xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH CỘT LẮNG ĐỂ PHỤC VỤ
CHO THÍ NGHIỆM THIẾT KẾ BỂ LẮNG ĐỢT MỘT
S

K

C

0

0

3
2

9
6

5
2

9
3

MÃ SỐ: Sv65- 2008

S KC 0 0 2 6 8 1

Tp. Hồ Chí Minh, 2009


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Khoa Công Nghệ Hóa Học và Thực Phẩm
Bộ Môn Công Nghệ Môi Trường

----------o---------Lớp Công Nghệ Môi Trường

Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học

Xây dựng mô hình cột lắng
để phục vụ cho thí nghiệm
thiết kế bể lắng đợt một
Mã số đề tài: SV65-2008

Hướng Dẫn Đề Tài:
Nhóm Thực Hiện:

Tiến Sĩ Nguyễn Văn Sức
1 ..... Trần Quang Khải.................MSSV:06115016
2 ..... Nguyễn Hoàng Nghĩa..........MSSV:06115019
3 ..... Thân Thị Tứ.........................MSSV:06115038
4 ..... Bùi Thị Kim Vui ..................MSSV:06115040

Tháng 11/2009

Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

Lời cảm ơn
Trong quá trình làm bài chúng em nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các
thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là sự giúp đỡ của GiảngViên- Tiến Sĩ Nguyễn Văn
Sức, và cô Lê Thị Bạch Huệ- giáo viên quản lý phòng thí nghiệm. Chúng em nhóm làm đề tài nghiên cứu khoa học xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các
thầy cô đã giúp đỡ chúng em về mặt tri thức và vật chất để chúng em có thể hoàn
thành tốt đề tài.

Bên cạnh đó nhóm thực hiện đề tài cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thành
viên trong lớp MT 06 đã hỗ trợ chúng tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài
này.

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em sẽ không tránh khỏi có những
thiếu sót mong các thầy cô góp ý để chúng em có thêm kinh nghiệm cho các đề tài
sau này.

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô !
Nhóm thực hiện đề tài

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
1


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

Chương I:
1.1.

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề
 Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường do các chất thải sinh hoạt, công

nghiệp, nông nghiệp… đã và đang là một trong những vấn đề bức xúc. Ngày
càng nhiều các công ty, xí nghiệp mọc lên nhằm phục vụ cho nhu cầu ngày càng
cao của con người. Song song với việc con người lấy nguyên liệu của tự nhiên
phục vụ cho sản xuất là quá trình thải bỏ vào môi trường những phế thải từ quá
trình sản xuất và sinh hoạt. Khả năng tự làm sạch của môi trường đã giúp ít cho
con người rất nhiều trong việc loại bỏ bớt những chất độc hại hoặc những chất
thải mà nhà sản xuất không muốn hoặc không đủ điều kiện để xử lý chúng. Tuy
nhiên, ngày nay có quá nhiều công ty, xí nghiệp thải bỏ tràn lan những phế thải
khiến cho khả năng “tự làm sạch” bị suy giảm hoặc mất hoàn toàn tại rất nhiều
khu vực, tiêu biểu là những khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp
và những vùng lân cận.
 Một số dòng sông trong xanh trước kia giờ đây không còn nữa mà thay
vào đó là những dòng nước đen. Và trên hết là lượng nước sạch đang suy giảm
nhanh không chỉ là vấn đề của một vùng, một quốc gia mà nó là vấn đề của toàn
cầu.
 Nước tự nhiên có thể sử dụng trực tiếp không còn nhiều nữa do đó con
người có xu hướng tìm đến những nguồn cung cấp nước mới : nước thải, nước
sông, nước biển… đã qua xử lý. Tại Việt Nam , thông thường nước cấp dùng cho
sinh hoạt được lấy từ những nguồn nước đạt được một số tiêu chuẩn nhất định về
mặt hóa học, vật lý, cảm quan…và những nguồn nước này thường là nước ngầm
hoặc nước sông. Hiện nay ở nước ta đã có rất nhiều những đề tài nghiên cứu về
việc xử lý nước cấp và nhiều hệ thống đã được đưa vào ứng dụng thực tiễn.Tuy

nhiên những công trình này vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu nước sạch của người
dân. Vì thế các nhà khoa học cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các công nghệ
mới để xử lý nước cấp cho người dân sao cho phù hợp, hiệu quả cao đồng thời
đảm bảo hiệu quả kinh tế . Nhóm chúng em cũng xin góp phần nhỏ vào một khâu
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
2


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

trong quá trình xử lý nước cấp. Mong rằng những nghiên cứu dưới đây sẽ được
mở rộng và có điều kiện áp dụng vào thực tiễn.
1.2.

Phạm vi nghiên cứu
 Như đã nói việc xử lý các nguồn nước để dùng vào sinh hoạt cần phải có

một hệ thống hoàn chỉnh với nhiều công đoạn xử lý khác nhau cùng nhiều thiết
bị, máy móc phụ trợ. Trong phạm vi nhỏ của đề tài chỉ tìm hiểu một phần trong
hệ thống đó trên cơ sở lý thuyết có được:
 Nghiên cứu về cột lắng và bể lắng đợt một.
 Nghiên cứu khả năng lắng của hạt keo Fe(OH)3 nhằm làm giảm
hàm lượng chất rắn lơ lững trong nước sông.
 Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể
lắng đợt 1.
 Mỗi nguồn nước cần một quá trình, hệ thống xử lý khác nhau do đó
trong phạm vi nghiên cứu sẽ chọn một vị trí trên một con sông cố định để thực
hiện đề tài.

1.3.

Mục đích nghiên cứu
 Khả năng làm giảm chất rắn lơ lửng trong nước sông của hạt keo

Fe(OH)3.
 Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng
đợt một.
1.4.

