MỤc lục phần I: MỞ ĐẦU



tải về 420.26 Kb.
trang1/5
Chuyển đổi dữ liệu07.07.2016
Kích420.26 Kb.
  1   2   3   4   5

Khoá luận tốt nghiệp Trần Thị Hiền – MT 52C

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu 3

1.2.1. Mục đích nghiên cứu 3

1.2.2. Yêu cầu của nghiên cứu 3

PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1. Các hạt vật chất lơ lửng trong nước 4

2.2. Cơ chế của quá trình keo tụ 11

2.2.1. Động lực học của quá trình keo tụ 11

2.2.2. Các vật liệu keo tụ 16

2.2.3. Một số nghiên cứu ứng dụng chất keo tụ có nguồn gốc tự nhiên 19



PHẦN III: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 21

3.3.1. Đối tượng nghiên cứu 21

3.3.2. Phạm vi nghiên cứu 21

3.2. Nội dung nghiên cứu 22

3.3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 22

3.3.1. Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm: 22

3.3.2. Tiến hành thí nghiệm Jartest với các công thức của chất keo tụ TRP-Ai. 22

3.3.3. Phương pháp đo đạc và phân tích 23

3.3.4. Phương pháp xử lí số liệu 24



PHẦN IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 25

4.1. Cơ chế của quá trình keo tụ đối với chất TRP-Ai 25

4.1.1. Diễn biến thay đổi kích thước hạt lơ lửng trong thí nghiệm jartest 25

4.1.2. Diễn biến vận tốc sa lắng của hạt trong thí nghiệm jartest 32

4.2. Nồng độ tối ưu của chất keo tụ TRP – Ai 34

4.3. Hiệu quả xử lí độ đục trong nước giữa chất keo tụ TRP – Ai và polyme alumminium chloride 41



PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43

5.1. Kết Luận 43

5.2. Kiến Nghị 44

PHẦN VI: TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. Hình ảnh qua kính hiển vi của các cấp hạt trong nước thủy sản. 6

Hình 2. Mô tả cấu trúc hạt keo 8

Hình 3. Cơ chế của quá trình keo tụ 13

Hình 4. Diễn biến kích thươc hạt lơ lửng tại từng nồng độ thí nghiệm 26

Hình 5. Diễn biến kích thước hạt trong mẫu nghiên cứu theo nồng độ 28

Hình 6 . Kích thước hạt keo trong quá trình đông tụ và tạo bông keo tụ tại mẫu 4 với nồng độ TRP-Ai 1.3% 32

Hình 7. Kích thước hạt keo trong quá trình đông tụ và quá trình tạo bông keo tụ tại mẫu 4 với nồng độ TRP – Ai 1,9 32

Hình 8: Kích thước bông keo sau quá trình tạo bông keo tụ, TRP – Ai 0,5% và 1,7% với mẫu 2. 34

Hình 9: Sự thay đổi của khối lượng chất rắn sa lắng và độ đục trong mẫu 1 theo nồng độ khác nhau của chất keo tụ TRP – Ai 37

Hình 10. Mối tương quan giữa khối lượng chất rắn sa lắng và độ đục trong mẫu 2. 39

Hình 11. Giá trị EC trước và sau khi đưa chất keo tụ TRP – Ai vào mẫu nghiên cứu 40

Hình 12. Chất keo tụ PAC 41

Hình 13. Mẫu 6 trước khi đưa chất keo tụ PAC và TRP – Ai vào. 42

Hình 14. Sau khi đưa chất keo tụ TRP – Ai 1.7 % và PAC 10% + zetag 7563 0.1%.PHẦN V 42

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thành phần khoáng vật, thuộc tính của chất keo tụ TRP – Ai 21

Bảng 2. Thành phần khoáng vật sét của các loại mẫu vật đất được sử dụng nghiên cứu 29

Bảng 3 . Giá trị pH ban đầu của các mẫu vật nước sử dụng làm thí nghiệm 29

Bảng 4. Đặc tính của các loại đất tại các tỉnh thành được sử dụng làm nghiên cứu 31

Bảng 5. Vận tốc sa lắng của các hạt keo trong các mẫu nghiên cứu 33

Bảng 6. Khối lượng chất rắn bị sa lắng sau quá trình keo tụ trong 500ml nước 35

Bảng 7. Độ đục của mẫu nghiên cứu tại các nồng độ khác nhau của chất keo tụ TRP – Ai 36

Bảng 8. Giá trị EC trước và sau khi đưa chất keo tụ TRP – Ai vào mẫu nghiên cứu 40

Bảng 9. Giá trị pH trước và sau khi đưa chất keo tụ TRP – Ai vào mẫu nghiên cứu 41
DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT
EC Độ dẫn điện

OM Hàm lượng mùn

ζ Zeta

PAC Polymer aluminium chloride



Kt Kaolinite

Mc Mica


Ch Chlorite

VT Vecmiculite

ST Smectite

Mx Hỗn hợp khoáng sét



PHẦN I

MỞ ĐẦU

    1. Tính cấp thiết của đề tài

Như chúng ta đã biết nước là tài nguyên quan trọng nhất của loài người và sinh vật trên trái đất. Tuy nhiên ngày nay cùng với sự phát sinh từ tự nhiên thì các hoạt động của con người như công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi đã gây ra không ít những tạp chất tồn tại trong nước.

Các tạp chất trong nước thiên nhiên thường đa dạng về chủng loại và kích thước, chúng có thể là các hạt cát, sét, mùn, sinh vật phù du, sản phẩm hữu cơ phân hủy…kích thước hạt dao động vài phần triệu milimet đến vài milimet [12]. Các vật chất này thường tồn tại ở hai dạng hòa tan và không hòa tan. Đối với dạng hòa tan, chúng có khả năng phát tán gây ảnh hưởng rộng tới môi trường nước. Còn dạng không hòa tan, sự phân bố phụ thuộc vào kích thước của hạt. Ngoài một số hạt kích thước lớn, có khả năng tự lắng trong nước, còn phần lớn các loại cặn khác thường tồn tại ở trạng thái lơ lửng, có khả năng tạo thành những hợp chất mới, gia tăng chất ô nhiễm và gây ra độ đục trong nước, giảm quá trình truyền quang, ảnh hưởng tới sự phát triển của các động thực vật thủy sinh. Từ đó cần phải có những biện pháp cụ thể để loại bỏ các tạp chất lơ lửng có hại này tồn tại trong nước tự nhiên.

Quá trình lắng tĩnh thì phải tốn rất nhiều thời gian và cũng rất khó có thể đạt được hiệu quả cao, nếu sử dụng các biện pháp xử lí cơ học như lắng lọc, chỉ có thể loại bỏ được các hạt có kích thước lớn hơn 10-4 mm. Do vậy cần phải áp dụng các phương pháp xử lí lý hóa học [5]. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều biện pháp xử lí các chất rắn lơ lửng với kích thước nhỏ hơn 2 µm, các chất có khả năng hấp phụ cao như: than củi, than bùn, than hoạt tính,… đã được sử dụng khá phổ biến. Nhưng mức độ hiệu quả của các chất hấp phụ này không cao đôi khi còn để tăng thêm kim loại mang đặc tính độc cho nước.[1]

Mặt khác các hạt cặn này trong nước thường đều mang điện tích, chúng có khả năng liên kết hoặc đẩy nhau bằng lực điện từ. Tuy nhiên, trong môi trường nước, do lực tương tác của các hạt cặn lại bé hơn lực đẩy do chuyển động nhiệt Brown nên các hạt cặn luôn tồn tại ở trạng thái phân tán lơ lửng. Bằng việc phá vỡ trạng thái cân bằng động tự nhiên của môi trường nước sẽ tạo ra các điều kiện thuận lợi để các hạt cặn lơ lửng kết dính lại với nhau tạo thành các bông cặn lớn hơn, dễ xử lí hơn. Trong công nghệ xử lý nước, biện pháp ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay là phương pháp keo tụ. [12]

Keo tụ là một phương pháp xử lí nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau taọ thành bông keo có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng lọc. Đây đang là một phương pháp được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam.

Chất keo tụ TRP – Ai mang bản chất của khoáng hấp phụ từ tự nhiên đã và đang được biết đến nhiều với khả năng loại bỏ các chất rắn lơ lửng cho hiệu quả cao. Tại Nhật Bản đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng chất này để làm sạch nước tự nhiên cũng như xử lí nước thải trước khi đổ vào môi trường[17][18]. Với Việt Nam việc sử dụng chất keo tụ TRP – Ai vẫn đang còn là một vấn đề khá mới mẻ. Chính từ những lí do trên tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu khả năng ứng dụng của chất keo tụ TRP – Ai để loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước”




    1. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu

      1. Mục đích nghiên cứu

  • Tìm hiểu cơ chế của quá trình keo tụ khi đưa chất keo tụ TRP–Ai vào nước để loại bỏ chất rắn lơ lửng.

  • Xác định nồng độ tối ưu của chất keo tụ TRP–Ai để loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước.

      1. Yêu cầu của nghiên cứu

  • Tìm hiểu, giải thích được cơ chế của quá trình keo tụ khi đưa chất keo tụ TRP–Ai vào trong nước để loại bỏ chất rắn lơ lửng

  • Xác định được nồng độ tối ưu của chất keo tụ TRP–Ai để loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước.


PHẦN II

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Các hạt vật chất lơ lửng trong nước

a. Nguồn gốc của các hạt lơ lửng trong nước

Nước tự nhiên có nhiều tạp chất lơ lửng, bao gồm 3 dạng chính: Vô cơ, hữu cơ và các Vi sinh vật. Để tồn tại lơ lửng được trong nước, kích thước của các hạt này thường rất nhỏ, theo một số nghiên cứu về kích thước của hạt lơ lửng giữa một số tác giả không thống nhất. Ðường kính hạt keo dao động từ 0,01 - 10 mm (1mm = 10-6 m) (Garrison Sposito)[7], hoặc nhỏ hơn 1 mm (Nyle C. Brady, Ray R. Well, Hinrich L. Bohn, Brian L. McNeal, George A. O'connor)[8], hoặc nhỏ hơn 0,2 mm (A.E. Vozbutskaia)[9] hoặc bán kính nhỏ hơn 1 mm (Van Olphen)[10],... Do kích thước của keo nhỏ như thế nên chúng thường lơ lửng trong dung dịch, có thể chui qua giấy lọc phổ thông và chỉ quan sát được cấu tạo của chúng bằng kính hiển vi điện tử.

Nguồn gốc của các hạt lơ lửng này xuất phát từ hai quá trình chính là tự nhiên và nhân tạo. Trong quá trình tự nhiên, cúng sinh ra từ sự phong hóa đá mẹ và đất (dòng chảy). Khi lớp đất bề mặt bị bào mòn do mưa, gió…xuống các dòng chảy tự nhiên, sẽ kéo theo các các dạng vô cơ, hữu cơ và xác vi sinh vật vào trong môi trường nước. Khi đó các hạt có kích thước to sẽ lắng xuống trước, các hạt nhỏ hơn sẽ bị giữ lại và tồn tại lơ lửng trong nước.

Mỗi loại đất có đặc tính khác nhau, khi bị bào mòn vào trong nước sẽ có thành phần và tỉ lệ các hạt vật chất khác nhau. Đối với sự phát sinh từ tự nhiên, chiếm chủ yếu đa phần là các hạt khoáng vật sét.

Đối với các vật liệu hữu cơ chủ yếu xuất phát từ sự thoái hóa sinh học của thực vật và động vật.

Không chỉ trong quá trình tự nhiên, các tạp chất trong nước cũng được phát sinh từ các hoạt động của con người đặc biệt là trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Nuôi trồng thủy sản cũng là nguồn gây ra đáng kể các thành phần của nước. Các dạng vật chất khác nhau của hoạt động thủy sản được xem là các phân tử trong nước, nhưng người ta quan tâm nhiều hơn về các vi sinh vật đơn bào.



b. Đặc tính của các hạt vật chất lơ lửng trong nước.

Các vật liệu hữu cơ còn được gọi là chất hữu cơ tự nhiên (NOM). Tuy nhiên kích thước của các phân tử có thể khá lớn và chúng có đặc điểm của các “hạt”. Ví dụ chất hữu cơ thông thường là các rác tế bào. NOM trong nước thường được đo bằng cacbon tổng số (TOC), và phần hòa tan trong nước được đo bởi cacbon hữu cơ hòa tan (DOC). Phần lớn các DOC trong nước được biết đến là chất humic, nó đặc trưng cho than bùn màu sắc của nước tự nhiên[15].

Trong nước tự nhiên, các sinh vật được phân loại theo sự gia tăng về kích thước bao gồm virus (mặc dù chúng không có tế bào), vi khuẩn, tảo (trong đó có tảo cát), và động vật nguyên sinh. Nhiều loại trong số này có thể tồn tại trong nước hoặc là các tế bào đơn lẻ hoặc sống theo đàn. Một số hạt trong vùng nước tự nhiên được hiển thị trong hình 1[15]:



Hình 1. Hình ảnh qua kính hiển vi của các cấp hạt trong nước thủy sản. a) Mẫu từ sông Tamar, Anh, b) Độ phóng đại to hiển vi lớn hơn, (1) ,c) hạt sét và phân tử hydroxit sắt (độ phóng đại lớn hơn nhiều so với a, b),d) vùng vi khuẩn. [15]
Vấn đề các dạng hòa tan và hạt keo là điều được quan tâm nhất, nước là một dung môi tốt cho nhiều chất, đặc biệt là các muối vô cơ và các tạp chất hòa tan. Nồng độ tổng số của các tạp chất được gọi là Tổng chất rắn lơ lửng (TSS). [15]

Đối với dạng vật liệu vô cơ lơ lửng, khi đất bị bào mòn, các hạt keo này theo dòng chảy và tồn tại trong môi trường nước. Tùy thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, thông thường các hạt cặn trong nước đều có thể mang điện tích âm hoặc dương, ví dụ các hạt cặn gốc silic, các tạp chất hữu cơ đều mang điện tích âm, các hydroxit sắt, nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết dính với nhau nhờ lực liên kết phân tử và lực điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tự do, các tổ hợp tạo thành được gọi là hạt keo. Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, các hạt keo sẽ có những tính chất khác nhau. Người ta có thể chia các hạt keo thành hai loại: keo kỵ nước và keo háo nước. Trong kĩ thuật xử lí nước bằng quá trình keo tụ, keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo. Ngoài ra, người ta còn phân loại theo các dạng sau:

- Keo phân tử là những phân tử lớn (polymer) tạo thành hạt keo .

- Keo phân tán gồm nhiều phân tử phân tán (cát, đất sét) tạo thành hạt keo.

- Keo liên kết gồm nhiều phân tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo.

Keo kỵ nước (hydropholic) không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không ngậm dầu, nước. Ví dụ, các kim loại như vàng, bạc, silic…

Keo ngậm nước (hydrophilic) có khả năng hấp phụ các phân tử nước. Ví dụ: vi trùng, vi rút, các polime hòa tan, lòng trắng trứng…

Keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất xúc tác như phèn nhôm, phèn sắt. Ban đầu các phân tử mới hình thành liên kết lại với nhau thành các khối đồng nhất, ví dụ khi dùng phèn sắt, sau khi thủy phân sẽ tạo các khối liên kết gồm nhiều phân tử Fe(OH)­­3. Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các khối này có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion nào đó, hoặc có trong thành phần các ion của khối hoặc gần giống một trong các ion trong khối về tính chất và kích thước, tạo thành lớp vỏ bọc ion. Lớp vở ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo. Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt trên đó, có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích. Như vậy, quanh khối liên kết phân tử ban đầu 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 thông thường không có đủ điện tích trung hòa với lớp 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 2)[14]





Hình 2. Mô tả cấu trúc hạt keo
Nếu hạt keo ở trong trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi lớp điện tích của lớp ion khuếch tán. Do chuyển động Brown, lớp ion khuếch tán di chuyển đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên kết không bền vững. Do đó, hạt keo trong điện tích luôn là hạt keo mang điện tích. Từ hình 1 ta thấy, thế nhiệt động φ trên bề mặt nhân keo bằng tổng điện tích các ion của lớp vỏ nhân, còn thế điện động ζ trên bề mặt hạt keo bằng tổng điện tích của lớp ion kép trên bề mặt ngoài hạt keo. Thế điện động ζ có giá trị nhỏ hơn thế nhiệt động φ một trị số bằng tổng điện tích của các ion trái dấu nằm trong lớp điện tích của các ion trái dấu nằm trong lớp điện tích kép.

Theo một số nghiên cứu đưa ra giá trị thế điện động zeta và độ ổn định của các hạt keo trong môi trường như sau [11]:




Thế điện động ζ

Độ ổn định hạt keo

0 đến ± 5

Đông tụ và keo tụ

± 10 đến ± 30

Hạt keo bất ổn

± 30 đến ± 40

Độ ổn định trung bình

± 40 đến ± 60

Độ ổn định tốt

Lớn hơn ± 61

Độ ổn định rất tốt

Theo lí thuyết về lớp điện tích kép, nếu hạt muốn keo tụ thì thế điện động zeta cần phải giảm thấp giá trị tới giá trị tới hạn. Trong trường hợp keo đất sét, giá trị tới hạn này được quan sát thấy ở khoảng 0±10 mV. Do vậy, quá trình keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp các hạt riêng rẽ nhờ việc giảm thế điện động zeta. Quá trình tạo bông keo xảy ra nhờ khuấy trộn và hình thành việc kết hợp các hạt bông keo nhỏ.

Trong pha phân tán keo, điện tích bề mặt của các hạt keo có ảnh hưởng rất lớn đến các ion bao quanh. Các ion trái dấu bị thu hút về bề mặt và các đồng ion (các ion cùng loại điện tích) bị đẩy ra khỏi bề mặt. Kết hợp hỗn hợp các xu hướng chuyển động nhiệt và hút hoặc đẩy ion lẫn nhau sẽ tạo ra một lớp trong của bề mặt điện tích của hạt keo và một lớp ngoài có số đương lượng các ion trái dấu phân bố trong pha khuếch tán tạo ra lớp bề mặt điện tích kép.

Theo Stern, tác giả phân chia lớp điện tích kép thành 2 lớp: Lớp điện tích kép Stern với các ion trái dấu hút nhau rất mạnh trên bề mặt hạt keo và lớp khuyếc tán, có bề dày phụ thuộc vào cường độ ion của dung dịch. Điện thế bề mặt giữa lớp ngoài của lớp Stern và lớp trong của lớp khuếch tán được gọi là thế điện động zeta. Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện được xem như là các lực phân tán hoặc lực London – Van der Walls tồn tại giữa các hạt keo. Độ lớn của các lực này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt và chúng độc lập với cường độ ion của nước. Khả năng ổn định của các 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 [12]



c. Ảnh hưởng của các hạt vật chất lơ lửng trong môi trường nước.

Sự có mặt của các hạt vật chất trong nước có ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng nước trong đó chủ yếu là những ảnh hưởng mang tính bất lợi:

Trạng thái phân bố và di chuyển của các hạt có thể gây ra độ đục trong nước, chỉ ở nồng độ rất nhỏ (vài mg/l). Không chỉ ảnh hưởng tới vấn đề mang tính thẩm mỹ nó còn gây hại cho sức khỏe của các loài động vật thủy sinh và con người. Chúng có thể hấp phụ một số chất hòa tan trong nước ví dụ như chất humic và kim loại. Điều này có tác động đáng kể tới sự vận chuyển của các hạt hấp phụ bởi nó cũng di chuyển theo các hạt sét trong môi trường, gây ra hiện tượng chúng có thể bị vận chuyển đến hồ sông hoặc trầm tích biển.[15]

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng: Các chất keo và hạt sét có kích thước phân cấp nhỏ (<2μm) bị cuốn vào trong nước có tác động mạnh mẽ tới khả năng vận chuyển và khả dụng sinh học của kim loại và các hợp chất hữu cơ (Forstner và cộng sự, 2011; Wells và Goldberg, 1991,1993; Yuan và cộng sự 2001)[3]. Trong môi trường nước, các hạt sét có hoạt động bề mặt và phản ứng với kim loại, hữu cơ cao đối với các từng khu vực cụ thể. Phản ứng của chúng với các thành phần khác nhau trong nước tự nhiên cũng rất nhanh (Langmuir, 1997)[4].

Ngoài ra, kích thước bùn mịn và hạt sét chúng đóng góp lớn cho độ đục trong nước nhiều hơn so với những hạt kích thước lớn hơn (<75 μm) có thể lắng xuống được và những hạt trầm tích (>75 μm) trong phân phối tổng thể kích thước hạt (Gippel, 1995)[5]. Độ đục lớn trong nước có thể gây hại đối với các động thực vật thủy sinh, chúng không có khả năng để sử dụng ánh sáng (Poole and Bowles, 1999)[16]

2.2. Cơ chế của quá trình keo tụ

2.2.1. Động lực học của quá trình keo tụ

Quá trình keo tụ các tạp chất trong nước xảy ra các giai đoạn sau: giai đoạn pha trộn các chất keo tụ trong nước, giai đoạn thủy phân chất keo tụ đồng thời phá hủy trạng thái ổn định của hệ keo và giai đoạn hình thành bông cặn. Khi hệ keo trong nước đã bị các chất keo tụ mất đi trạng thái ổn định của nó thì tốc độ tạo bông keo quyết định bởi chuyển động tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt keo với nhau. Quá trình tiếp xúc đạt được nhờ khuếch tán và chuyển động có hướng. Khuếch tán chỉ có tác dụng để hình thành bông keo nhỏ, muốn hình thành bông keo có kích thước lớn hơn thì phải có sự va chạm giữa chúng để tạo các bông lớn hơn.

Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với mỗi nguồn nước cụ thể, khi đã xác định được loại hóa chất sử dụng và liều lượng tối ưu thì hiệu quả keo tụ chỉ còn phụ thuộc vào các yếu tố vật lí đó là cường độ khuấy trộn nước để làm tăng số lượng va chạm giữa các hạt cặn. Dưới tác động của chuyển động nhiệt, ban đầu các hạt cặn kích thước nhỏ va chạm và kết dính tạo thành hạt có kích thước lớn hơn cho đến khi chúng không còn khả năng tham vào quá trình tạo bông cặn lớn hơn. Cường độ khuấy trộn được biểu thị bằng Gradien vận tốc G và thời gian phản ứng tạo thành bông cặn. Trong thực tế, hai đại lượng này thường được xác định bằng thực nghiệm cho từng trường hợp cụ thể, chuyển động nhiệt, chuyển động phân tử Brown để tạo ra các bông cặn có kích thước nhỏ tuân theo định luật Smoluchowski như sau:

 = αp

Trong đó:

N: số phân tử chuyển động

αp: hệ số va chạm của quá trình tạo bông cặn

k: hằng số Boltzmanm

μ: độ nhớt động học

t: thời gian

T: nhiệt độ

Để tạo ra được bông cặn kích thước lớn hơn khi chúng không còn khả năng chuyển động nhiệt (chuyển động Brown) ta có biểu thức sau:

 = 

Trong đó:

G: gradient vận tốc [ ms-1m-1] = s-1

φ: phân thể tích chất rắn ( thể tích/ thể tích )

αo: hệ số va chạm của bông cặn kích thước lớn.

Quan hệ trên chỉ đúng khi gradient vận tốc không đổi nhưng trong thực tế phải lấy gradient vận tốc trung bình.

Gradien vận tốc trung bình có thể tính theo năng lượng qua công thức :
Trong đó:

P: công suất sử dụng (năng lượng tiêu hao trong bể phản ứng tạo thành bông cặn) , W.kg.m2.s-3



V: thể tích bể phản ứng

μ: độ nhớt động học của môi trường.

Xuất phát từ động lực học, trong keo tụ bao gồm các cơ chế sau :



Hình 3. Cơ chế của quá trình keo tụ [14]

a. Cơ chế nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu

Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và làm tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện. Mức giảm điện thế phụ thuộc vào nồng độ và hóa trị của ion trái dấu đưa vào. Nồng độ và hóa trị của ion bổ sung càng cao, quá trình trung hòa điện tích càng nhanh, lực đẩy tĩnh điện càng giảm. Đến một lúc nào đó, lực hút van der Walls thắng lực đẩy tĩnh điện, các hạt keo xích lại gần nhau, kết dính với nhau tạo thành bông keo tụ.

Khi các muối kim loại như FeCl3.6H2O và Al2(SO4)3.16÷18 H2O được bổ sung vào nước với nồng độ đủ, nhôm hoặc sắt hydroxit được hình thành và tạo ra kết tủa. Các hạt keo có mặt trong nước tác động như các hạt nhân để tạo ra kết tủa. Cơ chế này được biết đến với tên gọi là “keo tụ nhanh” [13].
b. Cơ chế hấp thụ - trung hòa điện tích

Ngoài cơ chế nén lớp điện tích kép nói trên, các hạt keo cũng hấp phụ lên bề mặt các ion dương trái dấu, đặc biệt là các ion tích điện cao được hấp phụ tạo nên sự trung hòa điện tích, ví dụ các nhóm hydroxit kim loại tích điện dương, các polymer hữu cơ cation và các ion kim loại hóa trị cao. Các ion này phá vỡ trạng thái bền của hệ keo nhờ hai cơ chế đồng thời nói trên, cơ chế nén lớp điện tích kép và cơ chế hấp phụ ion trái dâu trên bề mặt hạt keo, làm giảm thế điện động zeta, giảm lực lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo điều kiện cho các hạt keo kết dính vào nhau, trong đó cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích đóng vai trò đáng kể.

Tuy nhiên, lượng ion trái dấu đưa vào chỉ có được hiệu quả tối ưu ở một giá trị nào đó, khi lượng ion trái dấu đưa vào vượt giá trị đó sẽ xảy ra hiện tượng tái phân tán của hệ keo trong nước, thúc đẩy quá trình tích điện trở lại đối với các hạt keo, làm thay đổi thế điện động zeta và hiệu quả quá trình keo tụ giảm đi.

Khi sử dụng biện pháp giảm thế điện động zeta, người ta nhận thấy rằng điện thế zeta của các hạt keo kỵ nước dao động trong giới hạn 0,05 - 0,1V. Để lực hút phân tử thắng được lực đẩy tĩnh điện thì điện thế zeta phải nhỏ hơn 0,03V và quá trình keo tụ càng đạt hiệu quả cao khi điện thế zeta tiến tới 0. Trạng thái hệ keo khi điện thế zeta bằng 0 được gọi là trạng thái đẳng điện và trị số pH của hệ ở trạng thái đẳng điện gọi là điểm đẳng điện.


  1   2   3   4   5


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương