xử lý riêng nước ép rác tại các trạm trung chuyển

MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................................1
MỤC LỤC BẢNG................................................................................................................3
MỤC LỤC HÌNH.................................................................................................................4
Chương 1: Chương mở đầu...................................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề.....................................................................................................................1
1.2 Mục đích và nội dung luận văn.....................................................................................1
1.2.1 Mục đích luận văn.................................................................................................1
1.2.2 Nội dung luận văn..................................................................................................1
1.2.3 Phương pháp phân tích..........................................................................................2
1.3 Thời gian thực hiện.......................................................................................................2
1.4 Địa điểm lấy mẫu và thực hiện.....................................................................................2
Chương 2: Tổng quan ...........................................................................................................3
2.1 Hiện trạng về hệ thống thu gom và vận chuyển rác Tp.Hồ Chí Minh..........................3
2.1.1 Các loại chất thải rắn và phương thức thu gom, vận chuyển:................................3
2.2 Thành phần và tính chất nước rác.................................................................................5
2.2.1 Thành phần nước rác..............................................................................................5
2.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ đã được ứng dụng...................................................6
Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu ........................................................................9
2.3 Tổng quan về phương pháp keo tụ................................................................................9
2.3.1 Giới thiệu chung....................................................................................................9
2.3.2 Phương pháp keo tụ...............................................................................................9
2.3.3 Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông bằng trung hòa điện tích...........................10
2.3.4 Động học của quá trình keo tụ.............................................................................11
2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ.........................................................................12
2.4 Tổng quan về phương pháp khử Amonia...................................................................14
3.2.1 Ảnh hưởng của Amoni trong quá trình kị khí :...................................................14
3.2.2 Cơ sở lý thuyết ...................................................................................................15
2.4.1 Các phương pháp hoá học thường sử dụng:........................................................15
2.5 Tổng quan về phương pháp xử lý sinh học kị khí.......................................................18
2.5.1 Khái niệm.............................................................................................................18

2.5.2 Động học phản ứng..............................................................................................19
2.5.3 Quá trình xử lý kị khí tiếp xúc.............................................................................23
2.5.4 Quá trình xử lý kị khí sinh trưởng bám dính.......................................................23
2.5.5 Tổng quan về màng vi sinh vật............................................................................24
Nội dung và phương pháp nghiên cứu................................................................................27
2.6 Sơ lược về phương pháp luận nghiên cứu..................................................................27
2.7 Xác định thành phần và tính chất nước rác ban đầu...................................................27
2.8 Thí nghiệm jartest......................................................................................................27
2.8.1 Mô hình thí nghiệm..............................................................................................28
2.8.2 Trình tự tiến hành thí nghiệm..............................................................................28
2.9 Thí nghiệm sục khí......................................................................................................29
2.9.1 Mô hình thí nghiệm..............................................................................................29
2.9.2 Tiến hành thí nghiệm...........................................................................................30
2.10 Thí nghiệm khuấy kị khí...........................................................................................30
2.10.1 Mô hình thí nghiệm............................................................................................30
2.10.2 Tiến hành thí nghiệm.........................................................................................31
2.11 Thí nghiệm lọc kị khí tĩnh.........................................................................................31
2.11.1 Mô hình thí nghiệm............................................................................................31
2.11.2 Tiến hành thí nghiệm.........................................................................................32
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận.........................................................................33
3.1 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm keo tụ nước rác vào..................................................33
3.1.1 Kết quả thí nghiệm keo tụ đối với phèn Bách Khoa (phèn bùn)..........................33
3.1.2 Kết quả thí nghiệm keo tụ phèn FeCl3................................................................42
3.1.3 Kết quả thí nghiệm keo tụ đối với phèn FeSO4...................................................52
3.1.4 Bàn luận...............................................................................................................61
3.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm sục khí.......................................................................62
3.2.1 Kết quả thí nghiệm...............................................................................................62
3.2.2 Đánh giá kết quả..................................................................................................64
3.3 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm keo tụ nước rác sau xử lý sinh học...........................65
3.3.1 Kết quả thí nghiệm keo tụ đối với phèn bùn (phèn Bách Khoa)..........................65

