đồ án tốt nghiệp xử lý nước, nước thải

Chương 1. Mở đầu
1.1.

Thực trạng môi trường hiện nay

Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là tình
trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người
gây ra. Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hội
bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai. Đối tượng gây ô
nhiễm môi trường chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu công nghiệp,
hoạt động làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớn.
Cùng với sự ra đời ồ ạt các khu, cụm, điểm công nghiệp, các làng nghề thủ công
truyền thống cũng có sự phục hồi và phát triển mạnh mẽ. Việc phát triển các làng nghề có
vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và giải quyết việc làm ở các địa
phương. Tuy nhiên, hậu quả về môi trường do các hoạt động sản xuất làng nghề đưa lại
cũng ngày càng nghiêm trọng. Tình trạng ô nhiễm không khí, chủ yếu là do nhiên liệu sử
dụng trong các làng nghề là than, lượng bụi và khí CO, CO 2, SO2 và NOx thải ra trong
quá trình sản xuất khá cao. Theo thống kê của Hiệp hội Làng nghề Việt Nam, hiện nay cả
nước có 2.790 làng nghề, trong đó có 240 làng nghề truyền thống, đang giải quyết việc
làm cho khoảng 11 triệu lao động, bao gồm cả lao động thường xuyên và lao động không
thường xuyên.
Bên cạnh các khu công nghiệp và các làng nghề gây ô nhiễm môi trường, tại các
đô thị lớn, tình trạng ô nhiễm cũng ở mức báo động. Đó là các ô nhiễm về nước thải, rác
thải sinh hoạt, rác thải y tế, không khí, tiếng ồn... Những năm gần đây, dân số ở các đô thị
tăng nhanh khiến hệ thống cấp thoát nước không đáp ứng nổi và xuống cấp nhanh chóng.
Nước thải, rác thải sinh hoạt (vô cơ và hữu cơ) ở đô thị hầu hết đều trực tiếp xả ra môi
trường mà không có bất kỳ một biện pháp xử lí môi trường nào nào ngoài việc vận
chuyển đến bãi chôn lấp. Theo thống kê của cơ quan chức năng, mỗi ngày người dân ở
các thành phố lớn thải ra hàng nghìn tấn rác; các cơ sở sản xuất thải ra hàng trăm nghìn
mét khối nước thải độc hại; các phương tiện giao thông thải ra hàng trăm tấn bụi, khí độc.
Trong tổng số khoảng 34 tấn rác thải rắn y tế mỗi ngày, thành phố Hà Nội và thành phố

Hồ Chí Minh chiếm đến 1/3; bầu khí quyển của thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí
Minh có mức benzen và sunfua đioxit đáng báo động. Theo một kết quả nghiên cứu mới
công bố năm 2008 của Ngân hàng Thế giới (WB), trên 10 tỉnh thành phố Việt Nam, xếp
theo thứ hạng về ô nhiễm đất, nước, không khí, thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội là
những địa bàn ô nhiễm đất nặng nhất. Theo báo cáo của Chương trình môi trường của


Liên hợp quốc, thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đứng đầu châu Á về mức
độ ô nhiễm bụi.
1.2.

Lý do chọn đề tài.

Chính vì các vấn đề cấp bách nêu trên, việc quản lý nước, nước thải, nước thải
sinh hoạt là công việc hết sức cần thiết trên toàn cầu. cho nên cần phải có các hệ thống
cũng như phương pháp xử lý nước đúng tiêu chuẩn nhằm xây dựng và bảo vệ môi trường
theo hướng bền vững.
Với mong muốn cuộc sống ngày càng được nâng cao, các thiệt hại về ô nhiễm môi
trường ngày càng giảm xuống, cho nên nhóm xin lựa chọn đề tài “NGHIÊN CỨU CÁC
QUÁ TRÌNH HÓA HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC, NƯỚC THẢI”


Chương 2. Nội dung nghiên cứu
phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này sử dụng hai phương pháp nghiên cứu đó là phương pháp lý
thuyết và phương pháp thực nghiệm.
Phương pháp lý thuyết là tìm kiếm, tổng hợp tài liệu đã được nghiên cứu, đúc kết,
với phương pháp thực nghiệm thì chia làm hai hướng thực hiện đó là làm trực tiếp thí
nghiệm và hướng quan sát từ các công trình xử lý nước thải thong qua thực tập.

Chương 3. Phương pháp hấp phụ
Cơ sở khoa học của quá trình hấp phụ
Hấp phụ là hiện tượng tăng bề mặt chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha.
Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa pha lỏng
và rắn.Trong công nghệ xử lý nước thải khi nói về phương pháp hấp phụ tức là
nói về hấp phụchất bẩn hòa tan ở bề mặt biên giới giữa pha lỏng và rắn.
3.1.

