ỨNG DỤNG KĨ THUẬT TRAO ĐỔI ION TRONG CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nước thải từ hoạt động khác người (sinh hoạt, công nghiệp, nơng nghiệp) khơng cịn thải thẳng mơi trường mà phải qua xử lý Việc xử lý bao gồm chuỗi q trình lý học, hóa học sinh học Các trình nhằm thúc đẩy việc xử lý, cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý để sử dụng lại chúng thải môi trường với ảnh hưởng nhỏ Việc xử lý tiến hành qua công đoạn sau:  Điều lưu trung hòa  Keo tụ, tạo cặn kết tủa  Tuyển  Xử lý sinh học hiếu khí  Lắng  Xử lý cấp (Lọc, hấp phụ, trao đổi ion) Điều lưu Điều lưu q trình giảm thiểu kiểm sốt biến động đặc tính nước thải nhằm tạo điều kiện tối ưu cho trình xử lý Quá trình điều lưu tiến hành cách trữ nước thải lại bể lớn, sau bơm định lượng chúng vào bể xử lý Quá trình điều lưu sử dụng để:  Điều chỉnh biến thiên lưu lượng nước thải theo ngày  Tránh biến động hàm lượng chất hữu làm ảnh hưởng đến hoạt động vi khuẩn bể xử lý sinh học  Kiểm soát pH nước thải để tạo điều kiện tối ưu cho q trình sinh học, hóa học sau Khả chứa bể điều lưu góp phần giảm thiểu tác động đến môi trường lưu lượng thải trì mức độ ổn định Bể điều lưu nơi cố định độc chất trình xử lý sinh học làm cho hiệu suất q trình tốt Trung hồ Nước thải thường có pH khơng thích hợp cho q trình xử lý sinh học thải mơi trường, cần phải trung hịa Có nhiều cách để tiến hành q trình trung hịa:  Trộn lẫn nước thải có pH acid nước thải có pH bazơ Bằng cách trộn lẫn hai loại nước thải có pH khác nhau, đạt mục đích trung hịa Q trình địi hỏi bể điều lưu đủ lớn để chứa nước thải  Trung hòa nước thải acid: người ta thường cho nước thải có pH acid chảy qua lớp đá vơi để trung hồ; cho dung dịch vơi vào nước thải, sau vơi tách q trình lắng  Trung hòa nước thải kiềm: acid mạnh (lưu ý đến tính kinh tế) CO2 dùng để trung hòa nước thải kiềm, sục CO2 vào nước thải, tạo thành acid carbonic trung hịa với nước thải KEO TỤ VÀ TẠO BƠNG CẶN Hai q trình hóa học kết tụ chất rắn lơ lửng hạt keo để tạo nên hạt có kích thước lớn Nước thải có chứa hạt keo có mang điện tích (thường điện tích âm) Chính điện tích ngăn cản khơng cho va chạm kết hợp lại với làm cho dung dịch giữ trạng thái ổn định Việc cho thêm vào nước thải số hóa chất (phèn, ferrous chloride ) làm cho dung dịch tính ổn định gia tăng kết hợp hạt để tạo thành cặn đủ lớn để loại bỏ q trình lọc hay lắng cặn Các chất keo tụ thường sử dụng muối sắt hay nhơm có hóa trị Các chất tạo cặn thường sử dụng chất hữu cao phân tử polyacrilamid Việc kết hợp sử dụng chất hữu cao phân tử với muối vô cải thiện đáng kể khả tạo cặn KẾT TỦA Kết tủa phương pháp thông dụng để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải Thường kim loại nặng kết tủa dạng hydroxide Do đó, để hồn thành q trình người ta thường cho thêm base vào nước thải nước thải đạt đến pH mà kim loại nặng cần phải loại bỏ có khả hịa tan thấp Thường trước trình kết tủa, người ta cần loại bỏ chất nhiễm khác có khả làm cản trở trình kết tủa Quá trình kết tủa dùng để khử phosphate nước thải TUYỂN NỔI Q trình dùng để loại bỏ chất có khả mặt nước thải dầu, mỡ, chất rắn lơ lửng Trong bể tuyển người ta cịn kết hợp để