3.3.2 Kết quả thí nghiệm keo tụ với phèn nhôm (Al2(SO4)3).....................................69
3.3.3 Kết quả thí nghiệm keo tụ với phèn FeSO4.........................................................72
3.3.4 Đánh giá kết quả.................................................................................................75
3.4 Kết quả nghiên cứu bể khuấy kị khí...........................................................................77
3.4.1 Nồng độ COD 22000 mg/l...................................................................................77
3.4.2 Nồng độ COD 30000 mg/l...................................................................................78
3.4.3 Nồng độ COD 33000 mg/l...................................................................................80
3.4.4 Nồng độ COD 35000 mg/l...................................................................................81
3.4.5 Đánh giá kết quả..................................................................................................83
3.5 Kết quả nghiên cứu mô hình lọc kị khí tĩnh................................................................84
3.5.1 Nồng độ COD 2500 mg/l.....................................................................................84
3.5.2 Nồng độ COD 3500 mg/l.....................................................................................86
3.5.3 Nồng độ COD 10000 mg/l...................................................................................88
3.5.4 Nồng độ COD 15000 mg/l...................................................................................90
3.5.5 Đánh giá kết quả..................................................................................................92
3.5.6 Xác định thông số động học quá trình trong pha Log..........................................93
Chương 4: Kết luận và kiến nghị.........................................................................................96
4.1 Kết luận.......................................................................................................................96
4.1.1 Kết quả khảo sát hệ thống thực tế........................................................................96
4.1.2 Kết quả thu được sau khi chạy mô hình...............................................................96
4.2 Hướng phát triển luận văn..........................................................................................97
4.3 Kiến nghị.....................................................................................................................97
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 5.1-1. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 1 (phèn bùn)..................................33
Bảng 5.1-2. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn)......................34
Bảng 5.1-3. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn bùn)..................................36
Bảng 5.1-4. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn bùn)..........................................37
Bảng 5.1-5. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn)......................38
Bảng 5.1-6. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn bùn).................................40
Bảng 5.1-7. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeCl3).......................................42

Bảng 5.1-8. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeCl3)..................43
Bảng 5.1-9. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeCl3)..............................45
Bảng 5.1-10. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeCl3).....................................47
Bảng 5.1-11. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeCl3)................48
Bảng 5.1-12. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeCl3)............................50
Bảng 5.1-13. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeSO4)....................................52
Bảng 5.1-14. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeSO4)...............53
Bảng 5.1-15. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeSO4)...........................55
Bảng 5.1-16. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeSO4)....................................56
Bảng 5.1-17. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeSO4)...............57
Bảng 5.1-18. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2(phèn FeSO4)............................59
Bảng 5.1-19. So sánh hiệu quả của các loại phèn.................................................................62
Bảng 5.2-20. Kết quả thí nghiệm sục khí theo thời gian.......................................................62
Bảng 5.3-21. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn bùn).........................................65
Bảng 5.3-22. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn)...................66
Bảng 5.3-23. Kết qủ thí ngiệm xác định pH tối ưu lần 2(phèn bùn).....................................67
Bảng 5.3-24. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn nhôm)......................................69
Bảng 5.3-25. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn nhôm).................70
Bảng 5.3-26. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn nhôm).............................70
Bảng 5.3-27. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeSO4)....................................72
Bảng 5.3-28. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeSO4)...............73
Bảng 5.3-29. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeSO4)...........................74
Bảng 5.4-30. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu khuấy kị khí..................................................77
Bảng 5.4-31. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu khuấy kị khí..................................................78
Bảng 5.4-32. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu khuấy kị khí..................................................80
Bảng 5.4-33. Kết quả thí nghiệm khuấy kị khí.....................................................................81
Bảng 5.5-34. Kết quả thí nghiệm lọc kị khí ........................................................................84
MỤC LỤC HÌNH
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống trung chuyển rác tại Tp.HCM ..............................................4
Hình 2. 2 Sơ đồ công nghệ hệ thồng xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam Tân