Khi xử lý nước bằng hấp phụ chất bẩn trong nước chịu tác dụng của 2 lực:
- Lực tác dụng qua lại của các phân tử chất tan với các phân tử chất lỏng
- Lực tác dụng qua lại của các phân tử chất tan với các phân tử của vật liệu hấp phụ
Sự hấp phụ xảy ra khi các lực hấp dẫn tại bề mặt carbon vượt qua lực hút của chất
lỏng. Động lực cho hấp phụ là giảm bề (bề mặt) căng giữa chất lỏng và chất rắn
hấp phụ là kết quả của sự hấp thụ của chất bị hấp phụ trên bề mặt của chất
rắn.Trong quá trình hấp phụ, hai chất có liên quan. Một là chất rắn hay chất lỏng
mà hấp phụ xảy ra và nó được gọi là vật liệu hấp phụ. Thứ hai là chất bị hấp phụ,
đó là khí hoặc chất lỏng hoặc chất tan từ một giải pháp mà được hấp thụ trên bề
mặt.


Sự khuếch
giữa các hạt

tán

Khối chất
lỏng

CacCacbon

Màn truyền khối
ngoài giữa các hạt

Hấpthụ
Lỗ Lỗ

Hình 1. Cơ chế hấp phụ trên bề mặt.


Vật liệu hấp phụ: Các chất trên có bề mặt hấp phụ xảy ra được gọi là vật liệu hấp
phụ. Chất hấp phụ (adsorbent) : Các chất có phân tử được hấp thụ trên bề mặt của các
vật liệu hấp phụ (tức là rắn, lỏng).
Sự hấp phụ là khác so với hấp thụ. Trong hấp thụ, các phân tử của một chất được
khuếch tán phân bố đều trong phần lớn các khác, trong khi các phân tử hấp phụ của
một chất có mặt ở nồng độ cao hơn trên bề mặt của các chất khác, bị hút trên bề mặt
một chất rắn xốp.
Hấp phụ
Chất bị hấp phụ + Vật liệu hấp phụ

Hấp phụ
Giải hấp phụ

A

+

B

AB
Hấp phụ của phân

tử phản ứng

Phân tử
phản ứng

Hấp phụ của
phân tử phản
ứng

Chất hấp phụ

Giải hấp phụ của
những phân tử

Phân tử được tách
Chất hấp phụ

Hình 2. Quá trình hấp phụ và giải hấp phụ.

Lớp
trung
gian


Các ví dụ bao gồm:
- Khí-rắn (như trong sự hấp thụ của một VOC trên than hoạt tính);
- Lỏng-rắn(như trong sự hấp thụ của một chất gây ô nhiễm hữu cơ trên than hoạt
tính).
- Chất bị hấp phụ hoặc chất tan: chất bị hấp phụ (ví dụ, 2,4,6-trichlorophenol).
- Chất hấp phụ: vật liệu rắn được sử dụng để hấp phụ các chất cần hấp phụ (ví dụ,

than hoạt tính).
3.2 Phân loại hấp phụ
Tùy thuộc vào bản chất của lực tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ và chất hấp phụ,
hấp phụ có thể được phân thành hai loại:
 Hấp phụ vật lý (physisorption):
Nếu lực hấp dẫn hiện tại giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ là lực lượng
Vander Waal, sự hấp phụ được gọi là hấp phụ vật lý. Nó còn được gọi là hấp phụ
Vander Waal. Trong hấp phụ vật lý lực hấp dẫn giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp
phụ rất yếu, do đó loại hình này có thể dễ dàng đảo ngược hấp phụ.
Trong bất kỳ quá trình hấp phụ của chất được hấp phụ (ví dụ, một chất gây ô
nhiễm) chỉ đơn giản nhưng hiệu quả loại bỏ từ một pha (ví dụ, pha lỏng-nước thải) và
chuyển sang một pha khác (ví dụ, pha rắn-than hoạt tính). Điều này có nghĩa rằng hấp
phụ là một quá trình tách vật lý, trong đó các chất bị hấp phụ không thay đổi về mặt
hóa học.
 Vì tính chất hoá học của chất bị hấp phụ không thay đổi nên việc sử dụng hấp
phụ trong xử lý nước thải có liên quan đến việc loại bỏ các chất độc hại từ nước
thải và chuyển nó cho than hoạt tính. Điều này có nghĩa rằng than hoạt tính bây
giờ chứa các chất độc hại.Vì vậy, hành động thích hợp sau đó phải được thực
hiện để xử lý than hoạt tính dành vào cuối của một chu kỳ. Các carbon có thể
là:
-

Tái sinh (tức là, các chất độc hại có thể được loại bỏ thông qua tẩy rữa).
Vứt bỏ (cùng với các chất ô nhiễm trong nó) trong một bãi rác.
Phá hủy (cùng với các chất ô nhiễm trong nó) trong lò đốt.