Phương pháp nghiên cứu
 Thu thập tài liệu dùng làm cơ sở lý thuyết.
 Thu mẫu nước sông.
 Sử dụng máy jartest để xác định giá trị pH tối ưu và liều lượng tối ưu.
 Sử dụng mô hình cột lắng để xác định lượng chất rắn lơ lững còn lại sau

khi lắng bằng phèn sắt.
 Tính toán, thống kê số liệu thu thập được.
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
3


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

Chương II: LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH KEO
TỤ VÀ TẠO BÔNG
2.1.

Cơ sở lý thuyết về hạt keo

2.1.1. Hệ phân tán
 Hệ phân tán là hệ bao gồm một môi trường liên tục và các tiểu phân (các
“hạt”) có kích thước nhỏ được phân tán đồng đều trong môi trường đó. Tập hợp
các tiểu phân nhỏ bé đó được gọi là pha phân tán, còn môi trường chứa đựng pha
phân tán được gọi là môi trường phân tán.
 Tùy thuộc vào bản chất của môi trường phân tán và pha phân tán mà các
hệ phân tán cụ thể có tên gọi khác nhau.
Pha phân tán
Môi trường phân tán

Khí

Lỏng

Rắn
Sol khí

Khí

-----

Lỏng

Bọt

Nhũ tương

Rắn

Đá xốp, thủy tinh
xốp

------

Mù, mây

Khói bụi
Huyền phù và dung
dịch keo
Thủy tinh màu

Bảng 1: Phân loại các hệ phân tán theo môi trường phân tán và pha
phân tán (theo tài liệu :”Hóa lý và hóa keo”-GS.TS. Nguyễn Hữu
Phú).
 Nếu hạt keo tương tác mạnh (salvat hóa mạnh) với môi trường lỏng, ta
gọi đó là hệ keo ưa lỏng (môi trường phân tán là nước thì gọi là hệ keo ưa nước),
nếu tương tác yếu, thì gọi đó là hệ keo kỵ lỏng (kỵ nước). Khi tăng nồng độ của
các hạt, keo ưa lỏng chuyển vào trạng thái gel (thạch), còn keo kỵ lỏng thì bị kết
tủa.
 Đặt điểm quan trọng nhất của hệ phân tán là độ phân tán. Độ phân tán
thường được kí hiệu bằng chữ D. Đó là đại lượng nghịch đảo của kích thước hạt
d. Nếu hạt có dạng hình cầu có đường kính d thì:

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
4

Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

D=

1
d

 Độ phân tán ảnh hưởng rất lớn đến tính chất bề mặt của hệ. Bởi vì khi độ
phân tán tăng thì bề mặt riêng của hệ tăng lên đáng kể.
 Giả sử có một hình lập phương cạnh là d =1 cm (thể tích là 1 cm3). Nếu
chia nhỏ hình lập phương đó thành các hình nhỏ có các cạnh tương ứng: 0,1 cm;
0,01 cm; 0,001 cm; …thì bề mặt bao quanh các hạt đó tăng như bảng sau:
D ( cm )

Số hạt

1
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7

1
103
106
109

1012
1015
1018
1021

Diện tích bề mặt 1
hạt (cm2)
6
6  10-2
6  10-4
6  10-6
6  10-8
6  10-10
6  10-12
6  10-14

Diện tích bề mặt của
tất cả các hạt (cm3)
6
6  101
6  102
6  103
6  104
6  105
6  106
6  107

Bảng 2: Sự thay đổi bề mặt theo độ phân tán
 Ngoài ra người ta còn căn cứ vào “độ phân tán” để chia hệ phân tán
thành các hệ khác nhau:

Số thứ
tự

Đường kính d (m)

Độ phân tán,
(m-1)

1

10-10

1010

2

10-9-10-7

109-107

3

10-6

106

Tên hệ

Ghi chú

Pha phân tán là các
Hệ phân phân tử, ion. Dung
tán phân môi là môi trường
tử,
ion phân tán. Các hệ này
hay dung tuân theo các định
dịch
luật hóa lý rất bền
vững
Tính chất của các hệ
Hệ phân
này tuân theo những
tán keo=
quy luật của hóa keo,
hệ keo
tương đối bền vững
Hệ huyền phù, nhũ
Hệ phân tương, bọt, bụi. Các
tán thô
hệ này không bền
vững

Bảng 3: Phân loại hệ phân tán theo “độ phân tán”
2.1.2. Cấu tạo của hạt keo
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
5


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một

ooooooooooooooooo

 Thực nghiệm chứng tỏ rằng bề mặt hạt keo (nhỏ hơn 1 micron) luôn luôn
tích điện. Chính nhờ tính chất đó mà hạt keo được bền vững, chúng khó va chạm
(có hiệu quả) vào nhau để tạo thành các cụm hạt lớn hơn rồi keo tụ.
 Hiện nay người ta đều thừa nhận thuyết cấu tạo micelle của hạt keo
 Một micelle bao gồm:
 Nhân: được tạo ra bởi sự tổ hợp của m nguyên tử hay phân tử (m có
thể bằng hàng trăm hoặc hàng ngàn tùy thuộc vào độ phân tán và kích thước của
nguyên tử, phân tử). Nhân có cấu trúc tinh thể và không tan trong môi trường
phân tán. Trên bề mặt của nhân một số ion trong dung dịch (trong môi trường
phân tán) bị hấp phụ theo quy tắc hấp phụ chọn lọc
 Xung quanh nhân là một lớp chất lỏng của môi trường phân tán
thấm ướt bề mặt hạt keo với độ dày  . Lớp chất lỏng luôn bám chặt với nhân
keo khi nhân chuyển động và được gọi là lớp Stern. Bề mặt ngoài của lớp Stern
được gọi là “bề mặt trượt”. Bề mặt này phân chia pha phân tán và môi trường
phân tán. Trong lớp Stern đó có một số ion đối nằm cân bằng với các ion tạo thế,
hình thành nên một lớp điện tích kép như trên bề mặt điện cực.
 Ngoài bề mặt trượt, còn có một số ion đối của ion tạo thế nằm trong
lớp khuếch tán và tạo ra điện thế  (zeta) trên bề mặt trượt.
 Nhiều khi bề mặt các hạt keo tích điện không phải do hấp phụ các
ion trong dung dịch, mà do bản thân bề mặt hạt keo có các nhóm chức mang điện
tích.
 Ví dụ:
 Khi thực hiện phản ứng:
AgNO3 + KI = AgI + KNO3
Các phân tử AgI liên kết với nhau thành các hạt keo dưới dạng (AgI)m. Nếu
trong dung dịch còn dư Ag NO3 nghĩa là còn các ion Ag+ và NO3-, theo quy tắc
hấp phụ chọn lọc (AgI)m sẽ hấp phụ các ion Ag+ trong dung dịch, vì Ag+ có trong
thành phần cấu tạo của nó. Ag+ là ion tạo thế, hạt keo mang điện tích dương. Các