(CENTEMA) .....................................................................................................................6
Hình 2. 3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty TNHH Quốc Việt 7
Hình 2. 4 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh theo thiết kế CTA ...7
Hình 2. 5 Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA) ............................................8
Hình 3. 1 Đồ thị xác định hằng số tốc độ keo tụ.............................................................12
Hình 3. 2 Cân bằng acid –bazơ và khả năng đệm trong quá trình biến đổi kị khí ...........14
Hình 4. 1 Mô hình thí nghiệm jartest...............................................................................28
Hình 4.2 Mô hình thí nghiệm sục khí..............................................................................29
Hình 4.3 Mô hình thí nghiệm khuấy kị khí..............................................30
Hình 4.4 Mô hình thí nghiệm lọc kị khí.....................................31
Hình 6.1: sơ đồ công nghệ đề xuất xử lý nước ép rác trạm trung chuyển................96
Chương 1: Chương mở đầu
Chương 1: Chương mở đầu
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường đang được quan tâm và chú ý nhiều. Trong đó
tình trạng ô nhiễm ở các bãi rác đang là mối bức xúc của người dân và các ban ngành liên
quan, đặc biệt là nước rác.
Có nhiều công trình nghiên cứu xử lý nước rác nhưng áp dụng thực tế chưa có kết quả
tốt. Đây là một loại nước thải đặc biệt, tính chất nước thải không ổn định, có nhiều chất độc
hại nên rất khó điều chỉnh công nghệ thích hợp.
Hiện nay nước ép rác tại các bãi trung chuyển trong thành phố Hồ Chí Minh đều
được đưa về xử lý tại các bãi rác cùng nước rỉ rác. Nước ép rác có nồng độ ô nhiễm cao
hơn nước rỉ rác nhưng thành phần độc hại ít hơn nhiều. Nếu trộn chung hai loại nước thải
thành nước thải mới có nồng độ ô nhiễm cao và độc hại là rất khó xử lý đạt kết quả.
Trước tình hình đó, một giải pháp đặt ra là xử lý riêng nước ép rác tại các trạm trung
chuyển. Luận văn này xin nêu một số kết quả nghiên cứu nước ép rác bằng phương pháp
hoá lý và lọc kị khí.
1.2 Mục đích và nội dung luận văn
1.2.1 Mục đích luận văn
• Xử lý nước ép rác bằng phương pháp hoá lý.

• Xử lý nước ép rác bằng phương pháp sinh học.
• Từ quá trình nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý của dây chuyền công nghệ đề
ra.
1.2.2 Nội dung luận văn
Nghiên cứu xử lý nước ép rác bằng phương pháp hoá lý trong giai đoạn đầu của
quá trình xử lý:
• Thí nghiệm keo tụ khử COD và Calci trên một số loại phèn của nước rác mới.
• Thí nghiệm loại bỏ N-NH
3
sau quá trình keo tụ để vào quá trình xử lý sinh học,
quá trình thay đổi pH trong thí nghiệm.
• Thí nghiệm keo tụ khử COD sau quá trình xử lý sinh học để đạt tiêu chuẩn thải
khi quá trình sinh học làm việc ở tải trọng COD cao.
1
Chương 1: Chương mở đầu
Nghiên cứu xử lý nước ép rác bằng phương pháp sinh học ở giai đoạn đầu của quá
trình xử lý:
• Thí nghiệm xử lý sinh học trong bể khuấy kị khí với nước rác mới
• Thí nghiệm xử lý sinh học trên mô hình lọc kị khí tĩnh với nước rác sau bể
khuấy kị khí
• Đề xuất phương pháp xử lý.
1.2.3 Phương pháp phân tích
Các chỉ tiêu được phân tích theo Standard Methods, 1995 (phụ lục).
1.3 Thời gian thực hiện
Thời gian thực hiện luận văn: 1/9/2004 – 17/12/2004.
1.4 Địa điểm lấy mẫu và thực hiện
Mẫu nước ép rác được lấy tại trạm trung chuyển số 1, 12B Quang Trung, F12, quận
Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh, trong khoảng 8h – 9 h sáng.
Thí nghiệm chạy mô hình và phân tích kết quả được thực hiện tại phòng thí nghiệm
khoa Môi Trường, Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh.

