PHẦN MỘT – XỬ LÍ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI
CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ
Chương này trình bày nguyên lí của các đơn vị xử lí sử dụng nguyên lí vật lí
hoặc hoá học theo trình tự gần đúng từ khi nước thô vào tới khi ra khỏi hệ xử lí.
Về nguyên tắc một nhà máy xử lý nước (nước thải) trước khi nhận nước phải có
hố thu (hố tiếp nhận nước/nước thải). Đây chỉ là cơ cấu xây dựng đơn thuần có
chức năng nhận/gom nước để nước bắt đầu qua các đơn vị xử lí nên gần như
không có yêu cầu đặc biệt về công nghệ. Các yêu cầu về kĩ thuật xem trong
TCXDVN 51:2008 (nâng cấp bản 1984) và các tài liệu giảng dạy của Trường
ĐHXD HN (Trần Hiếu Nhuệ, Lâm Minh Triết, 1974.). Sau hố thu nước qua đơn vị
xử lí đầu tiên là song chắn rác.
1. Chắn rác
DANH MỤC MỘT SỐ HÃNG CUNG CẤP CHÍNH
Chắn rác
American Well Works; BIF Sanitrol, a unit of General Signal; Chain Belt Co.; Envirex Inc., a
Rexnord Co.; FMC Corp. Materials Handling Div.; Hycor Corp.; Keene Corp., Water Pollution
Control; Lakeside Equipment Corp.; Link Belt Co.; LYCO; Walker Process Corp.; Welker
Equipment Co.; Wemco
Nghiền rác
Chicago Pump Co.; Clow Corporation; Infilco; Worthington Pump Corp.; Yeomans
Đây là đơn vị xử lí đầu tiên, tiếp sau với hệ công suất lớn sẽ là lắng cát và bể điều hòa.
Chức năng chắn rác:
Loại bỏ rác thô (khe thông thủy tính bằng cm), chống tắc cho hệ thống phía sau. Cũng có
thể dùng máy lọc tinh với khe hở cỡ mm. Lượng chất rắn tách từ nước thải sinh hoạt
thành phố bằng lọc tinh thường ở mức 0,28 đến 0,99 m
3
/ngày tính cho 3785 m
3
/ngày
(0,0074 đến 0,026% thể tích nước thải vào) hay 5 - 20% tổng SS trong nước thải, phụ
thuộc vào kích thước khe thông nước.
Một mặt khe hở phải đủ nhỏ để tách rác, tuy nhiên lại phải đủ lớn để phân, giấy vệ sinh đi
qua. Bảng 1 liệt kê các kích thước khe hở thường gặp. Tốc độ nước qua khe càng nhỏ, khả
năng tách rác càng lớn.
Bảng 1. Các kích thước khe hở của chắn rác thường gặp
Loại chắn rác Khe hở, cm Ghi chú
a) Chắn rác 5,1-15,2 Thường = 7,6 cm
b1) Chắn rác làm sạch thủ công 2,4-4,4
b2) Chắn rác làm sạch cơ giới 1,4-2,5 Thường = 1,9 cm
c) Lọc tinh 0,24-0,48 Đôi khi nhỏ hơn 0,24 cm
Máy nghiền 1-1,9 Khe hở phụ thuộc tải thuỷ lực
Rác tích luỹ gây mùi, tăng tổn thất áp nên cần được thu gom thường xuyên. Thu gom có
thể được thực hiện bằng thủ công hoặc máy cào (lược).
Theo tiêu chuẩn của Mỹ (The Ten states’ standards (Great Lakes-Upper Mississippi River
Board of State Sanitary Engineers 1968)) tốc độ nước chảy trung bình qua song chắn rác
vệ sinh thủ công phải vào khoảng 1 fps (0,3048 m/s), tốc độ tối đa (khi trời mưa) qua chắn
rác làm sạch cơ khí không vượt quá 2.5 fps (0,762 m/s). Tốc độ phải tính theo hình chiếu
đứng của khe chắn rác. Các tài liệu của VN chấp nhận khe hở lớn hơn. Tốc độ nước vào
và qua khe chắn rác tính trên cơ sở TCVN (chọn giá trị thấp), từ đó tính ra bề rộng và độ
sâu kênh dẫn phù hợp.
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
2
Tổn thất áp qua chắn rác phụ thuộc vào cấu tạo và hoạt động của cơ cấu chắn rác. Công
thức tính tổn thất áp như sau:
7,0
1
2
22
×
−
Thường chắn rác thủ công được đặt thành góc nghiêng 30°-45° so với phương nằm ngang,
khi đó diện tích thông thuỷ sẽ tăng 40 - 100% so với đặt thẳng đứng 90
o
, dễ vớt dọn rác
hơn, thông thuỷ tốt hơn. Khoảng thông thuỷ giữa hai thanh chắn rác phải vào khoảng 2,4
đến 8,255 cm, tần suất thu gom rác, làm sạch càng cao càng tốt, thường là 2 – 5 lần/ngày.
