng cho nên loại vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc
xác đònh mức nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước.
Người ta phân biệt trò số E.coli và chỉ số E.coli. Trò số E.coli là đơn vò thể tích nước có chứa

1 vi khuẩn E.coli, còn chỉ số E.coli là số lượng vi khuẩn E.coli có trong một lít nước.
Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui đònh trò số E.coli không nhỏ hơn
100 ml nước, nghóa là cho phép có 1 vi khuẩn E.coli trong 100 ml nước, chỉ số E.coli tương
ứng sẽ là 10. Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam qui đònh chỉ số E.coli của nước sinh hoạt phải
nhỏ hơn 20.
Ngoài ra, trong một số trường hợp, số lượng vi khuẩn hiếm khí và kỵ khí cũng được xác
đònh.
Các Loại Rong Tảo
Các loại rong tảo trong nước làm cho nước nhiễm bẩn chất hữu cơ và làm cho nước có màu
xanh. Trong nước có rất nhiều loại rong tảo sinh sống. Các loại gây hại chủ yếu và khó laoi5
trừ là nhóm taỏ diệp lục và tảo đơn bào. Trong kỹ thuật xử lý nước cấp, hai loại tảo đó
thường đi qua bể lắng và đọng lại trên bề mặt lọc làm cho tổn thất áp lực trong bể tăng
nhanh và thời gian giữa hai lần rửa lọc ngắn đi. Khi phát triển trong đường ống dẫn nước,
rong tảo có thể làm tắc ống, đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình quang hợp
hô hấp thải ra khí cacbonic. Vì vậy để tránh tác hại của rong tải cần có các biện pháp phòng
ngừa sự phát triển của chúng ngay tại nguồn nước. Tảo rong chỉ tồn tại trong nước mặt và có
bốn nhóm chính có thể phát triển trong nước sông, hồ, hồ chứa: tảo lục giống vi khuẩn hơn
là giống các loại tảo khác; tảo lam, tảo hai nhân và tảo có đuôi.
Nguyên nhân của sự phát triển tảo trong các nguồn nước mặt là do có sự tồn tại của các chất
dinh dưỡng như NH
4
+
, NH
3
, N
2
, PO
4
3-
…trong nước và nhờ ánh sáng mặt trời chiếu vào nguồn

nước.
Các tác hại của tảo có trong nước ngoài việc làm tắt bể lọc ống dẫn, hệ thống, còn gây tình
trạng thừa, thiếu oxy trong nước, tạo ra các chất gây mùi trong nước, tăng nồng độ các chất
hữu cơ trong nước, tạo ra các chất độc hại trong nước…
CHƯƠNG 3
CƠ SỞ QUÁ TRÌNH HÓA HỌC
3.1 QUÁ TRÌNH TRUNG HÒA
Cơ sở:
Phản ứng trung hòa: Acid + Bazờ → Muối + Nước
Ứng dụng
- Nước thải acid + nước thải kiềm → được trung hòa đến trung tính
- Nước thải acid + hóa chất kiềm
→ được trung hòa đến trung tính
- Nước thải kiềm + hóa chất acid
→ được trung hòa đến trung tính
3.1.1 Trung Hòa Nước Thải
Nước thải chứa các axít vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5-
8,5 trước khi thải vào nguồn nhận. Quá trình trung hòa nước thải có thể thực hiện
bằng nhiều cách khác nhau:
- Trộn lẫn nước thải axít với nước thải kiềm;
- Bổ sung tác nhân hóa học;
- Lọc nước thải có tính axít qua vật liệu có tác dụng trung hòa;
- Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axít.
Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải,
chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của các tác nhân hóa học.
Lượng bùn cặn sinh ra từ quá trình trung hòa phụ thuộc vào nồng độ và thành phần
nước thải cũng như liều lượng và loại tác nhân sử dụng.
Trung hòa bằng cách bổ sung tác nhân hóa học
Để trung hòa nước thải axít có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH,
Na

2
CO
3
, NaHCO
3
, NH
4
OH, CaCO
3
, MgCO
3
, đôlômít (CaCO
3
.MgCO
3
). Song tác
nhân rẻ tiền nhất là sữa vối 5%-10% Ca(OH)
2
, tiếp đến là sôđa và NaOH công
nghiệp.
Trong nước thải axít và kiềm thường chứa các ion kim loại, vì vậy liều lượng tác
nhân tham gia phản ứng trung hòa cần tính đến cả yếu tố tạo thành cặn muối các
kim loại nặng.
Trung hòa nước thải axít bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa
Trong trường hợp này người ta thường dùng các vật liệu như manhêtít (MgCO
3
),
đôlômít, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro làm lớp vật
liệu lọc. Các vật liệu trên được sử dụng ở dạng cục với kích thước 30 đến 80 mm.
Quá trình có thể được tiến hành trong thiết bò lọc đặt nằm ngang hay thẳng đứng.

Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO
3
qua lớp đá vôi, thường chọn vận tốc lọc từ
0,5-1 m/h. Trong trường hợp lọc nước thải chứa 0,5% H
2
SO
4
qua lớp đôlômít, tốc độ
lọc lấy từ 0,6-0,9 m/h, nếu nồng độ 2% H
2
SO
4
thì tốc độ lọc lấy bằng 0,35 m/h.
Trung hòa nước thải kiềm bằng các khí axít
Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gần đây người ta đã sử dụng các khí
thải chứa CO
2
, SO
2
, NO
2
, N
2
O,… Việc sử dụng khí axít không những cho phép trung
hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử
độc hại.
3.1.2 Ổn Đònh Hóa Nước
Xử lý ổn đònh nước bằng axít
Xử lý ổn đònh nước bằng axít được áp dụng để ngăn ngừa quá trình lắng đọng canxi
cacbonat. Hợp chất Ca(HCO

3
)
2
là hợp chất không bền vũng và do vậy thường tồn
tại dưới dạng phân ly:
Ca(HCO
3
)
2
⇔ Ca
2+
+ 2HCO
3
-
Ca
2+
+ 2HCO
3
-
⇔ CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
Nếu chỉ số bão hòa I có giá trò dương, chứng tỏ lượng CO
2
tự do trong nước nhỏ hơn
hàm lượng cân bằng. Để bù lại sự thiếu hụt CO
2

phản ứng sẽ chuyển dòch sang phía
phải, khi đó hàm lượng HCO
3
-
trong nước giảm đi, hàm lượng CaCO
3
và CO
2
tăng
lên. Muốn tăng hàm lượng CO
2
mà không tạo ra CaCO
3
, người ta phải thêm axít
vào nước để có phản ứng sau:
HCO
3
-
+ H
+
→ CO
2
+ H
2
O
Lượng axít cần thiết cho quá trình ổn đònh nước nói trên được xác đònh theo độ pH
0
ban đầu của nước và giá trò pH
s
cân bằng sau khí bão hòa nước bằng CaCO

3
.
Xử lý ổn đònh nước bằng kiềm
Xử lý ổn đònh nước bằng kiềm được áp dụng để ngăn ngừa quá trình xâm thực. Khi
nước có dư lượng CO
2
xâm thực, cần sử dụng kiềm để khử CO
2
tự do theo phản ứng
sau:
CO
2
+ OH
-
→ HCO
3
-
Lượng kiềm cần thiết được xác đònh theo giá trò pH
0
và pH
s
của nước.
3.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI
Cơ sở:
Phản ứng trao đổi: AB + CD → AD + CB
Ứng dụng:
Quá trình làm mềm nước bằng phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là mềm nước là đưa các hóa chất có khả năng kết
hợp với các ion Ca
2+

, Mg
2+
có trong nước tạo thành các kết tủa CaCO
3,
MgCO
3,
Mg(OH)
2
,… và loại trừ chúng bằng biện pháp lắng lọc. Các hóa chất sử dụng có thể
là Ca(OH)
2
, Na
2
CO
3
, NaOH,…
Làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sô đa:
MgSO
4
+ Ca(OH)
2
→ Mg(OH)
2
↓ + CaSO
4
MgCl
2
+ Ca(OH)
2
→ Mg(OH)

2
↓ + CaCl
2
CaSO
4
+ Na
2
CO
3
→ CaCO
3
↓ + Na
2
SO
4
CaCl
2
+ Na
2
CO
3
→ CaCO
3
↓ + 2NaCl
Làm mềm nước bằng trinatriphophat (Na
3
PO
4
)
3CaCl

2
+ 2Na
3
PO
4
→ Ca
3
(PO
4
)
2
↓ + 6NaCl
3MgSO
4
+ 2Na
3
PO
4
→ Mg
3
(PO
4
)
2
↓ + 3Na
2
SO
4
3Ca(HPO
4