2
Chương 2:Tổng quan
Chương 2: Tổng quan
2.1 Hiện trạng về hệ thống thu gom và vận chuyển rác Tp.Hồ Chí Minh
2.1.1 Các loại chất thải rắn và phương thức thu gom, vận chuyển:
Chất thải rắn tại tp.HCM được chia thành 4 loại chính là: rác sinh hoạt, rác xây dựng,
rác cơ sở y tế và rác công nghiệp. Mỗi loại rác này sẽ có một qui trình thu gom, vận chuyển
đặc trưng.
2.1.1.1 Rác sinh hoạt:
Rác sinh hoạt được thu gom sơ cấp từ hộ dân ra các bô rác, điểm hẹn, và từ các bô
rác và điểm hẹn được vận chuyển về các trạm trung chuyển. Tại đây, rác được ép vào các
container và đưa đến bãi rác Tam Tân-Củ Chi và Gò Cát-Hóc Môn để chôn lấp. Theo thống
kê khối lượng rác về 2 địa điểm trên xấp xỉ 5.000tấn/ngày.
2.1.1.2 Rác xây dựng:
Rác xây dựng là CTR được thải ra trong quá trình xây dựng, phá dỡ, cải tạo, duy tu,
sữa chữa công trình như xà bần, đất cặn, bùn cống, nhánh cây…
2.1.1.3 Rác y tế:
Là CTR thải ra trong quá trình điều trị bệnh, bao gồm 2 loại:
• Rác sinh hoạt.
• Rác y tế: bông, băng, kim tiêm…
Rác sinh hoạt được vận chuyển đến trạm trung chuyển hoặc khu xử lý rác sinh hoạt,
rác y tế được đem đốt.
2.1.1.4 Rác công nghiệp:
Hiện nay thành phố Hồ Chí Minh chưa kiểm soát cũng như chưa có hệ thống thu gom
vận chuyển và xử lý cho loại rác này. Việc thu gom vận chuyển do các cơ sở tự giải quyết
theo 2 hướng:
• Loại không thể tái chế (rác thải sinh hoạt và rác thải từ sản xuất): được cơ sở
thu gom và ký hợp đồng với các đơn vị vệ sinh môi trường để có biện pháp xử
lý thích hợp nhưng thường là đổ chung với rác sinh hoạt.
3

Chương 2:Tổng quan
• Loại có thể tái chế, tái sử dụng: được phân loại và bán cho các cơ sở sản xuất sử
dụng cho các mục đích khác hoặc tái chế.
2.1.1.5 Cơ cấu, thành phần hệ thống trung chuyển:
2.1.1.5.1 Cơ cấu hệ thống
Rác từ nguồn phát sinh sẽ được thu gom vận chuyển đến một trong những thành phần
của hệ thống trung chuyển là điểm hẹn, bô rác và các trạm trung chuyển. Từ điểm hẹn, bô
rác; CTR sẽ được vận chuyển thẳng đến khu xử lý hoặc qua các trạm trung chuyển để rồi
cuối cùng cũng được đưa về các bãi chôn lấp của thành phố. Qui trình này có thể được thể
hiện như sau:
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống trung chuyển rác tại Tp.HCM
2.1.1.5.2 Trạm trung chuyển:
Là công trình được sử dụng để tiếp nhận rác từ các xe thu gom có tải trọng nhỏ để
chuyển sang xe có tải trọng lớn vận chuyển đến khu xử lý. Trạm được xây dựng kiên cố, có
nền bêtông cứng, mái che và có hệ thống xử lý mùi, bụi…
Tuỳ vào mỗi loại rác mà có các trạm trung chuyển tiếp nhận khác nhau:
Hệ thống
trung
chuyển
Khu xử lý
Nguồn
phát sinh
Trạm rác ép
kín/Trạm trung
chuyển
Bô rácĐiểm hẹn
4
Chương 2:Tổng quan
2.2 Thành phần và tính chất nước rác
2.2.1 Thành phần nước rác