Trong trường hợp không chảy kịp có thể cho nước chảy qua nhánh vòng (Hình 1) có chắn
rác rộng hơn (8 – 10 cm).
CHẮN RÁC CƠ KHÍ
Chắn rác cơ khí được gọi là chắn rác cơ khí hoặc cào rác. Các nhà máy trung bình hoặc
lớn đều sử dụng hệ chắn rác cơ khí, các nhà máy nước thải nhỏ nhưng có rác đặc trưng
khó tách bằng chắn rác tiêu chuẩn cũng sử dụng các loại chắn rác cơ khí. Khe hở trong
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
3
Hình 2. Chắn rác làm sạch mặt sau bằng cơ cấu cào (lược) cơ khí
chắn rác thường nằm trong khoảng 1,6 đến 2,5 cm. Do kích thước khe thông thuỷ nhỏ hơn
ở trên nên người ta đôi khi coi là chắn rác tinh. Thuật ngữ “tinh” ở đây là tương đối, nhiều
nhà máy nước thải công nghiệp phải sử dụng khe chắn rác chỉ vài mm nếu quá nhiều cặn
hoặc cặn khó tách bằng chắn rác thông thường.
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
4
Hình 3, 4. Chắn rác cơ khí và thu gom rác
Hệ chắn rác cơ khí có thể làm sạch từ phía trước hoặc từ phía sau. Cơ cấu cào rác thường
có dạng như “lược” chải qua các khe hở của chắn rác để kéo rác ra, thời gian thực hiện
mỗi chu kì “chải” có thể từ vài giây tới 60 phút. Các chắn rác cơ khí thường được chế tạo
sẵn và có rất nhiều dạng. Trong chắn rác cơ khí thường bố trí cơ cấu nhận rác tự động
(Hình 2-4). Cơ cấu chắn rác cũng có thể được phối hợp với cơ cấu lắng cát và thu gom rác
tự động (Hình 4).
chổi, thanh quét tự động, bằng tia nước hoặc khí từ mặt sau. Hiệu quả làm sạch phụ thuộc
vào kích thước lỗ cho nước qua. Kích thước lỗ thường chọn như sau:
Mặt sàng có kích thước lỗ 0,8 – 2,4 mm. Nếu dùng chổi để làm sạch thì mặt sàng làm
bằng thép tấm. Nếu dùng lưới đan thì kích thước lỗ thường vào khoảng 3 mm. Vải lọc có
kích thước lỗ nhỏ hơn.
Trống lọc
Hình 5. Trống quay lọc rác nhận nước vào từ phía trong
Trống lọc là cơ cấu tách rác bằng cách lọc qua tang trống được làm bằng lưới thép không
gỉ hoặc thép tấm đục lỗ. Nếu là lưới đan thì thường dùng loại lưới No.12 đến No.20 mesh
(kích thước lỗ 1,68 – 0,84 mm). Khi trống quay quanh trục của nó một phần sẽ ngập trong
nước (Hình 5).
Chắn rác kiểu trống quay nhận nước ở trong
Trong loại chắn rác này nước thải vào trống theo hướng song song với trục quay. Nước
thải vào, lọc qua lưới trống lọc, đi ra theo hướng vuông góc với trục quay (Hình 5). Rác
tích tụ ở bên trong tang trống lọc gây ra trở lực làm dâng mức nước bên ngoài, vì vậy
thỉnh thoảng phải dùng tia nước hoặc khí nén để rửa, rác bị đẩy ra rơi vào máng dẫn tự
chảy ra ngoài. Như vậy, thực tế là trống làm việc liên tục và tự động.
Chắn rác kiểu trống quay nhận nước ở ngoài
Trong loại chắn rác này nước thải vào trống từ ngoài theo hướng vuông góc với trục quay.
Sau khi lọc qua lưới trống lọc, nước đi ra theo song song với trục quay. Rác tích tụ ở bên
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
6
ngoài tang trống lọc gây ra trở lực làm dâng mức nước bên ngoài, vì vậy thỉnh thoảng
phải dùng chổi, tia nước hoặc khí nén để rửa cào rác vào máng dẫn tự chảy ra ngoài.
Nhược điểm chính của phương pháp lọc rác này là chi phí nước rửa.
Đĩa quay thẳng đứng
Rác cũng có thể được tách bằng cơ cấu đĩa đục lỗ quay, đĩa đục lỗ sẽ được đặt chắn ngang
dòng chảy và được động cơ quay từ từ (Hình 6). Nước sạch sẽ qua, rác đọng lại sẽ được
dao gạt gạt vào máng hay ống nhận rác.
hình khối vuông, hộp chữ nhật hoặc hình trụ (xem Chương 5. Lắng).
Hình XX. Lắng cát kiểu lốc xoáy
Đối với chất rắn gốc hữu cơ thì tốc độ nước là 0,3m/s. Cường độ sục khí thường sử
dụng mức 4,6-7,7 L/s trên 1m dài ngăn lắng là tốc độ của khí tính theo bề mặt
chiếm chỗ của ngăn lắng. Tốc độ chảy bề mặt phải là 0,6-0,8 m/s (WEF 1996a).