đặc loại bỏ bùn Đầu tiên nước thải, hay phần nước thải tạo áp suất với diện lượng khơng khí đủ lớn Khi nước thải trả áp suất tự nhiên khí quyển, tạo nên bọt khí Các hạt dầu, mỡ chất rắn lơ lửng kết dính với bọt khí với để lên bị gạt tách chúng khỏi nước thải LẮNG Quá trình lắng áp dụng khác tỉ trọng nước, chất rắn lơ lửng chất ô nhiễm khác nước thải để loại chúng khỏi nước thải Đây phương pháp quan trọng để loại bỏ chất rắn lơ lửng Bể lắng thường có dạng chữ nhật hình trịn Đối với dạng bể lắng hình chữ nhật đáy bể có thiết kế gạt bùn theo chiều ngang bể, gạt chuyển động phía đầu vào nước thải gom bùn hố nhỏ đây, sau bùn thải ngồi Có hai loại bể lắng hình trịn:  Loại nước thải đưa vào bể tâm bể lấy thành bể  Loại nước thải đưa vào thành bể lấy tâm bể Loại bể lắng hình trịn có hiệu suất cao loại bể lắng hình chử nhật Quá trình lắng cịn kết hợp với q trình tạo bơng cặn hay đưa thêm vào số hóa chất để cải thiện rõ nét hiệu suất lắng XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ Phần lớn chất hữu nước thải bị phân hủy trình sinh học Trong trình xử lý sinh học vi sinh vật sử dụng oxy để phân hủy chất hữu trình sinh trưởng chúng tăng nhanh Ngoài chất hữu (hiện diện nước thải), oxygen (do ta cung cấp) trình sinh học bị hạn chế số chất dinh dưỡng khác Ngoại trừ nitơ phospho, chất khác diện chất thải với hàm lượng đủ cho trình xử lý sinh học Nước thải sinh hoạt chứa chất với tỉ lệ thích hợp cho trình xử lý sinh học Một số loại nước thải cơng nghiệp nước thải nhà máy giấy có hàm lượng carbon cao lại thiếu phospho nitơ, cần bổ sung hai nguồn để vi khuẩn hoạt động có hiệu Những yếu tố khác ảnh hưởng đến trình xử lý sinh học nhiệt độ, pH độc tố Có nhiều thiết kế khác cho bể xử lý sinh học hiếu khí, loại thường dùng bể bùn hoạt tính, nguyên tắc bể vi khuẩn phân hủy chất hữu nước thải sau tạo thành bơng cặn đủ lớn để tiến hành q trình lắng dễ dàng Sau bơng cặn tách khỏi nước thải trình lắng học Như hệ thống xử lý bùn hoạt tính bao gồm: bể bùn hoạt tính bể lắng SỤC KHÍ Q trình sục khí cung cấp oxy cho vi khuẩn hoạt động để phân hủy chất hữu cơ, cịn giúp cho việc việc khử sắt, magnesium, kích thích q trình oxy hóa hóa học chất hữu khó phân hủy đường sinh học tạo lượng DO đạt u cầu để thải mơi trường Có nhiều cách để hồn thành q trình sục khí: đường khuếch tán khí khuấy đảo XỬ LÝ CẤP Lọc: trình lọc nhằm loại bỏ chất rắn lơ lửng bơng cặn (từ q trình keo tụ tạo bơng cặn), bể lọc cịn nhằm mục đích khử bớt nước bùn lấy từ bể lắng Quá trình lọc dựa nguyên tắc chủ yếu nước thải qua lớp vật liệu có lổ rỗng, chất rắn có kích thước lớn lổ rỗng bị giữ lại Có nhiều loại bể lọc khác có loại sử dụng tốt cho trình xử lý nước thải Hai loại thường sử dụng trình xử lý nước thải bề lọc cát trống quay Hấp phụ: trình hấp phụ thường dùng để loại bỏ mảnh hữu nhỏ nước thải cơng nghiệp (loại khó loại bỏ q trình xử lý sinh học) Nguyên tắc chủ yếu trình bề mặt chất rắn (sử dụng làm chất hấp phụ) tiếp xúc với nước thải có khả giữ lại chất hịa tan nước thải bề mặt khác sức căng bề mặt Chất hấp phụ thường sử dụng than hoạt tính (dạng hạt) Tùy theo đặc tính nước thải mà chọn loại than hoạt tính tương ứng Q trình hấp