Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải chương 4 GV trần thị ngọc diệu

19 June 2010

MỤC ĐÍCH

Khử các chất gây
cản trở cho q
trình oxy hóa sinh
hóa

Thu hồi sản phẩm
quý

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

2

19 June 2010

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

HẤP PHỤ

19 June 2010

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hấp phụ là hiện tượng bề mặt, nó là sự ngưng kết
chất khí hoặc chất tan trên bề mặt phân chia pha.

Hấp phụ là quá trình tăng nồng độ của chất
tan (chất bị hấp phụ) trên bề mặt chất rắn

(chất hấp phụ)
Quá trình hấp phụ xảy ra trên cơ sở lực hút
tĩnh điện, lực định hướng, lực tán xạ (lực
hấp phụ vật lý)
Nếu lực tương tác đủ lớn có thể xảy ra liên
kết hoá học hoặc tạo phức, trao đổi ion

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

3

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

4

HẤP PHỤ


19 June 2010

ỨNG DỤNG
Ứng dụng: khử độc nước thải khỏi thuốc diệt
cỏ, phenol, thuốc sát trùng, các hợp chất nitơ
vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc
nhuộm, các chất ô nhiễm vi lượng, các chất
có mùi, các chất khó phân hủy sinh học...
Xử lí, tách và thu hồi các chất hoà tan trong
nước thải

Hiệu quả đạt 80 - 95%. Phụ thuộc vào bản
chất hóa học của chất hấp phụ, diện tích bề
mặt chất hấp phụ, cấu trúc hóa học chất được
hấp phụ.
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

5

19 June 2010

CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ

HẤP PHỤ

Lực tĩnh điện: hai điện tích trái dấu thì hút
nhau và cùng dấu thì đẩy nhau.
Lực định hướng: do độ âm điện khác nhau
của các nguyên tố, trong một phân tử có sự
phân bố điện tích khơng đều.
Lực tán xạ: xảy ra đối với cả các chất có
phân bố điện tích đều. Ngun nhân do sự
phân bố điện tích khơng đều một cách tức
thời trong phân tử, sự phân bố không đều
lan truyền xung quanh gây tương tác.
6

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

HẤP PHỤ

19 June 2010

CÁC TƯƠNG TÁC GÂY RA HẤP PHỤ VẬT LÝ

Lực cảm ứng: phân tử khi bị tác động
của điện trường khác sẽ bị phân cực tạo
thành moment cảm ứng và gây ra tương
tác. Tương tác này phụ thuộc vào độ
phân cực và cường độ điện trường tác
dụng lên nó.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

7

HẤP PHỤ

19 June 2010

LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC

Quá trình hấp phụ dưới
tác dụng của trường lực,
gồm hai dạng:

Tác dụng tương hỗ
giữa những phân tử
chất bẩn bị hấp phụ
với các nguyên tử trên
bề mặt chất rắn

Hydrat hóa các phân tử chất
tan: tác dụng tương hỗ giữa
những phân tử chất bẩn hòa
tan với những phân tử nước
trong dung dịch.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

8

HẤP PHỤ


19 June 2010

LỰC TÁC DỤNG XẢY RA KHI XỬ LÝ NƯỚC
Chất bẩn càng
khó hấp phụ

Hydrat càng mạnh

Phân tử chất
bẩn có điện tích

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT

Các chất kỵ

nước sẽ hấp phụ
tốt hơn chất ưa
nước

Khó hấp phụ
hơn

Phân tử có
liên kết π

19 June 2010

Các chất khơng
phân ly bị hấp
phụ như nhau ở
bất kỳ giá trị
pH

Năng lượng hấp phụ
lớn → Hấp phụ tốt

9

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

10

19 June 2010

HẤP PHỤ

19 June 2010

CÁC GIAI ĐOẠN HẤP PHỤ

CƠ CHẾ HẤP PHỤ

Di chuyển chất bị hấp phụ đến
bề mặt chất hấp phụ

Thực hiện quá trình
hấp phụ
Di chuyển chất bị hấp
phụ bên trong chất
hấp phụ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