Thời gian lưu nước = 3−5 phút. Tính thể tích phải tính theo Q
h
tối đa; tỷ lệ
sâu : rộng = d:w = (1,5-2,0):1.
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
8
Các thông số thiết kế chi tiết có thể tham khảo trong TCXDVN 51:2008.
VÍ DỤ: Tính hệ lắng cát-vật liệu dạng hạt cho nhà máy nước thải sinh hoạt công
suất 0,438m
3
/s. Tính ngăn lắng cặn thô với thời gian lưu 4,0 phút vào giờ cao điểm
(thường = 3-5 min).
Lời giải:
Bước 1. Tính lưu lượng giờ tối đa Q
h
Sử dụng hệ số pic là 3,0
Q
h
tối đa = 0,438m
3
/s x 3
= 1,314m
3
/s
x 0,438 m
3
/s x 86.400 s/d
= 1.980.000 mL/d
= 1,98 m
3
/d
2.2 Bể tách và vớt dầu mỡ
Dầu mỡ và vật nổi gây bọt, cản trở quá trình hòa tan khí, phân tán sinh khối trong
bể sục khí. Có thể lắng đơn giản bằng bể 2-3 ngăn lấy nước ở giữa ở phía đối diện
đầu vào, sau vách ngăn. Thời gian lưu nước trong bể chỉ khoảng 30 phút, đủ để dầu
mỡ nổi tạo lớp váng. Váng dầu gạt ra bằng các hệ gạt cơ khí hoặc thủ công.
Hình XX Thiết bị tách dầu mỡ
Có thể kết hợp với tuyển nổi (xem Ch.5).
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
10
3. Điều hoà
Chức năng: Dùng để duy trì sự ổn định của dòng thải, khắc phục những vấn đề
vận hành do sự dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra, điều hòa chất lượng
nước vào hệ thống, tránh sốc cho các hệ xử lí đi sau, từ đó nâng cao độ ổn định và
hiệu suất xử lí của dây chuyền xử lý.
Như vậy bể điều hòa phải trữ đủ nước khi nước vào có lưu lượng thấp để hệ thống
đi sau có nước, trữ nước khi lưu lượng vào quá lớn.
Để tính thể tích bể điều hòa ta phải có số liệu về lưu lượng nước thải theo giờ và
vẽ đường cong Thể tích nước thải – Thời gian. Từ đây sử dụng phương pháp đồ thị
xác định các điểm bụng của đường cong thực nghiệm để xác định V
đh
(cách tính
xem Hình xx). Nếu không có số liệu, đối với nhà máy sản xuất có thể tính theo
tq
W
khi K
yc
< 5 (7.7 TCXDVN)
ttwđh
tqW 3,1=
khi K
yc
≥ 5 (7.8 TCXDVN)
Trong đó :
q
w
= lưu lượng nước thải, m
3
/h
t
tt
= thời gian xả nước tập trung, h.
K
yc
= hệ số điều hòa yêu cầu, xác định theo công thức (7-9 TCXDVN)
cpTB
TB
yc
CC
CC
K
−
−
yc
< 5(7.10 TCXDVN)
yccktđh
KtqW 3,1=
khi K
yc
≥ 5(7.11 TCXDVN)
Trong đó :
t
ck
= chu kỳ dao động nồng độ, h.
K
yc
= hệ số điều hòa yêu cầu, xác định theo công thức (7-9 TCXDVN)
Khi nồng độ dao động bất kỳ, thể tích bể sẽ tính theo phương pháp tiệm cận gần
đúng.
7.43 Việc phân phối nước thải theo bề mặt bể điều hòa sục khí phải đảm bảo đồng
đều. Có thể dùng ống phân phối có lỗ hay máng tràn tiết diện chữ V, chữ U để
phân phối. Vận tốc dòng nước trong máng không dưới 0,4 m/s.
7.44 Hệ thống sục khí của bể điều hòa như sau :
- Thiết bị sục khí: các ống có lỗ khoan đường kính lỗ d = 5mm cách nhau từ
3 đến 6cm, nằm ở mặt dưới ống. Ống phải đặt tuyệt đối theo phương ngang, dọc
theo tường dọc của bể trên các giá đỡ để ở độ cao 6 - 10 cm so với đáy.
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
12
- Nếu đặt thiết bị sục khí chỉ ở một phía và sát thành bể thì khoảng cách từ thiết bị
tới thành bể đối diện lấy bằng 1 đến 1,5 H.
- Đường kính của thiết bị sục khí lấy bằng 50 mm nếu cường độ sục khí nhỏ hơn
8m
Chng 2 Trung ho
2.1 Cơ chế trung hoà
Nớc tinh khiết có công thức hoá học H
2
O và là một chất phân li rất kém, phơng
trình phân li viết nh sau:
H
2
O H
+
+ OH
(2.1)
Phản ứng (2.1) đợc gọi là phản ứng phân li. Thuật ngữ phản ứng đợc đặt trong
dấu ngoặc kép có ý nghĩa là đây không phải là phản ứng hoá học theo nghĩa
thông thờng tức là chất A phản ứng với chất B mà là phơng tiện để mô tả quá trình
phân tử nớc trung hoà phân li để tạo hai ion nghịch dấu nhau là ion H
+
- proton và
ion hyđroxyl OH
.