 Hấp phụ hóa học (chemisorption):
Trong trường hợp giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tạo ra một liên kết hóa học
thì hiện tượng này được gọi là hấp phụ hóa học. Nó còn được gọi là hấp phụ

Langmuir. Trong hấp phụ hóa học các lực hấp dẫn rất mạnh, do đó khả năng hấp phụ
không thể dễ dàng đảo ngược.

Bảng 1.So sánh giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
hấp phụ vật lý

hấp phụ hóa học

Nhiệt độ hấp phụ thấp thường trong khoảng

Nhiệt độ hấp thụ cao trong

20-40 kJ mol

-1

khoảng 40-400 kJ mol

-1

Lực hấp dẫn là lực Vander Waal

Lực có bản chất hóa học

Nó thường xảy ra ở nhiệt độ thấp và giảm
dần theo nhiệt độ tăng

Nó diễn ra ở nhiệt độ cao

Là quá trình thuận nghịch

Là quá trình không thuận nghịch

Nó không rỏ ràng

Nó là rất cụ thể

Tạo thành lớp đa phân tử

Tạo thành lớp đơn phân tử

Không đòi hỏi bất kỳ năng lượng kích hoạt

Đòi hỏi năng lượng hoạt hóa


3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ
Các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ là:
-

-

Diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ :diện tích lớn bao hàm một khả năng hấp
phụ cao hơn.
Kích thước hạt của vật liệu hấp phụ: kích thước hạt nhỏ hơn làm giảm sự
khuếch tán nội bộ và truyền khối hạn chế để sự xâm nhập của các chất bị hấp
phụ bên trong vật liệu hấp phụ (ví dụ, trạng thái cân bằng được dễ dàng đạt
được và khả năng hấp thụ gần như đầy đủ có thể đạt được). Ngoài ra bột vật liệu
hấp phụ phải được tuân thủ bằng cách loại bỏ.
Thời gian tiếp xúc và thời gian lưu:thời gian càng lâu hiệu quả càng cao tuy

nhiên các thiết bị sẽ lớn hơn.


-

-

-

-

-

-

Độ tan của chất tan ( chất bị hấp phụ) trong chất lỏng (nước thải): chất ít tan
trong nước sẽ được dễ dàng tách ra khỏi nước hơn so với các chất có khả năng
hòa tan cao. Ngoài ra, các chất không phân cực sẽ được loại bỏ dễ dàng hơn
chất phân cực kể từ sau có ái lực lớn hơn cho nước.
Tính chất hóa học của chất bị hấp phụ:
+ Các chất kị nước sẽ hấp phụ tốt hơn sơ với những chất ưa nước, các
chất không phân ly bị hấp phụ như nhau với bất kỳ giá trị nào của pH
trong môi trường.
+ Nói chung đa số các chất bẩn khi hấp phụ có thể xác định được giá trị pH
tối ưu.
+ Nếu không tạo được điều kiện tối ưu cho từng loại chất hữu cơ phân ly
trong nước thì sẽ tốn nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà hiệu quả sẽ không đạt
được như mong muốn.
Mối quan hệ của các chất tan trong vật liệu hấp phụ (carbon): bề mặt của than
hoạt tính chỉ là hơi phân cực. Do đó các chất không phân cực sẽdễ dàng chọn

carbon hơn so với những chất phân cực (nước phân cực).
Số lượng của các nguyên tử carbon: đối lượng lớn các nguyên tử cacbon liên kết
với độ phân cực thấp và đó một tiềm năng lớn để được hấp phụ (ví dụ, mức độ
hấp thụ tăng trong chuỗi formic, axit propionic acetic-butyric).
Kích thước của các phân tử liên quan đến kích thước của các lỗ rỗng: các phân
tử lớn có thể quá lớn để vào lỗ rỗng. Điều này có thể làm khả năng giảm hấp
phụ.
Mức độ ion hóa của phân tử chất bị hấp phụ: các phân tử bị ion hóa được hấp
thụ ở một mức độ nhỏ hơn so với các phân tử trung tính.
pH: mức độ ion hóa bị ảnh hưởng bơi pH (các hợp chất có tính axit là loại bỏ tốt
hơn ở pH thấp hơn.)
Đối với tích hợp hấp phụ và quá trình lọc: than hoạt tính chỉ có tác dụng với một
lượng nước nhất định. Sau khi lọc được một khối lượng nước theo chỉ định của
nhà sản xuất (chỉ những hãng uy tín mới chỉ định theo tiêu chí này), than sẽ
không còn khả năng hấp thụ nữa.