)
2
+ 2Na
3
PO
4
→ Ca
3
(PO
4
)
2
↓ + 6NaHCO
3
3Mg(HCO)
2
+ 2Na
3
PO
4
→ Mg
3
(PO
4
)
2
↓ + 6NaHCO
3
3.3 QUÁ TRÌNH OXY HÓA KHỬ
Cở sở:

Phản ứng oxy hóa khử
Ứng dụng
- Khử sắt trong nước ngầm;
- Xử lý nước thải chứa các hợp chất hóa học khó phân hủy;
- Khử trùng.
3.3.1 Quá Trình Khử Trùng (Disinfection)
Quá trình khử trùng là quá trình tiêu hủy các vi sinh vật gây bệnh. Khác với quá
trình tiệt trùng (sterilization) là quá trình tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật có trong nước
hoặc nước thải, quá trình khử trùng chỉ tiêu diệt một cách có chọn lọc những vi sinh
vật gây bệnh. Trong lónh vực xử lý nước thải, ba nhóm vi sinh vật gây bệnh quan
trọng nhất là vi khuẩn (bacteria), vi trùng (virus) và amoebic cyst (nang bào).
Những loại bệnh do vi khuẩn lan truyền qua môi trường nước bao gồm bệnh thương
hàn (typhoid), bệnh dòch tả (cholera), bệnh phó thương hàn (paratyphoid), bệnh
kiết lỵ (bacillary dysentery). Những bệnh do vi trùng lan truyền qua môi trường
nước bao gồm bệnh bại liệt (poliomyeitis) và bệnh viêm gan siêu vi (infectious
hepatitis).
Quá trình khử trùng hầu hết được thực hiện bằng cách sử dụng (1) hóa chất, (2) tác
nhân vật lý, (3) phương pháp cơ học và (4) phương pháp bức xạ.
Đối với phương pháp hóa học, các tác nhân hóa học dùng làm chất khử trùng bao
gồm (1) Clo và các hợp chất của clo, (2) Brom, (3) iot, (4) Ozone, (5) phenol và các
hợp chất của phenol, (6) rượu, (7) các kim loại nặng và những hợp chất tương ứng,
(8) màu, (8) xà phòng và chất tẩy rửa, (10) các hợp chất amonium, (11) H
2
O
2
, và
(12) các hợp chất acid và kiềm.
Trong những hợp chất này, những chất khử trùng thông dụng nhất là các hợp chất
hóa học có tính oxy hóa và clo là một trong những tác nhân được sử dụng thông
dụng nhất. Brom và iot cũng được sử dụng trongkhử trùng nước thải. Ozone là tác

nhân khử trùng có hiệu quả cao và ngày càng được sử dụng nhiều. Nước có độ acid
và độ kiềm cao cũng được sử dụng để tiêu hủy vi sinh vật gây bệnh vì nước có pH
lơn hơn 11 hoặc nhỏ hơn 3 khá độc đối với vi khuẩn.
Khử trùng bằng clo
Các hợp chất clo thường dùng ở các trạm xử lý nước thải bao gồm (Cl
2
), Calcium
Hypochlorite [Ca(OCl)
2
], Sodium Hypochlorite [NaOCl] và Chlorine Dioxide
[ClO
2
].
Khi khí Cl
2
được hòa tan vào nước sẽ có hai phản ứng xảy ra: phản ứng thủy phân
và phản ứng ion hóa. Quá trình thủy phân xảy ra như sau:
Cl
2
+ H
2
O ⇔ HOCl + H
+
+ Cl
-
Hằng số bền của phản ứng này là:
Quá trình phân ly HOCl xảy ra như sau:
HOCl
⇔ H
+

+ OCl
-
Hằng số phân ly HOCl:
Lượng HOCl và OCl
-
tồn tại trong nước được gọi là clo tự do (free available
chlorine). Sự phân bố của hai nhóm này có ý nghóa rất quan trọng vì hiệu quả khử
trùng của HOCl lớn hơn so với OCl
-
khoảng 40-80 lần. Sự phân bố HOCl được tính
toán theo phương trình sau:
Giá trò hằng số phân ly Hypochloric acid theo nhiệt độ được trình bày trong
Bảng 3.1.
Bảng 3.1
Giá trò hằng số phân ly K
i
theo nhiệt độ

