Tài liệu Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu LỜI MỞ ĐẦU Nước là nguồn tài nguyên quý giá và cần được bảo vệ. Ngày nay, hoạt động công nghiệp đang diễn ra mạnh mẽ và nhanh chóng, dân số gia tăng … làm tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường và đặc biệt là nuồn tài nguyên nước. Do đó, cần bảo vệ, sử dụng hợp lý nguồn nước hiện có. Phương pháp xử lý cuối đường ống vẫn là phương pháp được nhiều doanh nghiệp chấp nhận. Có nhiều phương pháp xử lý nước trong đó có phương pháp hóa học. Phương pháp hóa học làm sạch nguồn nước bao gồm trung hóa, oxy hoá-khử và kết tủa. Tất cả đều liên quan đến tác chất do đó chi phí lớn.Vì thế phương pháp này để loại các chất hòa tan và trong hệ thống cấp nước khép kín. 1 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu NỘI DUNG A- Xử lý nước bằng phương pháp trung hòa Mục đích: nước thải chứa các axit vô cơ hay kiềm như nước thải của nhiều lĩnh vực thì cần trung hòa để đưa độ pH của dung dịch nước thải về pH 6.5-8.5. Việc lựa chọn các chất hòa trộn phụ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy vào thể tích và nồng độ nước thải 1. Trung hòa bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải kiềm Ứng dụng: sử dụng khi trên KCN có nước thải của 1 số nhà máy chứa axit và một số nhà máy có nước thải chứa kiềm. Người ta trộn nước axit và kiềm vào bình có cánh khuấy hoặc không có cánh khuấy ( khuấy trộn bằng không khí ). Ví dụ : xử lý nước thải xi mạ 2. Trung hòa bằng cách cho thêm hóa chất vào nước thải Ứng dụng : trung hòa nước thải có tính axit. Hóa chất sử dụng là : NaOH, KOH, sữa vôi, đôlômit. Tuy nhiên tác chất rẻ nhất là sữa vôi Ca(OH)2 5-10%. Đôi khi trung hòa người ta sử dụng các chất thải khác nhau. Ví dụ : xử lý nước thải có axit sunfuaric người ta dùng xỉ của hợp kim sắt – crom, luyên thép và luyện gang. Tác chất được chọn phụ thuộc vào thành phần và nồng độ nước thải. Có 3 dạng nước thải có tính axit: - Nước thải có tính axit yếu : axit cacbonic 2 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu - Nước chứa axit mạnh và muối kim loại này dễ tan trong nước như : HCl, HNO3… - Nước chứa axit mạnh nhưng muối khó tan trong nước như : H2SO4… Khi trung hòa nước thải chứa axit sunfuric bằng sữa vôi dễ gây lắng cặn làm tắc nghẽn thành ông , nên cần rửa chúng bằng nước sạch và cho thêm vào nước thải chất làm mềm nước hoặc tăng vận tốc dòng nước. Để trung hòa nước thải có tính kiềm người ta sử dụng các axit hoặc khí axit, ví dụ xử lý nước thải nhà máy bia… 3. Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hòa Vật liệu lọc : đá vôi, magiezit, đá hoa cương, đôlômit…Dùng thiết bị lọc đứng có kích thước hạt CaCO3, hoặc đôlômit kích thước 30-80mm, chiều cao lớp lọc 0,85-1,2m, vận tốc không được lớn hơn 5m/s và thời gian tiếp xúc không nhỏ hơn 10 phút.Vận tốc trong thiết bị nằm ngang là 1-3 m/s. 4. Trung hòa nước thải chứa kiềm bằng cách dùng khí thải-khói từ lò đốt Ứng dụng : để trung hòa nước thải chứa kiềm,có thể dùng khí thải chứa CO2,SO2…Việc dùng khí axit không những