Khử clo bằng than hoạt tính

Loại bỏ clo bằng than hoạt tính dạng hạt (Khử clo).

Một trong những ứng dụng chính của than hoạt tính là khử clo hoặc loại bỏ clo tự do khỏi nước.

Hợp chất này không đến từ các nguồn cung cấp tự nhiên, chẳng hạn như giếng, sông hoặc hồ. Nó cũng không phải là chất gây ô nhiễm mà là một chất hóa học được thêm vào nước, chủ yếu để khử trùng và đôi khi để kiểm soát mùi và vị, kiểm soát sự phát triển sinh học hoặc loại bỏ amoniac.

Khử clo là một cơ chế phức tạp có thể đi theo các con đường phản ứng khác nhau trong đó than hoạt tính (AC) có thể can thiệp dưới dạng chất phản ứng hoặc chất xúc tác. Clo tự do có thể được thêm vào nước dưới dạng clo lỏng, dung dịch natri hypoclorit hoặc viên hoặc viên canxi hypoclorit. Trong cả hai trường hợp, kết quả đều giống nhau, clo hòa tan ở dạng axit hypochlorous (HOCl), một axit yếu có xu hướng phân ly một phần, như sau:

Khử clo bằng than hoạt tính 1

HOCl H + OCl 

Sự phân bố giữa axit hypoclorơ và ion hypoclorit (OCl  ) phụ thuộc vào độ pH và nồng độ của các chất này. Cả hai dạng phân tử đều được định nghĩa là clo tự do. Cả hai đều là chất oxy hóa mạnh, khi thêm vào nước sẽ bắt đầu phản ứng gần như ngay lập tức với các tạp chất hữu cơ và vô cơ và dễ bị oxy hóa. Clo phản ứng trong giai đoạn này không còn tự do nữa và trở nên kết hợp. Phần còn lại cần một khoảng thời gian, có thể từ vài giây đến vài chục phút, tùy thuộc vào nồng độ của nó, để phát huy tác dụng diệt khuẩn đối với vi sinh vật. Độc tính của clo tự do được cho là nằm ở phản ứng của nó với hệ thống enzym của tế bào.

Clo tham gia vào giai đoạn khử trùng này cũng được kết hợp và không còn tự do nữa. Sau khi giai đoạn này kết thúc, cần phải loại bỏ clo tự do còn sót lại, không chỉ vì nó gây độc cho con người mà còn vì nó tạo ra mùi vị khó chịu cho nước, cản trở các quy trình công nghiệp và làm hỏng hầu hết các loại nhựa trao đổi ion. được sử dụng trong các chất làm mềm và khử khoáng, đồng thời ảnh hưởng đến màng thẩm thấu ngược RO .

Xem Thêm  Khả năng hấp phụ than hoạt tính

Mặc dù một số quy trình đã được phát triển để làm giảm nồng độ clo tự do trong nước, nhưng quá trình khử clo cố định bằng than hoạt tính dạng hạt (GAC) là hiệu quả nhất về mặt chi phí và do đó là phổ biến nhất. Đây là một bể hình trụ thẳng đứng có lớp GAC để nước được tuần hoàn qua đó.

Khi cacbon tiếp xúc với clo tự do, các phản ứng xảy ra trong đó HOCl hoặc OCl  bị khử thành ion clorua (Cl  ). Sự giảm này là kết quả của các đường phản ứng khác nhau có thể xảy ra. Trong hai loại phổ biến nhất, GAC hoạt động như một chất khử, theo các phản ứng sau:

HOCl + C* C*O + H + Cl 

2 HOCl + C* C*O 2 + 2 H + 2 Cl 
Trong đó C* đại diện cho than hoạt tính. C*O và C*O 2 là các oxit bề mặt, dần dần chiếm không gian, khi bị chặn sẽ không còn tham gia phản ứng. Một số oxit này được giải phóng vào dung dịch. Điều này để lại khoảng trống, do đó làm tăng công suất của GAC ​​cho phản ứng khử này. Còn Cl  cũng tích tụ trên bề mặt than trong thời gian đầu vận hành. Khi HOCl hoặc OCl  tiếp tục tiến tới bề mặt carbon, phản ứng chậm lại một chút và sau đó bắt đầu giải phóng Cl  . Sự chậm lại này là do sự chiếm giữ không gian của các oxit bề mặt. Quá trình này tiếp tục diễn ra dần dần, trong khi khả năng hấp phụ và khử clo của AC đều giảm.