Nhiệt độ (
0
C) K
i
x 10
8
(mol/L)
0 1,49
5 1,75
10 2,03
15 2,32
20 2,62

25 2,90
Clo tự do trong nước cũng có thể được tạo thành bằng các muối hypochlorite theo
các phương trình phản ứng sau:
Ca(OCl)
2
+ 2H
2
O

→ 2HOCl + Ca(OH)
2
NaOCl + H
2
O → HOCl + NaOH
Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào sự tồn tại của ion HOCl trong
nước, mà quá trình tạo thành và phân ly HOCl lại phụ thuộc vào nồng độ ion
H
+
, tức là giá trò pH của dung dòch:
- pH tăng, nồng độ HOCl giảm, nồng độ OCl
-
tăng;
- pH = 7, nồng độ HOCl cân bằng với nồng độ OCl
-
.
`
Hình 3.1 Quan hệ giữa thành phần HOCl và OCl
-
theo giá trò pH.
Kết quả thực nghiệm cho thấy quá trình thủy phân Cl

2
chỉ xảy ra hoàn toàn khi pH
> 4. Mức độ phân ly HOCl phụ thuộc vào pH ở 20
0
C được trình bày trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2 Mức độ phân ly của HOCl phụ thuộc vào pH ờ 20
0
C
pH 5 6 7 8 9 10 11
OCl
-
(%)
0,05 0,50 2,50 21,00 97,00 99,50 99,99
HOCl
(%)
99,95 99,50 97,50 79,00 3,00 0,50 0,10
Thành phần HOCl là thành phầnkhử trùng chính trong nước chỉ tồn tạo ở pH thấp,
do đó quá trình khử trùng chỉ đạt hiệu quả cao ở pH thấp.
Nước tự nhiên thường không tinh khiết và các phản ứng với các tạp chất chứa trong
nước sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành clo tự do dư. Ví dụ nếu nước có chứa các chất
hữu cơ, ammonia, nitites, sắt, mangan, … thì clo sẽ phản ứng với các thành phần này
theo phương trình phản ứng như sau:
HOCl + NH
3
→ NH
2
Cl + H
2
O
Monocloramin

HOCl + NH
2
Cl → NHCl
2
+ H
2
O
Dicloramin
HOCl + NHCl
2
→ NCl
3
+ H
2
O
Sản phẩm monochloramin và dichloramin sinh ra tùy thuộc vào giá trò pH của môi
trường. pH càng cao, lượng clo kết hợp để tạo thành dichloramin càng thấp và
monocholoramin càng cao. Khả năng diệt trùng của monochloramin thường thấp
hơn so với dichloramin khoảng 3 đến 5 lần. Khả năng diệt trùng của chloramin thấp
hơn Clo từ 20 đến 25 lần. Đó là lý do khiến cho quá trình khử trùng với clo xảy ra
hiệu quả ở giá trò pH thấp.
Trong hệ thống khử trùng chứa ammonia và các hợp chất amonium. Lượng clo
tham gia phản ứng để tạo thành cloramin được gọi là clo kết hợp, tổng lượng clo tự
do dưới dạng Cl
2
, HOCl, và OCl
-
và lượng clo kết hợp được gọi là clo hoạt tính khử
trùng. Do khả năng diệt trùng của clo tự do và clo kết hợp khác nhau mà lượng clo
dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để cũng được đánh giá ở các mức khác

nhau. Tổng lượng clo cần thiết cho vào nước để đảm bảo sau quá trình khử trùng có
được lượng clo dư mong muốn thường được xác đònh trực tiếp bằng thực nghiệm.
Khử Clo (Dechlorination)
Tính độc hại của clo dư. Do trong nước thường chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ có
thể phản ứng với clo tạo thành những hợp chất có tính độc và gây tác hại lâu dài.
Do đó, để giảm đến thấp nhất tác hại của các hợp chất này đến môi trường, cần
phải khử lượng clo dư vượt quá yêu cầu có trong nước thải được xử lý bằng clo theo
một trong những phương pháp trình bày dưới đây.
Phản ứng với SO
2
. Khí SO
2
có thể khử clo tự do, monocloramin (NH
2
Cl),
dichloramin (NHCl
2
), trichloride nitrogen (NCl
3
) và các hợp chất clo cao phân tử
theo các phương trình phản ứng sau:
Các phản ứng với clo:
SO
2
+ H
2
O → HSO
3
-
+ H

+
HOCl + HSO
3
-
→ Cl
-
+ SO
4
2-
+ 2H
+
SO
2
+ HOCl + H
2
O → Cl
-
+ SO
4
2-
+ 3H
+
Các phản ứng với cloramin:
SO
2
+ H
2
O → HSO
3
-

+ H
+
NH
2
Cl + HSO
3
-
+ H
2
O → Cl
-
+ SO
4
2-
+ NH
4
+
+ H
+
SO
2
+ NH
2
Cl +2H
2
O → Cl
-
+ SO
4
2-

+ NH
4
+
+2H
+
Lượng SO
2
sử dụng phải được khống chế để tránh tốn hóa chất và làm giảm hàm
lượng oxy hòa tan trong nước sau xử lý do phản ứng giữa HSO
3
-
với O
2
:
HSO
3
-
+ 0,5O
2
→ SO
4
2-
+ H
+
Hàm lượng oxy hòa tan giảm sẽ kéo theo giảm pH và tăng BOD và COD của nước
sau xử lý.
Phương pháp dùng than hoạt tính
Quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính có thể khử hoàn toàn cả clo tự do và clo kết
hợp theo các phương trình phản ứng sau:
Phản ứng với clo:

C + 2Cl
2
+ 2H
2
O → 4HCl + CO
2
Phản ứng với cloramin:
C + 2NH
2
Cl + 2H
2
O → CO
2
+ 2NH
4
+
+ 2Cl
-
C + 4NHCl
2
+ 2H
2
O → CO
2
+2N
2
+8H
+
+ 8Cl
-

Khử trùng bằng ClO
2
Khí ClO
2
và khí không bền và có khả năng cháy nổ nên khí này phải được tạo ra tại
trạm xử lý theo phương trình phản ứng sau:

2NaClO
2
+ Cl
2
→ 2ClO
2
+ 2NaCl
Hiệu quả của ClO
2
. Tác nhân khử trùng hoạt tính trong hệ thống ClO
2
là ClO
2
tự
do. Tính chất hóa học của ClO
2
trong môi trường nước chưa được xác đònh rõ ràng.
Tuy nhiên, do ClO
2
là tác nhân oxy hóa rất mạnh do đó có chế diệt khuẩn có thể
xảy ra do khả năng làm mất hoạt tính của hệ thống enzyme của tế bào vi sinh vật
hoặc làm mất khả năng tổng hợp protein của tế bào.
Sự hình thành sản phẩm phụ. Một số sản phẩm phụ là các muối chlorite và

chlorate có thể tạo thành trong quá trình khử trùng với ClO
2
. Tuy nhiên, các hợp
chất này có khả năng phân hủy nhanh hơn các hợp chất clo dư do đó mức độ tác hại
của chúng thấp hơn.
Một trong những ưu điểm của quá trình khử trùng bằng ClO
2
là ClO
2
không phản
ứng với ammonia và các hợp chất ammonium nên không tạo thành các hợp chất
cloramne có tính độc. Thêm vào đó, các phản ứng tạo thành các hợp chất hữu cơ
clo hóa cũng không xảy ra trong bất cứ điều kiện nào.
Quá trình khử ClO
2
. Lượng ClO
2
dư vượt quá yêu cầu có thể loại bỏ bằng khí SO
2
theo phương trình phản ứng sau:
SO
2
+ H
2
O

→ H
2
SO
3

H
2
SO
3
+ 2ClO
2
+ H
2
O → 5H
2
SO
4
+ 2HCl
Khử trùng bằng BrCl
BrCl thủy phân tạo thành HOBr và HCl theo phương trình phản ứng sau:
BRCl + H
2
O → HOBr + HCl
HOBr là acid yếu có thể phân ly theo phương trình phản ứng sau:
HBr
→ H
+
+ OBr
-
Nếu trong nước có mặt NH
3
, HOBr cũng phản ứng với NH
3
tạo ra các bromamine
theo các phương trình phản ứng sau:

NH
3
+ HOBr → NH
2
Br + H
2
O
NH
2
Br + HOBr → NHBr
2
+ H
2
O
NHBr
2
+ HOBr → NBr
3
+ H
2
O
Mặc dù cần tiến hành những nghiên cứu bổ sung để xác đònh chính xác cơ chế khử
trùng bằng của BrCl, nhưng giả thiết thích hợp nhất là BrCl hấp phụ lên tế bào vi
sinh vật và phá hủy hoạt tính emzyme của tế bào. Các hợp chất bromamin thể hiện
khả năng diệt khuẩn tốt hơn so với các hợp chất cloramine và đồng thời có khả
năng phân hủy nhanh hơn.
Sự hình thành các sản phẩm phụ. Các hợp chất hữu cơ bromate hóa sẽ hình thành
trong quá trình khử trùng bằng BrCl và những hợp chất này dễ dàng bò phân hủy
quang hóa và thủy phân. Một số nhiên cứu cho thấy các hợp chất hữu cơ bromate
có khả năng tích lũy sinh học torng cá tiếp xúc với nước thải xử lý bằng BrCl. Tuy

nhiên, hàm lượng các chất hữu cơ bromate trong cá thấp hơn những hóa chất khác
(như PCBs và chlordane). Hiện tại chưa có nhiều số liệu về các tác động đến môi
trường do khử trùng bằng BrCl, do đó vẫn cần nghiên cứu chi tiết hơn.
Khử trùng bằng ozone
Khử trùng bằng ozone là phương pháp khá tiên tiến và ngày càng được ứng dụng
rộng rãi. Cơ chế khử trùng sử dụng ozone là dựa trên khả năng phái hủy enzyme và
nguyên sinh chất của tế bào. Trong môi trường nước, ozone phân ly tạo thành các
gốc tự do có khả năng oxy hóa mạnh theo các phương trình phản ứng sau:
O
3
+ H
2
O → HO
3
+
+ OH
-
HO
3
+
+ OH
-
→ 2HO
2
O
3
+ HO
2
→ HO +2O
2

HO + HO
2
→ H
2
O + O
2
Các gốc tự do HO
2
và HO có tính oxy hóa và là tác nhân khử trùng. Các gốc tự do
này cũng tham gia phản ứng với các tạp chất có trong dung dòch.
Hiệu quả khử trùng bằng ozone. Ozone có tính oxy hóa mạnh và khả năng khử
trùng lớn hơn nhiều so với clo. Quá trình khử trùng bằng ozone không tạo thành các
chất rắn hòa tan và không bò ảnh hưởng của các ion ammonium cũng như pH.
Thêm vào đó, do khả năng phân hủy nhanh tạo thành oxy, nên nồng độ oxy hòa tan
trong nước sau khi xử lý bằng ozone đạt trạng thái gần bão hòa nên không cần sục
khí để đảm bảo nồng độ DO theo tiêu chuẩn xả thải. Ozone có khả năng phân hủy
nhanh nên cũng không cần các quá trình phụ để khử ozone thừa như đối với các tác
nhân khử trùng khác. Nhược điểm của phương pháp khử trùng bằng ozone là chi
phí xử lý cao.

Khử trùng bằng các hóa chất khác
Các hóa chất khác có thể sử dụng để khử trùng như iot, H
2
O
2
và kim loại. Các kim
loại nặng ở nồng độ rất thấp có thể tiêu diệt được một số loại vi sinh vật và rong
tảo, tuy nhiên, đòi hỏi thời gian tiếp xúc lâu, chi phí cao và dễ gây ảnh hưởng đến
sức khỏe của con người nên ít được sử dụng.
Bảng 3.3 Nồng độ diệt trùng của các ion kim loại nặng

Nồng độ diệt trùng (mg/L)
Kim loại
E Coli Rêu, tảo
Bạc 0,04 0,05
Đồng 0,08 0,15
Cadimi 0,15 0,10
Crôm 0,70 0,70
Kẽm 1,04 1,40

3.3.2 Khử Cyanide
KHỬ CYANIDE BẰNG Cl
2

Quá trình oxy hóa khử Cyanide bằng Clo được thực hiện trong môi trường kiềm.
Khi cho Clo vào nước, hypocloric acid được tạo thành theo phương trình phản ứng
sau:
Cl
2
+ H
2
O → HOCl + HCl
Hypocloric acid phản ứng với ion CN
-
theo phương trình phản ứng sau:
CN
-
+ HOCl → CNCl + OH
-
(1)
CNCl + OH

