Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp

HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ....................... 1
1

2

3

4

MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA.......................................................................................... 1
1.1.

Hóa học môi trường: ....................................................................................... 1

1.2.

Ô nhiễm môi trường:....................................................................................... 1

1.3.

Chất ô nhiễm: .................................................................................................. 1

1.4.

Quá trình vận chuyển của các chất ô nhiễm ................................................ 1

1.5.

Hình thái hóa học: ........................................................................................... 2

CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT..................................... 2
2.1.

Khí quyển ......................................................................................................... 2

2.2.

Thủy quyển ....................................................................................................... 2

2.3.

Đòa quyển .......................................................................................................... 2

2.4.

Sinh quyển ........................................................................................................ 2

MỘT SỐ ĐƠN VỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG
3
3.1.

Nồng độ của dung dòch .................................................................................... 3

3.2.

Nồng độ các chất trong môi trường không khí ............................................ 3

3.3.

Nồng độ các chất trong môi trường nước ..................................................... 4

3.4.

Các khái niệm khác thường gặp trong kỹ thuật môi trường...................... 4

CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ....................................................... 4

5
CHUYỂN ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG TRONG HỆ THỐNG MÔI
TRƯỜNG.......................................................................................................................... 5
5.1.
Sự cân bằng vật chất ....................................................................................... 5
5.1.1.
Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh.........................................................5
5.1.2.
Hệ thống ổn đònh chất ô nhiễm không bảo toàn ......................................6
5.1.3.
Phương trình đáp ứng từng bước ..............................................................8
CHƯƠNG II: HỆ PHÂN TÁN.............................................................................. 12
6

CÁC HỆ PHÂN TÁN............................................................................................ 12

7

DUNG DỊCH.......................................................................................................... 13

8

ĐỘ HÒA TAN CỦA CHẤT KHÍ TRONG CHẤT LỎNG................................. 13
8.2.

Độ hòa tan của chất rắn trong chất lỏng.................................................... 19

8.3.
Sự điện ly của nước – chỉ số hydro pH ........................................................ 20
8.3.1.
Sự điện ly của nước – chỉ số hydro pH ..................................................20
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

1


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

8.3.2.
9



Các cách xác đònh pH ............................................................................21

DUNG DỊCH KEO ................................................................................................ 21
9.1.
Các tính chất của dung dòch keo .................................................................. 21
9.1.1.

Tính chất quang học – Hiệu ứng Tyndall ..............................................21
9.1.2.
Tính chất hấp phụ ..................................................................................21
9.1.3.
Tính chất động học của hệ keo ..............................................................22
9.1.4.
Tính chất điện học .................................................................................22
9.2.
Các yếu tố ảnh hưởng đến ξ ...................................................................... 25
9.2.1.
Chất điện ly............................................................................................25
9.2.2.
Ảnh hưởng của pH .................................................................................26
9.2.3.
Ảnh hưởng của nhiệt độ.........................................................................26
9.2.4.
Ảnh hưởng của nồng độ chất keo ..........................................................27
9.3.

Cấu tạo mixen keo......................................................................................... 27

9.4.
Các phương pháp điều chế dung dòch keo................................................... 27
9.4.1.
Phương pháp phân tán ............................................................................27
9.4.2.
Phương pháp ngưng tụ ............................................................................28
9.4.3.
Phương pháp pepti hóa ...........................................................................30
10

HỆ VI DỊ THỂ................................................................................................... 30
10.1.1. Nhũ tương...............................................................................................32
10.1.2. Bọt ..........................................................................................................33
10.1.3. 3.3. THÀNH PHẦN KHÔNG KHÍ SẠCH - KHÔ .................................37
10.1.4. b. Đặc tính của một số nhiên liệu ..........................................................66
10.1.5. (kg/tấn nhiên liệu) .................................................................................68

10.2.
11
11.1.

Khí thải công nghiệp – Tiêu chuẩn thải theo thải lượng .......................... 77
NHIỆT ĐỘ ......................................................................................................... 84
4.3.4. Hóa học nước biển ............................................................................... 97

12

BẢNG 4.5. ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ ION HOÀ TAN TRONG NƯỚC ............ 99

13

TÊN ION............................................................................................................. 99

14

CHẤT RẮN DẠNG KEO ............................................................................... 100

14.1. 4.4.5. Thành phần sinh học của nước tự nhiên ......................................... 101
14.1.1. Sơ đồ phân hũy chất hữu cơ các loại vi khuẩn dò dưỡng như sau ........ 101

14.2. ........................................................................................................................... 104
14.3. 4.5. CHẤT LƯNG NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC ............. 104
14.3.1. Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt ........................................... 107
14.4. 5.2 . CÁC TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC VÀ TÁC HẠI111
14.4.1. 4. Một số chất hữu cơ có độc tính cao trong môi trường nước .............. 112
14.4.2. 5.2.2. Các tác nhân vô cơ..................................................................... 116
14.4.3. 1. Các kim loại nặng ........................................................................... 116
14.4.4. 2. Các chất rắn lơ lửng ......................................................................... 116
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

2


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

14.4.5.
14.4.6.
14.4.7.
14.4.8.



5.2.3. Màu ............................................................................................ 119
5.2.4. Mùi ............................................................................................. 119
5.2.5. Các vi trùng trong nước .............................................................. 120
5.12.6. Phương pháp thu mẫu, phân tích chất lượng nước (có tài liệu riêng)
120

Bảng 5.13.

Phân loại hoá chất qua độc tính theo WHO....................................................... 121

14.4.9. Bảng 5.14. Một số hoá chất BVTV có độc tính đối với động vật sống trong
nước ở ĐBSCL. ................................................................................................... 122
14.5.

1. Các chỉ tiêu vi sinh................................................................................... 127

1. Quá trình nitrat hoá............................................................................................ 128
2. Quá trình khử nitrat ........................................................................................... 129
1. Nhu cầu oxy cho quá trình sinh hóa ................................................................... 129
2. Nhu cầu oxy cho quá trình hóa học ................................................................... 129

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

3


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1

MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA

1.1.

Hóa học môi trường:

Đònh Nghóa: Hóa học môi trường đã được người ta chú ý nghiên cứu từ những năm 1960 khi
có những vấn đề ô nhiễm môi trường xảy ra trên thế giới. Kể từ đó tới nay môn khoa học
này đã không ngừng phát triển và trở thành một môn khoa học rất cần thiết cho những
người làm công tác nghiên cứu trong lónh vực môi trường. Vậy thì hóa học môi trường là gì
? vai trò nhiệm vụ của hóa học môi trường ?
Hóa học môi trường là một môn khoa học tổng hợp, nghiên cứu về các quá trình biến đổi
của các chất trong môi trường nghóa là nó tập trung nghiên cứu về nguồn gốc, bản chất các
phản ứng, các tác động, quá trình vận chuyển cũng như tương tác của các chất trong môi
trường: đất, nước, không khí.
Hóa học môi trường cung cấp cho các sinh viên những kiến thức cơ bản trong quá trình
nghiên cứu, giúp hiểu rõ bản chất các hiện tượng hóa học xảy ra trong môi trường nói
chung từ đó có thể đưa ra các biện pháp tích cực ngăn ngừa ô nhiễm, bảo vệ môi trường.
Hóa học môi trường mô tả các quá trình hóa học cơ bản có sự liên hệ chặt chẽ với các lónh
vực khác như hóa sinh, đòa hóa, hóa phân tích, hóa vô cơ, hữu cơ, độc chất học...
Nhiệm vụ của hóa học môi trường là nghiên cứu, mô tả và mô hình hóa những phản ứng
hóa học trong môi trường cũng như nghiên cứu động học, nhiệt động học và các cơ chế
phản ứng.
- Hoá nước (aquatic chemistry): nghiên cứu các hiện tượng hóa học trong môi trường
nước (nước sông, suối, ao, hồ, biển, nước ngầm, nước trong không khí, đất, đá…).
- Hóa không khí (atmospheric chemistry): nghiên cứu các hiện tượng hóa học trong môi
trường không khí (thành phần cầu trúc khí quyển, phản ứng quang hóa, quá trình biến
đổi chất trong khí quyển).
- Đòa quyển và hóa đất (geosphere and geochemistry): nghiên cứu tính chất của đất cũng
như quá trình chuyển hóa các chất trong đất.
Để học tốt môn hóa học môi trường các sinh viên phải được trang bò các kiến thức cơ bản
về hóa học đại cương, cơ sở hóa học vô cơ, hữu cơ, hóa lý, hóa sinh cơ bản…
1.2.

Ô nhiễm môi trường:

bất kỳ một tác động nào là thay đổi các thành phần môi trường làm mất cân bằng sinh thái,
gây ảnh hưởng xâu tới môi trường có ảnh hưởng tới người, vật, động vật, vật liệu …
Theo đònh nghóa của Tổ Chức Y Tế Thế Giới (WHO): sự ô nhiễm hay sự nhiễm bẩn là việc
chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây tác hại
đến sưc khoẻ con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi
trường.
1.3.

Chất ô nhiễm:

Đònh Nghóa: là những chất tồn tại sẵn trong tự nhiên hoặc nhân tạo làm thay đổi thành
phần môi trường tự nhiên ở nồng độ cao có tác hại tới sức khỏe con người cũng như sinh
vật nói chung. Gồm các chất ô nhiễm do tự nhiên và nhân tạo.
1.4.

