Keo tụ và đông tụ trong xử lý nước là gì?
Keo tụ và đông tụ là những thành phần thiết yếu của quá trình xử lý nước uống và nước thải. Chúng cung cấp một quy trình đáng tin cậy để xử lý độ đục của nước (độ đục hoặc vẩn đục của chất lỏng thường không nhìn thấy bằng mắt thường), đây là một thử nghiệm quan trọng về chất lượng nước. Trong xử lý nước thải, chúng cho phép giảm tới 90% chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ.
Tất cả các vùng nước đều chứa các hạt lơ lửng. Các hạt nhỏ nhất (chất keo) được ổn định nhờ tác động của các lực vật lý (tĩnh điện) lên chính các hạt đó và do chúng đều mang điện tích âm khi lơ lửng trong nước nên chúng đẩy nhau. Điều này khiến chúng lơ lửng thay vì kết tụ lại với nhau và lắng xuống nước.
Keo tụ và đông tụ là hai quá trình riêng biệt, được sử dụng nối tiếp nhau, để khắc phục các lực làm ổn định các hạt lơ lửng. Trong khi quá trình đông tụ trung hòa điện tích trên các hạt, thì quá trình keo tụ cho phép chúng liên kết với nhau, làm cho chúng lớn hơn để chúng có thể dễ dàng tách ra khỏi chất lỏng hơn.
Quá trình keo tụ trong xử lý nước
Điều này phá hủy quá trình trong đó các hạt nhỏ đẩy nhau và thúc đẩy quá trình hợp nhất của chúng thành những hạt lớn hơn có thể dính vào nhau. Hạt càng lớn thì càng dễ tách ra khỏi chất lỏng. Việc sử dụng chất keo tụ để xử lý nước đã có từ khoảng năm 2000 trước Công nguyên khi người Ai Cập sử dụng hạnh nhân bôi xung quanh các bình chứa, để xử lý nước sông.
Những ‘cụm’ hạt lớn hơn này được gọi là micro-flocs và không phải lúc nào cũng có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Nước xung quanh các hạt mới hình thành này phải trong – và điều này báo hiệu rằng điện tích của các hạt đã được trung hòa. Nếu không, có thể cần thêm chất keo tụ. Quá nhiều chất keo tụ và các hạt sẽ trở lại trạng thái đẩy nhau – nhưng chủ yếu là do điện tích ngược.
Bổ sung nhiều chất keo tụ kết hợp với khuấy trộn trộn nhanh để phân tán hợp lý chất keo tụ, thúc đẩy sự va chạm của các hạt để đạt được sự keo tụ tốt nhất. Việc khuấy trộn quá nhiều không ảnh hưởng đến quá trình keo tụ, nhưng trộn không đủ sẽ làm cho quá trình này sẽ khó hoàn thành. Thông thường, thời gian tiếp xúc trong buồng trộn nhanh nhất khoảng từ 1 đến 3 phút là ít nhất
Các loại chất keo tụ
Ngày nay, có hai loại chất keo tụ được sử dụng phổ biến nhất trong xử lý nước và nước thải đó là chất hữu cơ và vô cơ.
Chất keo tụ vô cơ
Cả chất keo tụ nhôm và sắt đã được chứng minh là rất hiệu quả trong việc loại bỏ hầu hết các chất rắn lơ lửng.
Ưu điểm:
- Cho phép các ion tích điện cao tạo ra mật độ điện tích cao để trung hòa các hạt lơ lửng, cho phép các hydroxit vô cơ ngậm nước hình thành và tạo ra các chuỗi polyme ngắn giúp tăng cường hình thành khối vi mô và khối nặng.
- Có khả năng loại bỏ một phần tiền chất hữu cơ có thể kết hợp với clo để tạo thành sản phẩm phụ khử trùng.
- Chi phí đơn vị thấp và sẵn có rộng rãi.
Nhược điểm:
- Chúng tạo ra khối lượng lớn bông cặn, giàu kim loại, phải được xử lý theo cách phù hợp với môi trường, điều này có thể làm tăng thêm chi phí đáng kể cho việc xử lý
- Chúng có thể làm thay đổi đáng kể độ pH của nước, trong đó độ pH rất quan trọng đối với quá trình đông tụ hiệu quả, đòi hỏi phải kiểm soát độ pH.
- Nhôm sunfat, sunfat sắt và clorua có tính axit cao, phá hủy độ kiềm và làm giảm độ pH. Mặt khác, natri aluminat sẽ bổ sung độ kiềm và tăng độ pH.
Chất keo tụ hữu cơ
Cả hai chất keo tụ polyamine và poly-DADMAC đã được chứng minh là rất hiệu quả trong việc loại bỏ hầu hết các chất rắn lơ lửng. Tannates đặc biệt tốt trong dầu và chất béo.
Ưu điểm:
- Kích hoạt mật độ điện tích tương đối thấp để trung hòa các hạt lơ lửng tích điện thấp hơn, hiệu quả hơn. Sản xuất chuỗi polyme dài hơn giúp tăng cường sự hình thành microfloc mà không cần kim loại hoặc hydroxit.
- Có khả năng loại bỏ một phần tiền chất hữu cơ có thể kết hợp với clo để tạo thành sản phẩm phụ khử trùng.
- Sản xuất khối lượng floc nhỏ.
- Dạng lỏng, không ăn mòn, sẵn sàng để sử dụng trực tiếp.
- Không tác động và hiếm khi hoặc bị ảnh hưởng nhẹ bởi pH.
Nhược điểm:
- Chi phí đơn vị cao hơn.
- Liều lượng cao là cần thiết nếu nhu cầu phí cao
- Bông cặn mật độ thấp – không phải lúc nào cũng ổn định.
Các chất keo tụ hóa học vô cơ được sử dụng phổ biến nhất trong xử lý nước
Nhôm sunfat là hóa chất được sử dụng phổ biến nhất để keo tụ trong xử lý nước thải. Các chất keo tụ thường được sử dụng khác bao gồm natri aluminat, sắt sunfat và sắt clorua.
Nhôm sunfat
Nhôm sunfat là chất keo tụ nhôm được sử dụng rộng rãi nhất. Nó có sẵn ở một số dạng rắn như khối, đá vụn hoặc đất và cũng có sẵn dưới dạng dung dịch. Khi được thêm vào nước, chất keo tụ có tính axit và độ kiềm tự nhiên của nước sẽ phản ứng để tạo thành khối nhôm hydroxit, thường bao gồm canxi bicacbonat. Kiểm soát độ pH rất quan trọng trong quá trình đông tụ, để loại bỏ độ đục và màu sắc cũng như để duy trì mức nhôm dư hòa tan tối thiểu thỏa đáng trong nước đã được làm sạch.
Natri Aluminat
Natri aluminat được hình thành bằng cách kết hợp natri oxit và nhôm oxit. Dạng rắn của hóa chất này thường chứa 70-80% natri aluminat, trong khi dạng lỏng chứa khoảng 30% natri aluminat. Do trọng lượng phân tử thấp của AI, dung dịch natri aluminat giảm sản xuất bùn hóa học so với sắt. Hơn nữa, aluminat làm tăng độ kiềm của nước, loại bỏ sự cần thiết của vôi hoặc hydroxit.
Sắt sunfat
Sắt sunfat là một loại chất keo tụ sắt thường được sử dụng cùng với clo và có thể tạo ra một khối đặc hơn so với nhôm sunfat. So với phèn chua, sắt sunfat có một số ưu điểm; ví dụ, các hạt hydroxit sắt có mật độ cao hơn so với các hạt phèn và dễ dàng bị loại bỏ bởi quá trình lắng đọng. Tuy nhiên, cũng có nhược điểm là nó tạo ra bùn hydroxit nặng hơn đáng kể và rất khó hòa tan.
Sắt clorua
Ferric Chloride hoạt động như một chất keo tụ và keo tụ. Nó rất linh hoạt trong ngành xử lý nước và là một chất thay thế cho sắt sunfat. Nó thường thúc đẩy quá trình lắng nhanh hơn, đặc biệt là trong nước lạnh. Tuy nhiên, đây là lựa chọn ít phổ biến hơn vì clorua có thể làm tăng khả năng ăn mòn của nước.
Bạn nên chọn chất keo tụ nào để xử lý nước?
