báo cáo sơ bộ các phương pháp hóa học trong xử lý nước

PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA KHỬ
1. Oxy hóa bằng clo
1. Oxy hóa bằng clo
•
Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng:
Cl2 + H2O = HOCl + HCl
HOCl ↔ H+ + OCl-
•
Tổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt
tính.

•
Quá trình tách xyanua ra khỏi nước được tiến hành ở
môi trường kiềm (pH=9).
•
Xyanua có thể bị oxy hóa tới nitơ và CO2 theo phương
trình sau:
CN- + 2OH- + Cl2 CNO- + 2Cl- + H2O
2CNO- + 4OH- + 3Cl2 CO2 +6Cl- + N2 + 2H2O
1. Oxy hóa bằng clo
1. Oxy hóa bằng clo
NguồnCaOCl
•
Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích
nước thải là:

10 g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học.

5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn.
1. Oxy hóa bằng clo
Nhược điểm:

•
Khi hòa tan clo vào nước sẽ xảy ra hiện tượng axit hóa theo
phản ứng:
Cl2 + H2O HCl + HOCl
•
Thêm kiềm để trung hòa axit clohidric tự do.
•
Nếu không đảm bảo điều kiện này rất có thể tạo thành cloxian
một sản phẩm độc của quá trình oxy hóa trực tiếp xianua;
2CN- + Cl2 2ClCN
1. Oxy hóa bằng clo
2. Phương pháp oxy hóa dùng tác nhân là
H2O2
•
Hyđro peoxit H2O2là một chất lỏng không màu.
•
H2O2 là một chất oxy hóa mạnh, Thế oxy hóa của nó là 1,76.
•
Trong nước nó phân ly theo phản ứng
H2O2 + H2O -> HO2¯ + H3O+ với pK=11,6 (1)

•
Trong môi trường axit, H2O2 thể hiện rõ chức năng oxy
hóa còn trong môi trường kiềm là chức năng khử.
Trong môi trường axit:
2H+ + H2O2 + 2e 2H2O
Trong môi trường kiềm:
2OH- + H2O2 – 2e 2H2O + 2O2-
2. Phương pháp oxy hóa dùng tác nhân là
H2O2

•
Trong môi trường axit, H2O2 chuyển muối Fe2+ thành
muối Fe3+, HNO2 thành HNO3 và SO32- thành SO42
2Fe2+ (dd) + H2O2 + 2 H+(dd) → 2 Fe3+ (dd) + H2O(l)
•
Trong môi trường kiềm, Fe3+ bị khử thành Fe2+.
2 Fe3+ + H2O2 + 2OH− → 2 Fe2+ + 2H2O + O2
2. Phương pháp oxy hóa dùng tác nhân là
H2O2
Nước thải chứa sắt
•
Xyanua (CN-) bị oxy hóa ở môi trường kiềm (pH =9-12)
thành xianat (CNO-).
CN- + H2O2 OCN- +H2O
•
Trong quá trình loại bỏ clo trong nước
H2O2 + Cl2 O2 + 2HCl
H2O2 + NaClO NaCl + O2 + H2O
2. Phương pháp oxy hóa dùng tác nhân là
H2O2
Nước thải chứa xyanua
3.Oxy hóa bằng oxy trong không khí
•
Oxy trong không khí được sử dụng để tách sắt ra khỏi
nước theo phản ứng sau:
4Fe2+ + O2 + 2H2O 4Fe3+ + 4OH-
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
Giàn mưa
3.Oxy hóa bằng oxy trong không khí
Nhà máy giấy

Nhà máy chế biến dầu mỏ
Nước thải chứa sunfua
•
Quá trình oxy hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra qua
các giai đoạn thay đổi hóa trị của lưu huỳnh từ -2 đến +6:
S2- S SnO62- S2O32- SO32- SO42-
•
Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng và mức độ oxy hoa sunfua và
hydrosunfua tăng. Theo lý thuyết để oxy hóa 1g sunfua lưu huỳnh
tiêu tốn 1g oxy.
3.Oxy hóa bằng oxy trong không khí
Quá trình xử lý sinh học
•
Các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo phân tán nhỏ
trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế
bào của vi sinh vật.
1. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa
Chất hữu cơ hòa tan
Tế bào vi sinh vật
Quá trình này gồm 3 giai đoạn
1. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa
•
Phương trình tổng quát của quá trình oxy hóa sinh hóa
trong điều kiện hiếu khí có dạng như sau:
CxHyOzN + (x +y/4 +z/3 +3/4) O2 xCO2 +
(y-3)/2 H2O + NH3 + ΔH (1)
CxHyOzN+ NH3 + O2 C5H7NO2+CO2 +ΔH (2)
1. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa
Men vi sinh vật
Men vi

sinh vật
•
Khi không đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hóa
các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hóa chất
liệu tế bào (tự oxy hóa).
C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + 2H2O + ΔH
NH
3
+ O
2
men VSV
enzim
HNO
2
+O
2
VSV
HNO
3
1. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa
Men vi sinh vật
enzim
1. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa
Quá trình xử lý nước thải bằng Vi sinh vật thực chất là một quá
trình lên men. Xử lý nước thải với quá trình sinh trưởng bám dính
rất gần với quá trình lên men theo phương pháp cố định tế bào.
sự phát triển của tế bào và động học của quá trình
lên men
Vùng 1: giai đoạn làm quen, pha tiềm tàn/ pha lag
vùng 2: giai đoạn sinh sản theo cách phân đôi tế bào ( theo

cấp số nhân)/ giai đoạn lũy tiến hay pha sinh trưởng logarit/
pha số mũ (pha log).
Vùng 3: giai đoạn sinh trưởng chậm dần/ pha sinh trưởng
chậm dần.
vùng 4: giai đoạn sinh trưởng ổn định/ pha ổn định
Vùng 5: giai đoạn suy tàn/ pha oxy hóa nội bào
(a )- Ảnh hưởng của sự hạn chế chất dinh dưỡng đối với sản lượng chung
của vi
sinh vật. Lúc nồng độ đủ cao thì sản lượng chung sẽ đạt tới ổn định.
(b)- Ảnh hưởng của sự hạn chế chất dinh dưỡng tới tốc độ sinh trưởng.
Nồng độ chất dinh dưỡng và sinh trưởng
sự phát triển của tế bào và động học của quá trình
lên men
Ở các điều kiện nhiệt độ, độ pH…không đổi trong trường
hợp dư thừa cơ chất tốc độ phản ứng lên men tuyến tính
bậc nhất với nồng độ men.
nhiệt độ
tốc độ phản ứng lên men chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố
môi trường
•
Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng lên men vào nồng độ cơ chất S và
nồng độ men E tuân theo phương trình Michaelis – Menten (1913):
v = {V.[S]} / {Km + [S]}
•
Trong đó:
v: là tốc độ phản ứng lên men.
V: là tốc độ phản ứng lên men cực đại (mg/l.s).
[S] là nồng đ ộ cơ chất (mg/l)
Km là hằng số phân ly phức chất/hằng số Michaelis- Menten (mol/l).
sự phát triển của tế bào và động học của quá trình

lên men