Quá trình vận chuyển của các chất ô nhiễm

Nguồn phát sinh ----> phát thải ----> môi trường vận chuyển (đất, nước, không khí) ---->
nguồn tiếp nhận ( người, vật, động vật, cây cối).
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

1


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

1.5.

Hình thái hóa học:

Đònh Nghóa: là các dạng khác nhau của các chất hóa học có trong môi trường. Ví dụ: crom
có các dạng hợp chất khác nhau như crom (3) hoặc crom(6) từ đó có động tính khác nhau.

2

CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT

2.1.

Khí quyển

Là lớp khí bao phủ xung quanh bề mặt trái đất, có khối lượng 5,2x1018kg , tới 99% khí
quyển nằm dưới 30km so với bề mặt trái đất.
Khí quyển có vai trò:
- Cung cấp O2 và CO2 cần thiết duy trì sự sống trên trái đất, ngăn chặn các tia tử ngoại gần
(λ = 300 nm), cho các tia trong vùng khả kiến –tia trông thấy (λ = 400-800 nm), tia hồng
ngoại gần (λ = 2500 nm), và sóng radio (λ = 0,1 - 40 μm) đi vào trái đất.
- Giữ cân bằng nhiệt lượng của trái đất (thông qua quá trình hấp thụ tia tử ngoại phát xạ từ
mặt trời và phản xạ tia nhiệt từ trái đất).
- Là môi trường để vận chuyển nước từ đại dương vào đất liền, tham gia vào quá trình tuần
hoàn nước.
Không khí được cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, trong đó thành phần chính là khí N2 chiếm
khoảng 78% thể tích, khí O2 chiếm khoảng 21% thể tích, tiếp theo là Argon, khí cacbonic,
ngoài ra còn một số khí khác ở dạng vết. Trong không khí cũng luôn tồn tại một lượng hơi
nước không cố đònh.
Nồng độ các khí trong khí quyển thay đổi liên tục theo thời gian, không gian, vò trí đòa lý (
điều kiện phát thải, phát tán, quá trình sa lắng, biến đổi hóa học...).

2.2.

Thủy quyển

Thủy quyển bao gồm các dạng nguồn nước trên trái đất như: biển , hồ, sông , suối, nước
đóng băng ở hai cực trái đất, nước ngầm. Khối lượng của thủy quyển ước tính vào khoảng
1,38x1021kg. Trong đó nước mặn chiếm tới 97%, 2% là nước băng đá, 1% nước ngọt phục
vụ sinh hoạt cho con người. Nhu cầu sử dụng nước trên thế giới là 3.900 triệu km3.
Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình, diễn ra trong tự nhiên và trong cuộc
sống của con người. Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu và nguồn
năng lượng, làm dung môi, làm chất tải nhiệt và dùng để vận chuyển nguyên vật liệu...
Nước tự nhiên là nước mà chất lượng và số lượng của nó được hình thành dưới ảnh hưởng
của các quá trình tự nhiên không có sự tác động của con người.
2.3.

Đòa quyển

Đòa quyển là lớp vỏ rắn ngoài của trái đất có bề sâu từ 0 – 100km. Thành phần đòa quyển
gồm đất và các khoáng chất xuất hiện trong lớp phong hoá của trái đất hay nói cách khác
đòa quyển là tổ hợp phức tạp của các chất khoáng, chất hữu cơ, không khí và nước trong đó
đất là thành phần quan trọng nhất.
Việc con người khai thác các tài nguyên trong lòng đất (than, dầu, mỏ kim loại, đất, đá…)
và thải bỏ nhiều chất thải (rắn, lỏng) đã làm ô nhiễm đất.
2.4.

Sinh quyển

Sinh quyển gồm tất cả những thành phần của ba môi trường kể trên có tồn tại sự sống và
có liên quan tác động tương hỗ giữa các thành phần môi trường khí quyển, thuỷ quyển, đòa
quyển.

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

2


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Khác với khí quyển, thuỷ quyển, đòa quyển, sinh quyển không có giới hạn rõ rệt vì nó nằm
trong cả ba thành phần môi trường kể trên và không hoàn toàn liên tục vì sự sống chỉ tồn
tại trong điều kiện nhất đònh.

3
MỘT SỐ ĐƠN VỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG MÔI
TRƯỜNG
3.1.

Nồng độ của dung dòch

Nồng độ của dung dòch thường được biểu diễn bằng các cách sau đây:
- Nồng độ phần trăm khối lượng (%) là tỷ lệ khối lượng chất tan so với 100 phần khối
lượng dung dòch.
- Nồng độ phân tử gam hoặc nồng độ mol là số mol chất tan trong 1 lít dung dòch.
- Nồng độ đương lượng gam (N) là số đương lượng chất tan trong 1 lít dung dòch.
NA.VA = NB.VB
(1.1)
NA
VB
Hoặc

=
(1.2)
NB
VA
Đương lượng gam của một nguyên tố phụ thuộc vào trạng thái hóa trò của nguyên tố. Ví dụ
đương lượng của cacbon trong CO và CO2 là 6 và 3 vì cacbon có hóa trò 2 và 4.
Tương tự , một hợp chất hóa hóa học có thể có nhiều đương lượng khác nhau tùy thuộc vào
cách phản ứng của nó. Vì vậy xét đương lượng của hợp chất cần phải xét trong phản ứng cụ
thể. Ví dụ:
H3PO4 + NaOH ------ > H2NaPO4 + H2O
H3PO4 + NaOH ------ > HNa2PO4 + H2O
H3PO4 + NaOH ------ > Na3PO4 + H2O
Như vậy axít phosphoric có đương lượng là M/1; M/2; M/3 (do số nguyên tử gam hydro bò
trao đổi trong phản ứng trên).
Vậy đương lượng gam: Đ = M/n trong đó: n là số ion hóa trò một mà phân tử hợp chất đó
đã trao đổi. M là khối lượng phân tử của hợp chất.
Đối với các phản ứng oxi hóa khử thì n là số electron trao đổi của mỗi phân tử chất ôxi hóa
hay chất khử.
+ Cách tính đương lượng của axít – bazơ: Đ = M/n trong đó M là khối lượng phân tử của
axít hoặc bazơ; n là số ion H+ hoặc OH- bò thay thế trong phân tử axit hoặc bazơ.
+ Cách tính đương lượng của muối: Đ = M/nz trong đó n là số ion đã thay thế và z là điện
tích ion đã thay thế.
Ví dụ trong phản ứng:
Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2 Al(OH)3 + 3Na2SO4
242
Đương lượng của nhôm sunfat là: Đ =
= 57
2 x3
+ Cách tính đương lượng của chất ô xi hóa khử: Đ = M/n
- Nồng độ molan: số mol chất tan trong 1000 gam dung môi.

- Nồng độ mol phần hay nồng độ phân tử phần Ni của cấu tử i là tỉ số mol ni của cấu tử đó
trên số mol ∑ ni của dung dòch.
Ta có
∑ Ni = 1.
(1.3)
3.2.

Nồng độ các chất trong môi trường không khí

- Nồng độ của chất ô nhiễm không khí được biểu thò bằng các đơn vò:
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

3


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
3


3

3

μg/m ; mg/l; mg/m , g/m ; ppm(phần triệu thể tích); ppb
- Quan hệ giữa ppm và mg/m3
Ở 25 0 C và 1 atm (1,0133 bars)
mg/m3 = ppm x (M /24.45)
Ở 0 0 C và 1 atm (1,0133 bars)
mg/m3 = ppm x (M /22.4)
M là trọng lượng phân tử của chất khí.

Hiệu chỉnh nồng độ các chất trong khí thải
- Nồng độ chuẩn theo ôxy
Pn = Pm x (21 – n)/(21 – y)
trong đó : Pn = nồng độ đã hiệu chuẩn theo n% O2 (n = 3,7,9,11)
Pm = nồng độ đo được
y = nồng độ O2 đo được trong khí thải
- Nồng độ chuẩn theo 12% CO2
p12 = pm x 12/[CO2]m
P12 = nồng độ chất ô nhiễm ở 12% CO2
Pm = nồng độ đo được trong điều kiện lấy mẫu
[CO2]m = CO2 đo được khi thu mẫu.
3.3.

Nồng độ các chất trong môi trường nước
mg/l, ppm

3.4.

Các khái niệm khác thường gặp trong kỹ thuật môi trường

- Lưu lượng: nước thải, khí thải
- Tải lượng các chất ô nhiễm
- Hệ số phát thải (hệ số ô nhiễm)

4

CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ

- Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có dạng như sau:
+ PT Clapayrôn-Mendeleep:

PV = nRT
hay PV = (m/M)RT
(1.4)
Trong đó: P là áp suất của chất khí có thể tích V, khối lượng m, ở nhiệt độ tuyệt đối T, n là
số mol khí, R là hằng số khí. Phương trình trên được rút ra từ các đònh luật của Bôi-Mariôt Gay-Luytxắc.
+ Đònh luật Bôi-Mariôt: ở nhiệt độ không đổi thể tích của một chất khí tỉ lệ nghòch với áp
suất, nghóa là:
P0V0 = PV
(1.5)
+ Phương trình Gay-Luytxắc: thể tích của một khối khí đã cho ở áp suất không đổi tỉ lệ
thuận với nhiệt độ tuyệt đối, nghóa là:
V = [(V0/T0)].T
(1.6)
+ Phương trình Bôi-Mariôt - Gay-Luytxắc:
PV = [(P0V0)/T0].T
(1.7)
0
P0, V0 là áp suất và thể tích của khí ở nhiệt độ 273 K (T0) , còn P,V là áp suất và thể tích
của khí ở nhiệt độ T.

