Quy trình xử lý nước ngày càng đòi hỏi nhiều công đoạn phức tạp và công nghệ hiện đại. Keo tụ và tạo bông là quá trình quan trọng trong quá trình lớn này, keo tụ tạo bông là gì? Làm thế nào để quá trình này làm việc? Vì sao cần áp dụng phương pháp keo tụ tạo bông trong ngành xử lý nước? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn trả lời những câu hỏi đó, cùng Tuấn Vũ tìm hiểu nhé!!!
Contents
Keo tụ tạo bông là gì?
Keo tụ là quá trình phá vỡ độ bền, đồng thời liên kết các hạt keo (có thể là silica, kim loại nặng, xác chết vi sinh, chất rắn hữu cơ…) tạo nhân dính kết những hạt này lại. Sau đó, các bông cặn sau khi được liên kết qua quá trình keo tụ dính kết lại với nhau, quá trình này gọi là tạo bông.
Vì sao cần áp dụng phương pháp keo tụ tạo bông trong ngành xử lý nước?
Các hạt trong nước thiên nhiên thường đa dạng về chủng loại và kích thước, có thể bao gồm các hạt cát, sét, mùn, vi sinh vật, sản phẩm hữu cơ phân hủy,… Kích thước hạt có thể dao động từ vài cm đến vài mm. Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được những hạt có kích thước lớn hơn 10mm. Với những hạt có kích thước nhỏ hơn 10 mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải tốn thời gian rất dài (Bảng 1.1) và khó đạt được hiệu quả xử lý cao, do đó cần phải áp dụng phương pháp xử lý hóa lý.
Mục đích của quá trình keo tụ tạo bông?
Quá trình keo tụ tạo bông được áp dụng để tách loại các hạt cặn có kích thước 0,001 µm < 0 < 1 µm, không thể tách loại được bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc hoặc tuyển nổi. Hay nói cách khác, Mục đích chính của keo tụ -tạo bông là tăng kích thước và khối lượng của các bông cặn, nhờ đó, chúng sẽ dễ dàng bị lắng xuống, việc lọc nước sẽ thuận lợi hơn.
Hạt keo
Các hạt keo có kích thước 0,001 µm < 0 < 1 µm có khả năng lắng rất chậm do bị cản trở bởi chuyển động Brown, Tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và khối lượng của hạt keo lớn hơn rất nhiều. So với các hạt khác, do đó tính chất bề mặt (thế điện động và điện tích bề mặt) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách loại hạt keo hơn là lắng dưới tác dụng của trọng lực.
Các hạt keo thường mang điện tích tương ứng với môi trường xung quanh và có thể phân loại thành 2 dạng chính: keo kỵ nước và keo ưa nước.
Keo kỵ nước (ví dụ đất sét, oxit kim loại,…) là những hạt keo:
- Không có ái lực đối với môi trường nước;
- Dễ keo tụ;
- Đa số là những hạt keo vô cơ.
Keo ưa nước (ví dụ protein) là những hạt keo:
- Thể hiện ái lực đối với nước;
- Hấp thụ nước và làm chậm quá trình keo tụ, thường cần áp dụng những phương pháp xử lý đặc biệt để quá trình keo tụ đạt hiệu quả mong muốn;
- Đa số là những hạt hữu cơ.
Khi cho tác nhân keo tụ vào nước, keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất này. Ví dụ khi thủy phân phèn sắt sẽ tạo thành hệ keo trong đó nhân hạt keo là nhóm Fe3+. Nhờ có điện tích bề mặt lớn nên chúng có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion trái dấu bao bọc quanh bề mặt nhân hạt keo. Lớp vỏ ion này cùng với lớp phân tử bên trong tạo thành hạt keo, Bề mặt nhân hạt keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt lên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu.
Như vậy, quanh nhân hạt keo có hai lớp ion mang điện tích trái dấu bao bọc gọi là lớp điện tích kép của hạt keo. Lớp ion ngoài cùng do lực liên kết yếu nên thường không có đủ điện tích trung hòa với điện tích bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện tích nhất định. Để cân bằng điện tích trong môi trường hạt keo lại thu hút quanh mình một số ion trái dấu ở trạng thái khuếch tán (Hình 1).
Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện hoặc Van der Waals tồn tại giữa các hạt keo. Độ lớn của lực này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt ( Hình 2). Khả năng ổn định hạt keo là kết quả tổng hợp giữa lực hút và lực đẩy. Nếu lực tổng hợp là lực hút thì xảy ra quá trình keo tụ. Khi các hạt keo kết dính với nhau, chúng tạo thành những hạt có kích thước lớn hơn gọi là bông cặn và có khả năng lắng nhanh.