11

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

12

HẤP PHỤ

19 June 2010

PHÂN LOẠI
Dựa vào bản chất của quá trình hấp
phụ
– Hấp phụ vật lý
– Hấp phụ hoá học

Dựa vào điều kiện hấp phụ
– Hấp phụ trong điều kiện tĩnh
– Hấp phụ trong điều kiện động

Hấp phụ chọn lọc
Hấp phụ trao đổi
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

13

HẤP PHỤ

19 June 2010

19 June 2010

CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO

CHẤT HẤP PHỤ TỰ NHIÊN
Zeolit tự nhiên

Than hoạt tính

Diatomit (SiO2 vơ định hình)

Zeolit

Montmorillonit (bentonit)

Nhơm oxyt

Mordenit

Silicagen

Chabazit

Các polymer
– Thành phần chính của các loại hấp phụ trên là
các oxyt kim loại, oxyt silisic hay hỗn hợp giữa
chúng
– Than hoạt tính thành phần chủ yếu là cacbon

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

15

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

16

HẤP PHỤ


19 June 2010

CHẤT HẤP PHỤ NHÂN TẠO

Dựa vào kích thước mao quản gồm ba
loại:
– Mao quản nhỏ có đường kính < 20 A0
– Mao quản trung bình có đường kính 20 – 500
A0
– Mao quản lớn có đường kính > 500 A0

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

17

HẤP PHỤ

19 June 2010

19 June 2010

THAN HOẠT TÍNH

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

19

THAN HOẠT TÍNH

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

20

HẤP PHỤ


19 June 2010

19 June 2010

NHƠM HOẠT TÍNH

CÁC CHẤT KHÁC

BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH

SILICAGEN

ZEOLIT
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

21

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

22

HẤP PHỤ


HẤP PHỤ
TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH

19 June 2010

Chất hấp phụ ở trạng thái lơ lửng nhờ thiết bị khuấy
trộn.

HẤP PHỤ
TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH

Thời gian đạt trạng thái cân bằng hoàn toàn (tgh) ứng
với ∆C gh = C0 - Cgh

Thời gian tiếp xúc được xác định bằng thực nghiệm.
Dựng đồ thị ∆C = f(t), trong đó trục hồnh là thời gian,
trung tung là ∆C = C0 – C.
Thời gian tiếp xúc giới hạn, khi giữa hai giá trị ∆C gần
nhau (nồng độ chất bẩn cịn lại trong nước hầu như
khơng thay đổi). Nồng độ này đôi khi được gọi là nồng
độ cân bằng.

∆Cgh
∆Ccb

=

C0 − C gh

= 0, 7 − 0,8

C0 − Ccb

Lượng chất hấp phụ cần thiết phải cho vào nước thải
để giảm nồng độ chất bẩn từ C0 → Ccb
g hoặc kg

m.a + Q.Ccb = Q.C0 ⇒ m =
25

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

HẤP PHỤ

HẤP PHỤ
TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH

19 June 2010

19 June 2010

g/l

Q ( C0 − Ccb )
a

Hấp phụ đơn vị tĩnh,
g/1g chất HP

26

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

HẤP PHỤ

HẤP PHỤ
TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH

19 June 2010

Số bậc hấp phụ khi nối tiếp xi dịng:
Thay a = Khp. Ccb

m=

Q ( C0 − Ccb )
K hp × Ccb

Ccb =

Q × C0

Q + K hp × m

Nếu cho chất hấp phụ nối tiếp vào nước với liều
lượng không đổi, nồng độ chất bẩn còn lại trong
nước sau n:
n



Q
Cn = 
× C0

 Q + K .m 
hp



TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

27

n=

Có thể tính m từ cơng thức trên:

Nếu hấp phụ nhiều lần nối
tiếp sẽ sử dụng triệt để khả
năng hấpp hụ của chất rắn
và giảm chi phí hấp phụ

HẤP PHỤ

lg C0 − lg Cn
lg ( Q + K hp .m ) − lg Q

m =

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

Q
K hp





n

28


C0
−1

Cn

HẤP PHỤ

19 June 2010

19 June 2010

VÍ DỤ

GIẢI
Hấp phụ 1 lần, lượng chất hấp phụ sử dụng:
m = 0,001 × 5 × 1000 = 5kg/h

5m3/h,

Q =
C0 = 100 mg/l, Khp = 10000.
Xác định nồng độ chất bẩn còn lại trong
nước khi xử lý bằng chất hấp phụ với
liều lượng 1g/l theo 1, 2, 4 bậc? Nếu sử
dụng 1bậc thì liều lượng chất hấp phụ là
bao nhiêu?

29

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

HẤP PHỤ

Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau một
bậc hấp phụ:

C1 =

5000 × 0,1
= 0, 0091g / l = 9,1mg / l
5000 + 10000 × 5

30

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

19 June 2010

HẤP PHỤ

19 June 2010

GIẢI

GIẢI

Khi n = 2, lượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc
m = 5/2 = 2,5kg

Khi n = 4, lượng chất hấp phụ cho vào mỗi bậc
m = 5/2 = 1,25kg

Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc
hấp phụ thứ 2:

Nồng độ chất bẩn còn lại trong nước sau bậc
hấp phụ thứ 4:

4

2

5000


C2 = 
 ×0,1 = 0,028g / l = 2,8mg / l
 5000 +10000× 2,5 

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

31

HẤP PHỤ

5000


C2 = 
 ×0,1 = 0,00067g / l = 0,67mg / l
 5000 +10000×1,25 

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

32

HẤP PHỤ

19 June 2010

GIẢI
Như vậy nếu muốn giảm từ C0 = 100 mg/l tới C =
0,67 mg/l. Lượng chất hấp phụ cần là:

19 June 2010

SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC NỐI TIẾP
XI DỊNG
Chất hấp
phụ

Chất hấp
phụ

Chất hấp
phụ

Nướ
c thả
i

m=

5000 × ( 0,1 − 0, 00067 )
10000 × 0, 00067

= 75kg / h

1

1

1

2

2

2

Nướ
c
sạch

1. Bể trộn
2. Bể lắng
Chất hấp phụđãsửdụng
33

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

HẤP PHỤ

HẤP PHỤ
NHIỀU BẬC NGƯỢC DỊNG

Cn =

K hp ×

m
−1
Q


m
 K hp × Q 



n +1

35

19 June 2010

Số bậc hấp phụ khi nối tiếp ngược dịng:
 

m 
lg C0  K hp × − 1 + Cn  − lg Cn
Q 


n= 
m
lg K hp ×

Q

× C0

−1

Có thể tính m từ cơng thức trên:
 K hp 


 Q 

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

HẤP PHỤ

HẤP PHỤ
NHIỀU BẬC NGƯỢC DỊNG

19 June 2010

Nồng độ chất bẩn cịn lại sau khi ra khỏi bậc n
với sơ đồ ngược dòng:

34

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

n +1

× m n +1 −

K h p .C 0
Q .C n
36

C

× m −  0 − 1 = 0
 Cn

HẤP PHỤ


SƠ ĐỒ HẤP PHỤ NHIỀU BẬC
NỐI TIẾP NGƯỢC DỊNG
Chất hấp
phụ

Chất hấp
phụ

19 June 2010

Chất hấp
phụ

Nướ
c thả
i
1

1

1

2

2

2

Nướ
c
sạch

Chất hấp phụ đưa
đi hịan ngun

1. Bể trộn
2. Bể lắng
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

37

HẤP PHỤ

19 June 2010

LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU
CỐ ĐỊNH

LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU CỐ ĐỊNH

19 June 2010

ƯU
ĐIỂM
Cho hiệu suất xử lý tin cậy và ổn định

Là quá trình diễn ra khi cho
nước thải lọc qua lớp vật
liệu lọc hấp phụ

Không cần lấy chất hấp phụ ra khỏi bể lọc
→tự động hóa và điều khiển từ xa
Sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

39

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

40

HẤP PHỤ


19 June 2010

LỌC QUA LỚP VẬT LIỆU LƠ LỬNG
Khi hàm lượng chất đa phân tán cao, vật
liệu hấp phụ dùng có kích thước 0,5 –
1mm.
Lớp lơ lửng được hình thành khi tăng tốc
độ dòng chảy ở tháp lọc hoặc dòng khí từ
dưới lên đến giá trị cho các hạt vật liệu ở
trạngthái lơ lửng..

19 June 2010

ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU KHI LỌC QUA LỚP VẬT
LIỆU LƠ LỬNG
Tỉ lệ Ht/H (độ nở) nhỏ (thường Ht/H = 1,5)
– Ht: Chiều cao lớp vật liệu lơ lửng (do tốc độ dòng chảy tạo ra)

– H: Chiều cao ban đầu của lớp vật liệu cố định (khi chưa cho nước
đi qua)

Các hạt vật liệu lọc càng đa phân tán và không đồng
nhất (lấy khỏang 0,25 – 0,75 hoặc 0,25 – 1mm) thì
càng tốt, để tốc độ nước qua lọc không nhỏ quá
Chiều cao lớp vật liệu lọc phải đủ để hấp phụ các

chất bản hòa tan trong nước.

Hiệu suất hấp phụ lơ lửng thường cao hơ
lọc qua lớp vật liệu cố định.

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

41

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

42

HẤP PHỤ

19 June 2010

MỤC ĐÍCH

Tách chất bẩn ra
khỏi chất hấp phụ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

44

HẤP PHỤ

19 June 2010

TÁI SINH BẰNG NHIỆT
Đốt ở nhiệt độ 8000C, với áp suất có
thể điều chỉnh, tránh khơng cháy
than
Chất chất hữu cơ hấp phụ bị phân
huỷ
Có thể thu hồi kim loại
Thích hợp khi làm thơng bề mặt hạt.
Diệt trùng cho than
Thường dùng hỗn hợp các khí để đốt
than với hơi nước ở nhiệt độ 700 –
8000C trong điều kiện thiếu oxy.
46

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

19 June 2010

HẤP PHỤ

19 June 2010

TÁI SINH BẰNG HƠI

TÁI SINH BẰNG HƠI
Dùng hơi nước bão hòa hay hơi q nhiệt
bằng khí trơ nóng.

Nhiệt độ hơi q nhiệt tái sinh: 200 – 3000C.
Áp suất dư 3 – 6at.
Khí trơ ở nhiệt độ khỏang 120 – 1400C
Hơi được tiêu hao:
– Cho nước còn lại trong các lỗ rỗng của than

Dùng khí trơ khử hấp
phụ bằng cách cho
các phân tử chất bẩn
bay hơi và đi theo khí
trơ, sau đó đi qua
tháp lọc lạnh đi và
chất bẩn sẽ ngưng
lại. Thích hợp cho
nước thải chứa acid
axetic.

– Đun nóng lớp vật liệu tới nhiệt độ bay hơi
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

47

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

48

HẤP PHỤ

19 June 2010

TÁI SINH
BẰNG HĨA HỌC

TÁI SINH BẰNG TRÍCH LY

19 June 2010

Khi không cần thu hồi chất bị hấp phụ, khi
hịan ngun than kết hợp khử ln những
chất đó.
Ngun tắc: biến đổi chất đó thành chất khác
dễ tách hơn hoặc phá vỡ cấu trúc của chúng
bằng tác nhân hóa học hay bằng phương
pháp nhiệt.

Dùng các chất hữu cơ có nhiệt
độ sôi thấp và dễ chưng bằng
hơi nước: Metanol, benzen,
toluen, dicloetanol

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

49

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

19 June 2010

50

HỆ THỐNG HỊAN NGUN
THAN HOẠT TÍNH

TÁI SINH BẰNG SINH HỌC

HẤP PHỤ

19 June 2010

Áp dụng cho các chất bị hấp phụ có thể
oxy hố sinh hóa
Phương pháp này kéo dài được thời hạn
sử dụng chất hấp phụ một cách đáng kể

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

51

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

52

HẤP PHỤ

19 June 2010

CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN
PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

Giá thành vật
liệu hấp phụ

Giá thành sản
phẩm thu hồi

Chi phí tái
sinh vật liệu
Nếu không tái sinh dùng sơ đồ
hấp phụ tĩnh là đơn giản nhất

54

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

19 June 2010

TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HƠI
1

Ống dẫn hơi nước

2

1.

3

5

4

6

7

8

Đến hệ
Nước thống
thơng gió
10
Đến thiết bị
Sản
làm lạnh
phẩm
Xả vào hệ thống 9
thóat nước sạch

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

55

19 June 2010

TRẠM XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG HỖN HỢP
HƠI NƯỚC - KHÍ
3

Thùng chứa phèn để
điều chỉnh pH của
nước thải

2.

Thùng định lượng

3.

Đài áp lực

4.

Bơm

HẤP PHỤ

1. Bể

4
6

5,6 Tháp hấp phụ công

tác
7

Tháp hấp phụ ngắt ra
để tái sinh vật liệu
bằng hơi nước nóng

8

Thiết bị làm lạnh

9

Bình
tách
ngưng

10

Bể lọc trung
nước đã xử lý

chứa nước thải
bơm
3. Đài nước
4. Điều chỉnh tốc độ
5. Tháp hấp phụ chứa
than hoạt tính
6. Thiết bị lạnh
7. Bình

chứa
nước
ngưng
8. Tháp lọc hấp phụ để
xử lý khí (đã nguội)
trước khi đưa vào
khí quyển
2. Máy

5

2

8
7

1

nước
hịa

HẤP PHỤ

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

56

HẤP PHỤ

19 June 2010

TRẠM XỬ LÝ
VỚI TÁI SINH BẰNG HÓA CHẤT

19 June 2010

XỬ LÝ VỚI TÁI SINH BẰNG PHÂN HỦY

14 15

Nước sạch
1.

9

4

Nước
rửa
5

6
8

3

1

7

Bể lắng

6

2.

Máy bơm

3.

Thùng hòa trộn

4.

Thiết bị đo

5.

Tháp lọc hấp phụ để
xử lý nước

6.

Tháp lọc hấp phụ để
tái sinh vật liệu than

7.

Máy bơm kiềm để tái

sinh

8.

Nồi đun kiềm – nước
rửa

9.

Định lượng kiềm xút
(40%)

Nước bẩn

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

57

19 June 2010

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TRẦN THỊ NGỌC DIỆU

59

HẤP PHỤ

18

8
12
10
5

16
13

1

2

4
9
11

3
6, 7. Định lượng phèn

13. Máy bơm cặn

1.

Nước axit

8.

14. Máy ép lọc chân không

2.

Nước kiềm

9.

3.

Bể lắng chứa hỗn hợp nước
thải

10.

4.

Bơm

Bể trộn
TRẦN THỊ NGỌC DIỆU
5.

HẤP PHỤ

17

7

Bể lắng
Trộn nước + than
Định lượng than

15. Lò tái sinh than
16. Bể chứa than

11. Bơm

17. Bể lắng

12. Tháp hấp phụ lơ lửng
58

18. Bể lọc
HẤP PHỤ