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

4


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Đối với một lượng khí xác đònh thì P0, V0 ở T0 là những đại lượng không đổi do đó

(P0V0)/T0 là một hằng số.
Nếu lượng khí đó là một mol và ký hiệu hằng số đó là R thì biểu thức trên có thể viết
thành:
PV = RT
(1.8)
Còn với n mol khí thì phương trình trạng thái có dạng PV = nRT
(1.9)
- Đối với khí thực: do Van dec Van tìm ra 1879
[ p + a/V2) ( V – b) = n RT
(1.10)
Trong đó a, b là hằng số đối với mỗi khí nhất đònh.

5
CHUYỂN ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG TRONG HỆ THỐNG MÔI
TRƯỜNG
5.1.

Sự cân bằng vật chất

Theo đònh luật Bảo toàn vật chất, ta có thể thiết lập được phương trình cân bằng vật chất
như sau:
Lượng chất đi vào = Lượng chất đi ra + Lượng chất tích tụ +
+ Lượng chất bò biến đổi.
(1.11 )

Vào

ra
Tích tụ ↑
Suy giảm ↓

Hình 1.1. Sơ đồ cân bằng chất

5.1.1. Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh
Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh có công thức đơn giản như sau:
Lượng chất đi vào = Lượng chất đi ra
(1.12)
Ví dụ một cái hồ nước có các suối nước chảy vào hồ với lưu lượng chảy Qs và nồng độ chất
ô nhiễm là Cs. Nhánh nước thứ hai chảy vào hồ là kênh dẫn nước thải với lưu lượng Qw và
nồng độ chất ô nhiễm là Cw. Dòng nước chảy ra khỏi hồ là dòng nước hỗn hợp với lưu
lượng được bảo toàn và nếu chúng ta thừa nhận điều kiện bảo toàn ổn đònh (h.1.2) thì từ
phương trình cân bằng vật chất (1.12) có dạng sau đây:
CsQs + CwQw
=
CmQm
(1.13)
Hệ số suy giảm = 0 ,
Hệ số tích tụ = 0

Suối

Qw

Qs
Cs

Cw

Nguồn thải
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

Qm
Cm

Q = Lưu lượng
C = nguồn thải
5


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Hình 1.2. hệ thống bảo toàn ổn đònh

5.1.2. Hệ thống ổn đònh chất ô nhiễm không bảo toàn
Thực tế trong môi trường thường xảy ra các phản ứng hóa học, sinh học... trong điều kiện
ổn đònh thì lượng chất ô nhiễm bò hấp thụ, tích tụ trong khu vực nghiên cứu bằng 0, nhưng
nếu chất ô nhiễm không được bảo toàn thì phương trình (1.11) có dạng:
Lượng đi vào = Lượng đi ra + Lượng tiêu hủy
(1.14)
Phần tiêu hủy của chất ô nhiễm không bảo toàn được tính đến với các phản ứng tiêu hủy
đầu tiên, tức là cho rằng phần chất ô nhiễm mất đi sẽ tỷ lệ với lượng chất ô nhiễm, tức là:
dC
____ = - KC
(15)
dt
trong đó
K – hệ số tiêu hủy với thứ nguyên là 1/đơn vò thời gian, dấu (-) biểu thò
chất ô nhiễm mất đi trong đơn vò thời gian;

C – nồng độ chất ô nhiễm;
t – thời gian.
Để giải được phương trình vi phân (15), chúng ta biến đổi đôi chút và lấy tích phân ta được:
C
∞
dC
=
∫ C t∫ (− K )dt
C0
0
C
Ln(C) – Ln(C0) = Ln _____ = - Kt
C0
Do đó nồng độ chất ô nhiễm trong khu vực nghiên cứu sẽ biến thiên theo thời gian, theo
công thức
C = C0.e-Kt
(16)
trong đó C0 – nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm ban đầu (t = 0).
Công thức (15) thể hiện hệ số suy giảm nồng độ chất ô nhiễm. Nếu chúng ta thừa nhận
rằng chất ô nhiễm phân bố đồng đều trong thể tích của khu vực nghiên cứu, thì tổng chất ô
nhiễm sẽ là C.V. Tổng lượng suy giảm của chất ô nhiễm không bảo toàn sẽ là:
Lượng bò tiêu hủy = K.C.V
(17)
Thay công thức (17) vào công thức (14) ta được công thức cuối cùng rất đơn giản về cân
bằng vật chất đối với trường hợp chất ô nhiễm không bảo toàn trong hệ thống ổn đònh là:
Lượng ô nhiễm vào = Lượng ô nhiễm ra + K.C.V.
(18a)
Trong công thức (18a) đã thừa nhận rằng nồng độ chất ô nhiễm phân bố đều trong thể tích
V.
Ví dụ 2. Một hồ nước bò ô nhiễm cho biết thể tích nước của hồ là 10,0.106 m3. Có một

dòng suối chảy vào hồ với lưu lượng là 5 m3/s và nồng độ chất ô nhiễm (COD) của suối là
10 mg/l (h.1.4) và một miệng xả nước thải vào hồ với lưu lượng 0,5 m3/s, mang theo cùng
một chất ô nhiễm như chất ô nhiễm trong dòng suối. Nồng độ COD của nước thải là 100
mg/l và hệ số phản ứng tiêu hủy của hồ là 0,2 /ngày. Thừa nhận rằng chất ô nhiễm được
hòa trộn đều trong cả thể tích hồ, không xét đến hiện tượng nước bốc hơi, cũng như nước
thấm qua thành hồ (thấm vào hoặc thấm ra). Xác đònh nồng độ chất ô nhiễm trong hệ
thống hồ ổn đònh.
Giải: Từ hình 1.4 ta có:
Lưu lượng chất vào = Qs . Cs + Qw . Cw
= (5 m3/s . 10 mg/l + 0,5 m3/s . 100 mg/l) . 103 l/m3
Hay

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

6


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



= 1,0.105 mg/s.
Lưu lượng chất ra
= Qm . Cm = (Qs + Qw) . C
= (5 + 0,5) m3/s . C mg/l . 103 l/m3
= 5,5 . 103 C mg/s
Lượng bò tiêu hủy
= KCV = 0,2/ng . C mg/l . 10.106 m3. 10 l/m3
= 23,1.103 C mg/s.
Thải vào Qw = 0,5 m3/s

Cw = 100,0 mg/l

Dòng suối vào

Hồ

Qs = 5 m3/s
Cs = 10,0 mg/l

V = 10,0.106 m3
K = 0,2/ngày
C=?

Chảy ra

Qm = ?
Cm = ?

Hình 1.4. Sơ đồ hồ với chất ô nhiễm không bảo toàn
Thay các trò số ở trên vào công thức (1.8a) ta có:
1,0.105 = 5,5.103 C + 103 C = 28,6.103 C.
Vậy nồng độ chất ô nhiễm trong hồ sẽ là:
1,0.105
C = ________________ = 3,5 mg/l
28,6.103
Mô hình tính toán ở trên là mô hình lý tưởng đối với hỗn hợp các chất ô nhiễm không được
bảo toàn trong hệ thống ổn đònh, nó thường được ứng dụng để giải quyết các bài toán tổng
quát như ở ví dụ về ô nhiễm môi trường nước mặt ở trên.
Ví dụ 3. Trong một cửa hàng giải khát (h.1.5), có thể tích phòng là 500 m3. Trong phòng có
50 người hút thuốc, mỗi người hút 2 điếu trong 1 giờ. Tính trung bình cho mọi loại thuốc,

mỗi điếu thuốc hút nhả ra 1,4 mg khí formaldehyde (HCHO). Một phần khí formaldehyde
sẽ chuyển đổi thành cacbon dioxit với hệ số phản ứng tiêu hủy là K = 0,4/h. Lưu lượng
không khí sạch từ ngoài đi vào phòng là 1000 m3/h, lưu lượng không khí thoát khỏi phòng
cũng là 1000 m3/h. Hãy xác đònh nồng độ khí formaldehyde ổn đònh trong không khí trong
phòng, giả thiết rằng khí formaldehyde phân bố đồng đều trong phòng. Kiểm tra nồng độ
có gây ra hiện tượng cay mắt không. Giới hạn nồng độ gây cay mắt khi nhiệt độ t = 25 0C
và áp suất khí quyển 1 atm là 0,05 ppm.

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

7


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Không khí vào
1000,0 m3/h



Nồng độ trong phòng: C
V = 500,0 m3
140 mg/h

Không khí ra
1000,0 m3/h

K = 0,4h
Hình 1.5. Phòng hút thuốc trong cửa hàng

Giải:
Lượng thải khí formaldehyde ở trong phòng là:
50 người hút . 2 điếu/h . 1,4 mg/điếu = 140 mg/h
Giả thiết nồng độ khí formaldehyde trong không khí thoát ra khỏi phòng tương tự như nồng
độ khí formaldehyde ở không khí trong phòng, do đó lượng khí formaldehyde đi ra khỏi
phòng là:
Lượng chất ô nhiễm đi ra = 1000 m3/h . C (mg/m3) = 1000 C mg/h
Lượng chất ô nhiễm bò tiêu hủy (mất đi) là:
KCV = (0,4/h) . (C mg/m3) . 500 m3 = 200 C mg/h.
Từ công thức (14) ta có:
Lượng đi vào = Lượng đi ra + Lượng bò tiêu hủy
140 = 1000 C + 200 C = 1200 C
140
C=
_________
= 0,117 mg/m3.
1200
Chuyển từ đơn vò mg/m3 sang ppm với trọng lượng phân tử của khí formaldehyde là 30, ta
có:
C (mg/m3) . 24,45
0,117 . 24,45
C (ppm) = ___________________________ = __________________ = 0,095 ppm
Trọng lượng phân tử
30
Vậy nồng độ khí formaldehyde ở trong phòng đã vượt trò số giới hạn gây cay mắt.

5.1.3. Phương trình đáp ứng từng bước
Chúng ta có thể mở rộng sự tính toán nồng độ các chất ô nhiễm ở trạng thái ổn đònh trong
hệ thống môi trường khi chất ô nhiễm được bảo toàn hay không bảo toàn đối với trường
hợp không ổn đònh.

Dưới đây chúng ta sẽ phân tích diễn biến môi trường trong điều kiện không ổn đònh. Yêu
cầu của thực tế rất phổ biến là cần xác đònh nồng độ chất ô nhiễm trong hệ thống môi
trường biến đổi theo thời gian.
Phương pháp để giải bài toán này gọi là phương trình đáp ứng từng bước của hệ thống.
Ở hình 1.6 minh họa mô hình hệ thống môi trường biến đổi là một hình hộp có thể tích V
đã được xác đònh,lưu lượng đi vào cũng như đi ra khỏi hộp đó là Q. Ta cũng giả thiết nồng
độ chất ô nhiễm được phân bố đồng đều trong khối hình hộp ở thời gian bất kỳ t, tức là
nồng độ chất ô nhiễm trong luồng khí ra bằng nồng độ chất ô nhiễm ở trong phòng C. Tổng
lượng chất ô nhiễm trong hình hộp sẽ là CV và hệ số tăng chất ô nhiễm trong hình hộp sẽ
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

8


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



là V.dC/dt. Tổng lượng ô nhiễm tăng thêm (nguồn bổ sung) trong hộp là S (đơn vò trọng
lượng trên đơn vò thời gian). Nếu chất ô nhiễm ở trạng thái không được bảo toàn với hệ số
tiêu hủy là K, ta có mô hình tính toán như sau:
Lượng tồn lưu = Lượng đi vào – Lượng đi ra – Lượng bò tiêu hủy,
tức là:
dC
V
_________ = S – QC – KCV,
(18b)
dt
trong đó
V – thể tích hình hộp;

C – nồng độ chất ô nhiễm trong hộp (g/m3);
S – tổng lượng chất ô nhiễm thải ra trong hộp (g/h);
Q – lưu lượng khí đi vào hộp (m3/h);
K – hệ số tiêu hủy (1/h)
Để dễ dàng giải phương trình (18b) trước tiên ta xác đònh nồng độ chất ô nhiễm tới hạn ổn
đònh, tức là nồng độ C ở thời gian vô cực, khi mà dC/dt = 0, tức là:
S
(19)
C∞ = ____________
Q + KV
Thay (19) vào (18b) ta có:
dC
Q + KV
S
______ = – _____________ (C – ______________ )
dt
V
Q + KV

(20)

Ra
Vào

Hộp
Thể tích V

Lưu lượng Q
Lượng ô nhiễm vào S
Hệ số phản ứng của chất ô nhiễm K

Lưu lượng Q
Nồng độ ô nhiễm trong hộp
và đi ra C

Hình 1.6. Mô hình hộp để phân tích

Nếu ta đặt

S
y = C – ___________
Q + KV

dy
dC
và có ________ = _________
dt
dt
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

(21)

(22)
9


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Do đó phương trình (20) sẽ là:
dy
Q
________ = – (K + _______) . y
(23)
dt
V
Phương trình vi phân (23) tương tự như phương trình vi phân (15) và lời giải của nó sẽ là:
y = y0 . e-(K + Q/V)t
(24)
trong đó y0 – giá trò ứng với t = 0.
Nếu đặt C0 là giá trò nồng độ chất ô nhiễm trong hộp ở thời điểm t = 0 thì từ phương trình
(21) ta có:
S
y0 = C0 – _____________
(25)
Q + KV
Giải hệ ba phương trình (21), (24), (25) ta có:
S
S
C(t) – _____________ = (C0 – _____________ ) e-(K+Q/V)t
Q + KV
Q + KV
hay là
S
S
C(t) = _____________ + (C0 – _____________ ) e-(K+Q/V)t
(26)
Q + KV
Q + KV

Công thức (26) có thể viết đơn giản hơn bằng cách thay trò số C(t) ở công thức (19) vào
đây:
C(t) = C(α) + [C0 – C(α)].e-(K+Q/V)t
(27)
Với các trò số giới hạn C0, C(α) ứng với thời gian t = 0 và t = ∝ ta có thể biểu diễn công
thức (27) bằng biểu đồ ở hình 1.7.

Nồng độ C

C∞

C0

C∞ =

S
Q + KV

C(t) = C∞ + (C0 - C∞).e(K+Q/V)/t

Thời gian, t
Hình 1.7. Phương trình đáp ứng từng bước đối với mô hình hộp hỗn hợp khí
Ví dụ 4. Tính với một phòng hút thuốc của cửa hàng giải khát. Cho một phòng hút thuốc
như ví dụ 3, thể tích phòng là V = 500 m3, lưu lượng không khí vào phòng là 1000 m3/h.
Không khí thổi vào phòng là không khí sạch và được bắt đầu thổi vào phòng từ 5 giờ chiều.
Hệ số tiêu hủy (suy giảm) của khí formaldehyde là K = 0,4/h. Khói thuốc lá bắt đầu thải ra
cũng từ 5 giờ chiều và ổn đònh với trò số là 140 mg/h. Xác đònh nồng độ
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

10

HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



khói thuốc lá lúc 6 giờ chiều là bao nhiêu ?
Giải: Trong trường hợp này Q = 1000 m3/h, V = 500 m3, S = 140 mg/h và K = 0,4/h. Nồng
độ khói thuốc lá ở thời điểm ổn đònh C(α) được xác đònh theo công thức (19):
140 mg/h
C(α) = __________________________________ = 0,117 mg/m3
100 m3/h + 0,4/h . 500 m3
Xác đònh nồng độ khói ở thời điểm bất kỳ sau 5 giờ chiều theo công thức (27) với
C0
= 0:
C(t) = [C0 – C(α)}.e-(K+Q/V)t + C(α)
= 0,117 + (0 – 0,117) . e-(0,4 + 1000/500)t
= 0,117 (1 – e -2,4t).
Lúc 6 giờ chiều, tức là 6 - 5 = 1 giờ, nồng độ khói trong phòng sẽ là:
C(1h) = 0,117 . (1 – e-2,4.1) = 0,106 mg/m3
Dưới đây, tương tự, trình bày ứng dụng công thức (27) để phân tích diễn biến nồng độ chất
ô nhiễm trong hồ.
Ví dụ 5. Cho một hồ chứa thể tích nước là 10.106 m3, như là ở ví dụ 2. Kết quả tính toán ở
ví dụ 2 đã cho trò số nồng độ chất ô nhiễm ổn đònh trong hồ là 3,5 mg/l. Chất ô nhiễm
không được bảo toàn và biến đổi suy giảm với hệ số K = 0,2/ngày. Giả thiết rằng điều kiện
của hồ cho ở ví dụ 2 là không thể chấp nhận được và giải quyết vấn đề này bằng cách thay
đổi ống thoát nước, cho ống thoát nước chạy vòng quanh hồ để giảm nhỏ nguồn ô nhiễm
thải vào hồ. Dòng nước đi vào hồ với lưu lượng là Qs = 5 m3/s và với nồng độ chất ô nhiễm
là Cs = 10 mg/l. Giả thiết rằng chất ô nhiễm hòa trộn đều trong hồ. Xác đònh nồng độ chất
ô nhiễm sau 1 tuần, tính từ lúc nguồn ô nhiễm bằt đầu xả vào hồ và tính toán trò số nồng độ

chất ô nhiễm ổn đònh cuối cùng.
Giải: Từ đầu đề cho ta có: C0 = 3,5 mg/l; V = 10.106 m3; K = 0,2/ngày;
Qs = 5 m3/s . 3600s . 24 h/ngày = 43,2.104 m3/ngày.
Tổng lượng chất ô nhiễm chảy vào hồ là:
S = Qs . Cs = 43,2104 m3/ngày . 10 mg/l . 103 l/m3 = 43,2.108 mg/ngày.
Nồng độ chất ô nhiễm ở trạng thái ổn đònh cuối cùng được xác đònh theo công thức (19) là:
43,2.108 mg/ngày
C∞ = ___________________________________________________ = 1,8 mg/l
43,2.104 m3/ngày + 0,2/ngày.10.106 m3
Vận dụng công thức (27) chúng ta có thể xác đònh được nồng độ chất ô nhiễm sau 1 tuần
tính từ lúc nguồn thải chảy vào hồ:
43,2.104 m3/ngày
C(7 ngày) = 1,8 + [3,5 – 1,8]. exp [– (0,02/ngày + ________________________). 7 ngày]
10.106 m3
C(7ngày) = 2,1 mg/l

