Kết bông

 

Sản phẩm cuối cùng của một quá trình đông tụ/kết bông là nước tương đối tốt mà trong đó phần lớn các chất bẩn đã được thu lại và kết bông, các cụm vi khuẩn và các hạt tạp chất hút lại với nhau, và hình thành từng cụm. Sau đó các kết bông sẽ được lắng trong bể lắng và những kết bông không lắng được sẽ tiếp tục được loại bỏ trong bể lọc.

 

 

Kích thước các bông kết tủa tốt nhất là từ 0,1- 0,3 mm. Bông kết tủa càng lớn thì có sự liên kết không bền và dễ dàng bể vụn trong bể kết bông, ngược lại bông kết tủa nhỏ quá thì không lắng được.

 

 

 

Hóa chất

 

Giới thiệu

 

Tại sao chúng ta cần một quá trình phức tạp như vậy để loại bỏ các hạt trong nước? Một số hạt sẽ được lắng ra khỏi nước khi có đủ thời gian. Nhưng những hạt khác sẽ chống lại viêc lắng này từ ngày này qua tháng nọ là do kích thước và điện tích giữa của các hạt quá nhỏ.

 

Chúng ta sẽ xem xét các quá trình phản ứng hóa học trong quá trình lắng dưới đây. Nhưng trước tiên, chúng ta nên biết ba loại đối tượng có thể được tìm thấy trong nước.

 

Các loại hạt trong nước

 

Có ba loại đối tượng có thể được tìm thấy trong nước. Theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, các đối tượng này là những hóa chất dạng dung dịch, chất keo rắn và chất rắn lơ lửng. Đông tụ/kết bông sẽ loại bỏ keo và chất rắn lơ lửng trong nước.

 

Hóa chất dạng dung dịch thì hòa tan hoàn toàn trong nước. Chúng được tích điện và có thể tương tác với nước, vì vậy chúng hoàn toàn ổn định và sẽ không bao giờ lắng ra khỏi nước. Hóa chất dạng này không thể nhìn thấy bằng mắt thường cũng như sử dụng kính hiển vi. Kích thước của nó nhỏ hơn 1 Mu (một Mu hoặc millimicron bằng 0,000000039 inch). Một ví dụ của một hóa chất dạng dung dịch là đường trong nước.

 

Chất rắn dạng keo, còn được gọi là chất rắn không lắng, chúng không hòa tan trong nước mặc dù chúng có tích điện. Tuy nhiên, các hạt này rất nhỏ và chúng không thể lắng ra khỏi nước được, ngay cả sau nhiều năm và chúng không thể được loại bỏ bằng cách đơn lọc. Chất rắn keo có kích thước khoảng từ 1 đến 500 Mu và có thể được nhìn thấy chỉ khi dùng kính hiển vi công suất cao. Ví dụ như vi khuẩn, đất sét tốt, và phù sa. Chất rắn dạng keo thường gây ra màu, chẳng hạn như "màu trà" của nước đầm lầy.

 

Cuối cùng, chất rắn lơ lững hoặc lắng được sẽ được tách ra khỏi nước theo thời gian, mặc dù điều này xảy ra rất chậm và đơn thuần để lắng các hạt cặn trong một nhà máy xử lý nước. Các hạt lớn hơn 1.000 Mu thì có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi hoặc đôi khi bằng mắt thường. Ví dụ về các chất rắn lơ lửng bao gồm cát và bùn nặng.

 

Hạt mang điện tích

 

Hóa chất dùng để đông tụ và kết bông chủ yếu là do điện trong các hạt mang điện. Tích điện giống nhau (hai hạt mang điện tích âm hoặc hai hạt tích điện dương) thì đẩy nhau, trong khi điện tích trái chiều (một hạt tích điện dương và một hạt mang điện tích âm) thì hút nhau.

 

Hầu hết các hạt hòa tan trong nước đều mang điện tích âm, vì vậy chúng có xu hướng đẩy nhau. Kết quả là chúng phân tán, hòa tan hoặc ở dạng keo trong nước, như trình bày ở trên.

 

Mục đích của hầu hết các hóa chất làm đông tụ là để trung hòa điện tích âm trên các hạt để ngăn chặn những hạt này đẩy nhau. Số lượng hóa chất đông tụ cần được bổ sung vào nước sẽ phụ thuộc vào ngưỡng tích điện zeta tiềm ẩn trong các hạt (Zeta là một phép đo độ lớn của điện tích xung quanh các hạt keo). Nếu điện tích zeta tiềm ẩn càng lớn thì việc đông tụ sẽ càng cần thiết.

 

Chất đông tụ thường mang điện tích dương. Do điện tích dương của chúng, các hạt mang điện tích âm bị hút vào như hình dưới đây.

 

Sự kết hợp của các điện tích dương và âm dẫn đến sự trung tính của các điện tích. Kết quả là các hạt không còn đẩy nhau.

 

Một lực tiếp theo sẽ tác động đến các hạt được gọi là lực của van der Waal. Lực của van der Waal đề cập đến xu hướng của các hạt trong tự nhiên hút nhau một cách yếu ớt nếu chúng không có mang điện tích.

 

 

Một khi các hạt trong nước không đẩy lùi nhau, lực của Van der Waal làm cho các hạt trôi dạt về cùng phía và cùng nhau tham gia vào một nhóm. Khi các hạt kết hợp cùng nhau, chúng trở thành bông kết tủa và được lắng ra khỏi nước.

 

 

Hóa chất làm đông

 

Các loại chất đông tụ

 

Hóa chất đông tụ có hai loại - đông tụ chính và hỗ trợ đông tụ. Đông tụ chính sẽ trung hòa điện tích của các hạt trong nước làm chúng xích lại với nhau. Hỗ trợ đông tụ bổ sung thêm tỷ trọng để làm các bông kết tủa lắng chậm và thêm dẻo dai để chúng không bị phá vỡ trong quá trình trộn và lắng.

 

Đông tụ chính luôn được sử dụng trong quá trình đông tụ/kết bông. Còn hỗ trợ đông tụ chỉ dùng khi cần thiết và thường được sử dụng để giảm thời gian keo tụ.

 

Trong hóa học, hóa chất làm đông thường là muối kim loại (như phèn) hoặc là polymer. Polyme là các hợp chất hữu cơ nhân tạo được tạo thành bởi một chuỗi dài các phân tử nhỏ hơn. Polyme có thể là cation (tích điện dương), anion (mang điện tích âm), hoặc không ion (trung lập tính). Bảng dưới đây cho thấy rất nhiều các hóa chất làm đông tụ phổ biến, chúng được sử dụng như chất đông tụ chính, hổ trợ cho việc kết tủa.

 

Nguồn nước khác nhau cần đông tụ khác nhau, nhưng thường được sử dụng nhất là phèn nhôm và phèn sắt (sulfate).

 

 

Tên hóa chất	Công thức hóa học	Đông tụ chính	Hổ trợ đông tụ
Aluminum sulfate (Alum)	Al2(SO4)3 · 14 H2O	X
Ferrous sulfate	FeSO4 · 7 H2O	X
Ferric sulfate	Fe2(SO4)3 · 9 H2O	X
Ferric chloride	FeCl3 · 6 H2O	X
Cationic polymer	Various	X	X
Calcium hydroxide (Lime)	Ca(OH)2	X*	X
Calcium oxide (Quicklime)	CaO	X*	X
Sodium aluminate	Na2Al2O4	X*	X
Bentonite	Clay		X
Calcium carbonate	CaCO3		X
Sodium silicate	Na2SiO3		X
Anionic polymer	Various		X
Nonionic polymer	Various		X

* Chỉ được sử dụng như một chất kết tủa sơ cấp trong quá trình làm mềm nước.

 

Phèn nhôm

 

Có rất nhiều chất đông tụ chính có thể được sử dụng trong một nhà máy xử lý nước. Một trong những chất được sử dụng sớm nhất và vẫn còn được sử dụng rộng rãi nhất là nhôm sunfat, còn được gọi là phèn nhôm. Phèn nhôm có thể được mua ở dạng lỏng với nồng độ 8,3%, hoặc ở dạng khô với nồng độ 17%. Khi phèn được thêm vào nước, nó phản ứng với nước và tạo ra các các ion mang điện tích dương.

 

Hóa chất hổ trợ đông tụ

 

Hầu hết tất cả các chất trợ đông là rất đắt tiền, vì vậy cần lưu ý khi sử dụng đúng số lượng các hóa chất này. Trong nhiều trường hợp, chất trợ đông không cần thiết trong quá trình hoạt động bình thường của nhà máy xử lý, nhưng được sử dụng trong việc xử lý khẩn cấp khi nước này không được xử lý đầy đủ trong quá trình keo tụ và trong bể lắng đọng trầm tích. Một vài chất trợ đông tụ sẽ được xem xét dưới đây.

 

Vôi là một chất giúp trợ đông được sử dụng để tăng độ kiềm của nước. Sự gia tăng kiềm làm tăng các ion (hạt mang điện âm) trong nước, một số trong đó mang điện tích dương. Các hạt tích điện dương sẽ hút các hạt keo trong nước, tạo thành bông kết tủa.

 

Bentonit là một loại đất sét được sử dụng như một tác nhân gia trọng trong nước có màu sắc cao, độ đục thấp và có chứa khoáng chất. Loại nước này thường sẽ không hình thành các bông kết tủa đủ lớn để lắng ra khỏi nước. Các bentonit tham gia với các bông nhỏ, làm cho các bông này nặng hơn và do đó làm cho nó được lắng một cách nhanh chóng hơn.

 

Các yếu tố ảnh hưởng tới đông tụ

 

Giới thiệu

 

Trong một nhà máy xử lý nước giếng động, việc điều chỉnh là cần thiết để tối đa hóa quá trình đông tụ/kết bông. Những điều chỉnh này là phản ứng đối với những thay đổi chất lượng nước thô vào nhà máy. Đông tụ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi như độ pH, kiềm, nhiệt độ, thời gian, vận tốc và ngưỡng điện tích zeta tiềm năng trong nước.

 

Hiệu quả của đông tụ thường phụ thuộc vào pH. Nước có màu sắc sẽ đông tụ tốt hơn ở độ pH thấp (4,4-6) với phèn nhôm.

 

Kiềm là cần thiết để cung cấp ion âm, chẳng hạn như (OH) hình thành các hợp chất không hòa tan để kết tủa chúng lại. Kiềm có thể có tự nhiên trong nước hoặc cần phải được thêm vào như là hydroxit, cacbonat, hoặc bicacbonat. Thông thường, 1 phần phèn sử dụng 0,5 phần kiềm cho đông tụ là thích hợp.

 

Nhiệt độ càng cao, phản ứng càng nhanh và hiệu quả hơn cho quá trình đông tụ. Nhiệt độ mùa đông sẽ làm chậm tốc độ phản ứng, điều này có thể khắc phục bằng việc kéo dài thời lưu giữ nước và may mắn thay được thiên nhiên hổ trợ vì nhu cầu nước thấp trong mùa đông.

 

Thời gian cũng là một yếu tố rất quan trọng. Pha trộn và thời gian lưu trữ nước thích hợp là rất quan trọng để đông tụ.

 

Vận tốc cao làm cắt hoặc phá vỡ các bông kết tủa và vận tốc thấp sẽ cho phép chúng lắng được trong bể lắng. Vận tốc khoảng 1 ft/giây trong bể lắng cần được duy trì.

 

Zeta tiềm ẩn là mức điện tích tại ranh giới của hạt keo tụ và nước xung quanh. Điện tích càng cao thì càng nhiều lực đẩy giữa các hạt đục, càng ít đông tụ và ngược lại. Tiềm ẩn zeta càng cao thì đòi hỏi liều lượng cao chất đông tụ. Đông tụ hiệu quả bằng cách làm giảm điện tích tiềm ẩn zeta về đến 0.

 

Đông tụ

 

Loại và hàm lượng chất kết tủa thích hợp là rất cần thiết cho quá trình đông tụ. Sự lựa chọn chất kết tủa sẽ phụ thuộc vào các điều kiện tại nhà máy. Hàm lượng chất kết tủa cũng phụ thuộc vào điều kiện nước, và một xét nghiệm trong phòng thí nghiệm là vô cùng cần thiết để xác định hàm lượng chính xác tại bất kỳ thời điểm và nguồn nước nào.

 

Chất đông tụ thường được đưa vào nước thông qua việc sử dụng trạm trung chuyển trọng lực hay bơm định lượng. Trạm trung chuyển trọng lực là giải pháp khô đưa hóa chất khô vào nước. Bơm định lượng là giải pháp ướt (chất lỏng) để nạp dụng dịch vào trong nước bằng cách bơm ngắt quãng hoặc luân phiên.

 

Đông tụ không đạt yêu cầu liên quan đến chất keo tụ có thể do:

• Sử dụng hóa chất cũ
• Sử dụng sai các chất kết tủa
• Sử dụng sai hàm lượng chất kết tủa. Điều này có thể là kết quả của việc thiết lập tỷ lệ sai trên trạm trung chuyển trọng lực hay bơm định lượng, hoặc từ một sự cố của thiết bị.

​

Các sự cố về đông tụ và kết bông phổ biến

Sự cố	Nguyên nhân	Giải pháp có thể
Kết bông kém	Liều lượng chất keo tụ không đủ     Thời gian ngậm keo tụ không đúng	Thử nghiệm, xác định liều lượng keo tụ tối ưu và tăng chất keo tụ như nhu cầu. Kiểm tra lại thời gian ngậm keo tụ bằng thử nghiệm. Áp dụng thời gian mgậm keo tụ cần thiết, có thể điều chỉnh lại tốc độ kết bông hoặc lưu lượng dòng chảy.
Kết bông nhẹ và dễ vỡ	Dư thừa vôi. Vôi hòa tan thấp. Vôi thừa sẽ kết tủa như hyroxit-canxi và hình thành kết bông nhẹ. Hàm lượng keo tụ không đủ. Chất keo tụ hình thành kết bông nặng.	Xét nghiệm và cung cấp vôi theo nhu cầu.   Nếu vôi dư thừa như mong muốn thì tăng chất keo tụ cho đến khi chất lượng kết bông được cải thiện.
Kết tủa kém ngay cả khi tối ưu hóa chất keo tụ	Do việc trộn không đúng cách	Kiểm tra lại việc pha trộn và tốc độ trộn hóa chất, điều chỉnh lại cho thích hợp.
Hình thành bông kém trong mùa đông với độ đục của nước thấp	Không đủ độ đục cho việc kết bông có hiệu quả.   Thời gian ngậm keo tụ không đúng. Nhiệt độ thấp gây ra kết bông chậm điều này cần thiết phải kéo dài thêm thời gian ngậm keo tụ.	Thử với một số chất bổ sung đông tụ nặng như đất sét hoặc natri silicat. Xác định lại thời gian ngậm keo tụ tối ưu và ứng dụng chúng.
Kết bông không đạt trong nước có màu vàng nhạt	Màu sắc của nước là do phân hủy các chất hữu cơ tự nhiên như lá	Cung cấp thêm pH độ thấp và tăng liều cao chất kết tủa. Tạo phèn pH thấp bằng cách tạo ra axit sunfuric trong nước.
Hình thành bông kém trong mùa hè với độ đục của nước thấp	Tình trạng hạn hán. Thiếu yếu tố pha loãng thích hợp và hàm lượng cao của khoáng sản gây ra tình trạng kết bông kém.	Chạy thữ nghiệm bằng cách dung phèn và chất đông tụ nặng, điều này sẽ làm tăng mật độ và tỷ lệ kết bông của keo tụ bằng việc tăng thêm các mầm, hạt trong nước.
Kết tủa lắng trong bể keo tụ	Hàm lượng keo tụ dư thừa hình thành kết bông nặng.   Hàm lượng hổ trợ keo tụ nặng quá cao.     Vận tốc dòng chảy trong bể quá chậm.	Chạy thữ nghiệm để kiểm tra lại hàm lượng keo tụ và điều chỉnh lại cho thích hợp. Chạy thử nghiệm lại không cần chất hổ trợ keo tụ để xác định hàm lượng chất hổ trợ keo tụ cần thiết. Giảm hàm lượng chất hổ trợ keo tụ hoặc không dung theo yêu cầu. Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy và tốc độ kết bông.

 

Tóm tắt

 

Đông tụ và kết bông là một quá trình được sử dụng để loại bỏ độ đục, màu sắc, và một số vi khuẩn trong nước. Trong bể trộn kết hợp, hóa chất được cho vào nước và trộn mạnh trong khoảng thời gian từ 30 giây đến một phút. Các chất đông tụ bao gồm đông tụ chính và/hoặc hỗ trợ đông tụ. Sau đó, trong bể tạo bông, nước được khuấy nhẹ nhàng trong khoảng 30 đến 45 phút để cho hóa chất trộn đều và thúc đẩy hình thành bông kết tủa. Các kết tủa sau đó được lắng xuống trong bể lắng.

 

Đông tụ để loại bỏ chất keo và chất rắn lơ lửng ra khỏi nước. Các hạt cặn luôn mang điện tích âm, do đó các hóa chất đông tụ mang tích điện dương sẽ trung hòa chúng trong đông tụ. Sau đó, trong quá trình keo tụ, các hạt sẽ hút lẫn nhau thông qua lực van der Waal, hình thành bông kết tủa. Quá trình đông tu/kết bông này bị ảnh hưởng bởi pH, muối, độ kiềm, độ đục, nhiệt độ, sự pha trộn hóa chất, hóa chất và chất kết tủa.

----------------------------

Tấm lắng lamen - lamella