Thành phần và tính chất nước ép rác dao động rất lớn, có thể thay đổi từ trạm trung
chuyển này đến trạm trung chuyển khác. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất nước rác như
thành phần rác, thời gian, thời tiết, điều kiện khu vực, nhiệt độ, v.v…
Nước rác mới thường có nồng độ COD thấp, dao động từ 20000 - 4000mg/l, pH trong
khoảng 4.0 – 5.6.Tỉ số BOD:COD cao trong khoảng 0.8 – 0.9. Đây là loại nước rác có nồng
độ SS, Calci, kim loại nặng (chủ yếu là sắt) hoà tan cao. Tuy nhiên các chất hữu cơ chủ yếu
dễ phân huỷ. Nước có mùi chua nồng và màu vàng đục. Nước này thu được chủ yếu do quá
trình nén ép thể tích khối rác bằng cơ học.
Bên cạnh hàm lượng COD cao, tổng hàm lượng nitơ rất cao trong nước rác. Hàm
lượng nitơ cao sẽ kích thích sự phát triển của phiêu sinh thực vật như rong tảo, tạo điều
kiện phú dưỡng hoá nguồn tiếp nhận. Điều này có thể dẫn đến làm bẩn nguồn nước trở lại,
gây thiếu hụt DO trong nước. Nếu hàm lượng NH
3
(amonia không phân ly hoặc amonia tự
do) cao có thể gây chết cá.Tỉ lệ hàm lượng amonia (NH
3
+ NH
4
+
) so với tổng nitơ tăng dần
theo thời gian. Trong quá trình kị khí, nitơ hữu cơ sẽ chuyển hoá thành amonia.
Bảng 3. 1 Thành phần và tính chất nước rác điển hình
Nguồn : Integrated Solid Waste Management
Thành phần
Bãi mới
Bãi lâu năm
(Trên 10 năm)
Khoảng Trung bình
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
(BOD

5
),mg/l
Tổng lượng cacbon hữu cơ
(TOC),mg/l
Nhu cầu oxy hóa hóa học
(COD), mg/l
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS),
mg/l
Nitơ hữu cơ, mg/l
Amoniac, mg/l
Nitrat, mg/l
2000 – 20 000
1500 – 20 000
3000 – 60 000
200 – 2000
10 – 800
10 – 800
5 – 40
10 000
6000
18 000
500
200
200
25
100 – 200
80 – 160
100 – 500
100 – 400
80 – 120

20 – 40
5 – 10
5
Chương 2:Tổng quan
Tổng lượng Photpho, mg/l
Orthophotpho, mg/l
Độ kiềm theo CaCO
3
, mg/l
Độ pH
Canxi, mg/l
Clorua, mg/l
Tổng lượng sắt, mg/l
Sulfat, mg/l
5 – 100
4 – 80
1000 – 10 000
4,5 – 7,5
50 – 1500
200 – 3000
50 – 1200
50 – 1000
30
20
3000
6
250
500
60
300

5 – 10
4 – 8
200 – 1000
6,6 – 7,5
50 – 200
100 – 400
20 – 200
20 – 50
2.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ đã được ứng dụng
2.2.2.1 Dây chuyền công nghệ trong nước
2.2.2.1.1 BCL Gò Cát
Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường (CENTEMA, 2002) đã nghiên cứu xử lý nước rỉ
rác Gò Cát có hàm lượng 50.000 – 60.000 mg COD/ l với qui mô pilot 1m3/h.
Kết quả cho thấy hiệu quả khử COD rất cao sau hai tháng vận hành (trên 98%). Tuy
nhiên COD không phân huỷ còn lại sau xử lý hiếu khí dao động trong khoảng 380 – 1.100
mg/l.
Hình 2. 2 Sơ đồ công nghệ hệ thồng xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam
Tân (CENTEMA)
6
Chương 2:Tổng quan
2.2.2.1.2 BCL Đông Thạnh
Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Đông Thạnh của Công Ty Quốc Việt áp dụng hệ hồ
này đơn giản, phù hợp ở những nơi có diện tích mặt bằng rộng và để vận hành. Như kết quả
phân tích của công ty Quốc Việt đưa ra, với chất lượng nước đầu vào có COD = 3.094
mg/l, chất lượng nước rỉ rác sau xử lý đạt yêu cầu xả ra nguồn loại B (COD = 78 mg/l).
Tuy nhiên khi đi vào chi tiết về hoá chất sử dụng, tính toán / chi tiết công trình đơn vị và xử
lý bùn lắng, công nghệ này còn nhiều điểm chưa rõ ràng và chưa có tính thuyết phục cao.
Hình 2. 3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty TNHH
Quốc Việt
Công nghệ của công ty CTA thể hiện trong hình 2.4. Các công nghệ trên đều ứng