3.4 Sự cân bằng hấp phụ.

Sau khi tiếp xúc với một số lượng than hoạt tính với nước thải có chứa các chất có
khả năng được hấp phụ thì quá trình hấp phụ sẽ được diễn ra. Sự hấp phụ sẽ tiếp tục
cho đến khi cân bằng được thiết lập.
Khi số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ bằng số phân tử di
chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch thì nồng độ chất hòa tan trong
dung dịch sẽ là một đại lượng không đổi và được gọi là nồng độ cân bằng (Cs).
Các trạng thái cân bằng hấp phụ liên quan đến q, C .Các trạng thái cân bằng là một
hàm nhiệt độ. Vì vậy, mối quan hệ cân bằng hấp phụ ở nhiệt độ thường được gọi là hấp
phụ đẳng nhiệt, tức là:
q = f (C)
q = Tải lượng hấp phụ, khối lượng của chất bị hấp phụ trên khối lượng của vật liệu hấp

phụ tức là khả năng hấp phụ của vật liệu.
C = nồng độ cân bằng của các chất có thể bị hấp phụ (nồng độ của chất bị hấp phụ).
 Xác định thực nghiệm của sự hấp phụ tại điểm cân bằng.
Để xác định mối quan hệ giữa nồng độ của chất bị hấp phụ trong dung dịch (C)
và lượng chất hấp phụ đã được hấp phụ trên một đơn vị khối lượng của vật liệu hấp
phụ (q) người ta có thể tiến hành như sau:
- Dùng một lọ có chứa chất hấp phụ và vật liệu hấp phụ.
- Đủ thời gian để đạt tới trạng thái cân bằng.
- Dung dịch được lấy mẫu và cho phân tích chất bị hấp phụ.
Cân bằng khối lượng cho chất bị hấp phụ là:
V (Co - C) = M(q - qo )
Từ đó mối quan hệ giữa giá trị của C và giá trị cân bằng tương ứng của q có thể được
thiết lập.
Co : nồng độ chất bị hấp phụ ban đầu trong dung dịch (mg / L)
C : nồng độ cân bằng, nồng độ cuối của chất bị hấp phụ (mg / L)


qo : lượng ban đầu của chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng của vật liệu hấp phụ
(mg /g carbon)
q : lượng sau của chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng của vật liệu hấp phụ (mg
/g carbon)
M : khối lượng của vật liệu carbon (g)
V : lượng nước thải
q0 = 0 => q= V( C0 – C)/M
Lưu ý rằng kết quả thí nghiệm này chỉ trong một điểm cân bằng (C; q). Nếu một
đường cong cân bằng được yêu cầu thí nghiệm tương tự phải được lặp đi lặp lại với
nồng độ ban đầu khác nhau và, hoặc bổ sung khác nhau của bột carbon để tạo ra điểm
khác cân bằng C-q.
 Cân bằng khối.
Trong hình 5 bể lọc carbon hoạt tính được biểu đồ hóa như là hình khối lập phương,

với :
3

Q : lưu lượng dòng chảy (m /h)
B : độ rộng của bể lọc (m)
L : độ dài bể lọc (m)
dy : độ cao của bể lọc (m)
3

c : nồng độ của hợp chất hửu cơ (g/m )


Hình 3.Sơ đồ đại diện của bể lọc than hoạt tính.
Một hợp chất hữu cơ với nồng độ c0 đi vào hệ thống với lưu lượng dòng chảy Q và
thoát ra khỏi hệ thống với một nồng độ c1. Sự khác nhau trong nồng độ giữa dòng
chảy vào và chảy ra là bị hấp phụ trên carbon hoạt tính và lượng tải tăng của carbon.


Chương 4. phương pháp hấp thụ.
4.1. khái niệm
Hấp thụ là một hiện tượng hòa tan một chất khí(hơi) vào một chất lỏng. chất
khí(hơi) gọi là chất hấp thụ, chất lỏng là chất hấp thụ. Quá trình ngược lại là giải hấp thụ.
Hiện tượng hấp thụ liên quan tới quá trình truyền khối của chất bị hấp thụ giữa hai pha
lỏng-khí của một hệ, được tổ hợp bởi hai định luật cân bằng là định luật Henry và Dalton.
Phương pháp hấp thụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các
chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có
chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân huỷ bằng con
đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi
phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc áp dụng phương pháp này là hợp lý hơn
cả.