Trong xử lý nước, chất keo tụ kim loại như những chất được liệt kê ở trên thường được sử dụng. Tính sẵn có và khả năng chi trả là những cân nhắc chính ảnh hưởng chung đến chất keo tụ được sử dụng. Nhôm sunfat thường có sẵn và giá cả phải chăng cũng như rất hiệu quả.
Tuy nhiên, các loại chất keo tụ khác cũng có sẵn:
- Chất keo tụ tổng hợp có thể có mật độ điện tích cao trên các phân tử tương đối lớn. Tùy thuộc vào cách chúng được tạo ra, một số dẫn xuất tổng hợp có thể hoạt động như một chất keo tụ.
- Chất keo tụ polyme sinh học từ các nguồn tự nhiên (chẳng hạn như nấm và nguồn thực vật). Nói chung, những thứ này tạo ra ít bùn hơn, ít độc hơn và được coi là an toàn hơn.
Keo tụ trong xử lý nước thải là gì?
Sau quá trình đông tụ (“Trung hòa điện tích”), một quá trình thứ hai được gọi là keo tụ cần diễn ra. Đây là sự phát triển của các hạt nhỏ, trung tính thành các hạt lớn hơn. Chất keo tụ là tác nhân thúc đẩy quá trình kết tụ các hạt mịn này thành ‘cục’ mà sau đó có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. Chúng luôn luôn là các polyme.
Quá trình keo tụ là một giai đoạn trộn nhẹ làm tăng kích thước của các hạt từ bông siêu nhỏ thành các hạt lơ lửng lớn, có thể nhìn thấy được gọi là bông cặn. Các va chạm bổ sung giữa các cục pin khiến chúng tạo ra các ‘đốm vĩ mô’ thậm chí còn lớn hơn. Các chất keo tụ hỗ trợ điều này bằng cách là các polyme chuỗi dài có điện tích thấp để tạo ra sự vướng víu, tăng cường lực van der Waal và liên kết hydro giữa các hạt. Khi các bông cặn này đã đạt đến kích thước và cường độ tối ưu, nước đã sẵn sàng để tách chất rắn-lỏng. Đây có thể là quá trình lọc, ly tâm, lắng đọng hoặc tuyển nổi.
Vai trò của polyme trong keo tụ
Polyme là một loạt các hợp chất cao phân tử hòa tan trong nước có khả năng ổn định hoặc tăng cường quá trình keo tụ của các thành phần trong cơ thể nước. Chúng được thêm vào như một phần của quá trình keo tụ để giúp củng cố và tăng trọng lượng lắng của bông cặn.
Polyme có thể là tự nhiên hoặc tổng hợp. Các polyme tự nhiên cũng có từ thời cổ đại, với tài liệu tiếng Phạn từ khoảng năm 2000 trước Công nguyên đề cập đến việc sử dụng các loại hạt nghiền nát để làm trong nước. Polyme tự nhiên hầu như không có độc tố và có khả năng phân hủy sinh học. Polyme tổng hợp được sử dụng phổ biến hơn vì chúng hiệu quả hơn, đáng tin cậy, có thể tái sản xuất và tiết kiệm chi phí.
Quá trình keo tụ và đông tụ loại bỏ những gì trong xử lý nước thải?
Keo tụ và đông tụ loại bỏ một số lượng lớn các hợp chất hữu cơ cũng như các hạt lơ lửng, kể cả các chất kết tủa vô cơ. Quá trình loại bỏ các hạt và chất hòa tan; tuy nhiên, nước vẫn có thể chứa mầm bệnh, bao gồm vi rút và vi khuẩn. Các mầm bệnh thường chỉ được loại bỏ nếu chúng được gắn vào các chất hòa tan được loại bỏ bằng quá trình đông tụ và keo tụ.
Đây là bước đầu tiên trong quá trình xử lý nước thải và biến nó thành nước uống được—keo tụ và đông tụ loại bỏ nhiều hạt gây phức tạp cho việc khử trùng nước. Nhờ quá trình keo tụ và đông tụ nên một lượng clo nhỏ hơn cần được thêm vào để khử trùng nước. Và sử dụng ít clo hơn giúp tiết kiệm tiền và làm cho nước an toàn hơn.
Xem thêm: Xử lý nước bằng keo tụ là gì?