Giáo trình Thực tập xử lý nước cấp: Phần 2 - TS. Vũ Văn Biên

Từ các đánh giá hiệu quả xử lý nước cấp thông qua nhiều phương pháp khác nhau, sinh viên môi trường có cái nhìn tổng quan, thực tế về các phương pháp xử lý nước cấp cũng như hiệu quả của các phương pháp. Giáo trình "Thực tập xử lý nước cấp" cũng tranh bị cho sinh viên những kỹ năng thực hành phân tích đánh giá các chỉ tiêu phân tích đối với xử lý nước, phân tích đánh giá số liệu và xây dựng các phương trình động học cho quá trình xử lý. Từ đó, nắm được quy luật cho từng phương pháp xử lý. Sách được chia thành 2 phần, mời các bạn cùng tham khảo phần 2 cuốn sách.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Thực tập xử lý nước cấp: Phần 2 - TS. Vũ Văn Biên BÀI THỰC HÀNH SỐ 5 KHỬ CỨNG BẰNG HÓA CHẤT Mục tiêu bài thực hành số 5: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng:  Trình bày được các loại độ cứng.  Giải thích được cơ chế khử cứng carbonate bằng vôi, khử cứng non-carbonate bằng vôi và soda, khử cứng bằng Pellet Reactor.  Đánh giá được khả năng khử cứng bằng hóa chất cần thiết.  So sánh được hiệu quả xử lý canxi của dạng mẻ và liên tục. 5.1. TỔNG QUAN Nước cứng được định nghĩa là nước có nồng độ ion hóa trị 2 cao, đặc trưng là 2 loại ion: Canxi và Magie. Nước được coi là cứng khi có độ cứng trên 120 mg/L CaCO3. Độ cứng được chia làm hai loại: độ cứng tạm thời (độ cứng carbonate) và độ cứng vĩnh cửu: + Độ cứng tạm thời: tổng hàm lượng muối canxi và magie ở dạng bicarbonate. + Độ cứng vĩnh cửu: tổng hàm lượng muối canxi, magie dưới dạng sulfate, chloride, nitrate. Nước cứng tuy không ảnh hưởng đến sức khỏe, tuy nhiên lại làm giảm hiệu quả của xà phòng; tạo cặn kết bám vững chắc bên trong đường ống, thiết bị công nghiệp, gây giảm khả năng hoạt động và tuổi thọ; làm mất thẩm mỹ đối với nguồn nước và làm tốn nhiệt đun nước. Quá trình làm mềm nước là quá trình loại bỏ độ cứng ra khỏi nước. Có nhiều phương pháp xử lý độ cứng (hóa chất, nhựa trao đổi ion, màng lọc nanofiltration,…). Tuy nhiên, phương pháp hóa học và trao đổi ion là hai quá trình được ứng dụng phổ biến nhất. 47 5.1.1. Khử cứng carbonate bằng vôi Khi cho vôi vào nước, các phản ứng xảy ra như sau: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (kết tủa khi pH = 8,3) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O (kết tủa khi pH = 9,4) Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2  MgCO3 (soluble) + CaCO3 + 2H2O Thêm vôi vào để loại bỏ MgCO3 MgCO3 + Ca(OH)2  CaCO3 + Mg(OH)2 (kết tủa khi pH = 10,6) 5.1.2. Khử cứng non-carbonate bằng vôi và sođa CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3  + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3  + NaCl MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2  + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2  + CaCl2 CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3  + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3  + NaCl Do nước sau khi làm mềm có pH cao (10,6) và có hàm lượng CaCO3 cao → phải ổn định để CaCO3 không kết