ở điều kiện tiêu chuẩn, phân tử khối của nớc, H
2
O là 1x2 + 16 = 18 đơn vị C, vậy
1 lít hay 1000 gram nớc tinh khiết có nồng độ là 1000 : 18 = 55,6 mol/L (hay M).
Trong khi đó ở 25
o
C nồng độ H
+
Một mol HCl phân li hoàn toàn tạo 1 mol ion H
+
và 1 mol Cl
Vậy 0,1 mol/L HCl phân li sẽ tạo 0,1 mol H
+
/L, hay [H
+
] = 10
1
M
So với nớc tinh khiết có [H
+
] = 10
7
M thì nồng độ H
+
ở đây lớn hơn một triệu lần.
Tơng tự, nếu có dung dịch kiềm, ví dụ NaOH cũng là một chất phân li hoàn toàn
và có nồng độ 0,1 M, ta có phản ứng phân li:
NaOH Na
+
+ OH
(2.2b)
Do NaOH là một chất phân li mạnh nên ta cũng tính đợc nồng độ các hạt nh vậy:
Một mol NaOH phân li hoàn toàn tạo 1 mol ion Na
+
+
+ Cl
+ Na
+
+ OH
Cl
+ Na
+
+ H
2
O (2.4)
Gạch bỏ Cl
+ Na
+
ở hai vế ta có phơng trình dạng ion rút gọn (2.5) trong đó H
2
O
là phân tử phân li kém.
H
+
+ OH
H
dụng có thể có yêu cầu dải pH khác nhau, ví dụ nớc cấp cho sinh hoạt thờng có
yêu cầu pH = 6,5ữ8,5 [1], nớc sản xuất sữa pH = 6,5ữ7,5 [yêu cầu của p. Kỹ
thuật, Vinamilk], nớc thải sinh hoạt pH = 5ữ9 [2]. Vì vậy cần hiệu chỉnh pH tới các
yêu cầu cụ thể, khi đó trung hoà chính xác tới pH7 là điều không cần thiết, tốn
kém và nhiều khi không khả thi về mặt kĩ thuật. Trong trờng hợp này ta cần hiệu
chỉnh pH tới giá trị mong muốn.
Quá trình này có thể đợc thực hiện bằng cách trung hoà một phần H
+
hoặc OH
có d trong nớc ban đầu tới giá trị pH mong muốn, khi đó ta có quá trình đợc gọi là
hiệu chỉnh pH.
Nh vậy, về bản chất quá trình hiệu chỉnh pH cũng có nghĩa là phản ứng trung hoà
nhng có nghĩa rộng hơn trung hoà: trung hoà nhằm đạt pH = 7, còn hiệu chỉnh pH
nhằm đạt một giá trị pH cụ thể.
Kiến thức bổ xung - Khái niệm pH
Quá trình phân li nớc nh pt. (14.1) thực chất là phản ứng thuận nghịch:
H
2
O H
+
+ OH
(a)
trong đó phản ứng thuận chính là phản ứng (14.1), phản ứng nghịch là phản ứng giữa ion H
+
và
ion OH
để tạo phân tử H
14
2
10
2
+
===ì
OH
KOHHOHK
M
2
(c)
Hằng số
14
10
2
=
OH
K
M
2
phụ thuộc nhiệt độ, từ đây ta có thể tính đợc [H
+
] và đa ra khái niệm pH;
ngợc lại khi biết pH của nớc nồng độ [H
+
] có thể tính nhanh trực tiếp từ pH. Thủ tục nh sau:
Log hoá hai vế pt. (c) ta có lgK
H2O
= 14 = lg[H
+
khi giá trị pH đo đợc là 3.
Giá trị pH = 3 nghĩa là lg[H
+
] = 3 hay lg[H
+
] = 3.
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
15
Tính [H
+
] từ giá trị lg[H
+
] ta đợc [H
+
] = 10
3
M
Bài toán nghịch: tính pH của dung dịch HCl 0,1M và NaOH 0,1M ở trên.
Lời giải:
Với dung dịch HCl 0,1 M ta có [H
+
] = 10
1
M, vậy pH = lg10
1
= 1.
Từ định nghĩa (c) ta có K
Mặt khác [H
+
][OH
] = 10
14
, vậy [H
+
] = 10
13
M, vậy pH = lg10
13
= 13.
2.2 Vật liệu và hoá chất trung hoà - hiệu chỉnh pH
Nếu cần nâng pH của nớc ta cần thêm các hoá chất có tính bazơ, nếu cần hạ pH
ta dùng các hoá chất có tính axit, khi đó trong nớc sẽ xảy ra phản ứng trung hoà,
pH sẽ tăng hoặc giảm tuỳ vào loại và lợng hoá chất sử dụng.
Khi sử dụng các tác nhân bazơ hoặc axit để hiệu chỉnh pH, để tính lợng hoá chất
cần thiết ta viết phơng trình phản ứng trung hoà tơng ứng nh mô tả ở các phơng
trình (2.3) hoặc (2.5), hoặc sử dụng khái niệm khả năng trung hoà là lợng tơng
đối của chất trung hoà so với lợng CaO cần để trung hoà độ axit tơng đơng 1 mg
CaCO
3
/L. Các số liệu về khả năng trung hoà của các chất thông dụng đợc trình
bày ở bảng 2.1.
Bảng 4.1- Khả năng trung hoà so sánh với CaO của các hoá chất, vật liệu phổ biến
(các hoá chất vật liệu đợc coi là có hàm lợng theo công thức bằng 100%) [3]
N
0,6
[Mg(OH)
2
]
0,4
0,677 0,677/0,56 = 1,21
8 Xút/natrihyđroxit NaOH 0,799 0,799/0,56 = 1,43
9 Sôđa/natri cacbonat Na
2
CO
3
1,059 1,059/0,56 = 1,89
10 Axit sulphuric H
2
SO
4
0,98 0,98/0,56 = 1,75
11 Axit clohyđric HCl 0,73 0,73/0,56 = 1,30
12 Axit nitric HNO
3
1,260 1,26/0,56 = 2,25
Ví dụ 4.1:
Nớc có pH đo đợc bằng 3, hãy tính lợng NaOH, Na
2
CO
3
, đôlômit nung ((CaO)
0,6
(MgO)
0,4
= H
2
O + Na
+
Theo phơng trình tính lợng NaOH, m
NaOH
tiêu tốn (n là số mol):
m
NaOH
= n
NaOH
.40 = n
H
.40 = 1.40 = 40 (g)
Tơng tự, tính lợng Na
2
CO
3
cần để trung hoà:
H
+
+ Na
+
+ CO
3
2-
= Na
+
+ HCO
3
đôlômit
.(56.0,6 + 40.0,4) = 1/2. n
H+
.49,6 = 1/2. 1.49,6 = 24,8 (g)
Nh vậy lợng đolomit tiêu thụ là thấp nhất. Đolomit là đá tự nhiên nên giá thấp. L-
ợng thấp nhất x giá thấp nhất = chi phí thấp nhất.
4.2.1 Xử lí nớc có tính axit
Về nguyên tắc hoá chất để xử lí nớc có tính axit phải là các chất có tính bazơ (cho
OH
trực tiếp) nh NaOH, Ca(OH)
2
hặc các muối có tính bazơ nh sôđa (cho OH
gián tiếp thông qua phản ứng thuỷ phân).
Muối có tính bazơ là muối của kim loại kiềm hoặc kiềm thổ với axit yếu, phổ biến
nhất là cacbonat, đợc sử dụng nhờ khả năng thuỷ phân. Khi cho sôđa vào nớc ta
nó sẽ phân li theo phơng trình sau:
Na
2
CO
3
+ 2H
2
O 2Na
+
+ CO
3
2
+
+ 2OH
+ H
2
CO
3
(4.6)
Bỏ qua 2Na
+
ở hai vế, lu ý K phân li của H
2
CO
3
ta có phơng trình dạng ion:
CO
3
2
+ H
2
O OH
+ HCO
3
(4.7)
Nh vậy trong nớc có d ion OH
hạ pH nớc thải sau công đoạn vôi hoá để xử lí phốt pho.
Các phơng pháp thờng áp dụng là:
Cacbonic hoá nếu có nguồn CO
2
công nghiệp, Việt Nam hầu nh cha áp
dụng kĩ thuật này.
Dùng các axit công nghiệp nh H
2
SO
4
, HCl, HNO
3
. Loại axit đợc lựa chọn
trên cơ sở giá thành, trong đó axit nitric là đắt nhất. Riêng trờng hợp sử
dụng axit nitric cần lu ý thêm tiêu chuẩn hàm lợng nitrat trong nớc sản
phẩm.
Tính lợng axit để trung hoà bằng lí thuyết rất khó chính xác vì tính đệm của nớc
chứa bicarbonat (độ kiềm), hơn nữa không có mối tơng quan chặt chẽ giữa độ
kiềm và giá trị pH. Con đờng tốt nhất để định lợng chính xác lợng axit, bazơ cần
trung hoà hoặc hiệu chỉnh pH là phơng pháp chuẩn độ tới pH cần thiết [4].
Những con số sau mang tính định hớng nếu dùng axit quy về 100%:
Để trung hoà 1,0 mg/L độ kiềm (tính theo CaCO
3
) cần 0,98 mg/L H
2
SO
4
; 0,73
mg/L HCl, 2*0,63 mg/L HNO
3
Khi sử dụng axit cần pha loãng bằng nớc sạch. Khi pha loãng với nớc dung dịch
phát nhiệt rất mạnh, có thể sôi và bắn ra xung quanh gây ăn mòn nhà xởng thiết
bị, gây bỏng cho ngời. Vì vậy cần pha từ từ axit vào nớc, do tỷ khối cao hơn nớc
axit chìm nhanh xuống dới đáy bồn pha; cần khấy tốt khi pha để tránh tích nhiệt
cục bộ gây nổ, bắn lung tung, gây hại khó kiểm soát.
Axit sulphuric loãng là một axit mạnh, phân li 100%.
Axit đặc nh trên không ăn mòn sắt, nhng nếu pha loãng sẽ ăn mòn sắt rất nhanh.
Vì vậy rất ít khi ngời ta chứa axit đặc lâu trong bồn sắt (trừ ở nhà máy và khi vận
chuyển khối lợng lớn, thờng dùng các bồn, can nhựa khi phân phối. Khi sang can
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
18
từ bồn lớn cần dùng bơm axit hoặc áp dụng nguyên lí tự chảy, cần hết sức lu ý
tránh để da tiếp xúc trực tiếp, đeo kính phòng hộ bảo vệ mắt.
Nếu bị axit bắn vào ngời cần rửa nhanh bằng dòng nớc sạch càng mạnh càng tốt,
sau đó có thể dùng dung dịch sôđa loãng có tính kiềm nhẹ rửa chỗ bị dây, rửa lại
bằng nớc sạch. Nếu bị bắn vào mắt phải xối nhanh bằng lợng lớn nớc sạch rồi đi
cấp cứu bệnh viện gần nhất.
ở Việt Nam axit sulphuric đợc sản xuất ở Công ty super phốtphát Lâm Thao,
Công ty hoá chất cơ bản miền Nam.
2. Axit clohyđric
Axit clohyđric thờng có độ Bôme là 20-22
o
B. ở Bắc Việt Nam có hai nguồn: Công
ty hoá chất Việt Trì và Công ty giấy Bãi Bằng; ở phía Nam có Công ty hoá chất cơ
bản miền Nam sản xuất. Axit Việt Nam có nồng độ đăng kí là 30-31% khối lợng, d
= 1,05-1,10. Axit có thể đựng lâu dài trong các bồn can PVC, compozit.
Axit clohyđric là một axit mạnh, phân li 100%.
Axit clohyđric không gây bỏng nh axit sulphuric nhng rất dễ bay hơi, gây độc đờng
hô hấp và ăn mòn thiết bị rất mạnh. Khi pha loãng tính bay hơi giảm mạnh, an
đợc sử dụng dới dạng huyền phù Ca(OH)
2
, định lợng bằng bơm tự động hoặc
thông qua hệ kiểm soát pH tự động.
ở Việt Nam vôi thờng có trên thị trờng dới dạng vôi sống, do công nghệ sản xuất
đơn giản, nhu cầu khá lớn nên có khá nhiều cơ sở sản xuất để phục vụ công
nghiệp sản xuất bột nhẹ CaCO
3
, ở quy mô nhỏ vôi sống đợc sản xuất chủ yếu
để phục vụ xây dựng.
Sử dụng vôi để hiệu chỉnh pH có chi phí hoá chất thấp nhất, có khả năng kết hợp
xử lí độ cứng bằng phơng pháp hoá học (xem chơng Kết tủa hoá học). Nhợc
điểm lớn khi sử dụng vôi là công tác chuẩn bị khá cồng kềnh, cần có thiết bị tôi
vôi, bồn bể chuẩn bị huyền phù (có khuấy), cơ cấu lọc, thiết bị định lợng Khi sử
dụng huyền phù vôi hệ thống đờng dẫn hay bị tắc do cặn vôi lắng đọng trên các
thiết bị, kể cả trên đầu đo pH của hệ kiểm soát pH tự động gây sai số. Ngoài ra
sử dụng vôi dẫn tới sự gia tăng đáng kể lợng bùn thải.
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
19
4. Sôđa - Na
2
CO
3
.xH
2
O (x = 0ữ10)
Sôđa là tên thờng gọi của natri cacbonat, hiện nay Việt Nam đang trong giai đoạn
chuẩn bị dự án, cha sản xuất công nghiệp.
Sôđa công nghiệp có công thức Na
là làm tăng pH không đột ngột nhờ tính đệm của hệ cacbonat.
5. Xút - NaOH
Xút thờng đợc sản xuất và bán dới dạng rắn gần 100% hoặc dung dịch trên 30%.
Việt Nam cha sản xuất xút rắn nên chỉ có các loại xút lỏng, xút rắn thờng nhập
của Trung Quốc.
Cũng nh sôđa, xút tan rất tốt trong nớc, không vấp phải những nhợc điểm nh của
vôi nh khả năng gây cặn. Tuy nhiên sử dụng NaOH cần lu ý tính ăn da mạnh của
dịch kiềm, tính bazơ rất mạnh của NaOH làm cho việc sử dụng dung dịch NaOH
để hiệu chỉnh pH sẽ khó hơn sôđa, nhất là khi cần hiệu chỉnh chính xác, dễ gây
quá liều.
Xút là kiềm mạnh nên nó ăn da, ngoài ra nó phá huỷ nhanh các đồ đựng có gốc
este bằng phản ứng xà phòng hoá nên không dùng bồn compozit (mặc dù đựng
axit rất tốt) để chứa đụng lâu đợc.
Định lợng xút vào hệ phản ứng cũng nh các hoá chất đã nêu tốt nhất là dùng bơm
định lợng.
Đối với một hệ xử lí dùng hoá chất bất kì, khi sử dụng hoá chất cần quan tâm đến
lợng hoá chất tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, tính chất của hoá chất sử dụng
(nồng độ, độ tan, độ nhớt, áp suất hơi, hiệu ứng nhiệt khi hoà tan, nhiệt độ sôi,
đông đặc) từ đó tính ra nồng độ dung dịch sẽ cấp vào hệ, chọn hệ cấp định lợng
hoá chất phù hợp (các loại bơm, thiết bị định lợng). Từ tính chất hoá học, nhất là
tính ăn mòn chọn vật liệu van, ống, bồn, bơm cho phù hợp.
2.3 Tác hại của pH quá cao hoặc quá thấp và Độ ổn định của nớc
Nớc nếu có tính axit (pH < 6) hoặc kiềm (pH > 9) thì có hại không những đối với
hệ thu gom, hệ xử lý mà còn cả đối với môi trờng nhận nớc và ngời sử dụng. Đặc
biệt nớc sẽ có tính không ổn định.
Nếu nớc hay khí có tính quá axit hoặc bazơ chúng đều gây ra những hậu quả
không mong muốn nh sau:
Gây ăn mòn đờng ống, thiết bị từ nguồn nớc tới nhà máy xử lí và toàn bộ
hệ phân phối cho tới ngời sử dụng (nhất là tính axit); tính kiềm thì có hại
đối với vật liệu gốc polyeste.
Satelie cân bằng sẽ dịch về bên trái, tạo H
2
S có khả năng bay hơi mạnh gây mùi
nhiều hơn. Ngợc lại, khi pH cao ([OH
] lớn), OH
sẽ phản ứng với H
+
làm giảm
[H
+
], cân bằng sẽ chuyển dịch về bên phải làm giảm nồng độ H
2
S nghĩa là giảm
mùi.
Ví dụ 2.3: Tôm, cá non rất nhạy cảm đối với amôniac, HNO
2
. Trong nớc amôniac
tồn tại trong cân bằng với amôni: NH
4
+
NH
3
+ H
+
(a); HNO
2
nằm trong cân bằng
với ion nitrit: HNO
+
vào, nồng độ H
+
trong nớc tăng lên, khi đó tích [NH
3
][H
+
] sẽ tăng, để chống
lại điều này cân bằng sẽ dịch về bên phải (làm tăng nồng độ NH
4
+
) sao cho K vẫn không đổi.
Đối với nớc cấp pH càng quan trọng. Nếu pH quá thấp khi uống nớc ta sẽ có cảm
giác chua, nếu quá cao ta sẽ cảm thấy ngay vị nồng của nớc cấp. Ngoài ra pH
cao sẽ dẫn đến hiện tợng không ổn định của nớc, nghĩa là kết tủa CaCO
3
.
Trong thực tế sản xuất nớc cấp ta hay gặp hiện tợng sau: nớc tự nhiên luôn chứa
một lợng độ kiềm ĐK, chủ yếu dới dạng HCO
3
, nhất định. Trong trờng hợp nớc
chứa Ca
2+
, mà điều này là phổ biến, khi đó nớc có xu thế tạo kết tủa CaCO
3
do độ
cứng tạm thời. Sự có mặt của lớp màng mỏng kết tủa CaCO
3
này thậm chí có ích
K
2
(2.11)
Đảo pt. (2.10), cộng với pt. (2.11) ta có phơng trình tổng:
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
21
Ca
2+
+ HCO
3
H
+
+ CaCO
3
(r) (2.12)
Để xác định pH mà ở đó CaCO
3
kết tủa ta cần thêm đại lợng hệ số hoạt độ, . Khi
đó, với cân bằng thứ nhất (2.10) ta có:
K
pl
=
Ca2+
[Ca
2+
]
CO32
K =
[ ] [ ]
[ ]
+
+
+
+
=
H
HCOCa
K
K
H
HCOCa
pl
3
2
2
3
2
(2.15)
Mặt khác, từ định nghĩa pH, lu ý [H
+
] thực cần nhân với
H+
[H
+
], ta có:
Ca2+
[Ca
2+
] lg
HCO3
[HCO
3
]
= lgK
pl
lgK
2
lg
Ca2+
[Ca
2+
] lg
HCO3
[HCO
3
]
= lgK
pl
lgK
2
lg
).
Các đại lợng pK
2
, pK
pl
, S tra đợc trong các sổ tay tơng ứng; [Ca
2+
], [ĐK] xác định
bằng phân tích hoá học và tính bằng mol/L.
Tại nhiệt độ nhất định, ta đo pH và đối chiếu với pH
S
ta có: nếu pH < pH
S
thì sẽ
không có CaCO
3
kết tủa. Ngợc lại, nếu pH > pH
S
sẽ có kết tủa CaCO
3
. Điều này
đợc thể hiện dới dạng chỉ số Langelier (1936) hay chỉ số b o hoà SIã (Saturation
Index) [6]:
SI = pH pH
S
(2.17)
Nếu SI < 0 (pH < pH
S
) ta có nớc axit, gây ăn mòn ống, thiết bị. Nếu SI > 0 nớc có
C
i
, trong đó
i
1 đợc gọi là hệ số hoạt độ của chất (ion) i.
Kiến thức bổ xung Khái niệm độ kiềm
Độ kiềm là thông số chất lợng nớc rất quan trọng, không nên lẫn với [OH
]. Độ kiềm đợc xác định
bằng cách chuẩn độ nớc bằng axit tới pH 4,5. Trong phần lớn các trờng hợp độ kiềm gây ra do
HCO
3
. Khi chuẩn độ bằng axit tới pH = 4,5 ta có:
Độ kiềm (ĐK) = số mol H
+
tiêu tốn = [HCO
3
] + 2[CO
3
2
] + [OH
]
Nớc tự nhiên thờng có pH nằm trong khoảng 6ữ8 nên
Độ kiềm (ĐK) = số mol H
+
tiêu tốn = [HCO
pK
2
= 10,33
Vì vậy ta có:
1. Nếu pH < 4,5 độ kiềm của nớc là âm
2. Nếu pH = 7,5ữ8,3 độ kiềm của nớc chủ yếu = [HCO
3
]
3. Nếu pH > 11,5 ta chỉ có cacbonat dạng [CO
3
2
] và độ kiềm = 2[CO
3
2
] + [OH
]
4.4 ứng dụng
Khác với các thí nghiệm theo mẻ, trong thực tế xử lí nớc ta thờng gặp các quá
trình liên tục, vì vậy quá trình hiệu chỉnh pH thờng phải đợc thực hiện trên đờng đi
của dòng nớc. Trong trờng hợp này ngời ta thờng áp dụng hệ pH-controller hay hệ
kiểm soát pH tự động, khi đó giá trị pH đợc đo liên tục, hoá chất (dung dịch axit
hoặc bazơ) đợc bơm tự động cấp vào để hiệu chỉnh pH tự động theo tín hiệu nhận
từ điện cực đo pH. Sơ đồ hệ kiểm soát pH đợc mô tả trong hình 4.4.1.
Hình 2.1- Sơ đồ hệ kiểm soát pH tự động
1. Màn hình điều khiển-hiển thị giá trị pH 2. Điện cực đo pH
Nếu dùng máy khuấy cơ học cần công suất áp đặt 40 80 W/m
3
.
Nếu bồn khuấy hình trụ thì D cánh khuấy : đờng kính bồn ~ 0,33. Tỷ lệ này càng
nhỏ thì chi phí năng lợng khuấy cần càng cao nếu là cùng thời gian lu (h. 3.16,
Eckenfelder, tr. 87).
Tỷ lệ mức nớc : đờng kính = gần 1. Bồn cần có vách chắn (ít nhất 2 vách đối
xứng), bề rộng vách = 1/12-1/20 đờng kính, vách chắn cách quỹ đạo quay của
cánh khuấy 61 cm.
Nếu khuấy trộn bằng không khí cần cờng độ sục khí ít nhất là 0,3 0,9
m
3
/m
2
.phút với độ sâu H = 2,7 m.
Ngoài các tiêu chuẩn về nớc yêu cầu nớc sản phẩm hoặc thải ra môi trờng phải
đạt vùng giá trị pH quanh giá trị trung hoà, khá nhiều quá trình xử lí nớc yêu cầu
thực hiện ở các pH nhất định, khi đó phải áp dụng hệ hiệu chỉnh pH theo yêu cầu.
Có thể liệt kê một số quá trình sau:
1. Xử lí sắt(II) trong nớc cấp bằng ôxy không khí:
Phản ứng ôxy hoá Fe
2+
tạo Fe
3+
lắng lọc tốt xảy ra nhanh ở pH 6,8, trong phần
lớn các trờng hợp xử lí nớc ngầm nớc thô có pH xấp xỉ 6, chủ yếu do nớc ngầm
giàu CO
2
. Để nâng pH nớc ngầm trong trờng hợp này ngời ta thực hiện bằng cách
làm thoáng thông thờng: cho nớc ngầm bão hoà không khí thông qua các thiết bị
2+
dới dạng CaCO
3
bằng phơng pháp vôi-sôđa cần nâng pH tới 10,3;
để kết tủa Mg
2+
dới dạng Mg(OH)
2
cần nâng pH tới 11 [6].
4. Ôxy hoá xyanua (xem thêm chơng XX): ngy 11.10.11
/storage2/vhost/convert.store123doc.com/data_temp/document/vty1394180421-doc
13941804217478/vty1394180421.doc
25
Copyright: Tài liệu đại học ©