Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý

1. 05-Apr-18
1
Bài giảng
Xử lý nước thải công nghiệp
ThS. Nguyễn Minh Kỳ
Phân hiệu Gia Lai
Trường Đại học Nông Lâm TP. HCM
1
Gia Lai, năm 2017
Week 5,6
Xử lý nước thải bằng phương pháp
hóa học và hóa lý
2
Nội dung môn học
3
TT Nội dung
Số tiết
Tổng
Lý
thuyết
Bài tập,
thảo
luận
Kiểm
tra
1 Chương 1: Các vấn đề cơ bản
2
Chương 2: Xử lý nước thải bằng
phương pháp vật lý/cơ học
3
Chương 3: Xử lý nước thải bằng
phương pháp hóa học và hóa lý
4
Chương 4: Xử lý nước thải bằng
phương pháp sinh học
5 Chương 5: Xử lý N và P
6 Chương 6: Xử lý bùn
7
Chương 7: Hướng dẫn XLNT
một số ngành nghề công nghiệp
Tổng cộng
CHƯƠNG 3
XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ
3.1. Trung hòa
3.2. Keo tụ - tạo bông
3.3. Kết tủa
3.4. Hấp thụ
3.5. Hấp phụ
3.6. Phương pháp Oxi hóa
3.7. Trao đổi ion
3.8. Tuyển nổi
3.9. Phương pháp điện hóa
3.10. Màng lọc (MF, UF, NF, RO)
3.11. Khử trùng
3.12. Quá trình oxi hóa nâng cao AOPs
4
CHƯƠNG 3
XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ
Dẫn nhập:
• Các phương pháp xử lý hoá học và hoá lý 
kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp (mức
độ ô nhiễm cao, độc hại và tồn lưu lâu dài trong
môi trường).
• Thu hồi, khử các chất độc  ảnh hưởng xấu đối
với giai đoạn làm sạch sinh hoá tiếp theo.
5
Cơ sở của phương pháp:
• Các phản ứng hoá học
• Các quá trình lý hoá
Bao gồm các quá trình:
– Keo tụ, hấp phụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi
– Trao đổi ion, tinh thể hoá, màng bán thấm
– Cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí độc, khử màu
– Phản ứng trung hòa, oxy hoá khử, kết tủa, phân hủy chất độc..
Ví dụ: Quá trình trung hoà thường kèm với keo tụ
 xử lý nước (tiết kiệm + hiệu quả).
Diễn ra giữa chất ô
nhiễm với hoá chất
thêm vào
6

2. 05-Apr-18
2
3.1. Trung hòa
• Nước thải công nghiệp có thể mang tính
axit hoặc kiềm.
• Tính axit và kiềm thể hiện qua giá trị pH
của chúng:
– pH = 7 nước có tính trung tính.
– pH < 7 nước có tính axit.
– pH > 7 nước có tính kiềm.
7
Mục đích
• Tránh hiện tượng  ăn mòn, phá huỷ vật liệu
– hệ thống ống dẫn
– công trình thoát nước...
• Đảm bảo độ pH thích hợp nguồn tiếp nhận
như sông, ngòi, ao hồ,..
Yêu cầu: Nước thải công nghiệp có tính axit
hoặc kiềm mạnh  xử lý trước khi:
- Thải vào hệ thống thải chung của nhà máy, KCN
- Thải vào các nguồn tiếp nhận.
8
Bản chất của phương pháp trung hoà
•  Là phản ứng hóa học giữa:
– Axit và kiềm
– Các muối với axit hoặc kiềm trong nước thải.
• Chất được chọn để thực hiện phản ứng với các axit
hoặc kiềm có trong nước thải  tác nhân trung hoà
hoá học.
– Tác nhân trung hòa axit: đá vôi, đá đôlomit, vôi tôi, xút, sôđa..
– Tác nhân trung hòa chất thải chứa kiềm: khí CO2,
axit sufuric (H2SO4)...
Quá trình trung hoà có thể thực hiện theo phương thức:
– Gián đoạn
– Liên tục.
9
Dolomite: CaMg(CO3)2
Các yếu tố lựa chọn tác nhân trung hòa
– Lượng nước thải
– Đặc điểm nước thải (axít hay kiềm, hàm
lượng các chất có trong nước thải..)
– Yêu cầu cần xử lý (Quy chuẩn cần đạt)
– Kinh phí phù hợp (tác nhân rẻ tiền, dễ kiếm)
– Thiết bị đơn giản, dễ vận hành
10
Phương pháp trung hoà thường gặp
- Trộn dòng nước thải chứa axit và kiềm (tiết
kiệm kinh phí)
- Xử lý nước thải bằng vôi (ví dụ: cho nước thải
chảy qua lớp đệm đá vôi)
CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3
- Trung hoà bằng xút NaOH hoặc sôđa Na2CO3
2 NaOH + H2CO3 → Na2SO4+ 2H2O
Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3
NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O
NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O
11
• In neutralization, several parameters need to
be assessed and evaluated before the actual
pH adjustment is carried out.
– pH
– Acidity and Alkalinity
– Buffer Capacity
– Hardness
12

3. 05-Apr-18
3
Bể trung hòa
13
Continuously operated neutralization tank
14
Design of a neutralization system
Cần quan tâm các vấn đề:
– Influent wastewater parameters
– Type of neutralizing agent used
– Availability of land
– Laboratory scale experimental results
15
Acidic and Alkaline Wastewaters Neutralize Each Other
16
Batch Neutralization Tank
17
Tank Mixing Eductors
18

4. 05-Apr-18
4
3.2. Keo tụ - tạo bông (Coagulation – Flocculation)
Dẫn nhập:
• Thành phần nước thải  tìm thấy các hạt
keo có điện tích bề mặt âm và kích thước
cỡ khoảng 0,01-1 µm.
• Tuy nhiên, một vài nghiên cứu cho rằng:
- Kích thước hạt keo dao động 10-3 - 1µm.
- Tổng số hạt keo trong nước thải chưa xử lý và
xử lý sau lắng sơ cấp là khoảng 106-1012 hạt/ml.
19
Hạt keo
Hạt keo:
• Hạt mịn trong nước thải  là nguyên nhân
gây độ đục và màu, do đó cần loại bỏ.
• Khi chúng kết hợp hạt có kích thước lớn sẽ dễ
dàng xử lý hơn.
21
Hạt keo?
• Đặc tính của hạt keo:
– ƒ
Tính năng lắng kém (chuyển động Brown gây
cản trở lắng do trọng lực)
– ƒ
Tác nhân gây ô nhiễm nước (tăng độ đục...)
– ƒ
Đặc tính bề mặt (điện thế ζ,…) là yếu tố quan
trọng:
– Có xu hướng kết hợp với các chất từ môi trường xung
quanh
– Có xu hướng tăng điện tích
• Khi các hạt keo tiếp xúc với nhau, chúng tạo
thành các hạt có kích thước lớn hơn, tạo
bông và kết tủa.
22 23
Phân loại hạt keo
• Hạt keo: 2 dạng chính
– Keo kỵ nước: đất sét, oxit kim loại,…
• Không có ái lực với nước
• Dễ keo tụ
• Đa số là những hạt keo vô cơ
– Keo ưa nước: proteins, polymers,…
• Thể hiện ái lực với nước
• Hấp thụ nước và làm chậm quá trình keo tụ
• Đa số là những hạt keo hữu cơ
24
Mối quan hệ giữa kích thước hạt và thời gian
lắng (điều kiện tự nhiên)
25

5. 05-Apr-18
5
• Mục đích: Tách các hạt cặn có kích thước nhỏ
(10-3 - 1µm) và khó tách loại được bằng các
quá trình lý học thông thường (lắng, lọc, tuyển
nổi).  Keo tụ - tạo bông?
• Keo tụ: Qúa trình làm mất tính ổn định các hạt
keo trong nước (phá vỡ tính ổn định các hạt
keo)
• Tạo bông: Quá trình gia tăng kích thước các hạt
keo đã bị phá vỡ tính ổn định để lắng.
• TL:
– Quá trình keo tụ  tạo tiền đề cho quá trình tạo bông
hiệu quả.
– Quá trình tạo bông  tăng cường kích thước các hạt
để lắng. 26
Keo tụ - tạo bông là gì?
• Là quá trình làm keo tụ các hạt keo và hấp
thu, kết dính các hạt nhỏ thành tập hợp hạt
lớn hơn để tạo lắng và làm sạch nước.
• Cơ chế:
– Các chất keo tụ sau khi khuếch tán vào môi
trường nước sẽ trộn lẫn (tương tác) với các hạt
keo để phá vỡ trạng thái ổn định và làm tăng kích
thước, mật độ và tỷ trọng của chúng.
27
Yếu tố ảnh hưởng:
• Liều lượng
• Chế độ khuấy trộn
• pH
• Nhiệt độ
28
Các chất keo tụ-tạo bông
• Các chất keo tụ-tạo bông: nguồn gốc tự
nhiên hoặc nhân tạo
– Polymer hữu cơ tổng hợp
– Muối kim loại (alum: KAl(SO4)2.12H2O, ferric
sulfate: Fe2(SO4)3)
– Muối kim loại prehydrolized (PAC/PCAl -
polyaluminum chloride, PICl - polyiron
chloride)
30
Polymers
- Polymer hữu cơ:
Khối lượng phân tử lớn, mạch dài
- Polymer tổng hợp
ƒ
+ Có thể chứa các nhóm mang điện
ƒ
+ Thường sử dụng trong các nhà máy xử lý
nước/nước thải
- Hiệu quả xử lý:
• Polymer tự nhiên: hiệu quả thấp
• Polymer tổng hợp: hiệu quả cao hơn
31
Ví dụ
32

6. 05-Apr-18
6
Thiết bị keo tụ
33
Tạp chất
34
35 36
Một vài lưu ý
• Keo tụ + lắng là kiểu xử lý hóa lý bậc cao nhằm
loại bỏ SS, COD (hạt keo hữu cơ mịn dạng
keo).
• Sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3, PAC, sắt FeCl3
cùng với polyme tích điện để tạo bông.
• Thông thường, hiệu quả loại SS đạt < 10mg/l
và loại bỏ được 30% COD ở dòng ra sau xử lý
sinh học bậc 2.
37
Một vài lưu ý (tt)
• Loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong
nước thải bằng keo tụ  sử dụng:
+ Phèn Al(SO4).nH2O (n = 13-18)
+ Sôđa kết hợp với phèn Na2CO3 + Al2(SO4)3
+ Sắt Sunphat FeSO4.7H2O
+ Nước vôi Ca(OH)2
+ Natrialuninat Na2Al2O4
+ Sắt Clorua và sắt (III) sunphat FeSO4
38

