Phương pháp hóa học làm sạch nguồn nước

Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
LỜI MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên quý giá và cần được bảo vệ. Ngày nay, hoạt động công
nghiệp đang diễn ra mạnh mẽ và nhanh chóng, dân số gia tăng … làm tăng nguy cơ
ô nhiễm môi trường và đặc biệt là nuồn tài nguyên nước. Do đó, cần bảo vệ, sử
dụng hợp lý nguồn nước hiện có. Phương pháp xử lý cuối đường ống vẫn là phương
pháp được nhiều doanh nghiệp chấp nhận. Có nhiều phương pháp xử lý nước trong
đó có phương pháp hóa học.
Phương pháp hóa học làm sạch nguồn nước bao gồm trung hóa, oxy hoá-khử và kết
tủa. Tất cả đều liên quan đến tác chất do đó chi phí lớn.Vì thế phương pháp này để
loại các chất hòa tan và trong hệ thống cấp nước khép kín.
1
Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
NỘI DUNG
A- Xử lý nước bằng phương pháp trung hòa
Mục đích: nước thải chứa các axit vô cơ hay kiềm như nước thải của nhiều lĩnh vực thì
cần trung hòa để đưa độ pH của dung dịch nước thải về pH 6.5-8.5. Việc lựa chọn các
chất hòa trộn phụ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải
Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy vào thể tích và nồng độ nước thải
1. Trung hòa bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải kiềm
Ứng dụng: sử dụng khi trên KCN có nước thải của 1 số nhà máy chứa axit và một số
nhà máy có nước thải chứa kiềm. Người ta trộn nước axit và kiềm vào bình có cánh
khuấy hoặc không có cánh khuấy ( khuấy trộn bằng không khí ).
Ví dụ : xử lý nước thải xi mạ
2. Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào nước thải
Ứng dụng : trung hòa nước thải có tính axit.
Hóa chất sử dụng là : NaOH, KOH, sữa vôi, đôlômit. Tuy nhiên tác chất rẻ nhất là sữa
vôi Ca(OH)
2
5-10%. Đôi khi trung hòa người ta sử dụng các chất thải khác nhau.
Ví dụ : xử lý nước thải có axit sunfuaric người ta dùng xỉ của hợp kim sắt – crom, luyên

thép và luyện gang.
Tác chất được chọn phụ thuộc vào thành phần và nồng độ nước thải. Có 3 dạng nước
thải có tính axit:
- Nước thải có tính axit yếu : axit cacbonic
2
Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
- Nước chứa axit mạnh và muối kim loại này dễ tan trong nước như : HCl, HNO
3
…
- Nước chứa axit mạnh nhưng muối khó tan trong nước như : H
2
SO
4
…
Khi trung hòa nước thải chứa axit sunfuric bằng sữa vôi dễ gây lắng cặn làm tắc nghẽn
thành ông , nên cần rửa chúng bằng nước sạch và cho thêm vào nước thải chất làm mềm
nước hoặc tăng vận tốc dòng nước.
Để trung hòa nước thải có tính kiềm người ta sử dụng các axit hoặc khí axit, ví dụ xử lý
nước thải nhà máy bia…
3. Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hòa
Vật liệu lọc : đá vôi, magiezit, đá hoa cương, đôlômit…Dùng thiết bị lọc đứng có kích
thước hạt CaCO
3
, hoặc đôlômit kích thước 30-80mm, chiều cao lớp lọc 0,85-1,2m, vận
tốc không được lớn hơn 5m/s và thời gian tiếp xúc không nhỏ hơn 10 phút.Vận tốc
trong thiết bị nằm ngang là 1-3 m/s.
4. Trung hòa nước thải chứa kiềm bằng cách dùng khí thải-khói từ lò đốt
Ứng dụng : để trung hòa nước thải chứa kiềm,có thể dùng khí thải chứa CO
2
,SO

2
…
Việc dùng khí axit không những cho phép trung hòa nước thải mà tăng hiệu suất làm
sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại
Ưu điểm :
- Độ hòa tan CO
2
kém nên mức độ nguy hiểm do oxy hóa quá mức các dd được trung
hòa cũng giảm xuống
- Tác động ăn mòn và độc hại nhỏ hơn ion khác
3
Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
- Giảm chi phí cho quá trình trung hòa
Ví dụ : sử dụng khói lò hơi để trung hòa nước thải dệt nhuộm
CO
2
+ H
2
O + 2NaOH => Na
2
CO
3
+ 2H
2
O (pH~11)
Na
2
CO
3
+ CO

2
+ H
2
O => 2NaHCO
3
(pH~8)
B- Xử lý nước bằng phương pháp oxy hóa
Mục đích : trong quá trình oxy hóa, các chất ô nhiễm độc hại chứa trong nước thải sẽ
chuyển thành chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước
Ưu điểm : làm sạch nước
Khuyết điểm : Phương pháp này yêu cầu chi phí hóa chất lớn, vì thế nó chỉ được ứng
dụng khi chất ô nhiễm không thể loại được bằng phương pháp khác. Ví dụ xử lý xianua,
hợp chất tan của Asen…
Chất oxy hóa mạnh nhất là flo nhưng tính ăn mòn mạnh nên không sử dụng trong thực
tế
Thế oxy hóa của một số chất oxy hóa
Chất oxy hóa Thế oxy hóa Chất oxy hóa Thế oxy hóa
F 3.0 KMnO
4
1.7
OH
-
2.8 ClO
2
1.5
O
3
2.1 Cl
2
1.4

H
2
O
2
1.8
4
Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
Xử lý chất thải bằng chất oxy hóa
Chất oxy hóa Loại chất thải
Ozone -
Không khí (oxy khí quyển) Sulfite (SO
3
-2
), Sulfide (S
-2
), Fe
+2
Khí Chlor Sulfide, Mercaptans
Khí chlor và xút Cyanide (CN
-
)
Chloride dioxide Cyanide, thuốc trừ sâu (Diquat, Paraquat)
Hypochlorite natri Cyanide, chì
Hypochlorite canxi Cyanide
Permanganate kali Cyanide, chì, phenol, Diquat, Paraquat, hợp chất hữu cơ có lưu
huỳnh, Rotenone, formaldehyde
Permanganate Mn
Hydrogen peroxide Phenol, cyanide, hợp chất lưu huỳnh, chì
Năng lực oxy hóa tương đối của các chất oxy hóa của các chất oxy hóa ( so với
Cl2)

Chất oxy hóa Năng lực oxy hóa
tương đối
Chất oxy hóa Năng lực oxy hóa
tương đối
F 2.23 HbrO 1.17
Gốc OH
-
2.06 Cl
2
O
2
1.15
Nguyên tử oxy 1.78 HClO 1.10
H
2
O
2
1.31 Cl
2
1.00
Gốc perhyroxyl 1.25 Br
2
0.80
MnO
4
-
1.24 I
2
0.54
5

Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
1- Oxy hóa bằng Clo và các hợp chất của Clo
Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước tạo thành
axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước, chất diệt
trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong
của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.
Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau:
Hoặc có thể ở dạng phương trình phân ly:
Cl
2
+ H
2
O H
+
+ OCl
-
+ Cl
-
Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau:
Ca(OCl)
2
+ H
2
O CaO + 2HOCl
2HOCl 2H+ + 2OCl
-
Mật độ Clo : 3.17g/l dung dịch. Theo TCXD –33: 1985: Lượng Clo dư ở đầu mạng
lưới tối thiểu 0,5 mg/l
Theo TCXD –33: 1985:Lượng Clo dư ở cuối mạng lưới tối thiểu 0,05mg/l và không
lớn hơn mức có mùi khó chịu.

Dùng thiết bị Clorato để định lượng và pha chế Clo
a- Phạm vi ứng dụng
Thiết bị dữ trữ clo lỏng phải được kiểm tra và đảm bảo tùy theo số lượng sản phẩm dữ
trữ, do vậy phải tôn trọng quy định hướng dẫn cho thiết bị đã phân loại.
Nước Javel ( hypoclorit natri ) đặc biệt được dùng khi có lý do an toàn dự trữ, ta có thể
dùng khí Clo. Hypoclorit canxi có một hàm lượng Clo hoạt tính rất cao và được dùng
trước hết ở vùng không có nguồn cấp khí Clo, cũng không có dung dịch hyporit natri
b- Bể tiếp xúc
Thời gian tiếp xúc chủ yếu liên quan đến mục đích sử dụng, cần đạt tới 2h. Điều quan
trọng là trộn dung dịch chứa clo với nước xử lý nước một cách nhanh chóng và hoàn
hảo
Các bể tiếp xúc cần phải sắp xếp để tránh tất cả nối tắt dòng chảy do 1 phần nước chảy
qua bể quá nhanh không đủ tiếp xúc cần thiết nhỏ nhất
2- Oxy hóa bằng hydroperoxit
6
Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
Hydroperoxit H
2
O
2
là một chất lỏng không màu và có thể trộn lẫn với nước ở bất kỳ tỉ
lệ nào. Được ứng dụng để oxy hóa các nitrit, andehit, phenol, xianua, chất thải chứa lưu
huỳnh, thuốc nhuộm hoạt hóa…Nồng độ giới hạn cho phép trong nước là 0.1 mg/l
Trong môi trường axit và kiềm,H
2
O
2
được phân hủy
2H
+

+ H
2
O
2
+ 2e  2H
2
O
2OH
-
+ H
2
O
2
+ 2e  H
2
O + 2O
2-
Trong môi trường axit, H
2
O
2
chyển muối sắt II thành muối sắt III, HNO
2
thành HNO
3
,
CN
-
thành CNO
-

trong môi trường kiềm.
Trong dung dịch loãng , quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra chậm, nên cần có xúc tác
kim loại có hóa trị thay đổi ( Fe
2+
,Cu
2+
,…) để tăng tốc độ phản ứng. Nếu sử dụng H
2
O
2
một cách độc lập thì hiệu quả phân hủy các CHC rất hạn chế. Hiệu quả đó tăng rất
mạnh khi kết hợp H
2
O
2
với một số tác nhân khác như: Fe
2+
, Fe
3+
, ozone hoặc bức xạ cực
tím ( ultraviolet - UV). Tổ hợp Fe
2+
/ H
2
O
2
được gọi là tác nhân Fenton; còn Fe
3+
/H
2

O
2
–
tác nhân tương tự Fenton. Xúc tác Fe
2+
có thể dùng ở dạng muối tan (xúc tác đồng thề)
hoặc ở dạng hấp phụ trên chất mang rắn (xúc tác dị thể).
Hệ chất Fenton ( dung dịch H
2
O
2
,xúc tác Fe) dùng để xử lý các chất hữu cơ độc
hại.Quá trình oxy hóa bằng phản ứng Fenton diễn ra ở pH khoảng 3-5 với có mặt xúc
tác Fe,Mn
2+,
Cr
3+
và H
2
O
2
.
Cơ chế và động học của phương pháp oxy hóa với tác nhân Fenton như sau:
Đầu tiên xảy ra phản ứng tạo gốc OH
Fe
2+
+ H
2
O
2

→ Fe
3+
+ HO¯ + OH với k
2
= 76 mol
-1
s
-
1

Sau đó xảy ra phản ứng phục hồi Fe
2+
Fe
3+
+ H
2
O
2
→ Fe
2+
+ H
+
+ HO
2
 với k
3
< 3x10
-3
mol
-1

s
-1

Gốc OH tạo thành ở phản ứng 1 sẽ đóng vai trò chính trong việc oxy hóa CHC.
Ở nhiệt độ bình thường, phản ứng thường xảy ra với tốc độ nhanh, hằng số tốc độ
khoảng 10
7
-10
10
. Ở pH thấp, phản ứng 1sẽ thuận lợi hơn, và phản ứng oxy hóa CHC sẽ
tốt hơn do số lượng gốc OH tăng hơn. Nói chung, phản ứng Fenton xảy ra tốt ở pH < 4.
Với tác nhân tương tự Fenton (H
2
O
2
/ Fe
3+
), trước tiên xảy ra phản ứng khử Fe
3+
thành Fe
2+
sau đó sẽ xảy ra phản ứng Fenton như ở trên.
So sánh đặc điểm của một số hóa chất sử dụng cho quá trình oxy hóa
7
Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu
Đặc diểm Đặc điểm mong muốn
đạt được
Chlorine Sodium
hypochloride
Calcium

hypochloride
Chlorine
dioxide
Bromine
chloride
Ozone UV
Độc tính
đối với vi
sinh vật
Độc tính cao ở
nồng độ cao
Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao
Độ hòa
tan
Phải hòa tan
trong nước hoặc
mô
Thấp Cao Cao Cao Thấp Cao N/A
Độ bền Ít giảm tính diệt
khuẩn theo thời
gian
Bền Hơi không
ổn định
Tương đối
bền
không bền
sx khi cần
Hơi không
ổn định
không bền

sx khi cần
sx khi cần
Không
độc đối
với sv bậc
cao
Độc đối với vsv,
không độc với
người và động
vật
Rất độc với
sv bậc cao
Độc Độc Độc Độc Độc Độc
Tính đồng
nhất trong
dung dịch
- Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất N/A
Tác dụng
với cá
chất khác
Chỉ tác dụng với
vi khuẩn không
tác dụng với chất
hữu cơ
Oxy hóa
chất hữu cơ
Chất oxy hóa
mạnh
Chất oxy hóa
mạnh

Cao Oxy hóa
chất hữu cơ
Oxy hóa chất
hữu cơ
-
Độc tính
ở các
nhiệt độ
khác nhau
Giữ được độ độc
ở khoảng biến
thiên của nhiệt
độ môi trường
Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao
Độ ăn
mòn
Không ăn mòn
kim loại
Ăn mòn
mạnh
Ăn mòn Ăn mòn Ăn mòn
mạnh
Ăn mòn Ăn mòn
mạnh
N/A
Khả năng
khử mùi
Có khả năng khử
mùi khi khử
trùng

Cao Trung bình Trung bình Cao Trung bình Cao -
3- Oxy hóa bằng piroluzit MnO
2
Quá trình tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu này hoặc phản ứng trong
thiết bị khuấy trộn. Piroluzit là vật liệu tự nhiên, chứa chủ yếu dioxit mangan. Được sử
dụng rộng rãi để oxy hóa As III thành hóa trị V.
8