Để lực hút thắng được được lực đẩy thì điện thế Zeeta phải nhỏ hơn 0,03V và quá trình keo tụ càng hiệu quả khi điện thế zêta tiến tới 0.
Cơ chế của quá trình Keo tụ Tạo Bông
Các cơ chế chính của quá trình keo tụ tạo bông gồm
a) Quá trình nén lớp điện tích kép. giảm thế điện động zêta nhờ ion trái dấu. Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước/nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch đến lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zêta và giảm lực tĩnh điện.
b) Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện zêta bằng 0. Trong trường hợp này, quá trình hấp phụ chiếm ưu thế.
c) Cơ chế hấp phụ – tạo cầu nối Các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:
- Phân tán polymer;
- Vận chuyển polymer lên bền mặt hạt;
- Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt;
- Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác.
Cơ chế tạo cầu nối có thể biểu diễn theo sơ đồ phản ứng như sau
Phản ứng 1: phân tử polymer kết dính với hạt keo do lực hút giữa polymer và hạt keo tích điện trái dấu.
Phản ứng 2: phần còn lại của polymer đã hấp phụ hạt keo ở trên lại liên kết với những vị trí hoạt tính trên bề mặt các hạt keo khác.
Phản ứng 3: Nếu thể liên kết với hạt keo khác, polymer đã hấp phụ hạt keo trên sẽ cuộn lại và kết dính ở một vị trí hoạt tính khác trên bề mặt hạt keo và do đó tái tạo ra hiện tượng tái bền hạt keo.
Phản ứng 4: Nếu cho quá thừa polymer, có thể làm bão hòa điện tích bề mặt các hạt keo nên không vị trí hoạt tính nào tồn tại để tạo thành cầu nối. Điều này dẫn đến hiện tượng tái bền hạt keo và có thể có hoặc không xảy ra hiện tượng đổi dấu hạt keo.
Phản ứng 5: Phá vỡ liên kết giữa hạt keo và polymer nếu khuấy trộn quá mạnh.
Phản ứng 6: tái bền hạt keo do hiện tượng hấp phụ trên một vị trí hoạt tính khác của cùng hạt keo như trình bày ở phản ứng 3.
d) Quá trình keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng
Ở giá trị pH thích hợp, các tác nhân keo tụ là phèn nhôm và phèn sắt cho vào dung dịch sẽ tạo thành Al(OH)3 hoặc Fe(OH)3 và lắng xuống. Trong quá trình lắng chúng kéo theo các bông keo, các cặn bẩn hữu cơ và vô cơ, các hạt keo khác cùng lắng. Cơ chế này được gọi là cơ chế cùng lắng.
Quá trình này không phụ thuộc vào quá trình keo tụ tạo bông và không xảy ra hiện tượng tái ổn định hạt keo như trên.
Động học của quá trình keo tụ tạo bông
Quá trình keo tụ tạo bông gồm hai quá trình chính:
– Quá trình keo tụ: dựa trên cơ chế phá bền hạt keo;
– Quá trình tạo bông: tiếp xúc/kết dính giữa các hạt keo đã bị phá bền. Cơ chế tiếp xúc giữa các hạt bao gồm:
- Tiếp xúc do chuyển động nhiệt ( chuyển động Brown) tạo thành hạt có kích thước nhỏ, khoảng 1 µm.
- Tiếp xúc do quá trình chuyển động của lưu chất được thực hiện bằng cách khuấy trộn hỗn hợp để tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn;
- Tiếp xúc do quá trình lắng của các hạt.
– Giá trị gradien vận tốc G và thời gian t phụ thuộc vào:
- Thành phần hóa học của nước.
- Bản chất và nồng độ keo trong nước.
G= P1/2. µ-1/2. V-1/2
Trong đó, P là năng lượng tiêu hao trong bể phản ứng tạo bông ( W.kg.m2.s-3), V là thể tích bể phản ứng, µ là độ nhớt động học.
Qua bài viết keo tụ tạo bông là gì? vì sao cần áp dụng phương pháp keo tụ tạo bông trong xử lý nước? đang giải đáp một phần thắc mắc của các bạn. Nếu có gì thắc mắc hay quan tâm đến quá trình hãy liên hệ trực tiếp cho chúng mình qua hotline 0989 107 143 hoặc để lại bình luận bên dưới để chúng mình có thể hỗ trợ bạn một cách tốt nhất.
Leave A Comment