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

11


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



CHƯƠNG II: HỆ PHÂN TÁN
6

CÁC 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 gọi là môi trường phân
tán. Bảng 2.1, giới thiệu các hệ phân tán thường gặp trong lónh vực công nghệ môi trường.
Bảng 2.1 Các hệ phân tán thường gặp
Stt
Chất phân tán
Môi trường phân tán Ký hiệu Thí dụ minh họa
(dung môi)
1
Khí
Lỏng
K+L
Ô xy trong nước
2
Rắn
Lỏng
R+L
Muối trong nước
3
Lỏng
Lỏng
L+L
Rượu trong nước
4
Khí
Khí
K+K
Hỗn hợp khí
5

Lỏng
Khí
L+K
Sương mù
6
Rắn
Khí
R+K
Khói bụi
- Nếu môi trường phân tán là khí, các pha phân tán là lỏng hoặc rắn thì hệ phân tán được
gọi là sol khí, nếu pha phân tán là lỏng thì sol khí đó có tên là mù (sương), nếu pha phân
tán là rắn thì gọi là khói hoặc bụi.
- Còn pha phân tán là rắn phân tán vào môi trường lỏng thì tùy kích thước của hạt mà ta có
hệ là huyền phù hoặc hệ keo. Nếu hạt keo tương tác 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 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 bò kết tủa.
- Tính chất quan trọng của hệ phân tán trước hết là tính bền vững của hệ hay thể hiện là độ
phân tán. Tính bền vững hay độ phân tán phụ thuộc rất lớn vào kích thước của hạt phân
tán.
Độ phân tán: D = 1/d trong đó d là kích thước hạt.
Theo mối quan hệ phụ thuộc ở trên mà hệ phân tán chia làm 3 loại sau đây:
- Các hệ phân tán thô (thể lơ lửng)
- Các hệ phân tán cao (hệ keo)
- Dung dòch
Hệ phân tán thô là những hệ vi dò thể có kích thước hạt nhân phân tán lớn hơn 1.10-4 mm.
Chúng kém bền vững và chất phân tán dễ dàng lắng xuống đáy hoặc nổi lên trên bề mặt.
Chất phân tán trong hệ phân tán thô được gọi là chất lơ lửng.
Phụ thuộc vào trạng thái tổ hợp của chất phân tán mà chất phân tán ở dưới dạng huyền phù
hoặc nhũ tương. Huyền phù được hình thành do các hạt rắn phân tán vào chất lỏng (ví dụ:

các cặn lơ lửng trong nước). Nhũ tương được tạo nên từ các hạt chất lỏng phân tán vào chất
lỏng (ví dụ: sữa gồm các hạt mỡ lơ lửng trong chất lỏng).
Hệ phân tán cao là hệ phân tán siêu dò thể có kích thước hạt phân tán trong khoảng từ 1.106
mm đến 1.10-4 mm được gọi là hệ keo, ví dụ: hệ keo silic, gelatin, sương mù, khói,… các hệ
keo cũng là hệ không bền vì chúng có thể tập hợp nhau thành những hạt có kích thước lớn
hơn và lắng xuống.
Khi các hạt phân tán có kích thước phân tử hay ion (nhỏ hơn 1.10-6 mm) thì các hệ phân
tán trở thành đồng thể và được gọi là các hệ phân tán phân tử , ion (hay là những dung dòch
phân tử , ion) và được gọi đơn giản là dung dòch (hay dung dòch thực), dung dòch rất bền.
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

12


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

7



DUNG DỊCH

Dung dòch là hệ đồng thể gồm hai hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi
trong giới hạn rộng (đây là điểm khác với hợp chất). Dung dòch có thể ở dạng khí, lỏng hay
rắn.
- Người ta còn phân chia dung dòch ra làm hai loại: dung dòch lý tưởng và dung dòch thực.
+ Dung dòch lý tưởng bao gồm: dung dòch hoàn thiện và dung dòch vô cùng loãng (dung
dòch có lượng chất tan vô cùng bé so với dung môi).
Dung dòch hoàn thiện là dung dòch được tạo thành từ các cấu tử có cấu tạo và tính chất hóa
lý gần giống nhau. Ví dụ: hỗn hợp đồng phân hexan và iso-hexan, Fe-Ni; FeO-MnO. Do

cấu tạo và tính chất hóa lý gần giống nhau nên quá trình hình thành dung dòch không thu
hay phát nhiệt (ΔH = 0), không tăng hay giảm thể tích (ΔV = 0).
+ Dung dòch thực là dung dòch được tạo thành từ các cấu tử có cấu tạo và tính chất hóa lý
khác nhau. Khi hình thành dung dòch có kèm theo quá trình thu hay phát nhiệt, có thay đổi
thể tích.
Khi nghiên cứu dung dòch gồm hai chất thì chất nào chiếm một lượng lớn hơn thì được gọi
là dung môi còn chất kia được gọi là chất tan. Dung dòch có chứa chất tan ít được gọi là
dung dòch loãng, còn dung dòch chứa chất tan nhiều được gọi là dung dòch đậm đặc.
Dung dòch bão hòa: độ hòa tan của các chất là khả năng hòa tan của các chất đó trong dung
môi. Khi quá trình hòa tan đạt được trạng thái cân bằng ở những điều kiện nào đó (nhiệt
độ, áp suất….) thì dung dòch thu được sẽ chứa lượng tối đa chất tan và được gọi là dung dòch
bão hòa.
Các dung dòch có nồng độ nhỏ hơn nồng độ bão hòa (nồng độ của dung dòch tương ứng
trạng thái bão hòa) được gọi là dung dòch chưa bão hòa và khi dung dòch có nồng độ cao
hơn nồng độ dung dòch bão hòa thì được gọi là dung dòch quá bão hòa.
Nồng độ của chất tan trong dung dòch bão hòa ở những điều kiện nhất đònh được gọi là độ
tan của chất đó.
Độ tan biểu diễn như nồng độ (% khối lượng, phân tử gam, đương lượng gam... phổ biến
nhất là số gam chất tan trong 100 gam dung môi).
Dưới đây chúng ta tìm hiểu độ hòa tan của các chất khí, rắn, lỏng vào chất lỏng thường
được ứng dụng trong lónh vực kỹ thuật môi trường.

8

Độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng

Độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố: bản chất dung môi
và khí, áp suất khí trên mặt chất lỏng, nhiệt độ, nồng độ các tạp chất và đặc biệt là chất
điện ly.
Độ hòa tan của từng loại chất khí trong chất lỏng rất khác nhau, ví dụ: trong điều kiện 273

0
K, 1m3 nước có thể hòa tan 823 kg HCl, nhưng chỉ hòa tan được 0.002 kg khí H2. Nếu khí
không tác dụng hóa học với lỏng thì độ hòa tan của khí trong lỏng là rất nhỏ và dung dòch
là vô cùng loãng, nếu có tác dụng với lỏng thì độ hòa tan lớn và thường là những dung dòch
thực.
- Khí có cực thì dễ hòa tan trong dung môi có cực và ngược lại. Về ảnh hưởng của chất
điện ly thì I.M. Xetrenov đã chứng minh rằng: trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không
đổi, nếu nồng độ của chất điện ly càng tăng thì độ hòa tan của khí càng giảm.
N = N0.e- kC
(2.1)
Trong đó: N- độ hòa tan của khí khi dung dòch có nồng độ chất điện ly C (mol/l).
N0: độ hòa tan của khí trong dung môi nguyên chất.
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

13


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



k: hằng số
a. nh hưởng của áp suất đến độ tan của khí trong lỏng- Đònh luật Henry
Trong trường hợp giữa khí và dung môi không tác dụng hóa học với nhau, độ hòa tan tương
đối nhỏ.
Đònh luật Henry: Nếu ở áp suất thấp và độ hòa tan tương đối nhỏ thì độ hòa tan của khí
trong lỏng tại nhiệt độ nào đó tỉ lệ với áp suất riêng phần của khí trên dung dòch.
Ta có biểu thức:
Ni = K . Pi
(2.2)