cho phép trung hòa nước thải mà tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại Ưu điểm : - Độ hòa tan CO2 kém nên mức độ nguy hiểm do oxy hóa quá mức các dd được trung hòa cũng giảm xuống - Tác động ăn mòn và độc hại nhỏ hơn ion khác 3 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học - GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Giảm chi phí cho quá trình trung hòa Ví dụ : sử dụng khói lò hơi để trung hòa nước thải dệt nhuộm CO2 + H2O + 2NaOH => Na2CO3 + 2H2O (pH~11) Na2CO3 + CO2 + H2O => 2NaHCO3 (pH~8) B- Xử lý nước bằng phương pháp oxy hóa Mục đích : trong quá trình oxy hóa, các chất ô nhiễm độc hại chứa trong nước thải sẽ chuyển thành chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước Ưu điểm : làm sạch nước Khuyết điểm : Phương pháp này yêu cầu chi phí hóa chất lớn, vì thế nó chỉ được ứng dụng khi chất ô nhiễm không thể loại được bằng phương pháp khác. Ví dụ xử lý xianua, hợp chất tan của Asen… Chất oxy hóa mạnh nhất là flo nhưng tính ăn mòn mạnh nên không sử dụng trong thực tế Thế oxy hóa của một số chất oxy hóa Chất oxy hóa F OHO3 H2 O2 Thế oxy hóa 3.0 2.8 2.1 1.8 Chất oxy hóa KMnO4 ClO2 Cl2 Thế oxy hóa 1.7 1.5 1.4 4 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Xử lý chất thải bằng chất oxy hóa Chất oxy hóa Loại chất thải Ozone - Không khí (oxy khí quyển) Sulfite (SO3-2), Sulfide (S-2), Fe+2 Khí Chlor Sulfide, Mercaptans Khí chlor và xút Cyanide (CN-) Chloride dioxide Cyanide, thuốc trừ sâu (Diquat, Paraquat) Hypochlorite natri Cyanide, chì Hypochlorite canxi Cyanide Permanganate kali Cyanide, chì, phenol, Diquat, Paraquat, hợp chất hữu cơ có lưu huỳnh, Rotenone, formaldehyde Permanganate Mn Hydrogen peroxide Phenol, cyanide, hợp chất lưu huỳnh, chì Năng lực oxy hóa tương đối của các chất oxy hóa của các chất oxy hóa ( so với Cl2) Chất oxy hóa F Năng lực oxy hóa tương đối 2.23 Chất oxy hóa HbrO Năng lực oxy hóa tương đối 1.17 Gốc OH- 2.06 Cl2O2 1.15 Nguyên tử oxy 1.78 HClO 1.10 H2 O2 1.31 Cl2 1.00 Gốc perhyroxyl 1.25 Br2 0.80 MnO4- 1.24 I2 0.54 5 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu 1- Oxy hóa bằng Clo và các hợp chất của Clo Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt. Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau: Hoặc có thể ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O H+ + OCl- + ClKhi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau: Ca(OCl)2 + H2O CaO + 2HOCl 2HOCl 2H+ + 2OClMật độ Clo : 3.17g/l dung dịch. Theo TCXD –33: 1985: Lượng Clo dư ở đầu mạng lưới tối thiểu 0,5 mg/l Theo TCXD –33: 1985:Lượng Clo dư ở cuối mạng lưới tối thiểu 0,05mg/l và không lớn hơn mức có mùi khó chịu. Dùng thiết bị Clorato để định lượng và pha chế Clo a- Phạm vi ứng dụng Thiết bị dữ trữ clo lỏng phải được kiểm tra và đảm bảo tùy theo số lượng sản phẩm dữ trữ, do vậy phải tôn trọng quy định hướng dẫn cho thiết bị đã phân loại. Nước Javel ( hypoclorit natri ) đặc biệt được dùng khi có lý do an toàn dự trữ, ta có thể dùng khí Clo. Hypoclorit canxi có một hàm lượng Clo hoạt tính rất cao và được dùng trước hết ở vùng không có nguồn cấp khí Clo, cũng không có dung dịch hyporit natri b- Bể tiếp xúc Thời gian tiếp xúc chủ yếu liên quan đến mục đích sử dụng, cần đạt tới 2h. Điều quan trọng là trộn dung dịch chứa clo với nước xử lý nước một cách nhanh chóng và hoàn hảo Các bể tiếp xúc cần phải sắp xếp để tránh tất cả nối tắt dòng chảy do 1 phần nước chảy qua bể quá nhanh không đủ tiếp xúc cần thiết nhỏ nhất 6 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu 2- Oxy hóa bằng hydroperoxit Hydroperoxit H2O2 là một chất lỏng không màu và có thể trộn lẫn với nước ở bất kỳ tỉ lệ nào. Được ứng dụng để oxy hóa các nitrit, andehit, phenol, xianua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm hoạt hóa…Nồng độ giới hạn cho phép trong nước là 0.1 mg/l Trong môi trường axit và kiềm,H2O2 được phân hủy 2H+ + H2O2 + 2e → 2H2O 2OH- + H2O2 + 2e → H2O + 2O2Trong môi trường axit, H2O2 chyển muối sắt II thành muối sắt III, HNO2 thành HNO3, CN- thành CNO- trong môi trường kiềm. Trong dung dịch loãng , quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra chậm, nên cần có xúc tác kim loại có hóa trị thay đổi ( Fe2+,Cu2+,…) để tăng tốc độ phản ứng. Nếu sử dụng H2O2 một cách độc lập thì hiệu quả phân hủy các CHC rất hạn chế. Hiệu quả đó tăng rất mạnh khi kết hợp H2O2 với một số tác nhân khác như: Fe2+, Fe3+, ozone hoặc bức xạ cực tím ( ultraviolet - UV). Tổ hợp Fe2+/ H2O2 được gọi là tác nhân Fenton; còn Fe3+/H2O2 – tác nhân tương tự Fenton. Xúc tác Fe2+ có thể dùng ở dạng muối tan (xúc tác đồng thề) hoặc ở dạng hấp phụ trên chất mang rắn (xúc tác dị thể). Hệ chất Fenton ( dung dịch H2O2,xúc tác Fe) dùng để xử lý các chất hữu cơ độc hại.Quá trình oxy hóa bằng phản ứng Fenton diễn ra ở pH khoảng 3-5 với có mặt xúc tác Fe,Mn2+,Cr3+ và H2O2 . Cơ chế và động học của phương pháp oxy hóa với tác nhân Fenton như sau: Đầu tiên xảy ra phản ứng tạo gốc OH Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO¯ + OH với k2 = 76 mol-1s1 Sau đó xảy ra phản ứng phục hồi Fe2+ Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + H+ + HO2 với k3 < 3x10-3 mol-1s- 1 Gốc OH tạo thành ở phản ứng 1 sẽ đóng vai trò chính trong việc oxy hóa CHC. Ở nhiệt độ bình thường, phản ứng thường xảy ra với tốc độ nhanh, hằng số tốc độ khoảng 107-1010. Ở pH thấp, phản ứng 1sẽ thuận lợi hơn, và phản ứng oxy hóa CHC sẽ tốt hơn do số lượng gốc OH tăng hơn. Nói chung, phản ứng Fenton xảy ra tốt ở pH < 4. Với tác nhân tương tự Fenton (H2O2/ Fe3+), trước tiên xảy ra phản ứng khử Fe3+ thành Fe2+ sau đó sẽ xảy ra phản ứng Fenton như ở trên. 7 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu So sánh đặc điểm của một số hóa chất sử dụng cho quá trình oxy hóa Đặc diểm Đặc điểm mong muốn đạt được Chlorine Sodium hypochloride Calcium hypochloride Chlorine dioxide Bromine chloride Ozone UV Độc tính đối với vi sinh vật Độc tính cao ở nồng độ cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Độ hòa tan Phải hòa tan trong nước hoặc mô Thấp Cao Cao Cao Thấp Cao N/A Độ bền Ít giảm tính diệt khuẩn theo thời gian Bền Hơi không ổn định Tương đối bền không bền Hơi không ổn định không bền sx khi cần sx khi cần sx khi cần Không độc đối với sv bậc cao Độc đối với vsv, không độc với người và động vật Rất độc với sv bậc cao Độc Độc Độc Độc Độc Độc Tính đồng nhất trong dung dịch - Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất N/A Tác dụng với cá chất khác Chỉ tác dụng với vi khuẩn không tác dụng với chất hữu cơ Oxy hóa chất hữu cơ Chất oxy hóa mạnh Chất oxy hóa mạnh Cao Oxy hóa chất hữu cơ Oxy hóa chất hữu cơ - Độc tính ở các nhiệt độ khác nhau Giữ được độ độc ở khoảng biến thiên của nhiệt độ môi trường Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Độ ăn mòn Không ăn mòn kim loại Ăn mòn mạnh Ăn mòn Ăn mòn Ăn mòn mạnh Ăn mòn Ăn mòn mạnh N/A Khả năng khử mùi Có khả năng khử mùi khi khử trùng Cao Trung bình Trung bình Cao Trung bình Cao - 8 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu 3- Oxy hóa bằng piroluzit MnO2 Quá trình tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu này hoặc phản ứng trong thiết bị khuấy trộn. Piroluzit là vật liệu tự nhiên, chứa chủ yếu dioxit mangan. Được sử dụng rộng rãi để oxy hóa As III thành hóa trị V. 4- Ozon hóa Oxy hóa nước bằng ozon cho phép khử màu ,vị lạ và tiệt trùng nước.Bằng phương pháp này ta có thể xử lý sản phẩm dầu mỏ, sunfuahydric, các hợp chất Asen, chất hoạt hóa bề mặt, xianua, thuốc nhuộm… Ozon là khí màu tím nhạt, tồn tại ở tầng thượng quyển, ở nhiệt độ - 119, ozon hóa lỏng và có màu xanh đậm. Ozon rất độc, gây hại cho sức khỏe ở nồng độ 0.25mg/l, cực độc ở 1mg/l , nồng độ tối đa cho phép trong khu vực làm việc là 0.0001 mg/m3. Trong dung dịch axit, nó có dộ bền cao, trong không khí, nó phân ly rất chậm, trong nước nó phân ly nhanh và trong dung dịch kiềm yếu nó phân ly rất nhanh. Ozon phân hủy chất hữu cơ và tiệt trùng nhanh hơn sử dụng Clo, axit làm tăng độ hòa tan của ozon và kiềm làm giảm độ hòa tan của nó. Tác động của Ozon diễn ra theo 3 hướng khác nhau : - Oxy hóa trực tiếp với sự tham gia của phân tử oxy - Liên kết toàn bộ phân tử ozon với chất bị oxy hóa với sự hình thành ozonua - Tác động xúc tác cho quá trình oxy hóa bằng oxy, có trong không khí chứa ozon a- Ozone phản ứng trực tiếp với chất tan Ozone khi hòa tan vào nước sẽ tác dụng với CHC (P), tạo thành dạng oxy hóa của chúng theo phương trình động học sau: d[P]/dt = kP [P][ O3] (5) Nhưng phản ứng trực tiếp của ozone với CHC có tính chọn lọc, tức là ozone chỉ phản ứng với một số loại CHC nhất định. Sản phẩm của các quá trình ozone hóa trưc tiếp các chất vòng thơm bằng ozone thường là các axit hữu cơ hoặc các muối của chúng. b- Ozone phản ứng với chất tan theo cơ chế gốc Theo José L. Sotelo và các đồng sự, khi tan vào nước tinh khiết, ozone sẽ phân hủy tạo thành gốc OH theo phản ứng kiểu dây chuyền. Từ các phản ứng đó, sau một số phép biến đổi, các tác giả đã thiết lập được phương trình tốc độ phân hủy ozone như sau: 9 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu d[O3] /dt = kA[O3] + kB[OH¯ ]1/2[O3]3/2 Trong đó, kA = 2 k22; kB = 2k25 ( k23/ k26 )1/2 Theo biểu thức trên, ở môi trường kiềm, sự phân hủy ozone tăng. Thực nghiệm cho thấy, khi oxy hóa các hợp chất đa vòng thơm (PAH) chỉ bằng một mình ozone, hiệu quả tốt khi pH = 7 – 12. · Như vậy, CHC có thể bị phân hủy bởi ozone theo cả hai cơ chế: trực tiếp và gốc. Khi đó, phương trình động học chung của quá trình đó biểu diễn như sau : d[P]/dt = kd[O3][P] + kid[OH&][P] Trong vế phải của phương trình (18), số hạng thứ nhất thể hiện mức độ phản ứng trực tiếp của ozone với CHC thông qua hệ số kd. Số hạng thứ hai thể hiện mức độ phản ứng gián tiếp của nó với CHC thông qua gốc OH& thông qua hệ số kid. c- Tổ hợp ozone/H2O2 Trước tiên xảy ra phản ứng giữa ozone và H2O2, ( trong môi trường kiềm sẽ tồn tại ở dạng HO2¯ ) với k32 = 2,8. 106 M-1s-1 như sau: O3 + HO2¯ ® HO2& + O3¯ ® --- ® OH& Nhưng nếu nồng độ trong dung dịch quá lớn ( > 0,02M ), H2O2 lại có tác dụng ức chế phản ứng của ozone với CHC. Phản ứng tiến hành với hệ ozone/ H2O2 sẽ thuận lợi khi môi trường hơi kiềm. Nhưng nếu môi trường kiềm quá cao thì lại có sự tăng phản ứng cạnh tranh khử gốc bởi ion HO2¯ . d- Tổ hợp ozone/UV Theo Beltrán và Malato, một mình bức xạ UV không có tác dụng làm giảm COD và TOC ( Total organic compound ) của nước thải nhiễm các CHC. Nhưng khi kết hợp nó với ozone hoặc H2O2 lại cho kết quả rất tốt. Khi đó, trong dung dịch nước, dưới tác dụng của bức xạ UV, xảy ra phản ứng phân hủy ozone và H 2O2 tạo thành gốc OH. Ngoài ra, dưới tác dụng của bức xạ UV thích hợp, các CHC thường chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích. Ở trạng thái kích thích, chúng rất dễ tham gia vào các phản ứng, đặc biệt là phản ứng oxy hóa – khử. Beltrán đã tổng hợp lại, kết hợp tất cả các yếu tố: ozone, UV, H2O2. Một CHC có thể bị phân hủy đồng thời theo các con đường sau: ozone hóa trực tiếp, gốc OH&, quang hóa trực tiếp. Điều đó được thể hiện bởi phương trình tốc độ phân hủy CHC (P), rP, như sau: rP = dCp/dt = FPFPIhp + kPCOZCP + kOH.PCOHCP Trong đó, Ihp là cường độ bức xạ bị hấp phụ bởi dung dịch chất nghiên cứu; FP là phần bức xạ bị chất hấp phụ; FP là hiệu suất quang của chất; CP là nồng độ chất trong dung dịch; COZ là nồng độ ozone trong dung dịch; kP là hằng số phản ứng trực tiếp giữa ozone với chất; COH là nồng độ gốc OH& trong dung dịch; kOH.P là hằng số phản ứng giữa gốc OH& với chất. Trong vế bên phải của (9), hệ số thứ nhất thể hiện tốc độ phản ứng quang hóa trực tiếp CHC; hệ số thứ hai thể hiện phản ứng ozon hóa trực tiếp CHC; hệ số cuối cùng thể hiện phản ứng theo cơ chế gốc. 10 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Ví dụ ozon hóa các hợp chất kim loại Ozon hóa H2S H2S + O3 → H2O + SO2 3H2S + 4O3→ 3H2SO4 Ozon hóa amoniac 5- Oxy hóa bằng oxy trong không khí Oxy hóa bằng oxy trong không khí dùng để tách Fe ra khỏi nước theo phản ứng sau: Quá trình oxy hóa được tiến hành làm thoáng bằng dàn mưa, làm thoáng cưỡng bức Khi hàm lượng sắt cao,phương pháp sục khí không cho phép loại chúng hoàn toàn , vì thế cần dùng phương pháp hóa học. Chất phản ứng có thể là Clo, clorat, soda… 11 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu 6- Các phương pháp oxy hóa khác - Kali permangannat , chất này tương đố đắt dùng xử lý sơ bộ để loại bỏ mangan, sắt hòa tan trong nước - Brom có tính chất sát trùng và diệt tảo, dùng khử trùng nước bể bơi, liều lượng dư nhỏ nhất là 1g/m3 - Axit monopersunfuric, dùng để oxy hóa các xianua trong nước, dung dịch này bền vững, được điềuchế từ nước chứa oxy và axit sunfuric - Cloamin dùng khử trùng, diệt khuẩn chậm hơn clo nhưng hiệu quả lớn do tính ổn định, không tạo thành haloforme, được điều chế bằng clo và amoniac. Có ích trong các trường hợp như : hệ thống mạng dẫn dài với thời gian tiếp xúc lớn và nhiệt độ cao, các kênh có bao che để tránh mùi khó chịu - Bức xạ tử ngoại : bước sóng từ 200-300 nm, sinh ra từ đèn chứa hơi thủy ngân, ứng dụng trong xử lý nước uống ở mạng ống ngắn và bảo dưỡng tốt - Bức xạ ion : dùng bảo quản thực phẩm, dùng chủ yếu phóng xạ Coban C- Xử lý nước thải bằng phương pháp khử Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để xử lý các chất Hg, Cr, As 1- Khử bằng hydroperoxit Không chỉ oxy hóa,người ta còn dùng H2O2 để khử clo trong nước 2- Khử Thủy ngân Thủy ngân trong các hợp chất vô cơ được khử thành kim loại và tách ra khỏi nước nhờ quá trình lắng, lọc, keo tụ. Để khử Hg người ta có thể dùng sunfua sắt, hydroxit natri, bột sắt, H2S, bột nhôm 3- Khử Asen Asen trong nước thải dưới dạng các phân tử oxy hoặc ở các dạng anion AsS 2-,phương pháp phổ biến nhất loại Asen là kết tuả hợp chất chứa As. Trước hết, cần oxy hóa Asen III thành Asen V, các chất khử là CuCl2, clo, bùn, piroluzit. Khi nồng độ Asen lớn người ta khử các axit Asenic thành axit Aseno, bằng đioxit lưu huỳnh lắng dưới dạng trioxit asen. 12 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Yếu tố ảnh hưởng : lượng MnO2 gấp 4 lần lý thuyết,độ axit dung dịch 30-40 mg/l, nhiệt độ 70-80, thời gian oxy hóa 3 giờ 4- Khử Cr Với Natrihydosunfit : Với sắt sunfat Với natrihydrosunfit 13 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Xử lý chất thải bằng chất khử Chất thải Chất khử Cr (6) SO2, muối sulfite (sodium bisulfite, sodium metabisulfite, sodium hydrosulfite), sulfate sắt, bột sắt, bột nhôm, bột kẽm. Chất thải có chứa thủy ngân NaBH4 Tetra-alkyl-lead NaBH4 Bạc NaBH4 5- Loại Mangan Loại mangan bằng pemanganat kali Mn2+ + MnO4- → MnO2 + H+ Hiệu quả cao nhất khi dùng 2 mg KMnO4 cho 1 mg Mn2+,quá trình phụ thuộc vào pH. Khi pH =9.5 mangan được loại bỏ hoàn toàn. D- Loại bỏ chất oxy hóa dư Việc khử có thể dùng phương pháp hóa học hay vật lý 1- Phương pháp hóa học Thường dùng đioxit lưu huỳnh dưới dạng khí hóa lỏng, đặt trong congten nơ áp suất SO2+ H2O → H2SO3 H2SO3 + NH2Cl +H2O → NH4Cl + H2SO4 Tương tự với đi và clo amin 2- Phương pháp vật lý Than hoạt tính khử Clo, tác động do hiệu ứng xúc tác, thời gian tiếp xúc trong tháp khoảng vài phút, hiệu quả khử clo của than hoạt tính giảm với thời gian sau khi bị nhiễm độc. Kỹ thuật này không được dùng trước khi thẩm thấu ngược và được dùng nhiều trong sản xuất đồ uống. 14 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu E- Xử lý nước thải bằng phương pháp kết tủa Cơ chế của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn. Kết tủa thường gặp trong xử lý nước là kết tủ caconat canxi và kết tủa hydroxit Trước đây người ta thường dùng quá trình này để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ và thứ cấp. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng 6.1. Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 - 90% TSS, 40 - 70% BOD5, 30 -60% COD và 80 - 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại được 50 - 70% TSS, 30 - 40% chất hữu cơ. 1- Kết tủa hydroxit Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình kết tủa Teân hoùa chaát Coâng thöùc Troïng löôïng phaân töû Troïng löôïng rieâng, lb/ft3 Khoâ Dung dòch Al2(SO4)3.18H2O 666,7 60  75 78  80 (49%) Al2(SO4)3.14H2O 594,3 60  75 83  85 (49%) Ferric chloride FeCl3 162,1 Ferric sulfate Fe2(SO4)3 400 Fe2(SO4)3.3H2O 454 Ferric sulfate (copperas) FeSO4.7H2O 278,0 62  66 Voâi Ca(OH)2 56 theo CaO 35  50 Pheøn nhoâm Ghi chú: lb/ft3 84  93 70  72 16,0185 = kg/m3 Sử dụng hóa chất để loại chất rắn lơ lửng 15 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau: Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 → 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp. Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 + 2H2O Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau: FeSO4 + Ca(HCO3)2 → 2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy. Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau FeCl3 + 3 H2O → Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl 3H+ + 3HCO3 - → 3H2CO3 Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau FeCl3 + Ca(OH)2 → 3CaCl2 + 2Fe(OH)3 Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2 → 3CaSO4 + 2Fe(OH)3 Loại các ion kim loại nặng Giá trị pH của quá trình lắng các hydroxit kim loại 16 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Dạng cation Bắt đầu lắng Lắng hoàn toàn Sắt 2 7.5 9.7 Sắt 3 2.3 4.1 Kẽm 6.4 8.0 4.9 6.8 7.7 9.5 4.0 5.2 8.2 9.7 Crom Niken Nhôm Cadmi Xử lý hợp chất kẽm, đồng, niken, chì , cadmium, coban Muối kẽm : Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2 ZnCl2 + Na2CO3 + H2O → NaCl +CO2 + (ZnOH)2CO3 Muối đồng : Cu2+ + OH- → Cu(OH)2 Niken : Ni2+ OH- → Ni(OH)2 Chì : Pb2+ +OH- → Pb(OH)2,bắt đầu lắng khi pH=6 Nước thải chứa nhiều kim loại thường được lắng đồng thời bằng hydroxit canxi và hiệu quả lắng cao hơn so với lắng từng kim loại Xử lý bằng tác nhân kiềm cho phép giảm nồng độ kim loại nặng đến giá trị cho phép thải vào hệ thống nước thải sinh hoạt. Tuy nhiên khi yêu cầu cao hơn thì phương pháp này không đạt yêu cầu Nhược điểm của phương pháp này là hình thành cặn khó tách nước. Ngoài ra nước sau khi xử lý chứa lượng lớn muối canxi khó sử dụng lại trong hệ thống nước tuần hoàn. 2- Kết tủa cacbonatcanxi a- Làm mềm bằng vôi 17 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Mục đích là khử độ cứng bicabonat hay độ cứng tạm thời của canxi và magie. Các phản ứng cơ bản Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 + H2O Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O Cơ chế kết tủa Phản ứng của vôi trong nước thô diễn ra rất chậm nếu không có tác chất kết tinh . Thời gian phản ứng kéo dài trong nhiều giờ. Khi muốn loại bỏ cacbonat hoàn toàn trong suốt, thì việc làm mềm bằng vôi phải luôn đi kèm với lọc trong. b- Dùng cacbonatnatri Khử độ cứng vĩnh viễn thực hiện bằng quy trình cacbonat natri lạnh, có kết hợp hoặc không kết tủa bicacbonat canxi và magie bằng vôi CaSO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + CaCO3 CaCl2 + Na2CO3 → NaCl + CaCO3 c- Kết tủa bằng xút ăn da Cho phép hạ thấp độ cứng của nước xuống một giá trị bằng 2 lần độ giảm hàm lượng bicacbo nat của các chất kiềm thổ Ca(HCO3)2 + NaOH → CaCO3+ Na2CO3 + H2O 3- Kết tủa Silic Thực chất là sự hấp thụ của Silic lên các bông cặn chứa nhiều hydroxit Al, Mg, Fe. Việc cùng kết tủa thực hiện ở trạng thái lạnh hoặc nóng a- Kết tủa silic bằng magie Magie thường xuất hiện ở giếng khoan và kết tủa một phần nhờ silic b- Khử silic bằng aluminat natri Phương pháp thực hiện ở quy trình lạnh, liều lượng nhôm được tính bằng Al2O3 có trong nước lợ từ 2-2.6 mg/mg cho 1 mg silic kết tủa c- Khử silic bằng clorua sat III 18 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Sử dụng FeCl3 kết hợp aluminat có thể thu Silic còn lại trong nước từ 0.2-0.3 mg/l, pH 8.5-9 thay vì còn 1-3mg/l khi dùng riêng aluninat Chất phản ứng Nhiệt độ pH MgO NaAlO2- 50-55 30-35 9.6-10 8.6-9.5 SiO2 còn lại Mg/l 4-6 5-10 4-Các loại kết tủa khác a- Sunfat Kết tủa sunfat được đặt trước khi xả nước hay nước tuần hoàn lại, sunfat được khử khỏi nước lợ trước khi đem chưng cất SO42- + Ca2+ +H2O → CaSO4.2H2O Ví dụ ta thu hàm lượng còn lại trong nước - Từ 2-3g/l SO4 khi lọc nước muối với CaCl2 - Từ 1.5-2 g/l SO4 khi trung hòa nước axit, không có CaCl2 b- Florua Loại bỏ florua bằng kết tủa được thực hiện ở các loại nước có axit của việc làm sạch khí đốt của các lò thiêu, luyện nhôm, cũng như nước thải công nghiệp chế biến thủy tinh. Tác nhân trung hòa là vôi, có thể phức chất CaCl2 : F- + Ca2+ → CaF2 c- Phốt phat Hai phương thức kết tủa sử dụng : - Cho nước thải axit : dùng vôi Kết tủa dihyrophotphatcanxi ở pH 6-7 2H3PO4+ Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 + H2O Kết tủa photphatcanxi III từ pH 9-12 Ca(PO4H)2 + Ca(OH)2 → Ca3(PO)4 + H2O 19 Đề tài :Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học - GVHD :Th.S Nguyễn Ngọc Châu Nước thải không axit : dùng muối Al,Fe AlPO4 và FePO4 là muối ít hòa tan nhưng kết tủa ở dạng keo tủa. Kết tủa tạp chất được loại bỏ bằng hấp thụ trên bề mặt hydroxit kim loại dư Các liều lượng phèn nhôm thường sử dụng và hiệu suất khử phospho của nó Hieäu suaát khöû phospho (%) Tæ leä Mole (Al : P) Khoaûng bieán thieân Giaù trò thöôøng duøng 75 1,25 : 1  1,5 : 1 1,4 : 1 85 1,6 : 1  1,9 : 1 1,7 : 1 95 2,1 : 1  2,6 : 1 2,3 : 1 Tóm lại : 20