4.2. Nguyên lý hoạt động của quá trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ
Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ là quá trình phân tách khí dựa trên ái lực của
một số chất rấn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí
thải nói riêng.
Trong quấ trình hấp thụ các phần tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt
vật liệu rắn (chất hấp thụ) . Chất khí bị giữ lại gọi là chất bị hấp phụ.
Quá trình hấp thụ được sử dụng để khử ẩm trong không khí, khử khí độc hại và mùi trong
khí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị.
Phương pháp: Có hai phương thức trong quá trình xử lý khi thải bằng phương pháp hấp
thụ:
Hấp thụ vật lý : Các phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt chất hấp thụ nhờ lực liên kết giữa
các phần tử. Quá trình này có toả nhiệt, độ nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liên
kết phân tử.


Hấp thụ hoá học : Khí bị hấp thụ do có phản ứng hóa học với vật liệu hấp thụ, lực liên
kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn ở hấp thụ vật lý. Do vậy lượng nhiệt toả ra
lớn hơn, và cần năng lượng nhiều hơn.
Thiết bị hấp thụ : phải đảm bảo kích thước để chứa chất hấp phụ đủ lớn, đảm bảo vận tốc
khí trên toàn thiết diện ngang của thiết bị nằm trong khoảng từ 0,1 – 0,5 m/s.
Quá trình chuyển khối.
Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp thụ gồm 3 giai đoạn:
• Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp thụ.
• Thực hiện quá trình hấp thụ;
• Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp thụ (vùng khuếch tán trong). Người ta
thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ
tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét, silicagen…Để loại
những chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá,
dẫn xuất phenol và hydroxyl…

Truyền khối của chất bị hấp thụ từ pha khí vào pha lỏng là giai đoạn “chìa khóa” truyền
khối trong hệ hấp thụ:
-

-

-

Hệ bao gồm ít nhất là hai pha là pha khí và pha lỏng. cả hai đều có tính lưu động
rất cao do yếu tố cưỡng bức hay tự nhiên. Dòng khí chứa chất bị hấp thụ bản thân
nó đã tự có tốc độ chuyển động rất lớn( phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất) và
nó được thúc đẩy them nhờ các biện pháp cưỡng bức như tang tốc độ dòng quạt
đẩy thêm. Chất lỏng là môi trường hấp thụ, bản thân nó đã có tính linh động và có
thể đẩy thêm bằng cách tạo ra dòng chảy hay tăng cường khuấy đảo. Do hai pha
đều có tính linh động cao nên chúng cũng cộng hưởng với nhau khi tồn tại cùng
một hệ, ví dụ bão, gió to gây ra sóng lớn ở các ao hồ làm tăng cường nồng độ oxi
hòa tan trong nước khi oxi đó chưa đạt mức bão hòa.
Chuyển khối xảy ra trong từng pha luôn là tổ hợp cả hai dạng chuyển khối do đối
lưu và don khuếch tán phân tử, trong đó tỉ lệ đóng góp của dòng đối lưu chiếm vai
trò chủ đạo trong các hệ hấp thụ công nghiệp.
Giữa pha khí và pha rắn tồn tại hai lớp tĩnh của khí và chất lỏng. Các Phân tử của
dung môi và khí ở hai lớp tĩnh do lực tương tác với nhau nên có tính linh động
thấp hơn so với các vùng khác. Các lớp tĩnh đó được gọi là màng.


-

-

Các biện pháp cưỡng bức ít thay đổi tính chất của lớp màng về phần diện chuyến

khối, trong khi có thể để áp dụng các biện pháp cưỡng bức để thúc đẩy chuyển
khổi trong tùng pha. . .
Kỹ thuật thực hiện một quá trình hấp thụ có thể sử dụng rất khác nhau: tháp nhồi,
cột nhồi, tua bin, tháp phun. Quá trình chuyển khởi trong từng thiết bị kỹ thuật
mang đặc thù riêng.