7. 05-Apr-18
7
3.3. Kết tủa
• Phương pháp phổ biến nhất loại bỏ kim loại nặng
trong nước thải (yếu tố gây độc sức khỏe, môi
trường).
• Thông thường  kết tủa dạng hydroxyt (OH-).
• Giải pháp: Sử dụng base  Tăng pH và tạo kết
quả (↓)
– Mục đích: làm giảm mức độ thấp nhất khả năng hòa
tan các độc chất.
• Lưu ý: cần loại bỏ các chất cản trở quá trình kết
tủa trong nước thải (để tăng hiệu quả xử lý).
• Ngoài ra, quá trình kết tủa cũng được áp dụng
khử P trong nước thải.
39
Precipitation. In the water treatment, the
precipitation process is used for softening
(removal of the hardness caused by calcium
and magnesium) and removal of iron and
manganese.
40
Example of Heavy Metal Removal
Publicly owned treatment works (POTW) 41
3.4. Hấp thụ
Cơ sở của phương pháp:
• Dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp
thụ (thường là khí hoặc hơi) với chất hấp
thụ (thường là chất lỏng).
Hoặc:
• Dựa vào khả năng hòa tan khác nhau của
các chất khác trong chất lỏng để tách chất
(các chất gây ô nhiễm).
42
Phân loại
Dựa vào bản chất của sự tương tác:
• Hấp thụ vật lý:
– Là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy
– Chỉ bao gồm sự khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào
trong lòng chất lỏng và sự phân bố của chúng giữa các phần tử
chất lỏng.
• Hấp thụ hóa học:
– Hấp thụ hóa học là một quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều
phản ứng hóa học.
– Một quá trình hấp thụ hoá học bao giờ cũng bao gồm 2 giai đoạn:
• Giai đoạn khuếch tán
• Giai đoạn xảy ra các phản ứng hóa học.
 Hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí
vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất (tốc độ
phản ứng của các chất).
43
Ví dụ
On-Site Wastewater Treatment
• The conventional on-site household wastewater treatment
system is the septic tank and absorption (leach) field.
• As wastewater enters the septic tank, solids sink to the
bottom and grease and oils float to the surface. The
remaining liquid (effluent), is released to the absorption
field where waste products are broken down by physical,
chemical and biological processes.
Trường hấp thụ 44

8. 05-Apr-18
8
Ứng dụng xử lý nước thải sinh hoạt
45
Physico-chemical technologies for nitrogen
removal from wastewaters
46
47
3.5. Hấp phụ
• Phương pháp hấp phụ dùng để khử:
– mùi vị, màu,
– chất bẩn hữu cơ khó phân
hủy,
– kim loại nặng,...
• Phương pháp này thường được sử dụng
khi:
– nước thải cần xử lý đạt tiêu chuẩn cao
– hoặc tái sử dụng lại nước thải.
49
Nước thải
công nghiệp
Nguyên lý
Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây ra
sự tăng nồng độ của một chất hoặc một hỗn
hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn
- khí, rắn - lỏng, lỏng - khí).
50
Chất hấp phụ phải thoả mãn các yêu cầu
• Hấp phụ chọn lọc
• Bề mặt riêng lớn
• Dễ hoàn nguyên
• Đảm bảo độ bền cơ và nhiệt
• Không có hoạt tính xúc tác với các phản ứng
oxy hoá
• Dễ kiếm, rẻ tiền
51

9. 05-Apr-18
9
Các yếu tố ảnh hướng tới quá trình hấp phụ
- Diện tích bề mặt chất hấp phụ
- Bản chất của sự hấp phụ
- Độ pH
- Nồng độ dung dịch
- Thời gian tiếp xúc
- Bản chất của hệ tiếp xúc
52
Ưu nhược điểm phương pháp hấp phụ
- Ưu điểm:
- Khả năng làm sạch cao
- Có thể tái sinh
- Nhược điểm:
- Không thể sử dụng đối với nguồn thải có mức độ
ô nhiễm cao (hiệu quả thấp)
53
Ví dụ Than hoạt tính
• Là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân
cực và có bề mặt riêng rất lớn.
• Về bản chất nguyên tố  thuộc nhóm
graphit - một dạng thù hình của cacbon
gồm các tinh thể nhỏ có cấu trúc bất trật
tự.
 Vì vậy than hoạt tính có cấu tạo xốp và tạo
nên nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng đều và rất
phức tạp.
54 55
Than hoạt tính (tt)
• Chất hấp phụ chủ yếu trong công nghệ xử
lý làm sạch môi trường, ví dụ:
– Làm sạch nước để uống
– Xử lý nước thải công nghiệp
– Xử lý triệt để nước thải công nghiệp và đô thị
• Cũng giống như quá trình kết hợp keo tụ +
lắng, còn có thể sử dụng các bon hoạt tính
như là mục đích chính  loại bỏ COD.
56
Ví dụ Zeolit
• Zeolit (Me2/xO.Al2O3.nSiO2.mH2O) là
khoáng chất silicat nhôm (aluminosilicat)
của một số kim loại có cấu trúc vi xốp.
• Tính chất của zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si
và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm
cuối cùng.
57

10. 05-Apr-18
10
Zeolite Process of Water Softening
58 59
3.6. Phương pháp oxi hóa (hóa học)
• Sử dụng các tác nhân oxi hóa mạnh như
O3, KMnO4, H2O2, NaClO... nhằm mục
đích:
 Giảm tiềm năng ô nhiễm, độc tính
 Chuyển hóa thành các chất ít độc
60 61
Ozon (O3)
• Chất oxy hoá có hoạt tính cao
• Độ hoà tan trong nước lớn (gấp 10 lần O2)
• Sử dụng:
 Xử lý nước thải chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hoà
tan và keo
 Làm sạch nước thải khỏi phenol, dầu, H2S, hợp chất
của As
 Phân hủy hợp chất hoạt động bề mặt, CN-, các chất
màu, hyđrocacbon thơm, thuốc trừ sâu....
 có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn
• Nếu kết hợp chiếu tia cực tím (uv)  tăng tốc độ
oxy hoá 102 - 104 lần.
62
Ví dụ
• Ozone Oxidation of Cyanide
• Xử lý CN- trong nước thải sản xuất tinh bột
sắn
CN– + O3 → CNO– + O2
2 CNO- + 3O3 + H2O → 2 HCO3
- + N2 + 3O2
63

11. 05-Apr-18
11
KMnO4
• Là chất oxy hoá tương đối mạnh được
dùng để oxy hoá phenol, CN- và các hợp
chất chứa S...
KMnO4 is an oxidizing agent. Phenol is oxidized to 1,2-Benzoquinone
And byproducts are MnO2, and KOH….
3C6H5OH + 4KMnO4 = 4MnO2 + 4KOH + H2O + 3C6H4O2
64
H2O2
• H2O2 là chất oxy hoá mạnh dùng để oxy
hóa chất hữu cơ như phenol, chất vô cơ
như CN-, các hợp chất chứa S và các kim
loại độc.
• Quá trình oxy hóa  xảy ra mãnh liệt khi
có mặt của chất xúc tác như: Fe2+, Fe3+,
Cu2+, Cr3+, pH tối ưu 3 - 4.
65
66
Một số lưu ý
• Việc sử dụng phương pháp oxy hóa hóa
học  có thể xử lý:
– Thành phần vô cơ như Mn(II), Fe(II), S2-, CN-,
SO3
2- ...
– Các hợp chất hữu cơ như phenols, amines, humic
acids
– Mùi vị, màu, hợp chất độc, vi khuẩn, tảo...
 Hiệu quả làm sạch môi trường, đảm bảo
sức khỏe cộng đồng.
67
68
3.7. Trao đổi ion
• Trao đổi ion là gì?
69

12. 05-Apr-18
12
3.7. Trao đổi ion
• Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác
hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha
rắn. Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản
ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion
trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (ví dụ như
hạt nhựa trao đổi).
• Có thể hiểu, trao đổi ion là quá trình tương tác
của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi.
RA + B+ = A+ + RB
• Where, R is the resin (as cation exchanger) and A+
and B+ the cations competing for the binding site.
70
Ion Exchange Treatment Process
71
• Quá trình được dùng để tách:
 Kim loại: Pb, Hg, Cd, Cr, Zn, Cu, Ni, Mn...
 Hợp chất As, CN-, P, các chất lỏng phóng xạ
 Phương pháp phổ biến loại NO3-
 Khử muối vô cơ hoà tan như Ca, Mg (khử độ
cứng trong nước)
• Trao đổi ion có thể sử dụng với cation và
anion hữu cơ hoặc vô cơ.
72
Ví dụ, khử độ cứng
• Sử dụng nhựa tự nhiên hoặc tổng hợp 
để:
– Loại bỏ ion canxi (Ca), magiê (Mg) và
cacbonat (CO3-) trong nguồn nước
– Thay thế chúng bằng natri (Na), clorua (Cl),
hydroxyl (OH-) hoặc các ion khác.
73
Vật liệu và phương pháp trao đổi ion
- Vật liệu trao đổi ion tự nhiên: ion hữu cơ tự
nhiên, ion vô cơ tự nhiên.
- Vật liệu trao đổi ion nhân tạo: ion hữu cơ nhân
tạo, ion vô cơ nhân tạo.
74
Nhựa trao đổi ion
• Nhựa trao đổi ion còn gọi là ionit, các ionit có
khả năng hấp thu các ion dương (gọi là
cationit), ngược lại các ionit có khả năng hấp
thu các ion âm gọi là anionit.
• Các ionit có khả năng hấp thu cation lẫn anion
được gọi là ionit lưỡng tính.
Resin
75

13. 05-Apr-18
13
Có 4 loại Resin
- Resin cation acid mạnh
- Resin cation acid yếu
- Resin anion base mạnh
- Resin anion base yếu
76
Ưu nhược điểm của PP
a. Ưu điểm
- Xử lý triệt để và có tính chọn lọc đối tượng.
- Nhựa ion có thể sử dụng lâu dài, tái sinh nhiều lần với chi phí
thấp, tiêu hao năng lượng thấp.
- Phương pháp thân thiện môi trường (hấp thu các chất độc
trong nước).
b. Hạn chế
- Nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay Fe3+, chúng sẽ bám
dính vào các hạt nhựa ion, làm giảm khả năng trao đổi.
- Chi phí đầu tư và vận hành khá cao (ít được sử dụng công
trình lớn và thường dùng cho trường hợp đòi hỏi mức độ xử
lý cao).
Phương pháp hiệu quả loại bỏ muối vô cơ hòa tan như
độ cứng (Ca, Mg) và kim loại nặng trong nước thải. 77
3.8. Tuyển nổi (Flotation)
Dẫn nhập:
• Hàm lượng dầu 0,2 - 0,4 mg/l sẽ làm cho
nước có mùi dầu.
• Khử mùi dầu là một việc làm khó khăn.
• Hiện tượng giảm hàm lượng oxy hoà tan
(< 4 mg/l) trong nước gây ảnh hưởng
xấu cho các loài thủy sinh vật.
 Nhu cầu bức thiết  loại bỏ chúng một
cách an toàn!!!
78
Tuyển nổi là gì?
• Tuyển nổi là quá trình tách các hạt lơ lửng ra
khỏi chất lỏng bằng cách sục vào chất lỏng
dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ.
• Các hạt không thấm ướt sẽ dính vào bọt và
cùng với bọt nổi lên trên bề chất lỏng và
được hớt ra ngoài.
• Bọt khí có thể tạo ra bằng cách sục khí, bằng
các phản ứng hoá học và sinh học sinh ra.
TL: Bọt khí được thêm vào  Các chất rắn lơ
lửng sẽ bám vào bề mặt của bọt khí và nổi lên.
79
Flotation:
Dissolved air flotation, which is a common technique. This technique basically consists
on injecting an aqueous stream containing dissolved air into the wastewater .
The dissolved air forms bubbles when it comes out of solution and carries
suspended particles, which tend to concentrate at the bubble wastewater
interface, to the surface, where they form an emulsion.
80
Emulsion: nhũ tương
Flotation:
General diagram for flotation methods:
81

14. 05-Apr-18
14
Mục đích - Nguyên lý
• Tuyển nổi  loại bỏ các tạp chất bẩn ra khỏi nước bằng
cách tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước.
• Nguyên lý chung:
– Tăng áp suất và cấp một lượng không khí đủ lớn, sau đó tiến
hành giảm áp để tạo ra các bọt khí trong nước.
– Kết quả các hạt dầu, mỡ, SS sẽ kết hợp với bọt khí và nổi lên và
được tách khỏi nước thải bằng thanh gạt hoặc thiết bị thu gom
bọt nổi.
• Giải pháp:
– Cho vào nước chất tuyển nổi hoặc tác nhân tuyển nổi để thu hút
và kéo các chất bẩn nổi lên mặt nước.
– Sau đó loại hỗn hợp chất bẩn và chất tuyển nổi ra khỏi nước.
82 83
84
Vai trò
• Giải pháp thay thế bể lắng truyền thống
• Áp dụng xử lý nước cấp và nước thải
• Thường áp dụng xử lý nước thải công
nghiệp quy mô nhỏ
85
Phân loại (Flotation Types)
• Simple flotation
• Flotation with aeration
• Dissolved air flotation
• Electroflotation
• Vacuum flotation
86 87

15. 05-Apr-18
15
88
Áp dụng
• Loại bỏ các chất có khả năng nổi trên mặt
nước như: dầu, mỡ, SS.
• Ứng dụng:
– Loại chất rắn lơ lửng, dầu mỡ, chất rắn mật
độ thấp, những chất không tan trong nước
– Các chất hòa tan như BOD, COD, màu cũng
được xử lý hiệu quả sau keo tụ
89
Ứng dụng của Tuyển nổi áp lực DAF
• Giải pháp thay thế bể lắng truyền thống
• Áp dụng xử lý nước cấp và nước thải
• Thường áp dụng xử lý nước thải công
nghiệp quy mô nhỏ
90
Đặc điểm - Nguyên lý của DAF
• Sử dụng nước bão hòa không khí, áp suất cao
3~5 kg/cm2 (0.29~0.49 MPa).
• Cho dòng nước này vào nước thải có áp suất
không khí  đám mây bong bóng mịn dạng hình
cầu có đường kính 70~80 μm.
• Bong bóng giữ hạt rắn bởi các lực vật lý hoặc
tham gia liên kết bề mặt… (liên kết 3 pha rắn,
khí, lỏng)  kết quả tạo hạt nặng hơn và lắng
xuống.
91
Ứng dụng của DAF
• Loại bỏ chất rắn lơ lửng (SS), dầu mỡ, sợi,.. (những
chất không tan trong nước).
– DAF thích hợp xử lý SS từ 150 - 2000 mg /ℓ sau keo tụ (nhưng
không thể áp dụng khi tốc độ keo tụ nhỏ hơn 20 m/h).
• Xử lý hiệu quả sau keo tụ các chất hòa tan như BOD,
COD, màu.
• Loại bỏ hiệu quả các cặn bẩn hữu cơ, sét, mùn có kích thước
nhỏ (gây nên độ đục, độ mầu, độ mùi của nước)
• Loại bỏ được cả rong, tảo, các chất vô cơ và kim loại cũng như
trứng giun sán, vi khuẩn, và cả một số vi sinh vật đơn bào
nguy hiểm (không bị tiêu diệt bởi Clo)
92 93

16. 05-Apr-18
16
94
Xem minh họa
Những ứng dụng hữu ích
• Pulp & Paper:
∗ for recovery of fiber and waste control in save all unit
operation of while water clarification.
∗ Removal of fines from fractionation/washer filtrates.
∗ For “Primary” and “ Secondary” clarification
• Food Processing:
∗ Recovery of oil and grease which can be converted in
useful byproducts
∗ For removal of flocculants ahead of biological water
treatment
• Oily wastes Treatment
∗ For disposing of floated sludge of negligible commercial
value 95
Những ứng dụng hữu ích (tt)
• Biological Waste Treatment:
∗ For thickening of waste activated sludge
• Other Application:
∗ Chemical plant waste
∗ Petroleum and petrochemical waste
∗ Metal finishing waste
96
3.9. Phương pháp điện hóa
• Phương pháp điện hoá học phá huỷ các
tạp chất độc hại trong nước thải hoặc
trong dung dịch bằng cách oxy hoá điện
hoá trên điện cực anốt hoặc cũng có thể
phục hồi các chất quý rồi đưa về dùng lại
trong sản xuất.
• Nhờ các quá trình oxy hoá khử mà các
chất bẩn độc hại được biến đổi thành các
chất không độc.
97
98
• An Ox
Anode = Oxidation
• Red Cat
Reduction = Cathode
99

17. 05-Apr-18
17
Zn(s) + Cu2+
(aq) → Zn2+
(aq) + Cu(s)
This reactions involves two half-reactions:
Zn → Zn +2 + 2 e- Cu2+ + 2e- → Cu
oxidation reduction
100
Electrodes
Anode: oxidation occurs
Cathode: reduction occurs
Ví dụ
Electrochemical arsenic removal process 101
Electrochemical arsenic removal process
• Ứng dụng loại bỏ Asen trong nước ngầm
• Removal of Arsenic from Groundwater using
Electrochemical Coagulation Process
102
3.10. Màng lọc
• Đối với các quá trình lọc, màng được hiểu
theo nghĩa thông thường là rào chắn
nhằm ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự
vận chuyển qua lại giữa các cơ chất một
cách có chọn lọc.
• Màng có thể là được cấu tạo thuần nhất
hoặc tổng hợp.
103
3.10. Màng lọc
• Phân loại:
– Màng tổng hợp
– Màng sinh học
• Hiệu quả màng phụ thuộc:
– Đặc điểm màng
– Bản chất nước thải
– Điều kiện và các thông số vận hành
• MF, UF, NF, RO
104
Applications of advanced membrane
filtration technologies
1 dalton (Da) tương đương với 1,7.10-24 gram 105

18. 05-Apr-18
18
Một số quá trình màng lọc
Quá trình Kích thước
lỗ rỗng
Flux (L/m2.h)-
cường độ lọc
Áp suất (psi) Xử lý
MF vi lọc 0.1 to 2 µm 100 – 1000 15 - 60 SS, vi khuẩn
UF siêu lọc 0.005 to 0.1
µm
30 – 300 10 – 100 SS, vi khuẩn,
ion đa hóa
trị
NF lọc nano 0.0005 to
0.005 µm
20 – 150 40 – 200
(tiêu biểu 90)
SS, vi khuẩn,
ion đa hóa
trị
RO thẩm thấu
ngược
< 0.5 nm 10 - 35 200 – 300 SS, vi khuẩn, vi
rút, ion đa
và đơn hóa
trị
106
NORWEGIAN
UNIVERSITY
OF
LIFE
SCIENCES
107
Membrane Filter Technology (tertiary)
107
NORWEGIAN
UNIVERSITY
OF
LIFE
SCIENCES
108
Membrane Filter Technology
108
Ưu điểm nổi bật:
• Ôn hòa về mặt môi trường
• Công nghệ sạch và dễ vận hành
• Có thể thay thế được nhiều quá trình hóa lý
truyền thống: lọc, chưng cất, trao đổi ion
trong quy trình xử lý nước
• Tạo ra sản phẩm có chất lượng cao
• Thuận lợi cho việc thiết kế những hệ thống có
tính linh hoạt cao
109
Màng vi lọc MF (Microfiltration)
• Màng có độ xốp cao, phạm vi kích thước chất
loại bỏ từ 0,1 - 2 µm
• Màng vi lọc (MF) cũng hoạt động dựa trên
nguyên lý tương tự màng RO và nano là loại bỏ
các chất rắn lơ lửng từ nước qua lớp màng có
kích thước lỗ nhỏ dưới một áp lực thấp hơn so
với màng RO và nano (khoảng 15-60 psi)
110
Ứng dụng
Màng vi lọc hoạt động ở áp suất tương đối
thấp, màng lọc ứng dụng trong các lĩnh vực
sau:
• Khử trùng lạnh đồ uống và dược phẩm
• Thanh lọc các loại nước ép trái cây, rượu
vang và bia
• Loại bỏ vi khuẩn từ nước
• Tiền xử lý nước trước hệ thống RO
• Xử lý nước thải
111

19. 05-Apr-18
19
Màng siêu lọc UF (Ultrafiltration)
• Công nghệ màng siêu lọc (UF) là một quá trình lọc
có áp lực loại bỏ dầu, hydroxyt kim loại, chất keo,
nhũ tương, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn và hầu hết
các phân tử lớn từ nước và các dung dịch khác.
• Màng UF ứng dụng trong lọc dầu, nước ép trái
cây, sữa và sữa chua, sơn, dược phẩm, rượu
nước uống, và xử lý nước thải cấp ba/triệt để.
• Màng siêu lọc có kích thước lỗ khoảng 0,005 - 0,1
µm có thể loại bỏ một số virus, trong khi màng vi
lọc có kích thước lỗ lớn hơn, chỉ có thể loại bỏ
một số loài vi sinh vật không bao gồm virus.
112
Ứng dụng
• Màng lọc UF có thể lọc sạch các tạp chất có kích thước
nhỏ hơn cả vi khuẩn, loại bỏ dầu, mỡ, hydroxit kim loại,
chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng và hầu hết các
phân tử lớn từ nước.
113
Nhược điểm
• Tồn tại những chất khoáng còn lại trong
nước có thể không có lợi cho sức khỏe.
• Chi phí đầu tư ban đầu khá cao.
114
Màng lọc nano NF (Nanofiltration)
• Màng lọc nano (NF) có kích thước lỗ khoảng 0,0005 - 0,005
µm. Có chức năng tương tự như màng thẩm thấu ngược,
nhưng thường được sử dụng để loại bỏ các ion đa hóa trị, các
chất hữu cơ đơn phân tử, gần như tất cả các virus, hầu hết
các vật chất hữu cơ tự nhiên và các muối.
115
116 117

20. 05-Apr-18
20
Nhược điểm:
• Công nghệ nano không qua hệ thống xử lý
thô (tiền xử lý) dễ gây tắc màng;
• Những chất khoáng còn lại trong nước có
thể không có lợi cho sức khỏe;
• Chi phí và giá thành cao;
• Phải xác định trước nguồn nước để áp
dụng công nghệ nano hiệu quả.
118
Thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis)
• Thẩm thấu ngược là quá trình tách nước
qua màng bán thấm từ phía dung
dịch đặc hơn sang phía dung dịch loãng
hơn khi áp suất tác đụng lên dung dịch
vượt quá áp suất thẩm thấu.
• Màng thường sản xuất từ vật liệu polymer.
119
Màng thẩm thấu ngược (RO) có kích thước lỗ nhỏ hơn 0,5 nm
(0,0005μm).
120
Reverse osmosis (RO): principle,
diagram, photo of a small RO unit
121
Spiral wound (like a rolled up newspaper)
122
Hollow fibers
123

21. 05-Apr-18
21
Nhược điểm
- Công nghệ lọc RO cho ra nước tinh khiết, loại
bỏ hoàn toàn khoáng chất có trong nước (tuy
nhiên, nếu uống nước tinh khiết lâu dài làm cơ
thể thiếu 1 số khoáng chất cần thiết).
- Tiêu tốn nước nhiều (quá trình lọc nước tinh
khiết đồng nghĩa với việc phải loại bỏ một lượng
nước thải khá lớn).
124 125
3.11. Khử trùng
Dẫn nhập:
• Sau khi nước thải qua bể lắng, bể lọc  phần lớn
vi khuẩn trong nước đã bị giữ lại (90%) và tiêu diệt.
• Tuy nhiên, để đảm bảo hoàn toàn vệ sinh  phải
áp dụng phương pháp triệt khuẩn nước (khử
trùng).
• Mục đích: loại bỏ vi sinh vật trong nước trước khi
đổ vào môi trường tiếp nhận (cải thiện chất lượng
nước).
• Clo được sử dụng phổ biến nhất trong khử trùng.
126
Pathogens may be removed by various
treatment processes
127
Treatment stages – Tertiary treatment
• remove disease-causing organisms from
wastewater
• 3 different disinfection process
– Chlorination
– UV light radiation
– Ozonation
128
Clo hoá?
• Phương pháp triệt khuẩn nước thông dụng nhất
 Clo hoá:
– Sử dụng Clo hoặc hợp chất của Clo như: Clorua vôi
(CaOCl2), zaven (NaOCl).
– Đây là những chất ôxy hóa mạnh, có khả năng triệt
khuẩn.
129

22. 05-Apr-18
22
Chlorination
• Most common
• Advantages: low cost
& effective
• Disadvantages:
chlorine residue
could be harmful to
environment
130
Chlorine Demand
131
• Inorganic materials commonly found in
wastewater that take precedence in reacting
with chlorine are:
➢ Hydrogen sulfide
➢ Ferrous iron
➢ Manganese
➢ Nitrite
132
• Ammonia (NH3) is found in all wastewaters and is the second
level of reaction with chlorine. It combines with chlorine to
form one of three forms of chloramine. Chloramines act as
disinfectants. The three forms are:
➢ Monochloramine
➢ Dichloramine
➢ Trichloramine
• Organic compounds are the last to react with available
chlorine in the wastewater and form chlororganic compounds.
These have slight disinfection capability.
133
Chlorine Residual
• The chlorine in combined forms (e.g.,
monochloramine) that have disinfecting properties
plus any free chlorine is the chlorine residual.
• The residual is available in three forms:
➢ Chloramines: A form of combined chlorine
➢ Chlororganic Compounds: A weak form of combined
chlorine
➢ Free Chlorine: The strongest form of residual for
disinfection.
134 135
Test trong PTN

23. 05-Apr-18
23
Calculations to determine the chlorine dosage
and chlorine demand
Feed Rate, lbs/day = Flow (MGD) x Dosage
(mg/L) x 8.34 lbs/gal
136
Tốc độ cấp liệu,
lượng cấp liệu
Dòng nước thải
Liều lượng
Chlorine
Bài tập ví dụ
• Example: A chlorinator is set to feed 50
pounds of chlorine per 24 hours; the
wastewater flow is at a rate of 0.85 MGD, and
the chlorine as measured by the chlorine
residual test after thirty minutes of contact
time is 0.5 mg/L. Find the chlorine dosage and
chlorine demand in mg/L.
137
138 139
UV light radiation
• Damage the genetic
structure of bacteria,
viruses and other
pathogens.
• Advantages: no chemicals
are used
• water taste more natural
• Disadvantages: high
maintenance of the UV-
lamp
140 141

24. 05-Apr-18
24
Ozonation
• Oxidized most pathogenic microorganisms
• Advantages: safer than chlorination
fewer disinfection by-product
• Disadvantage: high cost
142
Đánh giá một số tác nhân khử trùng
• Chlorine, chloramine, chlorine
dioxide, bromine, iodine  sử dụng
phổ biến (nhất là Chlorine).
• Ozon, Uv  đắt nhưng không để lại
tác nhân phụ gây gây độc.
• Kim loại Cu, Ag  sử dụng để khử
trùng bể bơi, bồn tắm nước nóng.
143
Ví dụ
• Trong đó, các tác nhân Cl2, HOCl, OCl- 
đều là những chất oxy hoá mạnh (khử trùng
hiệu quả).
144
Một số phương pháp khử trùng
+ Dùng tia tử ngoại UV:
– Dùng một loại đèn phát ra tia tử ngoại để triệt khuẩn
– Phương pháp này đơn giản nhưng thiết bị đắt, hay
hỏng và tiêu tốn điện năng (10-30 kW/1000 m3
nước).
+ Dùng Ozon (O3):
– Khi đưa O3 vào nước sẽ tạo thành oxy nguyên tử
– Đây là chất có khả năng diệt trùng cao, hiệu quả.
+ Dùng sóng siêu âm:
– Dùng thiết bị  phát ra sóng siêu âm f = 500 kHz
– Kết quả, vi trùng sẽ bị tiêu diệt.
145
Gợi ý nghiên cứu nhỏ
Solar Disinfection (SODIS) - Nepal
146
3.12. Quá trình Oxi hóa nâng cao AOPs
(Advanced Oxidation Process)
Dẫn nhập:
• Hạn chế của quá trình xử lý sinh học:
– Tốc độ chậm, thể tích lớn do đó cần nhiều hơn
diện tích (quy mô hệ xử lý)
– Cần sự tham gia của vi sinh vật
– Dễ tổn thương shock tải trọng
 Vì vậy: cần áp dụng phương pháp AOPs
147

25. 05-Apr-18
25
Cơ sở lý thuyết
• Oxy hóa nâng cao là quá trình phân hủy oxy
hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl
HO* được tạo ra ngay trong quá trình xử lý.
• Gốc hydroxyl HO* là một tác nhân oxy hóa
mạnh nhất trong số các tác nhân oxy hóa
được biết từ trước đến nay. Thế oxy hóa của
gốc hydroxyl HO* là 2,8V, cao nhất trong số
các tác nhân oxy hóa thường gặp.
148
Ưu điểm ??? Oxi hóa nâng cao
• Có thể oxi hóa nguồn nước thải có COD cao, đạt
10000-500000 mg/l
• Xử lý được các độc tố như CN-, S2-,
chlorophenols, amines (hợp chất hữu cơ), kim
loại nặng
• Xử lý hiệu quả TDS
• Diện tích không gian nhỏ
• Chi phí vận hành thấp
• Có thể tái sử dụng nước sau xử lý
149
Nâng lực oxi hóa một số tác nhân (so với oxi)
TT Tác nhân oxi hóa Năng lực oxi
hóa
1 O 1.00
2 Cl2 1.06
3 ClO2 1.06
4 HOCl 1.24
5 H2O2 1.48
6 H2SO5 1.51
7 O3 1.68
8 OH*(hydroxyl radical) 2.33
9 F2 2.50
150 151
152
Ứng dụng
• Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô
nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất hữu cơ
khó phân hủy sinh học (POPs) quá trình oxi
hóa nâng cao dựa trên gốc tự do HO* được
xem như một chìa khóa vàng để giải các bài
toán đầy thách thức cho ngành xử lý nước và
nước thải hiện nay.
• AOPs còn được mệnh danh là các quá trình xử
lý nước của thế kỷ XXI.
153

26. 05-Apr-18
26
Ví dụ: UV-Oxidation
Hydrogen
peroxide
Hydroxyl
radical
Chemical bonds are
broken by hydroxyl
radicals
154
Organic compounds decomposition
155
Phân loại
 Các quá trình oxi hóa nâng cao không nhờ tác
nhân ánh sáng
 Đây là các quá trình không nhờ năng lượng bức
xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng.
 Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân
ánh sáng
 Quá trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh
sáng là các quá trình nhờ vào năng lượng bức xạ
tia cực tím UV.
156
Các quá trình oxi hóa nâng cao không
nhờ tác nhân ánh sáng
TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình
1 H2O2 và Fe2+ H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH- + HO* Fenton
2 H2O2 và O3 H2O2 + 2O3  2HO* + 3O2 Peroxone
3 O3 và các chất xúc tác 3O3 + H2O (cxt)  2HO* + 4O2 Catazon
4
H2O và năng lượng
điện hóa
H2O (nlđh)  HO* + H* Oxi hóa điện hóa
5
H2O và năng lượng
siêu âm
H2O (nlsa)  HO* + H*
(20- 40 kHz)
Siêu âm
6 H2O và năng lượng cao
H2O (nlc)  HO* + H*
(1-10 Mev)
Bức xạ năng
lượng cao
157
Các quá trình oxi hóa nâng cao nhờ
tác nhân ánh sáng
TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình
1
H2O2 và năng lượng
photon UV
H2O2 (hv)  2HO*
(λ = 220 nm)
UV/H2O2
2
O3 và năng lượng photon
UV
O3 + H2O (hv)  2HO*
(λ = 253,7 nm)
UV/O3
3
H2O2/O3 và năng lượng
photon UV
H2O2 + O3 + H2O (hv)  4HO* + O2
(λ = 253,7 nm)
UV/H2O2+ O3
4
H2O2/Fe3+ và năng lượng
photon UV
Fe3+ + H2O (hv)  HO* + Fe2+ + H+
Fe2+ + H2O2  Fe3+ + OH- + HO*
Quang Fenton
5
TiO2 và năng lượng
photon UV
TiO2 (hv)  e- + h+
(λ > 387,5 nm)
h+ + H2O  HO* + H+
h+ + OH-  HO* + H+
Quang xúc tác
bán dẫn
158
Quá trình điển hình
• Quá trình Fenton
• Quá trình Peroxone
Sinh viên xem tài liệu tham khảo!!!
159

27. 05-Apr-18
27
3.13. Các quá trình xử lý nâng cao khác
• Plasma for water treatment
• Công nghệ nano
160
Công nghệ nano-bubble
161
Nano-bubble working principal
162
Xin chân thành cảm ơn!!!
163