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
6


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

ion NO3- được phân bố trong lớp Stern và lớp khuếch tán để cân bằng với điện
tích Ag+ ở bề mặt hạt (AgI)m.
Cấu tạo mixen của keo iodua bạc như sau:
x



( AgI ) m nAg  (n  x) NO3   xNO3 
 

  
 Nhân
lópstern

 lópkhuêchtán

2.2.

Keo tụ và tạo bông

2.2.1. Khái niệm về keo tụ
 Trong một hệ keo quá trình làm giảm độ phân tán của pha phân tán dưới

tác động của các yếu tố khác nhau dẫn đến hệ keo bị phân riêng thành hai pha,
được gọi là sự keo tụ.
 Sự keo tụ bao gồm 2 giai đoạn:
 Keo tụ ẩn: bằng mắt thường, quan sát vẻ bề ngoài ta không thể
nhận thấy bất cứ sự biến đổi nào, mặt dù trên thực tế các hạt keo đã chập lại với
nhau thành các tập hợp hạt lớn hơn.
 Keo tụ rõ: là giai đoạn thấy rõ sự biến đổi màu sắc, vẻ ánh quang
(opalescence), rồi chuyển đến trạng thái đục mờ, và cuối cùng tạo ra kết tủa hoặc
tạo ra dạng gel.
 Đối với một dung dịch keo, giai đoạn keo tụ ẩn sẽ nhanh chóng chuyển
thành keo tụ rõ. Trong các dung dịch cao phân tử, giai đoạn keo tụ ẩn xảy ra rất
dài có thể không chuyển sang giai đoạn keo tụ rõ.
 Có thể gây ra keo tụ một dung dịch keo bằng cách thay đổi nhiệt độ,
khuấy trộn, ly tâm siêu tốc, tăng nồng độ pha phân tán, thêm vào hệ keo các chất
phụ gia khác nhau, đặc biệt là thêm chất điện ly,…..
 Tăng nhiệt độ, khuấy trộn, tăng nồng độ, ….làm cho các hạt keo sát lại
gần nhau hơn, do đó làm tăng khả năng tập hợp. Tuy nhiên, trong đại đa số
trường hợp các tác động kể trên là không đáng kể. Yếu tố quan trọng nhất ảnh
hưởng đến sự keo tụ là chất điện ly.
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
7


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

2.2.2. Các phương pháp keo tụ
 Trong công nghệ xử lý nước bằng phương pháp keo tụ, người ta thường
sử dụng:

 Phương pháp keo tụ dùng các chất điện ly đơn giản:
 Bản chất của phương pháp này là cho vào nước các chất điện
ly ở dạng ion đơn giản ngược dấu. Khi nồng độ các ion ngược dấu tăng lên thì có
nhiều ion chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép, dẫn tới việc giảm điện
thế Zeta. Đồng thời lực đẩy tĩnh điện cũng giảm đi. Nhờ chuyển động Browr, các
hạt keo với điện tích nhỏ khi va chạm dễ kết dính bằng lực hút Van der Walls tạo
nên các bông cặn lớn hơn. Khi kích thước của bông cặn đạt đến 1 m thì chuyển
động Browr hết tác dụng. Nếu muốn tăng kích thước bông cặn cần phải tác động
khuấy trộn để các bông cặn xích lại gần nhau.
 Quá trình keo tụ bằng các chất điện ly đơn giản được xem như
một cơ chế keo tụ tối ưu vì nó giải thích sự nén điện trong lớp khuếch tán vào lớp
điện tích kép để phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo trong nước.Kết quả thực
nghiệm cho thấy, khi sử dụng các chất điện ly với các ion có hóa trị cao, hiệu quả
keo tụ càng lớn và nồng độ chất điện ly đòi hỏi sẽ giảm.
 Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải chính xác lượng chất
điện ly cho vào nước. Nếu nồng độ chất điện ly vượt quá mức cần thiết sẽ dẫn
đến quá trình tích điện ngược lại đối với các hạt keo, làm điện thế Zeta tăng lên,
hiệu quả keo tụ giảm đi và hệ keo trong nước sẽ trở về trạng thái bền vững.
 Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm
hoặc sắt:
 Trong quá trình này ngừơi ta thường sử dụng múôi nhôm hoặc
sắt hóa trị 3, còn gọi là phèn nhôm hoặc phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này
được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan. Trong dung dịch chúng hòa tan
thành các cation và anion theo phản ứng sau:
Al2(SO4)3  2Al3+ + 3SO42-