-
→ Cl
-
+ HOCl (2)
Phản ứng 1 xảy ra không phụ thuộc vào pH, trong khi đó phản ứng 2 phải được thực
hiện ở pH lớn hơn 10. Acid cyanic tạo thành bò phân hủy thành CO
2
và N
2
theo
phương trình phản ứng sau:
2CNO
-
+ 3OCl
-
+ H
2
O → 2CO
2
+ N
2
+ 3Cl
-
+ 2OH
-

Phản ứng này xảy ra chậm hơn ở pH cao hơn, do đo phải duy trì pH trong khoảng từ
7,5 – 8,0. Vì lý do này việc khống chế pH hai giai đoạn phải được thực hiện chặt
chẽ cùng với việc cung cấp đủ lượng chất oxy hóa. Hypoclorat natri cũng có thể
được sử dụng thay thế clo.

KHỬ CYANIDE BẰNG OZONE
Cyanide cũng có thể bò o xy hóa bằng ozon và tạo thành các sản phẩm không độc
hại thero phương trình phản ứng sau:
CN
-
+ O
3
→ CNO
-
+ O
2
2 CNO
-
+ 3O
2
+ H
2
O → 2HCO
3
+ N
2
+ 3O
2
Phản ứng này phụ thuộc rất nhiều vào pH và được thực hiện trong môi trường kiềm
ở pH từ 11 đến 12.
3.3.3 KHỬ CROM
Các phản ứng khử thường được áp dụng để loại bỏ Crom (VI) trong nước bằng các
tác nhân sulfat sắt (II), bisulfit natri, sulfua dioxit. Thông thường, khi sử dụng sulfat
sắt (II) phản ứng với Cr(VI) trong môi trường axít tạo sulfat sắt (III) và Crom (III).
Cả hai thành phần này được kết tủa dưới dạng hydroxýt khi có mặt nước vôi. Các

quá trình này xảy ra theo chuỗi phản ứng sau:
2 H
2
CrO
4
+ 6 FeSO
4
+ 6H
2
SO
4
→ Cr
2
(SO
4
)
3
+ 3Fe
2
(SO
4
)
3
+6H
2
SO
4
+ 8H
2
O

Cr(OH)
3
Fe(OH)
3
4-1




CHƯƠNG 4

CƠ SỞ QUÁ TRÌNH HÓA LÝ

4.1 QUÁ TRÌNH KEO TỤ, TẠO BÔNG

Các hạt trong nước thiên nhiên 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 hủy,… Kích thước hạt có thể dao động
từ vài μm đến vài mm. Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được
những hạt có kích thước lớn hơn 10
-4
mm. Với những hạt có kích thước lớn hơn 10
-4
mm, nếu
dùng quá trình lắng tónh thì phải tốn thời gian rất dài (Bảng 4.1) và khó đạt được hiệu quả xử
lý cao, do đó cần phải áp dụng phương pháp xử lý hóa lý.
Bảng 4.1 Mối liên hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng
Kích thước hạt
(φ, mm)

Loại hạt
Thời gian lắng với
độ sâu lắng là 1 m
10 Sỏi 1 (s)
1,0 Cát 10 (s)
0,1 Cát mòn 2 (phút)
0,01 Sét 2 (giờ)
0,001 Vi khuẩn 8 (ngày)
0,0001 Hạt keo 2 (năm)
0,00001 Hạt keo 20 (năm)

4-2




4.1.1 Mục Đích Quá Trình Keo Tụ Tạo Bông

Quá trình keo tụ tạo bông được áp dụng để tách loại các hạt cặn có kích thước 0,001 μm < φ <
1 μm, không thể tách loại được bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc hoặc
tuyển nổi.
4.1.2 Hạt Keo
Các hạt keo có kích thước 0,001 μm < φ < 1 μm có khả năng lắng rất chậm do bò cản trở bởi
chuyển động Brown. Tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và khối lượng của hạt keo lớn hơn rất nhiều
so với các hạt khác, do đó tính chất bề mặt (thế điện động và điện tích bề mặt) đóng vai trò
quan trọng trong quá trình tách loại hạt keo hơn là lắng dưới tác dụng của trọng lực.
Bảng 4.2 Mối liên hệ giữa ích thước hạt và diện tích bề mặt
Kích thước hạt (φ, mm) Số lượng hạt Diện tích bề mặt (cm
2
)

250 1 0,00375
1 250
3
1,0
1 x 10
-3
(250 x 1000)
3
1000

Các hạt keo thường mang điện tích tương ứng với môi trường xung quanh và có thể phân loại
thành 2 dạng chính: keo kỵ nước và keo ưa nước.
Keo kỵ nước (ví dụ đất sét, oxyt kim loại,…) là những hạt keo:
- Không có ái lực đối với môi trường nước;
- Dễ keo tụ;
- Đa số là những hạt keo vô cơ.
Keo ưa nước (ví dụ protein) là những hạt keo:
- Thể hiện ái lực đối với nước;
- Hấp thụ nước và làm chậm quá trình keo tụ, thường cần áp dụng những phương pháp xử lý
đặc biệt để quá trình keo tụ đạt hiệu quả mong muốn;
- Đa số là những hạt hữu cơ.