Trong các phản ứng trên, OCl  , thay vì HOCl, có thể tham gia, khác biệt là không tạo ra H + . Có thể quan sát thấy than hoạt tính phản ứng và do đó biến mất. Nếu không có sự tích tụ oxit bề mặt thì phản ứng sẽ tiếp tục cho đến khi cacbon biến mất hoàn toàn.
Một con đường phản ứng khác, trong đó carbon chỉ đóng vai trò là chất xúc tác, như sau:

Xem Thêm  Mua than hoạt tính ở quảng ngãi

3 HOCl C HClO 3 + 2 H +  + 2 Cl 

Điều này được ưa chuộng khi một tỷ lệ đáng kể bề mặt GAC đã bão hòa. Mặt khác, có nhiều phản ứng khác có thể xảy ra, một số phản ứng xảy ra giữa clo tự do và oxit bề mặt có trong carbon trước khi ứng dụng. Mỗi người trong số họ có thể tạo thành các nhóm phức tạp khác, với sự giải phóng tiếp theo của H + và Cl  . Một ví dụ trong số này là:

C*OH + OCl           C*OO  + H ++ + Cl 

Với tất cả những điều trên, có thể thấy khử clo là một quá trình phức tạp, trong đó CAG đóng vai trò như một chất hấp thụ hóa học. Một số biểu thức toán học đã được phát triển nhằm mô tả quá trình khử clo trong các lớp carbon, nhưng không có biểu thức nào đủ chính xác.

Cần làm rõ rằng đồng thời CAG hoạt động như một chất khử clo, nó hấp thụ các chất hữu cơ có trong nước. Do đó, mức độ ô nhiễm hữu cơ càng lớn thì thời gian sử dụng chất khử clo của nó càng ngắn và ngược lại. Cũng cần đề cập rằng ngay cả khi carbon tiếp tục loại bỏ toàn bộ clo tự do, nó có thể không còn giữ lại chất hữu cơ nữa. Nói cách khác, khả năng hấp phụ vật lý của các phân tử hữu cơ kết thúc sớm hơn khả năng khử clo. Nhiều công ty xử lý nước có nước chứa một số chất gây ô nhiễm hữu cơ đã quyết định nhầm lẫn thay đổi cacbon cho đến khi họ tìm thấy dấu vết của clo tự do trong nước thải từ máy khử clo.

Trong các nhà máy xử lý nước giếng, nước được clo hóa đến nồng độ từ 1 đến 6 mg/l dưới dạng clo tự do. Sau máy khử clo, mức tối đa cho phép thường nhỏ hơn 0,1 mg/l. Công suất tối thiểu dự kiến ​​cho một GAC trong những trường hợp khó khử clo nhất, tức là những trường hợp có chất hữu cơ trong nước, là 400 m3 nước đã xử lý trên mỗi kg cacbon

Xem Thêm  Cách làm bể lọc nước

Khử clo bằng than hoạt tính 2
.

Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình khử clo.

  1. Bằng cách giảm kích thước hạt của GAC, tốc độ khuếch tán và do đó tốc độ khử clo tăng lên đáng kể. Kết quả là tuổi thọ tăng lên. Sử dụng kích thước hạt nhỏ nhất có thể là cách đơn giản và hiệu quả nhất để đạt được mức sử dụng GAC cao nhất.
  2. Độ pH của nước thải kiểm soát dạng clo tự do trong nước. Khi giá trị của nó là 7,6, một nửa clo tự do tồn tại dưới dạng HOCl và một nửa ở dạng OCl. Phản ứng của HOCl với than hoạt tính nhanh hơn nhiều so với OCl  . Phản ứng của HOCl với than hoạt tính nhanh hơn nhiều so với OCl  . Ngay cả ở độ pH bằng 4, hầu hết mọi thứ đều là HOCl và ở độ pH bằng 10, hầu hết mọi thứ đều là OCl  . Do đó, độ pH càng thấp thì phản ứng càng nhanh và kết quả là thời gian hoạt động lâu hơn trước khi phát hiện thấy clo tự do trong nước thải.
  3. Tốc độ khử clo tăng khi nhiệt độ tăng, do độ nhớt của nước giảm, khiến clo tự do khuếch tán lên bề mặt GAC nhanh hơn. Nhờ đó tuổi thọ của carbon cũng được kéo dài hơn.
  4. Bằng cách tăng nồng độ clo tự do trong dòng nước vào, CAG được bão hòa trong thời gian ngắn hơn.
  5. Bất kể giá trị mà các điều kiện khác nhau ở trên có thể có, GAC có khả năng khử clo cao liên quan đến khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm hữu cơ. Do đó, trong trường hợp của thiết bị khử clo, việc vận hành nhiều cột nối tiếp là không hợp lý và việc tối ưu hóa nên tập trung vào việc tìm kiếm các điều kiện vận hành thích hợp nhất cho một thiết bị.
Đánh giá post

Bài viết liên quan

Sự khác biệt giữa than hoạt tính than và than bitum

Nội dung bài viết1 Sự khác biệt giữa than hoạt tính bitum và than non...

Cách làm cho nước giếng có thể uống được

Nội dung bài viết1 Xử lý khử trùng và làm sạch nước giếng1.1 Sau đây...

Kích hoạt lại than hoạt tính dạng hạt (GAC)

Nội dung bài viết1 Kích hoạt lại than hoạt tính dạng hạt (GAC) đã qua...

Than hoạt tính là gì và nó dùng để làm gì?

Nội dung bài viết1 1. Than hoạt tính.2 2. Than hoạt tính dùng để làm...

Khả năng hấp phụ than hoạt tính

Nội dung bài viết1 Khả năng hấp phụ than hoạt tính, Công suất của than...

Chỉ số iốt của than hoạt tính là gì?

Nội dung bài viết1 Chỉ số iốt là một biến số để đánh giá khả...

sản phẩm than hoạt tính