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
8

Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

FeCl3  Fe3+ + 3Cl Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm
nước tạo thành phức chất hexa Me(H2O)63+ (trong đó Me3+ có thể là Al3+ hoặc
Fe3+ ). Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở
các điều kiện khác nhau. Thí dụ như đối với nhôm các phức chất này tồn tại ở pH
từ 3 đến 4; với sắt chúng tồn tại ở pH từ 1 đến 3. Với nhôm khi pH từ 6 trở lên
và với sắt từ 5 trở lên, các phản ứng dừng lại ở trạng thái hydroxit Me(OH) 3 kết
tủa lắng xuống. Độ hòa tan quá nhỏ nên ở pH tối ưu các ion kim loại này tách hết
ra khỏi nước.
 Phương pháp keo tụ dùng các polyme:
 Quá trình này sử dụng các chất cao phân tử tan trong nước,
chúng có cấu tạo mạch dài, với phân tử lượng từ 103 đến 107 g/mol và đường
kính phân tử trong dung dịch khoảng 0.1 đến 1 m . Chúng cũng còn được sử
dụng làm chất trợ keo tụ, tức là sử dụng cùng với phèn nhôm hoặc sắt là những
chất keo tụ chính. Chúng giúp cho quá trình keo tụ xảy ra một cách dễ dàng.
 Dựa vào hóa trị người ta phân chia các loaị cao phân tử dùng
trong keo tụ ra làm ba loại: loại anion, loại cation và loại không ion. Ngoài ra
cũng có thể phân chia chúng theo cấu tạo hóa học, theo độ lớn phân tử lượng như
độ tích điện của chúng. Ngoài ra người ta còn sử dụng các chất cao phân tử tổng
hợp làm chất keo tụ
2.2.3. Các cơ chế keo tụ:
2.2.3.1. Cơ chế keo tụ dung dịch keo bằng chất điện ly
 Cơ chế giảm thế điện động  của hạt keo bằng chất điện ly: thực ra rất
khó phân định một cách chính xác cơ chế tác động giảm thế  của hạt keo bởi
các chất điện ly thêm vào hệ, bởi vì các quá trình hóa học, hóa lý của hiện tượng
này xảy ra một cách phức tạp và xen lẫn nhau. Tuy nhiên, người ta có thể thừa
nhận vai trò của các chất điện ly gây keo tụ đối với  như sau:

 Nén lớp khuếch tán
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
9


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Các ion nằm trong lớp khuếch tán là các ion đối của ion tạo
thế. Chính số lượng và sự phân bố của các ion đối trong lớp khuếch tán quyết
định giá trị điện thế  ở bề mặt trượt (bề mặt ngoài của lớp hấp phụ-lớp kép).
 Người ta thường sử dụng các chất điện ly lạ (không có các ion
trong thành phần của nhân keo) có ion đối cùng tên và mạnh hơn ion đối ở lớp
khuếch tán, để nén, ép các ion đó đi vào phía bên trong của bề mặt trượt làm cho
độ dày của lớp khuếch tán mỏng đi và do đó  giảm xuống, thậm chí   0, đến
trạng thái đẳng điện.
 Khả năng keo tụ của các ion phụ thuộc vào điện tích và bán
kính ion được sắp xếp theo dãy keo tụ: Cl- > NO3- > Br- > I- ( đối với anion); Cs+
> Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+ (đối với các cation).
 Biến đổi cấu trúc lớp kép (lớp hấp phụ của hạt keo):
 Tác động của chất điện ly làm giảm  hạt keo có thể bằng
cách làm thay đổi nồng độ và dấu của ion tạo thế và do đó thay đổi cấu trúc của
lớp điện tích kép sát bề mặt nhân keo.
 Trong trường hợp này các ion của chất điện ly phải có khả
năng trao đổi ion với các ion của lớp kép. Mặt khác ion keo tụ phải tạo với ion
tạo thế một hợp chất khó tan hơn thì sự trao đổi ion mới dẫn đến sự biến đổi căn
bản trong lớp kép. Bấy giờ, không chỉ độ dày của lớp khuếch tán bị giảm mà lớp
hấp phụ mà vỏ solvat cũng bị biến đổi thậm chí bị phá hủy, vì thế chỉ một lượng
nhỏ của chất điện ly thêm vào cũng gây ra keo tụ. Ví dụ: keo hydrosol của iodua

bạc dễ dàng bị keo tụ bởi dung dịch điện ly axetat chì, Pb(CH3COOH)2. Ion Pb2+
không những có hóa trị cao hơn K+ mà còn tạo ra với các ion tạo thế I- một hợp
chất PbI2 kém tan hơn KI.
 Trong một số trường hợp các ion keo tụ đi vào lớp kép làm
cho nhân keo lớn lên, hoặc tạo nhân keo mới, lớp điện tích kép mới dẫn đến sự
thay đổi  .
 Các ion chất điện ly tham gia cơ chế này thường là các ion có
trong thành phần của nhân keo, là các ion hóa trị cao có khả năng hấp phụ lớn.
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
10


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

2.2.3.2. Hiện tượng keo tụ vùng
 Dựa vào các cơ chế nói trên, khi keo tụ bằng những ion hóa trị lớn( Fe 3+,
Al3+, Th4+, PO43-, …) hoặc những ion có khả năng hấp phụ đặc biệt như những
ion của các chất màu, alcaloid,… người ta quan sát một dãy liên tiếp 4 vùng: keo
bền và keo tụ luân phiên nối tiếp nhau:

Hình 1 : Hiện tượng keo tụ vùng
 Hình trên biểu diễn sự phụ thuộc  của một hệ keo âm và nồng độ cation
keo tụ C. cation trong trường hợp này có hóa trị lớn hơn ( hoặc bị hấp phụ
mạnh): vùng I và III là các vùng keo bền, vùng II và IV là các vùng keo tụ.
 Thoạt tiên, khi chưa đưa chất điện ly vào dung dịch keo (C=0), hạt có thế
điện động là  (keo âm). Khi thêm chất điện ly vào hệ, do cơ chế nén lớp khuếch
tán,  giảm dần, mặt khác các ion keo tụ bị hấp phụ ở bề mặt hạt keo, làm giảm
bớt một số ion tạo thế, do đó  giảm và  giảm. Ở vùng I giá trị  còn lớn hơn

th vì vậy hệ keo vẫn chưa bị keo tụ.

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
11


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Trong vùng II C1 < C < C3 , các giá trị tới hạn đều nhỏ hơn th và  th ,
mọi va chạm đều hiệu quả và hệ bị keo tụ. Khi C=C2 các anion đã bị trung hòa
hoàn toàn bởi cation hấp phụ. Nếu cứ tiếp tục thêm chất điện ly C>C2 thì theo
quy tắc hình thành micelle nhân keo bị hấp phụ cation, tạo ra một lớp cation tạo
thế mới có   và   , lớp khuếch tán có các ion đối mang điện tích âm.
 Trong vùng III : C3 < C < C5 , do nhân keo hấp phụ thêm cation nên  
tăng và do đó   cũng tăng, khi   >  th số va chạm hiệu quả giảm xuống và hệ
keo trở nên bền vững. Ứng với giá trị C1 hạt keo đã hấp phụ bão hòa cation keo
tụ nên giá trị của  đạt đến cực đại(  max ), nếu cứ tiếp tục thêm chất điện ly nữa
C > C4 thì vai trò trò của chất điện ly bấy giờ lại có tác dụng “ nén” lớp khuếch
tán làm cho   giảm đạt đến giá trị  th mới và hệ keo lại bắt đầu keo tụ.
 Trong vùng IV C > C5 hệ bị keo tụ.
2.2.3.3. Hiện tượng keo tụ bằng hỗn hợp chất điện ly
 Hiện tượng cộng tính
 Đó là trường hợp khi khả năng keo tụ của mỗi ion trong hỗn hợp
vẫn giữ nguyên như khi chúng tác dụng riêng rẽ.
 Ví dụ: hỗn hợp chất điện ly KCl và KNO3 và hỗn hợp Na+ và KCl
đường keo tụ tổng cộng là đường thẳng

ooooooooooooooooo

TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
12


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

Hình 2 : Keo tụ bằng hỗn hợp chất điện li
 Hiện tượng keo tụ hỗ trợ: đó là trường hợp khi dùng cả 2 chất điện ly thì
khả năng keo tụ tăng lên. Lượng chất keo tụ được dùng ít hơn so với khi dùng
riêng rẽ. (Đường I hình 2) nếu dùng chất điện ly 1 là 0,5  1 (điểm a) thì chất điện
ly 2 chỉ cần C2, C2 nhỏ hơn 0,5  2 .
 Hiện tượng keo tụ cản trở: đó là trường hợp khi dùng cả 2 chất điện ly
đồng thời thì khả năng keo tụ của hỗn hợp kém đi.
 Nguyên nhân của hiện tượng keo tụ hỗ trợ và cản trở rất phức tạp, bởi vì
nó phản ánh mối quan hệ rất phức tạp của nhiều yếu tố: hấp phụ, hydrat hóa,
phân ly, hỗn hợp….của các ion chất điện ly trong dung dịch hỗn hợp.
2.2.3.4. Một số hiện tượng keo tụ khác
 Sự keo tụ tương hổ của 2 keo

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
13


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Khi trộn lẫn 2 keo âm và dương cũng có thể gây ra keo tụ. Sự keo
tụ xảy ra trong điều kiện nhất định về quan hệ khối lượng giữa 2 keo, bởi vì nếu

một trong 2 keo có khối lượng nhỏ quá thì sẽ bị chuyển dấu.
 Ví dụ về trường hợp keo tụ tương hổ của keo As2S3 và keo dương
Fe(OH)3 :
Tỷ số thể tích của 2 keo
Fe(OH)3/ As2S3
9:1
7:3
5:5
3:7
2:8
1:9
1:99

Dấu của điện thế của hỗn
hợp keo
+
+
0
-

Kết quả
Bền
Keo tụ chậm
Keo tụ mạnh
Keo tụ nhanh
Keo tụ trung bình
Keo tụ chậm
Bền

Bảng 4: Keo tụ tương hổ giữa keo As2S3 và Fe(OH)3

 Tự keo tụ: vì hệ keo không bền nhiệt động học nên dần dần theo thời
gian một số hệ keo tự keo tụ. Các hạt keo chuyển động đến trạng thái phân tán
nhỏ hơn, bền vững hơn và tách khỏi môi trường phân phân tán tạo ra kết tủa lắng
xuống đáy hệ. Hiện tượng tự keo tụ này chúng ta gặp rất nhiều trong thực tế: sự
tự lắng trong cảu nước đục, rượu hoa quả,… nếu được để yên lâu ngày.
2.2.4. Động học của quá trình keo tụ
2.2.4.1. Các giai đoạn keo tụ
 Khi xử lý nước bằng phèn nhôm hay sắt quá trình keo tụ diễn ra qua các
giai đoạn keo tụ sau:
 Khuấy trộn phèn với nước
 Thủy phân của phèn
 Phá hủy độ bền của keo (làm mất ổn định của hệ keo)
 Dính kết hấp thụ và keo tụ do chuyển động nhiệt và do khuấy trộn.
 Sự khác nhau có tính chất đặc trưng giữa các quá trình keo tụ là do giai
đoạn thủy phân và phá hủy độ bền của keo gây ra, bởi vì khi nghiên cứu quá trình
thủy phân của phèn nhận thấy: trong điều kiện xử lý nước, quá trình thủy phân,
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
14


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

hấp thụ và trao đổi ion của lớp điện tích kép diễn ra rất nhanh chóng, tốc độ hấp
thụ và trao đổi các hợp chất trung gian của quá trình thủy phân làm phá vỡ độ
bền của keo dẫn đến sự dính kết giữa chúng phụ thuộc và các thông số vật lý:
pH, độ pha loãng, nồng độ cặn, tình trạng bề mặt của hệ, nhiệt độ…dưới tác
dụng của các yếu tố bày diễn ra một cách tức thời các phản ứng phá hủy độ bền
của keo. Nghĩa là mức độ phá hủy độ bền, hiệu quả của các va chạm giữa các hạt

keo phụ thuộc và điều kiện thủy phân và loại các hợp chất được hấp thụ trong lớp
điện tích kép còn quá trình dính kết đối với tất cả các quá trình keo tụ diễn ra
giống nhau vì đều phụ thuộc vào số các lần va chạm và hiệu quả chạm của các
hạt keo và là giai đoạn chậm nhất của quá trình keo tụ.
 Theo tài liệu “ Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp” của TS.
Trịnh Xuân Lai, nhà xuất bản Hà Nội thì hằng số tốc độ thủy phân của anion và
cation khoảng 10-10 s-1. Hằng số trùng hợp sản phẩm thủy phân 10-2 – 10-3 s-1 .Đối
với phản ứng thủy phân và trùng hợp của muối nhôm và sắt kết luận:
 Thời gian cần thiết để tạo ra hợp chất dạng AlOH2+ và FeOH2+ dễ
dàng bị hấp thụ trên bề mặt hạt keo là 10-10 s. Việc tạo ra các hợp chất trùng hợp
xảy ra chậm hơn mất khoảng 10-2 s. Còn thời gian hấp thụ các hợp chất này trên
bề mặt hạt keo khoảng 10-4 s. Do đó khi đã đạt được các thông số lý hóa tối ưu
cho quá trình thủy phân và phá hủy độ bền của keo ta phải đưa quá trình keo tụ
vào chế độ tối ưu bằng cách tạo điều kiện cho giai đoạn dính kết giữa các hạt
diễn ra có hiệu quả nhất. Hiệu quả của giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào số
lượng các va chạm giữa các hạt của hệ keo.
 Kính thước hạt do dính kết lớn dần lên và điều đó ngăn cản hạt
tham gia trực tiếp vào chuyển động nhiệt. Lúc đó muốn đạt được số va chạm cần
thiết trong hệ phải khoáy trộn với cường độ nhất định, do đó giai đoạn dính kết
phụ thuộc vào các thông số thủy động lực học của dòng chảy. Trong các công
trình xử lý nước, các quá trình keo tụ diễn ra trong dòng chảy rối liên tục.
2.2.4.2. Keo tụ do chuyển động nhiệt
 Các hạt keo mất độ bền và có khả năng dính kết tham gia vào các chuyển
động nhiệt (chuyển động Brown) va chạm với nhau tạo thành bông cặn theo lý
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
15


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một

ooooooooooooooooo

thuyết của Smôlukhôpxki tốc độ keo tụ do chuyển động nhiệt phụ thuộc vào
nồng độ ban đầu của hạt n0, cường độ chuyển động Brown, hệ số khuyếch tán
của môi trường D. Bán kính tác dụng của lực hút Vandervan R, và tốc độ tăng
các tổ hợp hạt nx tương ứng với phản ứng bậc hai:
dnx
 4DR(n0  nx ) 2
dt

 Kí hiệu ( n0  nx )= nt : số lượng hạt trong một đơn vị thể tích tại thời điểm
t, ta có:



dnx
2
 4DRnt
dt

 Sau khi tích phân trong giới hạn từ n0 đến nt và từ 0 đến t , ta nhận được:
nt 

n0
1  4DRn0t

 Trong đó:
 D-hệ số khuyếch tán của các hạt đơn;
 R- bán kính tác dụng của lực hút Van der Vall
  : hệ số hiệu quả va chạm.

 Công thức của Smolukhôpxki dựa trên sự va chạm chỉ của hai hạt, không
tính đến khả năng va chạm đồng thời của một nhóm hạt do tăng tốc độ ban đầu
của các hạt và tăng thể tích của tổ hợp tạo thành.
2.2.4.3. Keo tụ do khuấy trộn.
 Nếu ngay từ lúc ban đầu kích thước của hạt keo lớn hơn rất nhiều so với
kích thước phân tử của môi trường phân tán hoặc do kết quả dính kết của chuyển
động nhiệt, kích thước hạt đạt đến 1 m , thì sự va chạm chỉ có thể xảy ra do
khuấy trộn bởi vì kích thước lớn của hạt keo không cho phép nó tham gia vào
chuyển động nhiệt và chuyển động tương đối giữa các hạt khác nhau là chuyển
động có hướng do dòng chảy tầng và dòng chảy rối của môi trường phân tán gây
ra . Tốc độ dính kết do khuấy trộn tương ứng với phản ứng bậc nhất.
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
16


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Đối với các hạt riêng biệt điểm chuyển từ keo tụ do chuyển động nhiệt
sang keo tụ do khuấy trộn là điểm keo tụ tạm thời, tại điểm đó hạt chuyển từ tình
trạng phân tán của hệ keo sang tình trạng phân tán của các hạt có kích thước
tương đối bé. Từ điểm đó trở đi cường độ khuấy trộn là một trong những yếu tố
có tác dụng quyết định đến quá trình keo tụ.
2.2.4.4. Keo tụ bằng phèn có tính đến tác dụng phá hoại bông cặn khi khuấy
trộn
 Hiệu quả của quá trình keo tụ được đặc trưng bằng chuẩn số
Camp = G*t.
 Từ công thức tính sự thay đổi của nồng độ cặn theo thời gian :
C

 o  o Gt
nt

e
no

Trong đó:
 no là nồng độ cặn ban đầu
 nt là nồng độ cặn còn lại ở thời điểm t
  o là hệ số hiệu quả va chạm
 G là gradient vận tốc, s-1
 t là thời gian lưu, s
 Co là nồng độ thể tích của bông cặn trong nước
 Công thức trên thể hiện rằng hiệu quả của quá trình keo tụ tăng tỷ lệ
thuận với nồng độ cặn Co, cường độ khuấy trộn G và thời gian khuấy trộn t.
Trong thực tế, nếu cường độ khuấy trộn nhỏ hơn giá trị tối ưu thì lượng va chạm
giữa các hạt không đủ để keo tụ; các hạt lớn không bị di chuyển sẽ lắng nhanh
còn các hạt nhỏ sẽ lơ lửng trong thể tích nước. Ngược lại nếu cường độ khuấy
trộn lớn hơn trị số tối ưu thì sẽ gây ra sự phá vỡ bông cặn lớn. Mặt khác thời gian
khuấy trộn ít hơn thời gian khuấy trộn tối ưu thì số lượng va chạm không đủ và
hiệu quả keo tụ thấp , còn nếu khuấy trộn quá thời gian thì sẽ gây ra sự lặp lại
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
17