4.3. Ứng dụng của quá trình hấp thụ.
Hấp thụ được sử dụng khá đa dạng về kỹ thuật, kiểu dáng, ứng dụng trong thực tế trước
hết phụ thuộc vào kỹ thuật thực hiện.
Tháp dạng phun (không chứa chất nhồi) được sử dụng để điều hòa không khí. làm mát,
tăng độ ẩm cho không khí, tách bụi (dạng hạt). Nó có thể sử dụng để hấp thụ khí với điều
kiện khi đó có độ tan cao. Ví dụ tháp phun có thể sử dụng để tách khí HCl từ dòng khí
thải của công đoạn sản xuất axít HCl. Trong quá trình sản xuất phân supe photphat, SiF 4
và HF thoát ra từ nhiều điểm sản xuất cũng có thể tích loại băng tháp phun. Thấp phun
cũng được sử dụng để khử mùi hôi trong quá trình sản xuất bột xương (thức ăn tổng hợp
cho cả tôm ở công đoạn sấy) chế biến mỡ với chất hấp thụ là dung dịch thuốc tím. Tháp
phun cũng được sử dụng để khử mùi lưu huỳnh.
Bẫy hấp thụ dạng venturi chỉ được sử dụng để tách loại các hạt bụi ướt, rất ít khi được sử
dụng để hấp thụ khí. Bẫy hấp thụ vcnturi được sử dụng ở nhà máy nhiệt điện chạy bằng
than nhằm tách tro bay và khí SO2. Để làm sạch khí SO2 ở mức cao, venturi có thể phổi
hợp với các dạng khác như tháp phun, tháp hấp thụ có chất nhồi.
Tháp nhối là loại thiết bị được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn vì tính hiệu quả cao của
nó, miễn là dòng khí chứa ít chất rắn (bụi). Trong các xưởng sản xuất axit HCl, H 2SO4,
tháp hấp thụ được sử dụng để thu hồi khí HCl, SO 2, từ các dòng khi thải. Chất hấp thụ có
thể sử dụng là dung dịch axit loãng, dung dịch sau khi hấp thụ được đưa trả về quá trình
sản xuất. Tháp hấp thụ cũng được sử dụng để kiểm soát hơi HCl, H 2SO4 từ quá trình xử
lý bề mặt kim loại (tẩy gỉ trong sơn, mạ kim loại). Tháp hấp thụ được sử dụng để khử
mùi hôi trong các nhà máy thực phẩm, lọc và chế biến dẩu mỏ, trong các hệ thống xử lý
nước thải. Chất hấp thụ dùng để khử mùi hôi luôn chứa chất Oxy hoá như thuốc tím,

dung dịch Javen (NaOCl). Trong khi hấp thụ dễ xảy ra hiện tượng kết tủa trên chất nhồi
vì vậy đôi khi phải dùng dung dịch axit xối rửa để tránh tắc nghẽn.
Trên cơ sở tính năng của các loại thiết bị hấp thụ, một số đối tượng và
quá trình sản xuất có thể áp dụng để xử lý:
- Sản xuất titan Oxit theo phương pháp gián đoạn (mẻ). Quặng Ilmenit, Sắt titan ôxít
cùng với axit sunfuric được đưa vào bình phản ứng thông với không khí. Đế khơi mào
phản ứng, oleum (H2SO4 đặc tới 120%) hoặc nước pha loãng được đưa tiếp vào bình
phản ứng để sinh nhiệt. Phản ứng bắt đầu xảy ra với tốc độ chậm, sau đó bùng nổ về mặt
tốc độ. Tại thời điểm đó, trong khoảng vài phút một lượng rất lớn khí và sương (axit)
thoát ra khỏi khối phản ứng, phản ứng chậm dần lại về mức bình thường. Dòng khí sinh
ra đột ngột chúa SO2, SO3, axit H2SO4, dạng sương cũng với hơi nước, bột quặng dạng
mịn. Hệ hấp thụ bao gồm một tập hợp bẫy bằng tấm kim loại phủ cao su được sử dụng để
xử lý dòng khí thải trên.
- Trong khí đốt tự nhiên và dầu mỏ, hợp chất lưu huỳnh tồn tại ở dạng khí hydro sunfua
(H2S) và hợp chất mercaptan. Sau khi được tách, loại các hợp chất trên được đốt. Xu
hướng hiện nay là thu hồi các hợp chất trên và biến chúng thành các sản phẩm phụ hay
nguyên liệu cho quá trình sản xuất khác. Hệ hấp thụ được sử dụng cho mục đích này. Hệ
hấp thụ dạng đĩa phun, chất hấp thụ là monomethanolamin hoặc dimethanolamin được sử
dụng cho mục đích trên. Tái sinh chất hấp thụ đã bão hoà được thực hiện trong hệ thứ
hai: giải hấp thụ H2S với hơi nước.
- Khí clo là hợp chất hoá học được sử dụng trong nhiều quá trình sản xuất hoá chất. Khí
thải chứa clo là vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng ngay cả với nồng độ thấp. Rất nhiều kiểu
tháp hấp thụ được sử dụng để kiểm soát dòng khí thải chứa clo. Phương pháp xử lý khí
clo của hãng Diamond Alkali có những nét đặc thù. Chất hấp thụ được sử dụng là
tetraclorua cacbon (CCl4). Thiết bị hấp thụ là thấp nhồi làm việc dưới áp suất cao và tái
sinh chất hấp thụ cũng dưới áp suất cao.


- Tháp phun ngang được sử dụng để xử lý khí thải chứa hợp chất halogen, cacbon dioxit,

sol khí. Dung dịch hấp thụ chứa 6 - 10% KOH có thể tách loại với hiệu suất cao đối với
các hợp chất có tính gây độc mạnh như brom pentaflor, brom triflorua, đồng thời với xử
lý khí CO2.
- Nguồn thải chính chứa khí SO2 là khói từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất xi
măng, sử dụng than khoáng để sinh nhiệt. Xử lý khí SO 2 dựa trên ba phương pháp chính :
tách loại lưu huỳnh khỏi nhiên liệu, cải tiến quá trình đốt (trộn bột đá vôi và bột than đốt
theo kỹ thuật lò tầng sôi) và xử lý khí thải. Rất nhiều dạng kỹ thuật hấp thụ có thể sử
dụng để xử lý khí thải chứa SO 2 : bẫy venturi, tháp phun. tháp nhồi. Chất hấp thụ có thể
sử dụng là nước, nước chứa kiềm các loại : vôi, đá vôi, Sô đa, xút các loại.


CHƯƠNG V: Phương pháp kết tủa trong xử lý nước thải
5.1 Cơ chế : Của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa

các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua
quá trình lắng cặn.
Trước đây người ta thường dùng quá trình này để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là
BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo
mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi
cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ
và thứ cấp. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng 6.1.
Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường
nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 - 90% TSS, 40 - 70% BOD5, 30 - 60%
COD và 80 - 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại
được 50 - 70% TSS, 30 - 40% chất hữu cơ.
5.2 Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình kết tủa:
Tên hóa chất

Công thức

Trọng

Trọng lượng riêng (lb/ft3)

lượng

Khô

Dung dịch

phân tử
Phèn nhôm

Al2(SO4)3.18H2O

666,7

60 75

Al2(SO4)3.14H2O

83 ÷85 (49%)
594,3

Ferric

78 ÷ 80 (49%)

FeCl3

162,1

Fe2(SO4)3

400

60 ÷75
84 ÷93

chloride
Ferric sulfate

70 ÷72

Fe2(SO4)3.3H2O
454
Ferric sulfate
(copperas)

FeSO4.7H2O

278,0

62 ÷ 66


Vôi

Ca(OH)2

56 theo

35 ÷50

CaO
(Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991)
Ghi chú: lb/ft3 - 16,0185 = kg/m3
+ Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate
phản ứng xảy ra như sau:
Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O
Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các
chất rắn lơ lửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo
CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử
dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp.
+ Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra:
Ca(OH)2 + H2CO3  CaCO3 + 2H2O
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2  2CaCO3 + 2H2O
Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng.
+ Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà
phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau:
FeSO4 + Ca(HCO3)2  2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2  2Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này ta
cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy.
+ Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau:
FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl 3H+ + 3HCO3 - 3H2CO3
+ Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau:
FeCl3 + Ca(OH)2 3CaCl2 + 2Fe(OH)3
Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau:

Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2  3CaSO4 + 2Fe(OH)3
5.3 Sử dụng hóa chất để loại bỏ phospho trong nước thải:
Vôi: như đã trình bày ở các phương trình trên, khi cho vôi vào nước thải nó sẽ phản ứng
với bicarbonate alkalinity tạo thành kết tủa CaCO3. Trong môi trường pH > 10 các ion
Ca+2 sẽ phản ứng với các ion PO4-3 tạo nên hydroxylapatite kết tủa. Để khỏi ảnh hưởng
đến quá trình xử lý sinh học người ta thường dùng vôi ở liều lượng thấp 75 - 250 mg/L
Ca(OH)2 và pH từ 8,5 - 9,5.
10 Ca+2 + 6 PO4-3 + 2 OH-  2Ca5(PO4)3OH
Phèn nhôm: phản ứng xảy ra như sau:
Al+3 + HnPO43-n AlPO4 + nH+
Các liều lượng phèn nhôm thường sử dụng và hiệu suất khử phospho của nó:
Hiệu suất

Tỉ lệ Mole (Al : P)

khử

Khoảng biến thiên

Giá trị thường dùng

phospho(%)
75

1,25 : 1 ÷1,5 : 1

1,4 : 1

85

1,6 : 1 ÷1,9 : 1

1,7 : 1

95

2,1 : 1 ÷2,6 : 1

2,3 : 1

Ferric: phản ứng xảy ra như sau:
Fe+3 + HnPO43-n FePO4 + nH+
Tùy theo bản chất của nước thải, qui trình xử lý mà giai đoạn khử phospho của nước thải
có thề diễn ra ở bể lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp, bể lắng riêng đặt sau bể lắng thứ cấp.
Hình 5.1: chỉ ra các sơ đồ của quá trình khử phospho bằng phương pháp hóa học.