phụ có hiệu việc khử COD, màu phenol Than hoạt tính sau thời gian sử dụng bảo hòa khả hấp phụ, tái sinh chúng lại biện pháp tách chất bị hấp phụ khỏi than hoạt tính thơng qua: nhiệt, nước, acid, base, ly trích dung mơi oxy hóa hóa học Trao đổi ion: trao đổi ion trình ứng dụng nguyên tắc trao đổi ion thuận nghịch chất rắn chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc chất rắn Quá trình ứng dụng để loại bỏ cation anion nước thải Các cation trao đổi với ion hydrogen hay sodium, anion trao đổi với ion hydroxyl nhựa trao đổi ion Hầu hết loại nhựa trao đổi ion hợp chất tổng hợp Nó chất hữu vơ cao phân tử đính kết với nhóm chức Các nhựa trao đổi ion dùng xử lý nước thải hợp chất hữu cao phân tử có cấu trúc khơng gian chiều có lổ rỗng Các nhóm chức đính vào cấu trúc cao phân tử cách cho hợp chất phản ứng với hóa chất chứa nhóm chức thích hợp Khả trao đổi ion tính số nhóm chức đơn vị trọng lượng nhựa trao đổi ion Hoạt động hiệu kinh tế phương pháp phụ thuộc vào khả trao đổi ion lượng chất tái sinh cần sử dụng Nước thải cho chảy qua nhựa trao đổi ion chất ion cần loại bỏ biến Khi nhựa trao đổi ion hết khả trao đổi ion, tái sinh lại chất tái sinh thích hợp Sau q trình tái sinh chất tái sinh rửa nước nhựa trao đổi ion sẳn sàng để sử dụng cho chu trình kế Ion exchange Trao đổi ion phương pháp làm mềm, khử khoáng sử dụng rộng rãi Nguyên lý hoạt dộng loại vật liệu giống Sự khác biệt thể rõ cấu tạo quy trình cơng nghệ sản xuất vật liệu trao đổi ion Ion nguyên tử mang điện tích Nguyên tử mang điện tích âm gọi Anion Nguyên tử mang điện tích dương (thường kim loại) gọi Cation Chu trình vận hành trao đổi ion Khi gặp điều kiện thuận lợi, ion trái dấu kết hợp với nhau, tạo thành cặn, váng Một số có hại cho sức khỏe, số gây mỹ quan Để xử lý tượng này, người ta dùng "hạt nhựa trao đổi ion" Theo nguyên lý hạt mang điện tích trái dấu hút nhau, người ta dùng loại hạt nhựa tích Cation để "hút" ion âm ngược lại Khi hạt nhựa bão hịa (khơng thể "hút" thêm nữa) người ta phải "sạc" lại Quá trình diễn liên tục hay theo chu kỳ, tự động hay thủ công tùy vào quy mô sản phẩm cụ thể Một số loại ion thường thấy nước chưa xử lý: Cation Calcium (Ca2+) Magnesium (Mg2+) Sodium (Na+) Potassium (K+) Iron (Fe2+) Anion Chloride (Cl-) Bicarbonate (HCO3-) Nitrate (NO3-) Carbonate (CO32-) Sulfate (SO42-) Làm mềm: Các ion Can-xi (Ca2+), Magiê (Mg2+) tạo cặn đường ống, bám bề mặt vật chứa, anh hưởng đến sinh hoạt Để thay ion magiê, can-xi người ta thường dùng ion soda để làm nước “mềm” Đây ứng dụng phương pháp trao đổi ion  ... Quá trình ứng dụng để loại bỏ cation anion nước thải Các cation trao đổi với ion hydrogen hay sodium, anion trao đổi với ion hydroxyl nhựa trao đổi ion Hầu hết loại nhựa trao đổi ion hợp chất... qua nhựa trao đổi ion chất ion cần loại bỏ biến Khi nhựa trao đổi ion hết khả trao đổi ion, tái sinh lại chất tái sinh thích hợp Sau q trình tái sinh chất tái sinh rửa nước nhựa trao đổi ion sẳn... qua: nhiệt, nước, acid, base, ly trích dung mơi oxy hóa hóa học Trao đổi ion: trao đổi ion trình ứng dụng nguyên tắc trao đổi ion thuận nghịch chất rắn chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc