Quá trình keo tụ tạo bông xử lý nước hoạt động thế nào?

Quá trình keo tụ tạo bông là quá trình quan trọng trong quy trình xử lý nước hiện nay để loại bỏ những hạt cặn, chất rắn có kích thước siêu nhỏ. Vậy quá trình này thực chất là gì? Quá trình này hoạt động theo nguyên lý nào và diễn ra như thế nào? Cùng Tafuma Việt Nam tìm hiểu thông tin chi tiết trong bài viết sau đây.

Quá trình keo tụ tạo bông là gì?

Nước mặt, nước ngầm cũng như nước thải đều chứa rất nhiều chất keo, chất rắn lửng lơ, chất hòa tan khác nhau. Hạt lửng lơ trong nước sẽ có sự khác nhau về nguồn gốc, điện tích, kích thước, mật độ, hình dạng,… Chúng thường ở dạng huyền phù nên không thể keo tụ lại với nhau và khó loại bỏ hoàn toàn bằng những cách thông thường.

Quá trình phá vỡ độ bền để liên kết các hạt keo tạo nhân kết dính 

Phương pháp xử lý cơ học chỉ có thể loại bỏ các hạt cặn, chất rắn có kích thước lớn. Đối với những hạt cặn siêu nhỏ thì cần thực hiện phương pháp keo tụ. Quá trình này sẽ phá vỡ độ bền để liên kết các hạt keo (Silica, kim loại nặng, xác chết vi sinh, chất rắn hữu cơ…) tạo nhân kết dính chúng lại với nhau.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể keo tụ tạo bông

Để quá trình keo tụ tạo bông diễn ra thuận lợi và đạt hiệu quả cao nhất thì cần thiết kế bể keo tụ – tạo bông để xảy ra phản ứng tại đây. Bể được thiết kế phù hợp với chức năng và cơ chế hoạt động của quy trình này. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản của bể như sau.

Cấu tạo của bể keo tụ tạo bông

Quá trình này diễn ra theo từng giai đoạn, bể keo tụ cũng được thiết kế để phù hợp với từng giai đoạn chính, bao gồm những bể sau: Bể trộn chất keo tụ, bể phản ứng tạo bông và bể lắng.

Hình ảnh cấu tạo của bể keo tụ 

Bể trộn các chất keo tụ

Nhiệm vụ chính của bể trộn là pha trộn các chất keo tụ như phèn nhôm, phèn sắt, PAC,… với nguồn nước. Đồng thời, có thể pha trộn thêm các chất keo tự để quá trình này diễn ra nhanh hơn. Sau đó, cánh khuấy sẽ hoạt động đều và liên tục để các hóa chất keo tụ tạo bông tiếp xúc tối đa với các hạt trong nước.

Bể phản ứng tạo bông

Bể phản ứng tạo bông là nơi diễn ra quý trình tạo bông hay quá trình đông tụ dưới sự tác động của máy khuấy với tốc độ nhỏ hơn ở bể trộn. Nhờ đó, các bông cặn nhỏ liên kết lại với nhau để tạo thành các bông cặn lớn. Các bông cặn lớn có khối lượng lớn hơn trọng lực nên lắng xuống dưới.

Bể lắng

Bể lắng là nơi loại bỏ những bông cặn lớn sau khi chúng lắng xuống dưới. Khi hoạt động bể lắng cần chú ý duy trì tốc độ dòng chảy trong bể để các hạt cặn có thể tách ra khỏi nước. Bôn cặn thường được giữ lại 90-98% sau khi nước đi ra khỏi bể lắng, hàm lượng còn lại không vượt ngưỡng 20mg/l trước khi qua bể lọc.

Nguyên lý hoạt động của bể keo tụ – tạo bông

Quá trình keo tụ tạo bông diễn ra theo nguyên lý trung hòa điện tích. Các chất rắn, hạt cặn,… lửng lơ có kích thước nhỏ và mang theo điện tích âm nên không thể tự lắng đọng được. Đồng thời, các chất ô nhiễm đều có cùng điện tích âm nên chúng đẩy nhau và hoạt động hỗn loạn. Nguyên lý hoạt động của bể keo tụ xảy ra khi cho hóa chất vào nước như sau:

Các bông cặn hình thành khi lắng xuống sẽ giữ các hạt keo trên quỹ đạo lắng xuống

• Giảm điện thế Zeta tới giá trị nhất định, sao cho dưới tác dụng của năng lượng khuấy trộn và lực hấp dẫn sẽ làm hạt keo trung hòa điện kết cụm, tạo thành bông cặn.
• Các hạt kết cụm do hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo.
• Các bông cặn hình thành khi lắng xuống sẽ giữ các hạt keo trên quỹ đạo lắng xuống.
• Sau khi tụ tạo bông đã được tạo thành, nước tụ tạo bông được giữ lại trong bể để cho phản ứng diễn ra hoàn toàn và cho tụ tạo bông tạo kết cấu đủ mạnh.
• Nước trong bể keo tụ – tạo bông được tách riêng khỏi tụ tạo bông.