Sơ đồ của quy trình khử Photpho bằng phương pháp hóa học
Lưu lượng nạp nước thải cho bể lắng trong trường hợp có sử dụng hóa chát trợ lắng
Loại hóa chất

Phèn nhôm
Ferric
Vôi

Lưu lượng nạp nước thải gal/ft2.d
Khoảng cho phép

Giá trị thường dùng

600 ÷ 1200

1200

600 ÷1200

1200

750 ÷1500

1500


Nước thải không hóa

600 ÷1200

1200

chất
(Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991)
Ghi chú: gal/ft2.d x 0,0407 = m3/m2.d
5.4 Kết tủa các kim loại nặng
Chuyển các chất thải dạng hòa tan sang dạng không hòa tan sau đó loại khỏi dung dịch
bằng quá trình lắng, lọc.
pH là một nhân tố quan trọng cho quá trình kết tủa. Bảng dưới đây đưa ra độ pH thích
hợp cho quá trình kết tủa các kim loại nặng.
pH thích hợp cho việc kết tủa kim loại.

Ion

pH

Ion

pH

Fe (+3)

2,0

Ni (+2)

6,7

Al (+3)

4,1

Cd (+2)

6,7

Cr (+3)

5,3

Co (+2)

6,9

Cu (+2)

5,3

Zn (+2)

7,0

Fe (+2)

5,5

Mg (+2)

7,3

Pb (+2)

6,0

Mn (+2)

8,5

CHƯƠNG VI: OXY HÓA KHỬ
6.1 Cơ sở của quá trình oxy hóa khử:
Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóa lỏng,
dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali, oxy

không khí, ozon...


Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít
độc hơn và tách ra khỏi nước thải. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn tác nhân hóa học,
do đó quá trình oxy hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây
nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác
6.2 Các 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 tồn 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
lĩnh 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 dịch 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 2O2, 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.

6.2.1

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 [ClO2].


Khi khí Cl2 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:
Cl2 + H2O  HOCl + H+ + ClHằng số bền của phản ứng này là:
K

=ở

25C

Quá trình phân ly HOCl xảy ra như sau:
HOCl  H+ + OClHằng số phân ly HOCl:
Ki= 2,9 x 10-8, ở 250C
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 nghĩa 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 tốn theo phương trình
sau:

Giá trị hằng số phân ly Hypochloric acid theo nhiệt độ được trình bày trong Bảng 1.1.

Bảng 1.1 Giá trị hằng số phân ly Ki theo nhiệt độ Nhiệt độ
Nhiệt độ (0C)

Ki x 108(mol/L)

11,49

5

1,75

10

2,03

15

2,32

20

2,6


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 + 2H2O  2HOCl + Ca(OH)2
NaOCl + H2O  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 trị pH của
dung dịch:
-

pH tăng, nồng độ HOCl giảm, nồng độ OCl- tăng;
pH = 7, nồng độ HOCl cân bằng với nồng độ OCl-

Bảng 1.2 Mức độ phân ly của HOCl phụ thuộc vào pH ờ 200C

pH

5

6

7

8

9

10

11

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

OCL (%)

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 + NH3 NH2Cl + H2O
Monocloramin
HOCl + NH2Cl  NHCl2 + H2O
Dicloramin
HOCl + NHCl2 NCl3 + H2O


Sản phẩm monochloramin và dichloramin sinh ra tùy thuộc vào giá trị 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 trị 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 Cl2, 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 định trực tiếp bằng
thực nghiệm.
6.2.2 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 SO2. Khí SO2 có thể khử clo tự do, monocloramin (NH 2Cl),

dichloramin (NHCl2), trichloride nitrogen (NCl3) và các hợp chất clo cao phân tử
theo các phương trình phản ứng sau:
Các phản ứng với Clo:
SO2 + H2O  HSO3- + H+
HOCl + HSO3-  Cl- + SO42- + 2H+
SO2 + HOCl + H2O  Cl- + SO42- + 3H+
Các phản ứng với cloramin:
SO2 + H2O HSO3- + H+
NH2Cl + HSO3- + H2O Cl- + SO42- + NH4+ + H+
SO2 + NH2Cl +2H2O  Cl- + SO42- + NH4+ +2H+