dụng quá trình hồ sinh học, đòi hỏi mặt bằng lớn. Quá trình hồ với sự tham gia của thực vật
nước như tảo, lục bình có thể đạt hiệu quả cao trong xử lý ammonia đối với nước rỉ rác của
BCL lâu năm (hàm lượng BOD thấp).
Hình 2. 4 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh theo thiết kế CTA
7
Chương 2:Tổng quan
2.2.2.2 Dây chuyền công nghệ ngoài nước
Xử lý sinh học được sử dụng ở đây chủ yếu để khử N-ammonia (99%) và COD
(91%).. Các hàm lượng chất hữu cơ độc và kim loại nặng giảm đáng kể.
Hình 2. 5 Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA)
8
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu
2.3 Tổng quan về phương pháp keo tụ
2.3.1 Giới thiệu chung
Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ
lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có
kích thước lớn hơn và ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng,
lọc hay tuyển nổi. Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng
dung dịch hòa tan, các chất điện li hoặc các chất cao phân tử,…
2.3.2 Phương pháp keo tụ
Trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng
phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt.
Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, còn gọi là phèn
nhôm hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch
hòa tan, trong dung dịch chúng phân li thành các anion và cation theo phản ứng sau:
Al
2
(SO
4

)
3
→ Al
3+
+ 3SO
4
2-
FeCl
3
→ 2Fe
3+
+ 3Cl
-
Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các
phức chất hexa Me(H
2
O)
6
3+
(trong đó Me có thể là Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trị pH
của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhôm
các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 → 4; với sắt chúng tồn tại ở pH từ 1 → 3.
Khi tăng pH các phản ứng xảy ra như sau:
Me(H
2
O)
6
3+
+ H
2

O → Me(H
2
O)
5
OH
2+
+ H
3
O
+
Tăng axit: Me(H
2
O)
5
2+
+ H
2
O → Me(H
2
O)
4
(OH)
2
+
+ H
3
O
+
Tăng kiềm: Me(H
2

O)
4
(OH)
2
+
+ H
2
O → Me(H
2
O)
3
+
+ 3H
2
O + H
3
O
+
Me(OH)
3
+ OH
-
→ Me(OH)
4
-
Các sản phẩm hydroxit tạo thành trong phạm vi pH từ 3 → 6, đó là sản phẩm mang
nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al
3
(OH)
4

5+
. Các hợp chất này mang điện tích dương và
có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các bông
cặn. Các hydroxit nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều kiện
9
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo bông
keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ, cuốn
theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ, chất mang mùi vị,… tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ
lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do còn kết hợp với nước qua phản ứng như
sau:
Al
3+
+ 3H
2
O → Al(OH)
3
+ 3H
+
Fe
3+
+ 3H
2
O → Fe(OH)
3
+ 3H
+
Quan sát quá trình keo tụ dùng keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo ra
3 loại bông cặn như sau:
• Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít.

• Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và
trung hoà về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong
quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể.
• Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các
anion có trong nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ các
chất bẩn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước bằng
keo tụ, loại thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo tụ.
2.3.3 Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông bằng trung hòa điện tích
Ở đây, các hạt keo hấp phụ lên bề mặt ion dương trái dấu, làm thay đổi điện tích bề
mặt hạt keo. Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion điện tích cao được hấp phụ tạo nên sự
trung hòa điện tích, ví dụ các hydroxit kim loại tích điện dương, các polymer hữu cơ cation
và các ion kim loại hóa trị cao. Các ion này phá vỡ trạng thái bền của hệ keo nhờ cơ chế
nén lớp điện tích kép và cơ chế hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt hạt keo, làm giảm thế điện
động zeta, giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo điệu kiện cho các hạt keo kết dính vào
nhau. Trong đó cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích - đóng vai trò đáng kể.
Tuy nhiên, lượng ion trái dấu đưa vào chỉ có được hiệu quả tối ở một giá trị nào đó,
khi lượng ion trái dấu đưa vào vượt giá trị đó sẽ xảy ra hiện tượng tái ổn định của hệ keo
trong nước, thúc đẩy quá trình tích điện trở lại với các hạt keo, làm tăng thế điện động zeta
và hiệu quả quá trình keo tụ giảm đi.
10