Khi cho tác nhân keo tụ vào nước, keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất
này. Ví dụ khi thủy phân phèn sắt sẽ tạo thành hệ keo trong đó nhân hạt keo là nhóm Fe
3+
.
Nhờ có điện tích bề mặt lớn nên chúng có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion trái dấu
bao bọc quanh bề mặt nhân hạt keo. Lớp vỏ ion này cùng với lớp phân tử bên trong tạo thành
hạt keo. Bề mặt nhân hạt keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt lên đó, có khả năng hút một
số ion tự do mang điện tích trái dấu. Như vậy, quanh nhân hạt keo có hai lớp ion mang điện

tích trái dấu bao bọc, gọi là lớp điện tích kép của hạt keo. Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết
yếu nên thường không có đủ điện tích trung hòa với điện tích bên trong và do vậy hạt keo
luôn mang một điện tích nhất đònh. Để cân bằng điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút
quanh mình một số ion trái dấu ở trạng thái khuếch tán (Hình 4.1).


Hạt mang
điện tích âm
Lớp điện tích kép
Lớp khuếch tán
Điện thế zêta






Hình 4.1 Cấu tạo hạt keo.
Các lực hút và lực đẩy tónh điện hoặc lực Van der Waals tồn tại giữa các hạt keo. Độ lớn của
lực này thay đổi tỷ lệ nghòch với khoảng cách giữa các hạt (Hình 4.2). Khả năng ổn đònh hạt
4-3



keo là kết quả tổng hợp giữa lực hút và lực đẩy. Nếu lực tổng hợp là lực hút thì xảy ra quá
trình keo tụ. Khi các hạt keo kết dính với nhau, chúng tạo thành những hạt có kích thước lớn
hơn gọi là bông cặn và có khả năng lắng nhanh.

F
đ
F
h
F
đ
– F
h
Lực hút
Lực đẩy
Hàng rào
thế năng
0
Khoảng cách
F
đ
F
h
F
đ
–
F
h
Lực hút
Lực đẩy
0
Khoảng cách

Hinh 4.2 Năng lượng tương tác của hệ keo.
Để lực hút thắng được lực đẩy thì điện thế zêta phải nhỏ hơn 0,03 V và quá trình keo tụ càng
đạt hiệu quả khi điện thế zêta tiến tới 0.
4.1.3 Cơ Chế Của Quá Trình Keo Tụ Tạo Bông
Các cơ chế chính của quá trình keo tụ tạo bông gồm:
a) Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zêta nhờ ion trái dấu
Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước/nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dòch đến
lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện
động zêta và giảm lực tónh điện.
b) Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng
điện zêta bằng 0. Trong trường hợp này, quá trình hấp phụ chiếm ưu thế.

c) Cơ chế hấp phụ – tạo cầu nối

Các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối
giữa các hạt keo qua các bước sau:
4-4




- 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.

Cơ chế tạo cầu nối có thể biểu diễn theo sơ đồ phản ứng như sau:
Phản ứng 1: phân tử polymer kết dính với hạt keo do lực hút giữa polymer và hạt keo tích
điện trái dấu.

Polymer hạt keo hạt keo bò phá bean

Phản ứng 2: phần còn lại của polymer đã hấp phụ hạt keo ở trên lại liên kết với những vò trí
hoạt tính trên bề mặt các hạt keo khác.

Tạo bông



Hạt keo bò phá bền Hạt bông keo
Phản ứng 3: nếu không thể liên kết với hạt keo khác, polymer đã hấp phụ hạt keo trên sẽ
cuộn lại và kết dính ở một vò trí hoạt tính khác trên bề mặt hạt keo và do đó tái tạo ra hiện
tượng tái bền hạt keo.
4-5