Trong đó: Ni - Nồng độ mol phần của chất khí trong lỏng
K:
Hệ số tỷ lệ hay hằng số Henry
Pi:
p suất riêng phần của chất khí cân bằng với lỏng.
- Đối với dung dòch loãng nồng độ biểu diễn theo các cách đều tỉ lệ bậc nhất với nhau nên
(2.2) có thể biểu diễn theo các cách khác như:
C = K/ . P
(2.3)
Trong đó: C - Nồng độ khối lượng của chất khí trong dung dòch bão hòa (ml/l)
Hệ số tỷ lệ hay hằng số Henry
K/:
P:
p suất của chất khí
Đònh luật Henry chỉ đúng cho trường hợp khí hòa tan không thay đổi phân tử lượng của nó,
nghóa là khi ở trạng thái hòa tan nó không phân ly hay kết hợp. Nếu phân tử khí phân ly ra
n phần tử trong pha lỏng thì độ hòa tan của khí tuân theo công thức:
Ni = K. Pi1/n
(2.4)
(2.4) là đònh luật Siverte
Khi xét ảnh hưởng của áp suất tới sự hòa tan của khí có thể sử dụng nguyên lý chuyển dòch
Lơ Satơlie.
Khi hòa tan khí vào lỏng, kết quả là thể tích của hệ (dung dòch) lại giảm xuống vì vậy khi
tăng áp suất cân bằng phải chuyển dòch theo chiều thuận, nghóa là độ tan của chất khí trong
chất lỏng tăng lên. Điều này cũng có thể thấy rõ qua việc khảo sát hằng số cân bằng hòa
tan Kht.
A (k) + D (l) < ------ > A(dd)
Từ cân bằng hòa tan chúng ta có thể viết:
Kht = CA(dd)/PA(k) hay CA(dd) = Kht. PA(k)
Bảng 2.2. Độ tan của CH3Cl trong nước ở 25oC

P (mmHg)

C (mol/l)

K = C/P

205,2

0,02872

1,400x10-4

573,2

0,08013

1,397x10-4

756,1

0,1059

1,401x10-4

935,9

0,1308

1,397x10-4

b. nh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của khí trong lỏng
Sự hòa tan của chất khí trong nước thường kèm theo quá trình phát nhiệt. Do vậy áp dụng
nguyên lý chuyển dòch cân bằng Lơ satơlie cho thấy: khi nhiệt độ giảm thì độ hòa tan của
chất khí tăng và ngược lại khi nhiệt độ tăng thì độ hòa tan của chúng giảm. Vì vậy, khi đun
sôi, các chất khí hòa tan bò khử hoàn toàn. Trong kỹ thuật xử lý môi trường dựa vào tính
chất này để tách hoặc hòa tan chất khí trong dung môi.
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

14


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Trong kỹ thuật môi trường một số các chất khi hòa tan trong nước thường gặp là: CO2, O2,
H2S, CH4…nói chung độ tan trong nước của nhiều khí là rất nhỏ (khi không có tương tác hóa
học xảy ra), còn trong trường hợp có tạo thành hydrat như SOx, NH3 thì độ tan sẽ rất lớn.
Trong bảng 2.3 giới thiệu độ hòa tan của các chất khí trong nước.
Bảng 2.3 Độ hòa tan của các chất khí trong nước (mg/100ml)
Các chất khí
CO2
O2
H2
CH4

Độ tan
0C
200C
171

37,8
4,9
3,1
2,15
1,84
5,5
3,3
0

Các chất khí

0

Độ tan

0C
461
50700
130000
2,35

Cl2
HCl
NH3
N2

200C
236
44200
71000

1,60

p suất riêng phần của không khí phụ thuộc vào áp suất hơi nước ở nhiệt độ đang xét. Ở
bảng 2.4 giới thiệu áp suất hơi nước ở các nhiệt độ khác nhau.
8.1.1.1.1 Bảng 2.4 p suất hơi nước
Nhiệt độ

0

p suất 0.006
hơi nước
(at)

10

15

20

25

30

40

50

60

80

0.0012

0.0168

0.0231

0.0313

0.0419

0.0728

0.1217

0.1965

0.4675

p suất riêng phần của không khí bằng áp suất tổng cộng của các chất khí trong nước trừ đi
áp suất hơi nước. Khi đó độ hòa tan của ôxy trong nước được tính theo công thức:
C02 = K (PO – PH). α
(2.5)
Trong đó:
C02 ;
độ hòa tan của ôxy trong nước ở nhiệt độ đang xét và áp suất không khí PO
áp suất tổng cộng của không khí
PH
áp suất hơi nước ở nhiệt độ đang xét
α:

Tỉ lệ áp suất riêng phần của ôxy đối với áp suất tổng cộng của không khí
α = 0.21.
K:
Hằng số Henrey.
bảng 2.5 giới thiệu các giá trò áp suất hơi nước bão hòa ở các nhiệt độ khác nhau.
Quá trình hòa tan của không khí (ôxy) vào nước ở các nguồn nước (sông, hồ, kinh rạch,
biển…) có ý nghóa quan trọng khi xét đến mức độ bão hòa ôxy trong các nguồn nước và là
một trong các căn cứ để đánh giá chất lượng của các nguồn nước và mức độ nhiễm bẩn do
các chất hữu cơ gây ra.
Bảng 2.5. p suất hơi nước bão hòa ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ OC
Áp suất hơi nước bão hòa
mmHg

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

15


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

10
20
30
40
50
60
70
80
100

9.6
17.5
31.8
55.3
92.5
149.0
234.0
355.0
760.0

2.2.2. Độ hòa tan của chất lỏng trong chất lỏng
Sự hòa tan của chất lỏng trong chất lỏng có thể xảy ra theo các trường hợp sau: hòa tan vô
hạn, hòa tan có giới hạn và không thể hòa tan. Ví dụ: rượu và nước có thể hòa tan bất kỳ tỷ
lệ nào, trong khi đó dầu hỏa và nước không thể hòa trộn lẫn nhau.
a. Trường hợp hai chất lỏng tan lẫn hoàn toàn
- Dung dòch lý tưởng (hai cấu tử)
Đònh luật Raoult (tìm ra bằng thực nghiệm 1887): ở nhiệt độ nhất đònh, áp suất hơi trên
dung dòch của A và B đều tuân theo đònh luật Raoult:
Pi = Pi0.Ni
(2.6)
p suất hơi Pi của cấu tử i trên dung dòch tỉ lệ với nồng độ mol phần Ni của nó trong
dung dòch.
Pi0 : áp suất hơi của cấu tử i nguyên chất.
Đối với dung dòch lý tưởng, đònh luật Raoult đúng cho cả dung môi lẫn chất tan.
PA = PA0.NA (giả sử A là dung môi)
PB = PB0.NB (giả sử B là chất tan)
+ p suất hơi của hệ: P = PA + PB

p suất hơi của dung dòch lý tưởng lớn hơn áp suất hơi nguyên chất của cấu tử khó bay hơi
và bé hơn áp suất hơi của cấu tử dễ bay hơi.
Giả sử A là cấu tử khó bay hơi, B là cấu tử dễ bay hơi: PA0 < PB0
Ta có :
PA0 < P < PB0
+ Thành phần hơi – Đònh luật Konovalop I
Nếu gọi N/A là nồng độ mol phần của A trong pha hơi (trên dung dòch)
Nếu gọi N/B là nồng độ mol phần của B trong pha hơi (trên dung dòch)
PA
N/A
Mà
=
/
NB
PB
PA, PB tuân theo đònh luật Raoult nên có thể viết:
N/A
P0A .NA
Mà
= ----------- = α. NA/NB
(2.7)
/
0
NB
P B .NB
(2.7) là biểu thức toán học của đònh luật Konovalop I.
Trong đó:
α = PA0 / PB0 gọi là hệ số tách.
Từ biểu thức toán học của đònh luật Konovalop I phát biểu như sau:
1. Khi cân bằng, thành phần hơi khác với thành phần lỏng của dung dòch.

2. Khi cân bằng, trong thành phần hơi sẽ giàu (nhiều) cấu tử dễ bay hơi hơn trong
thành phần lỏng.
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

16


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Khi hệ số tách càng khác 1 thì hai cấu tử tách ra khỏi nhau càng dễ.
- Dung dòch thực: là những dung dòch mà áp suất hơi của các cấu tử trong hệ không tuân
theo đònh luật Raoult.
p suất hơi thường gặp hai trường hợp: sai khác dương và sai khác âm.
Những dung dòch có thành phần ứng với điểm cực trò (cực đại hoặc cực tiểu) được
gọi là dung dòch đẳng phí.
Dung dòch đẳng phí có thành phần hơi và lỏng như nhau.
Để phá điểm đẳng phí người ta có thể thay đổi áp suất ngoài để biến hệ có điểm đẳng phí
thành hệ không có điểm đẳng phí. Hoặc thêm cấu tử thứ ba, chất này sẽ làm áp suất hơi
của từng cấu tử giảm khác nhau, do đó thành phần đẳng phí cũng thay đổi theo.
Một số dung dòch đẳng phí
% A trong
Cấu tử
Nhiệt độ sôi (oC)
Dung dòch dung dòch
A
B
A
B

đẳng phí
đẳng phí
Dung dòch có điểm cực đại trên đường áp suất hơi
Nước
Etylic
100,00
78,30
78,13
4,43
Nước
Iso-propylic
100,00
82,41
80,43
12,10
Metylic
Benzen
64,70
80,20
58,34
39,55
Etylic
Benzen
78,30
80,20
68,24
32,37
C2S
Axeton
46,25

56,25
39,35
66,00
Dung dòch có điểm cực tiểu trên đường áp suất hơi
Nước
HNO3
100,00
86,00
120,5
32,00
Nước
HCl
100,00
85,00
108,5
79,76
b. Trường hợp hai chất lỏng hoàn toàn không tan lẫn
- p suất hơi của hệ : P = P0A + P0B
Vì áp suất hơi của mỗi cấu tử là áp suất hơi của nó ở trạng thái nguyên chất.
- Thành phần hơi:
n/A
N/A
P0A
= --- = -----(2.8)
/
/
0
NB
PB
nB

- Nhiệt độ sôi của hệ:
Vì áp suất hơi của hệ lớn hơn áp suất hơi của một cấu tử nên nhiệt độ sôi của hệ thấp hơn
nhiệt độ sôi của từng cấu tử. Trong quá trình sôi, nhiệt độ sôi của hệ không đổi cho tới khi
có một cấu tử nào đó trong hệ bay hơi hết hoàn toàn, thì nhiệt độ sôi của hệ tăng đến nhiệt
độ sôi của cấu tử còn lại.
- Chưng cất theo hơi nước: nhiều chất không thể đun đến nhiệt độ sôi của nó vì bò phân
hủy. Nếu gặp trường hợp như vậy thì người ta chưng cất chất đó với một chất lỏng khác
hoàn toàn không tan lẫn với nó. Khi đó quá trình chưng cất sẽ xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ sôi của chất muốn chưng cất. Thường người ta dùng nước, ví dụ để tách benzen từ
nhựa than đá, tinh chế anilin, phenol, cất tinh dầu từ hoa, lá, cây, dễ.
Ví dụ: benzen sôi ở 800C, nhưng hệ nước benzen sôi ở 700C.
c. Trường hợp hai chất lỏng hoà tan có giới hạn
Trong thực tế, sự hòa tan có giới hạn của chất lỏng là thường gặp hơn cả, ví dụ: trong hệ “
nước - ete” ở hệ này xảy ra hiện tượng phân lớp khi trộn chung với nhau (do tính tan tương
17
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



hỗ hạn chế của nước và ete) trong đó lớp ở trên là dung dòch bão hòa ete hòa tan trong
nước. Quá trình hòa tan tương hỗ hạn chế này kèm theo hiệu ứng thu nhiệt nên khi nhiệt độ
tăng thì độ hòa tan tương hỗ tăng, khi đó thành phần của hai lớp chất lỏng tiến lại gần nhau
và ở nhiệt độ nhất đònh chúng sẽ đồng nhất với nhau, tức là hệ từ hai pha trở thành một
pha. Sự phân lớp như trên chỉ xảy ra trong khoảng nhiệt độ và thành phần nhất đònh đối với
mỗi hệ hai chất lỏng.
Nhiệt độ mà ở đó độ hòa tan tương hỗ giới hạn của các chất chuyển thành độ hòa tan
không giới hạn gọi là nhiệt độ hòa tan tới hạn.

Đònh luật phân bố:
Sự hòa tan tương hỗ giới hạn của các chất lỏng thường không kèm theo sự biến đổi đáng kể
thể tích, do đó độ hòa tan tương hỗ của các chất lỏng ít phụ thuộc vào áp suất. Nếu dựa vào
hệ gồm hai chất lỏng không trộn lẫn nhau một lượng nhỏ chất thứ ba có khả năng tan trong
mỗi chất lỏng, thì chất hòa tan sẽ phân bố vào cả hai chất lỏng tỷ lệ với độ hòa tan của
chúng trong mỗi dung dòch.
Đònh luật phân bố được thiết lập từ những diễn tả đã trình bày ở trên; một chất lỏng có khả
năng tan trong hai dung môi không trộn lẫn nhau, thì được phân bố vào chúng sao cho tỷ lệ
các nồng độ của chúng trong dung môi đó ở nhiệt độ không đổi là một hằng số.
Biểu thức của đònh luật phân bố:
C1
= K
(2.9)
C2
Trong đó: C1, C2
Nồng độ của các chất hòa tan trong dung môi thứ nhất và thứ hai
K

Hệ số phân bố

Dựa vào đònh luật trên, cho phép chúng ta có thể tách một chất tan trong dung môi lỏng
bằng một dung môi lỏng khác có khả năng hòa tan chất tan đó nhiều hơn nhưng không trộn
lẫn với dung môi đầu. Quá trình đó gọi là quá trình trích ly. Quá trình này được ứng dụng
trong công nghệ xử lý nước thải khá phổ biến.
Ví dụ: khi nước bò ô nhiễm, dầu, mỡ, nhựa… thì có thể tách chúng ra khỏi nước bò ô nhiễm
bằng cacbondisunfua CS2 (cũng có thể sử dụng chất lỏng khác, nhưng lưu ý rằng chọn chất
lỏng nào đó mà khi chúng kết hợp với nước không trở thành dung dòch thật).
Khi trộn hai chất lỏng đó với nhau sẽ tạo thành hai hệ pha (hai lớp) và trong hệ này xảy ra
hai quá trình sau đây:
- Các phân tử của chất tan từ lớp nước chuyển vào cacbondisufua với vận tốc V1;

- Một phần số chất tan tích lũy trong cacbondisunfua chuyển trở lại lớp nước với vận tốc
V 2.
Vận tốc chuyển chất tan từ lớp này sang lớp khác tỷ lệ với nồng độ của chất tan trong mỗi
lớp, có nghóa là:
V1
=
k1. C1
=
k2. C2
V2
Trong đó: k1 ,k2
Hệ số tỷ lệ;
C1,C2:
Nồng độ chất tan trong chất lỏng thứ nhất và thứ hai
Khi vận tốc của hai quá trình trên cân bằng thì trong hệ có cân bằng động, khi đó:
V1
=
V2
Nên
k1. C1 =
k2. C2
Hoặc
C1
k2
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

18


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

=



=

K

=

Const

C2
k1
Phương trình trên biểu diễn đònh luật phân bố dưới dạng toán học. Đònh luật có thể phát
biểu như sau: “ Tỷ số giữa nồng độ của một chất được phân bố trong hai chất lỏng không
hòa trộn lẩn nhau ở nhiệt độ xác đònh là một hằng số không phụ thuộc vào số lượng tuyệt
đối hoặc tương đối của chất đó ở trong các dung môi”.
Trong quá trình xử lý nước thải, quá trình tách chất tan nhờ một dung môi khác được gọi là
quá trình trích ly. Ứng dụng đònh luật phân bố chúng ta có thể tính được hiệu suất quá trình
trích ly đó.
Ví dụ: A lít nước thải có chứa go gam phenol (chất cần trích ly), được xử lý bằng dung môi
benzen có thể tích là B lít.
Theo đònh luật phân bố ta có:
C1
K
=
C2
Trong đó: C1- Nồng độ của phenol trong nước thải

C2:
Nồng độ của phenol trong dung môi (Benzen)
Sau lần ly trích thứ nhất Phenol còn lại trong nước thải một lượng là g1 khi đó:
g1
C1 =
A
go – g1
C2 =
B
Thay vào phương trình của đònh luật phân bố ta có:
g1 .B
K
=
A(go – g1)
Biến đổi biểu thức trên ta được:
αA
g1
=
go
B+KA
Sau khi lần trích ly thứ hai phenol còn lại trong nước thải một lượng là g2;
KA
g2
=
go
(
)2
B+KA
Sau n lần trích ly phenol còn lại trong nước thải một lượng gn:
KA

gn
=
go
(
)n
B+KA
8.2.

Độ hòa tan của chất rắn trong chất lỏng

Độ hòa tan của chất rắn trong chất lỏng nói chung dao động trong một khoảng rộng. Phần
lớn các trường hợp độ hòa tan của chất rắn phụ thuộc vào nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng thì độ
hòa tan tăng. Tuy nhiên quy luật đó không phải là tuyệt đối, chúng ta sẽ khảo sát các
đường cong độ hòa tan của một số chất.
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

19


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Đường cong của nitrat kali, chì, bạc hướng mạnh lên trên, có nghóa là khi nhiệt độ tăng thì
độ hòa tan của các chất này tăng lên mạnh, còn độ hòa tan của NaCl tăng ít khi nhiệt độ
tăng do đó đường cong độ hòa tan của NaCl hầu như nằm ngang. Riêng đối với muối
Na2SO4 tinh thể hydrat ( Na2SO4 10.H20) ban đầu khi nhiệt độ tăng thì độ hòa tan tăng và
đạt giá trò cực đại ở 32,28 OC. Nhiệt độ cao hơn 32,28 OC thì muối trên mất nước, còn lại
những tinh thể Na2SO4, đường cong độ hòa tan Na2SO4 giảm xuống.
Nếu quá trình hòa tan thu nhiệt thì nhiệt độ tăng độ tan tăng và ngược lại.

8.3.