Các phương pháp keo tụ tạo bông

Để thực hiện được quá trình keo tụ tạo bông thì cần có sự tham gia của nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp keo tụ – tạo bông như:

• Tăng khả năng động năng của hạt keo bằng việc áp dụng quá trình khuấy trộn.
• Giảm sự tác động của lực đẩy tĩnh điện và gia tăng tác dụng hút ion.
• Thay đổi giá trị pH.
• Thêm các phụ gia vào trong nước, trong đó có hệ muối kim loại hóa trị III.
• Kết hợp vào hệ một loại Polymer tự nhiên cùng với một loại Polymer tổng hợp.

Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới quá trình keo tụ

Hiệu quả mà phương pháp này đạt được sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Để quá trình diễn ra nhanh chóng và đạt hiệu quả cao thì người vận hành cần phải tùy chỉnh lượng hóa chất sử dụng phụ. Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình có thể kể đến như sau.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 

1. Độ pH trong nước

Quá trình xử lý nức sẽ đạt hiệu quả cao khi độ pH trong nước được điều chỉnh ở mức độ ổn định. Nồng độ pH ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều vấn đề trong quá trình như:

• Độ hòa tan của chất đông tụ.
• Điện tích của các hạt keo.
• Khả năng tác dụng với các chất hữu cơ trong nước.
• Tốc độ của keo tụ.

2. Liều lượng chất keo tụ

Quá trình keo tụ tạo bông cần trải qua hàng loạt phản ứng khác nhau. Do đó, tùy thuộc vào tốc độ dòng chảy, tính chất, nồng độ của nguồn nước tải mà cần điều chỉnh liều lượng chất keo tụ phù hợp. Chất lửng lơ trong nước càng lớn thì lượng chất keo tụ sử dụng càng nhiều.

3. Nhiệt độ nước

Nhiệt độ nước thải là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình khi sử dụng muối nhôm làm chất keo tụ. Nhiệt độ thấp hơn 5 độ C sẽ khiến bông phèn có xu hướng to và xốp. Hàm lượng nước cao nên khiến bông phèn lắng chậm và hiệu quả xử lý nước không cao.

Nhiệt độ nước tăng lên thì chuyển động giữa các hạt keo sẽ tăng lên, khiến va chạm và hiệu quả kết dính cũng tăng theo. Thực tế cho thấy, nhiệt độ tăng thì lượng phèn cần sử dụng giảm, cường độ và thời gian hoạt động của bể trộn cũng giảm đi.

4. Tốc độ trộn

Tốc độ trộn ảnh hưởng đến tốc độ và chạm giữ chất keo tụ và hạt keo. Tốc độ keo tụ lý tưởng nhất là chuyển từ trạng thái nhanh sang chậm. Chất keo tụ thủy phân nhanh trong nước nên tốc độ trộn phải nhanh để hình thành lượng hydroxit nhỏ. Lượng hydroxit này sẽ nhanh chóng khuếch tán vào nước cùng các tạp chất khác.

5. Tạp chất và dung môi

Các tạp chất mang trong mình điện cực khác nhau. Trong nước có các tạp chất trái dấu sẽ làm tăng khả năng keo tụ. Ngoài ra, nếu nước có chứa nhiều axit humic sẽ làm quá trình keo tụ khó hơn.

Bên cạnh đó, cặn bùn có trong nước sẽ đóng vai trò làm dung môi thúc đẩy quá trình kết tủ thành hạt kết tinh nhanh hơn.

Ưu và nhược điểm nổi bật của phương pháp keo tụ

Phương pháp này được các chuyên gia đánh giá là sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội và có thể khắc phục được nhược điểm của những phương pháp xử lý nước khác. Vậy cụ thể, phương pháp này có những ưu, nhược điểm gì?

Khả năng loại bỏ đến 98% các chất đục, hữu cơ, vi khuẩn, tạp chất khác

1. Ưu điểm

Tuy hiệu quả thực hiện phương pháp xử lý nước này còn ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Nhưng phương pháp này vẫn được đánh giá cao bởi những ưu điểm sau:

• Tạo ra những cục bông lớn từ các hạt keo nhỏ, dễ dàng tách riêng ra khỏi nước nên cải thiện hiệu suất của quá trình xử lý nước.
• Khả năng loại bỏ lớn nhất đến 98% các chất đục, hữu cơ, vi khuẩn, tạp chất khác trong nước.
• Cho phép xử lý nước keo tụ nhanh chóng và hiệu quả, giảm thiểu thời gian xử lý và tiết kiệm chi phí vận hành.
• Có thể  áp dụng trong xử lý nước thải công nghiệp, nước uống, nước thủy sản, và nhiều loại nước khác. Đảm bảo tính linh hoạt và khả năng ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
• Không sử dụng các sản phẩm hóa chất độc hại để tạo bông, mà thay vào đó sử dụng các polyme không độc hại hoặc các chất hữu cơ cơ phân tử để tạo thành tụ tạo bông và chất keo tụ. Nên không có những tác động tiêu cực đến môi trường.
• Không hỏi quá nhiều kỹ thuật cao, quá trình thực hiện đơn giản và dễ dàng. Nhờ đó, tiết kiệm thời gian và công sức xử lý nước.

2. Nhược điểm 

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật thì phương pháp keo tụ – tạo bông vẫn còn tồn đọng một vài nhược điểm nhất định. Cụ thể như:

• Đòi hỏi rất cao nồng độ chất điện ly để đạt tới việc phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo.
• Liều lượng chất điện ly được cho vào nước cần tính toán thật chính xác. Nếu không kiểm soát tốt, hiệu quả của quá trình có thể bị giảm và lượng tụ tạo bông cuối cùng có thể không đạt yêu cầu.
• Đôi khi các chất độc hại trong nguồn nước cần xử lý có những tính chất riêng biệt gây ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả.
• Nồng độ chất điện ly trong nước vượt quá so với mức cần thiết sẽ dẫn đến quá trình tích điện trở lại với các hạt keo. Điều này khiến hiệu quả keo tụ giảm đi, hẹ keo trong nước sẽ trở lại trạng thái bền vững.
• Hiệu quả của phương pháp này có thể thay đổi tùy thuộc vào tính chất của nước đầu vào và các điều kiện xử lý khác nhau.

Quá trình keo tụ tạo bông trong xử lý nước diễn ra thế nào?

Quá trình này được diễn ra dựa trên nguyên lý trung hòa điện tích. Nguồn nước cần xử lý sẽ trải qua hai giai đoạn, mỗi giai đoạn cần thực hiện cẩn thận cả trong cách tính toán lượng hóa chất, tốc độ khuấy,… Cụ thể, hai giai đoạn diễn ra trong quá trình xử lý nước bằng phương pháp keo tụ – tạo bông diễn ra như sau:

Quá trình này được diễn ra dựa trên nguyên lý trung hòa điện tích

1. Giai đoạn keo tụ

Các hạt keo có lớp vỏ ngoài mang điện tích dương và lớp nhân bên trong mang điện tích âm. Sự chênh lệch điện thế giữa lớp vỏ ngoài và dung dịch được gọi là điện thế Zeta.

Bản chất của quá trình này là bổ sung các ion mang điện tích dương, trái dấu với điện tích của các hạt keo vào bể. Nhờ đó, trung hóa điện tích của chúng, làm tăng điện thế Zeta và hạn chế chuyển động của ion trong nước.

Trong trường hợp các chất khó đông tụ thì cần theo nhiều hóa chất keo tự hơn để xử lý. Bổ sung hóa chất keo tụ kết hợp với khuấy trộn nhanh để phân tán chất keo tụ và thúc đẩy sự va chạm của các hạt. Thông thường, thời gian tiếp xúc trong bể trộn sẽ kéo dài từ 1-3 phút.

2. Giai đoạn tạo bông

Tạo bông thực chất là sự hòa trộn nhẹ nhàng làm tăng kích thước của các hạt siêu nhỏ thành các hạt có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Các hạt keo va chạm và liên kết lại với nhau tạo bông cặn lớn gọi là Pinflocs.

Pinflocs tiếp tục va chạm với Polyme vô cơ, Polyme hữu cơ để tạo thành những mảng có trọng lượng phân tử cao. Đồng thời, tăng khả năng liên kết, tạo bông tăng thêm trọng lượng và tốc độ lắng. Khi đạt đến cường độ va chạm và kích thước tối ưu chúng sẽ lắng xuống đáy bể.

Tùy thuộc vào lượng chất cặn lớn hay nhỏ mà quá trình tạo bông sẽ diễn ra khoảng 20 phút hoặc lên đến hàng giờ.

Ứng dụng bể keo tụ tạo bông trong xử lý nước

Quá trình keo tụ tạo bông được đánh giá là khá đơn giản, các hóa chất sử dụng cũng dễ tìm nên được ứng dụng rộng rãi. Hơn thế, phương pháp này cũng có hiệu quả với các các loại nước thải có nhiều chất rắn lửng lơ, có độ màu cao, chứa nhiều hóa chất,…. Phương pháp xử lý nước thải bằng keo tụ tạo bông được ứng dụng trong các ngành như:

Ứng dụng bể keo tụ – tạo bông để xử lý nước

• Xử lý nước thải dệt nhuộm.
• Xử lý nước thải xi mạ.
• Xử lý nước giặt là.
• Xử lý nước thải mực in.
• Xử lý nước thải thủy sản.
• Xử lý nước thải của nhà máy gạch men.
• Xử lý nước rỉ rác.
• Xử lý nước cấp, nước mặt và nước ngầm.

Tafuma Việt Nam vừa chia sẻ với bạn đọc về quá trình keo tụ tạo bông xử lý nước. Hy vọng những chia sẻ của chúng tôi đã cung cấp cho bạn đọc thêm những thông tin hữu ích để tiến hành xử lý nguồn nước của mình.