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

nhiều lần quá trình dính kết, phá vỡ bông cặn dẫn đến làm trơ một phần bề mặt
họat tính của bông cặn.
 Hiện nay việc xác định các giá trị G, t, Co không thực hiện được và cũng
không thể dựa vào trị số của nó để tìm liều lượng tối ưu của quá trình keo tụ.
2.2.4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng cặn:
 Tốc độ và hiệu quả của quá trình keo tụ phụ thuộc vào hàm lượng cặn.
Khi các điều kiện khác như nhau , hàm lượng cặn càng lớn, tốc độ và hiệu quả
của quá trình keo tụ càng lớn, nhưng khi hàm lượng cặn lớn thì đòi hỏi phải tăng
cường khuấy trộn và thời gian khuấy trộn tăng thêm.
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự keo tụ
 Ảnh hưởng của pH:
 Độ pH là yếu tố quan trọng nhất phải tính đến trong quá trình keo
tụ. Đối với mỗi loại nước thô có một vùng pH mà trong vùng này keo tụ xảy ra
nhanh. Vùng pH này phụ thuộc vào chất keo tụ được sử dụng vào nồng độ của
chúng và vào thành phần của nước thô. Khi sự keo tụ xảy ra ngoài vùng tối ưu,
cần phải hoặc là tăng lượng chất keo tụ hoặc là chấp nhận nước có chất lượng
thấp.
 Đối với muối sắt và nhôm, các vùng pH tối ưu nằm trong khỏang
theo thứ tự từ 4 đến 12 và từ 4,5 đến 8. Đối với một vài loại nước thô, đôi khi ta
cần phải hiệu chỉnh pH nhờ các chất khác nhau như axit , vôi hoặc natri hidroxit.
Để làm giảm độ pH trong một vài trường hợp cho tăng lượng chất keo tụ sẽ tốt
hơn. Khi độ pH là tối ưu, thì các hợp chất nhôm hoặc sắt không có liên kết hòa
tan.
 Ảnh hưởng của các muối hòa tan:
 Các muối trong nước có các ảnh hưởng đến sự keo tụ và sự kết
bông cặn như sau:
 Thay đổi vùng pH tối ưu
 Thay đổi thời gian yêu cầu cho sự kết bông
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009

18


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Thay đổi lượng chất keo tụ yêu cầu
 Thay đổi lượng chất keo tụ dư trong nước đầu ra.
 Từ các quan sát thực nghiệm người ta nhận định rằng:
 Các anion ảnh hưởng đến sự keo tụ nhờ các múôi nhôm họăc
muối sắt nhiều hơn so với các cation. Cũng tương tự các ion natri, canxi và Mg
có ảnh hưởng ít đến sự keo tụ.
 Khi các anion mở rộng vùng pH tối ưu về phía axit, ảnh
hưởng này càng làm rõ nét khi hóa trị của các anion cao.
 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước:
 Giảm nhiệt độ nước kéo theo độ nhớt của nó tăng. Điều đó giải
thích cho việc kết bông khó lắng. Hơn nữa khi cùng một vận tốc lọc, các lực
trượt tác dụng lên các bông cặn lớn hơn, làm cho nó vỡ ra và đi sâu vào trong bộ
lọc. Ngoài ra, người ta còn nhận thấy rằng vùng pH tối ưu thu hẹp lại. Có thể
khắc phục các hiện tượng này bằng các cách khác nhau:
 Thực hiện keo tụ trong vùng pH tối ưu ở nhiệt độ cho trước.
 Tăng lượng chất keo tụ với mục đích tăng khả năng va chạm
giữa các phần tử và mở rộng vùng pH tối ưu.
 Tăng độ đục của nước để làm cho các bông cặn nặng thêm
hoặc cho thêm các chất trợ keo tụ để làm tăng và ổn định các bông cặn.
 Ảnh hưởng của chất keo tụ:
 Việc lựa chọn chất keo tụ có thể ảnh hưởng đến các đặc tính keo tụ.
Vì vậy, thậm chí nếu phèn nhôm là chất keo tụ được sử dụng rộng rãi nhất, thì
nhiều trường hợp có thể có lợi hơn nếu thay nó bằng sunfat sắt ba. Sunfat sắt ba
dùng được cho nhiều loại nước mà vùng pH tối ưu rộng hơn khi dùng phèn

nhôm. Hơn nữa đối với cùng chỉ số pH cao sunfat sắt ba ít tan hơn so với phèn
nhôm. Như vậy chỉ sau khi thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm mới
có thể chọn được chất keo tụ và xác định được nồng độ tối ưu của nó cho một
loại nước xác định.
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
19


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Ảnh hưởng của việc trộn:
 Trong quá trình keo tụ và tạo bông cặn người ta tiến hành trộn các
chất hóa học theo hai giai đọan.
 Ở giai đọan thứ nhất: trộn mạnh và thời gian ngắn hạn (lâu
nhất là 120 giây). Việc trộn này có mục đích chính là khuếch tán nhanh các hóa
chất trong tòan bộ thể tích nước cần xử lý. Người ta thực hiện trộn nhanh bằng
cách phun các hóa chất vào vùng có xóay lớn họăc dùng các thiết bị trộn cơ khí.
 Ở giai đọan hai: trộn chậm với mục đích làm cho các phần tử
kết bộng cặn, phần tử gây đục, gây màu nước có điều kiện tiếp xúc với nhau tốt
hơn. Tuy nhiên việc trộn phải đủ mạnh để gây ra các vận tốc nước khác nhau
trong bể nhưng không quá mạnh. Nếu quá mạnh các lực trượt sẽ tác dụng lên các
phần tử kết bông và có nguy cơ làm nó vỡ ra, thậm chí thời gian trộn trong bể kết
bông cặn có thể chỉ 10 phút.
 Ảnh hưởng của độ đục:
 Độ đục của nước bề mặt phần lớn là do các phần tử đất sét với
đường kính từ 0,2 đến 5 µm. Vì thế các phần tử keo có kích thước lớn có thể tự
lắng một cách tự nhiên. Keo tụ các phần tử này thì khá là dễ dàng khi duy trì độ
pH trong vùng tối ưu. Mặt khác có thể nhận thấy như sau:

 Cần phải cho một nồng độ tối thiểu chất keo tụ vào để có
được một vài kết bông cặn.
 Khi độ đục tăng, cần phải tăng nồng độ chất kết tụ. Tuy nhiên
sự tăng lượng chất keo tụ không thay đổi tuyến tính với sự tăng độ đục.
 Khi độ đục rất cao thì lượng keo tụ cần thiết phải thấp vì khả
năng va chạm giữa các phần tử rất lớn. Ngược lại khi độ đục bé việc keo tụ lại
khó khăn.
 Các chất hữu cơ bám trên các phần tử đất sét không có ảnh
hưởng đến lượng chất keo tụ cần thiết.

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
20


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Khi độ đục là do các phần tử rắn có kích thước khác nhau thì
dễ thực hiện việc keo tụ hơn so với khi các phần tử có kích thước gần bằng nhau.
 Việc keo tụ các phần tử đất sét nồng độ thấp phụ thuộc chủ
yếu vào chất keo tụ và thành phần hóa học của nước.
 Việc keo tụ nước bị ô nhiễm bởi nước thải sinh họat hoặc
công nghiệp là luôn luôn khó khăn vì đòi hỏi nồng độ chất keo tụ lớn hơn so với
nước không bị ô nhiễm.
 Ảnh hưởng của độ màu:
 Các phần tử gây ra màu nước có nguồn gốc hữu cơ, ưa nước, nhỏ
bé và mang điện tích âm.
 Các cơ chế để làm mất màu nước không giống hòan tòan các
phương pháp đã dùng để khử độ đục. Lượng chất keo tụ yêu cầu phụ thuộc vào

độ màu ban đầu. Ở pH tối ưu, độ màu của nước sau xử lý sẽ giảm tỉ lệ với việc
tăng chất keo tụ sử dụng. Độ pH tối ưu để khử màu thay đổi trong khỏang 4 đến
6, độ pH tối ưu để khử độ đục thay đổi trong khỏang 6,5 và 7,5. Vì độ pH tối ưu
để khử màu thấp, nên trong một vài trường hợp đòi hỏi phải nâng nó lên trước
khi lọc để làm kết tủa các hợp chất sắt và nhôm vì hợp chất nhôm và sắt hòa tan
ở độ pH thấp.
2.2.6. Một số chất keo tụ dùng để xử lý nước cấp được sử dụng tại Việt Nam
 Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như :
 Al2(SO4)3,

Al2(SO4)3.18H2O,

NaAlO2,

Al2(OH)5Cl,

Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O
 FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O
2.2.6.1. Muối nhôm
 Trong các loại muối nhôm, Al2(SO4)3 được sử dụng rộng rãi nhất do có
tính hòa tan tốt trong nước chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trong khỏang
pH = 5.0 – 7.5 . Qúa trình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau:
Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+
ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
21


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

AlOH+ + H2O = Al(OH)+2
Al(OH)+2

+ H+

+ H2O = Al(OH)3 + H+

Al(OH)3 + H2O = Al(OH)4- + H+
 Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân
 pH > 4,5 : không xảy ra quá trình thủy phân
 pH =5,5 -7,5 đạt tốt nhất
 pH > 7,5 : hiệu quả keo tụ không tốt
 Nhiệt độ của nước thích hợp vào khỏang 20-40 OC , tốt nhất 35-40 OC
 Ngòai ra các yếu tố ảnh hưởng khác như: thành phần ion, chất hữu cơ,
liều lượng,…
 Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình
phản ứng sau:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6CO2
 Tong phần lớn trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và
Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1). Phản ứng xảy ra như sau:
6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12 H2O = 8Al(OH)3 + 2Na2SO4
 Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khỏang pH tối ưu của
môi trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông.
2.2.6.2. Muối sắt
 Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với
các muối nhôm do:
 Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp
 Có khỏang pH tối ưu của môi trường rộng hơn
 Độ bền lớn

 Có thể khử mùi H2S

ooooooooooooooooo
TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
22


Xây dựng mô hình cột lắng để phục vụ cho thí nghiệm thiết kế bể lắng đợt một
ooooooooooooooooo

 Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan
có màu do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Qúa trình keo tụ sử
dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau:
FeCl3 + 3H2O  Fe(OH)3 + HCl
Fe2(SO4)3 + 6H2O  Fe(OH)3 + 3H2SO4
 Trong điều kiện kiềm hóa:
2FeCl3 + 3Ca(OH)2  Fe(OH)3 + 3CaCl2
FeSO4 + 3Ca(OH)2  2Fe(OH)3 + 3CaSO4
 Phèn sắt (II) : khi cho phèn sắt (II) vào nước thì sắt (II) sẽ bị thủy phân
thành Fe(OH)2
Fe2+ + 2H2O == Fe(OH)2 + 2H+
 Trong nước có oxy tạo thành Fe(OH)3
 Ph thích hợp là 8-9  có kết hợp với vôi thì keo tụ tốt hơn
 Phèn FeSO4 kỹ thuật chứa 47-53% FeSO4
 Phèn sắt (III) :
Fe3+ + 3H2O == Fe(OH)3 + 3H+
 Phản ứng xảy ra khi PH > 3,5
 Hình thành lắng nhanh khi PH = 5,5-6,5

ooooooooooooooooo

TP.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2009
23