tủa trong bể lọc hoặc mạng lưới ống dẫn. 5.1.3. Phương pháp khuấy trộn Phương pháp khuấy trộn thường sử dụng với qui trình xử lý như sau: Nước cứng được hòa trộn nhanh với hóa chất (tùy thuộc vào loại độ cứng có trong nước mà hóa chất vôi, soda hay kết hợp vôi – soda được sử dụng), sau đó nước sau khi hòa trộn sẽ được đưa qua bể phản ứng để tạo kết tủa. Kết tủa sau phản ứng sẽ được loại bỏ trong bể lắng rồi tới bể lọc. Trước khi qua bể lọc, nước sẽ được tái carbonic nhằm hạ pH để đảm bảo bể lọc hoạt động hiệu quả, tránh quá trình bám dính của kết tủa trên bề mặt bể lọc và giảm độ nhớt của nước khi pH cao. Có thể thay cụm bể gồm bể trộn – bể phản ứng – bể lắng thành bể lắng tiếp xúc. 48 Hình 5.1: Mô hình khuấy trộn loại bỏ độ cứng 5.1.4. Phương pháp bể phản ứng tầng sôi (Pellet Reactor) Pellet Reactor (PR) là bể phản ứng tầng sôi hoặc bể phản ứng dòng trên. Cấu tạo chính của PR bao gồm một cột phản ứng tầng sôi, nơi mà nước được bơm vào cùng với hóa chất và cát để xử lý. Các hóa chất thường được thêm vào để khử cứng là vôi, soda. PR tận dụng các ưu điểm của phương pháp dùng hóa chất vôi/soda (đơn giản, hiệu suất cao, hóa chất rẻ) và khắc phục được nhược điểm của phương pháp dùng khuấy trộn và bể lắng (tốn diện tích xây bể lắng và sinh ra bùn thải). Dung dịch được đưa vào PR từ dưới lên trên, ngay tại vùng trộn lẫn của “cát-Ca2+-CO32-” và dòng chảy đẩy nước lên phía trên, đi qua khỏi tầng sôi của cát. Sự hình thành tinh thể CaCO3 xảy ra ngay trên bề mặt hạt cát. Các hạt CaCO3 kết tinh trên cát ngày càng dày, có thể đạt kích thước gấp 5 lần kích thước của hạt cát ban đầu. Nước sau phản ứng được lấy ra từ ống trên của PR. Khi cát và CaCO3 đạt kích thước và khối lượng nhất định, chúng lắng xuống đáy của PR. Lúc này, để giữ cho tầng sôi hoạt động ổn định, cần phải thay cát mới. Khác với bùn thải, cát sau xử lý là một sản phẩm có thể tái sử dụng. Các phản ứng xảy ra trong PR như sau: Na2CO3 → 2Na+ + CO32− NaOH → Na+ + OH- 49 HCO3- + OH- → CO32− + H2O Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓ CaCO3 + cát → Cát sau xử lý Hình 5.2: Mô hình Pellet Reactor Bể phản ứng tầng sôi có những ưu điểm nổi trội so với quá trình khuấy trộn. - Loại bỏ canxi với hiệu quả cao. - Kích thước hệ thống bể phản ứng tầng sôi nhỏ gọn, dễ lắp đặt, có thể xử lý liên tục trong nhiều ngày. - Không tốn nhiều chi phí đầu tư hệ thống, cát dễ tìm, giá thành rẻ, dễ xử lý. - Hạt cát sau xử lý dễ dàng tách ra khỏi PR sau khi đã đạt kích thước nhất định. Hạt cát sau xử lý có thể tái sử dụng như vôi trong nông nghiệp, trung hòa nước thải có tính acid; làm nguyên liệu trong công nghiệp chế biến xi măng, công nghiệp xây dựng, lấp đầy rãnh đường. 50 - Sử dụng bể phản ứng tầng sôi trước hệ thống trao đổi ion có thể giảm chi phí để độ cứng cao, đồng thời tăng tuổi thọ cho nhựa. Tuy nhiên, nếu dùng cho mục đích loại bỏ độ cứng Magie, bể phản ứng tầng sôi hoạt động không hiệu quả. 5.2. DỤNG CỤ - THIẾT BỊ Bảng 5.1: Danh sách dụng cụ và thiết bị cần dùng STT Dụng cụ Số lượng 1 Erlen 125mL 10 2 P ...