Sự điện ly của nước – chỉ số hydro pH

8.3.1. Sự điện ly của nước – chỉ số hydro pH
Nước là một chất điện ly rất yếu, chúng phân ly thành cation Hydro và anion Hydrxyl theo
sơ đồ sau:
H+ + OHH 2O
p dụng dònh luật tác dụng khối lượng chúng ta có thể biễu diễn hằng số phân ly của nước
theo biểu thức:
[H+] . [OH-]
= K H2O
(2.28)
[H2O]
Trong đó: K H2O - Hằng số phân ly của nước;
[H+] , [OH-] : Nồng độ ion H+ và OH-;
[H2O]:Nồng độ phân tử nước không phân ly (phân ly không đáng kể).
Ta có thể viết lại phương trình trên như sau:
[H+] . [OH- ] = K H2O . [H2O] = Kn
(2.29)
Kn được gọi là tích số ion của nước. Đối với nước và các dung dòch loãng, ở nhiệt độ không
đổi, tích số ion (tích số nồng độ ion hydro và ion hydrôxyl) là một đại lượng không đổi. Ở
nhiệt độ 25 OC , tích số ion sẽ là:
Ko = K H2O . [H2O] = 1,8 . 10 –16 x 1000/18 = 1.10 –14 ion g/l
Dung dòch là trung tính khi [H+] = [OH- ] = 1 .10 –7 ion g/l.
Dung dòch khi có tính axit khi [H+] > [OH-] >1. 10 –7 ion g/l và dung dòch có tính
chất kiềm khi [H+] < [OH-] < 1. 10 –7 ion g/l.
Như vậy, tính axit hay tính bazơ của dung dòch nước có thể biễu diễn bằng nồng độ ion H+
và để tiện lợi người ta biểu diễn bằng đại lượng chỉ số hydro pH
(2.30)

pH = - lg[H+]
hoặc pOH = - lg[OH ]
(2.31)
Khi lấy logarit phương trình (2.32) và đổi dấu ta có:
PKn = pH + pOH = 14
Như vậy, khi pH = 7 ta có môi trường trung tính,
pH < 7 ta có môi trường axit
pH > 7 ta có môi trường bazờ.
Theo các biểu thức trên, khi biết được nồng độ ion H+ có thể tính được pH của nó hoặc
ngược lại.
Ví dụ dung dòch nước có nồng độ [H+] = 10 –8 ion g/l thì pH = -(-8 lg10) = 8.
Có thể phát biểu về chỉ số hydro pH như sau: pH của nước (hay của dung dòch loãng) là đại
lượng biểu diễn mức độ tinh axit hay tinh bazơ của nước và được đặc trưng bởi nồng độ ion
hydro.
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

20


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



Trong hóa học thực nghiệm, pH là đại lượng đặc trưng của môi trường, mà như ta đã biết,
môi trường phản ứng là yếu tố rất lớn đến khả năng xảy ra, đến tốc độ và hiệu suất phản
ứng của phản ứng hóa học.
Sự liên hệ giữa pH và pOH của dung dòch được giới thiệu ở bảng 2.8.
8.3.1.1.1 Bảng 2.8 Sự liên hệ giữa pH và pOH của dung dòch
pH
1

2
3
4
5
6
7
8 90 10 11
12 13 14
p OH
13 12 11 10 9
8
7
6 5
4
3
2
1
0
-------------Mạnh------Yếu--------------Yếu-----------------Mạnh-----------------Axit
Trung tính
Kiềm

8.3.2. Các cách xác đònh pH
- Để xác đònh pH môi trường người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Một trong
những phương pháp đó là sử dụng chất chỉ thò axit- bazơ.
- Phương pháp điện hóa (dùng các dụng cụ đo pH chuyên dụng): dựa vào sự xác đònh trò số
điện thế của điện cực.
Bảng 2.9 giới thiệu các chất chỉ thò quan trọng thường gặp
Màu sắc của chất chỉ thò trong môi trường khác nhau
Chất chỉ thò

Axit
Trung tính
Kiềm
Metyl da cam
Đỏ (p H <3.1)
Da cam (3.1Vàng (pH > 4.4)
Metyl đỏ
Đỏ (p H <4.2)
Da cam (4.2Vàng (pH > 6.3)
Phenolphtalein
Không màu
Đỏ nhạt (3.1 (p H < 8)
(pH >9.8)
Qùy
Đỏ (p H <5)
Tím (5 Xanh (pH >8)

9

DUNG DỊCH KEO

9.1.

Các tính chất của dung dòch keo

9.1.1. Tính chất quang học – Hiệu ứng Tyndall

Khi chiếu chùm tia sáng qua một bình đựng dung dòch keo, ta thấy có chùm tia sáng hình
nón (hiện tượng đó không thấy ở dung dòch thật), hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng
Tyndall, nguyên nhân do:
Hạt keo có tính tán xạ ánh sáng, khi được chiếu sáng thì hạt keo trở thành một nguồn sáng
mới, mỗi hạt keo trên đường đi của tia sáng trở thành nguồn sáng nên khi chiếu chùm tia
sáng qua dung dòch keo thì thấy chùm sáng hình nón.
----------------------------Nguồn sáng

---------------

Hình 2.1. Sơ đồ minh hoạ hiệu ứng Tyndall
Khi hệ keo hấp thụ một số tia thuộc vùng quang phổ nhìn thấy thì dung dòch sẽ có màu.

9.1.2. Tính chất hấp phụ
Do có điện tích, hạt keo có tính chất hấp phụ:
• Hấp phụ đặc trưng
Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

21


HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG



• Hấp phụ chọn lọc
• Hấp phụ trao đổi
- Nếu hạt keo có điện tích dương (+) nó chỉ hấp phụ ion âm ( –) và ngược lại.
Hiện tượng này được ứng dụng có hiệu quả khi xử lý nước bằng phèn nhôm, phèn sắt. Các
loại phèn này khi thủy phân trong nước tạo thành các hạt keo tích điện dương. Trong nước

các hạt keo mùn, keo silic, keo sét tích điện âm sẽ bò các hạt keo dương hấp phụ tạo thành
các hạt bông cặn có kích thước lớn hơn do đó dễ bò lắng xuống.
- Hấp phụ chọn lọc: trong dung dòch keo có các chất điện ly, bề mặt chất hấp phụ rắn
(hạt keo) sẽ ưu tiên hấp phụ các ion theo thứ tự sau:
+ Ion tạo thế: là các ion có trong thành phần cấu tạo nên bề mặt chất hấp phụ (nhân keo)
hoặc những ion đồng hình với ion có trong bề mặt vật rắn.
Ví dụ: chất hấp phụ là (AgI)n, trong dung dòch có: I-, Cl-, Ca+2, Mg+2 thì trước hết các ion Isẽ được hấp phụ trên bề mặt (AgI)n.
+ Sau khi hấp phụ ưu tiên (I-), bề mặt vật rắn tích điện (âm), nó sẽ hấp phụ ion trái dấu
(ion đối). Nếu trong dung dòch có nhiều ion đối thì bề mặt sẽ hấp phụ ion có điện tích lớn
hoặc hấp phụ ion nào có bán kính (kể cả vỏ solvat) nhỏ nhất.
Trong ví dụ trên các ion đối bò hấp phụ là Ca2+ vì có điện tích lớn và bán kính solvat hóa
nhỏ hơn Mg2+
Trong dung dòch nước thứ tự hấp phụ ưu tiên là:
+ Cation hóa trò 1: Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+
+ Cation hóa trò 2: Ba+2 > Sr+2 > Ca+2 > Mg+2
+ Anion hóa trò 1: I- > NO3- > Br- > Cl- > F-

9.1.3. Tính chất động học của hệ keo
Tính chất động học thể hiện:
- Sự khuếch tán: khuếch tán là sự vận chuyển vật chất từ vùng có nồng độ cao đến vùng có
nồng độ thấp dưới ảnh hưởng của chuyển động nhiệt hỗn loạn dẫn đến sự san bằng nồng
độ các hạt keo trong toàn thể tích của hệ. Do có kích thước lớn hơn các ion, phân tử nên
các hạt keo chuyển động với vận tốc thấp hơn các ion, phân tử.
- Chuyển động Brow: hạt keo luôn ở trạng thái chuyển động hỗn loạn. Cường độ chuyển
động giảm nhanh khi kích thước hạt tăng. Các hạt keo có khối lượng tương đối lớn (so với
khối lượng phân tử) nên dưới tác dụng trọng lực, các hạt keo có xu hướng lắng xuống. Do
chuyển động hỗn loạn nên các hạt keo khó lắng xuống chính là nguyên nhân làm hệ keo
bền.
- p suất thẩm thấu: p suất thẩm thấu của dung dòch keo nhỏ hơn nhiều so với dung dòch
thật so với cùng điều kiện nhiệt độ, nồng độ, trọng lượng, nguyên nhân do các hạt trong

dung dòch keo bò giảm đi do sự tập hợp các phân tử, ion thành hạt keo.

9.1.4. Tính chất điện học
1. Hiện tượng điện động
•
Thí nghiệm Rays (1807 tại ĐHTH Mạc tư khoa) về sự chuyển dòch của hệ keo trong
điện trường: cắm hai ống thủy tinh vào đất sét ướt. Cho vào mỗi ống một ít cát thạch anh,
rồi đổ nước vào hai ống sao cho mực nước trong hai ống là ngang nhau. Cắm hai điện cực
vào hai ống và nối với nguồn điện một chiều.
+ A

_ K

Phòng dự án và môi trường công nghiệp – Sites II

22