Mối tương quan giữa thế zeta và phương pháp Jar test trong việc tối ưu hóa vận hành nhà máy xử lý nước
Giới thiệu
Trong quy trình xử lý nước của nhà máy, nước đầu vào sẽ được phản ứng với một hàm lượng hóa chất keo tụ hay tạo bông. Nhằm mục đích làm cho các cặn bụi lơ lững kết bông và sa lắng. Để tối ưu hóa quá trình này, một lượng hóa chất tối thiểu sẽ cần được thêm vào làm cho nước trở nên trong và không còn vẩn đục. Để xác định được lượng tối ưu này thì theo như truyền thống, người ta thường dùng phương pháp Jar Test.
Phương pháp Jar Test sẽ mô phỏng phản ứng giữa hóa chất và sự kết bông cặn trong nhà máy xử lý nước. Trong một dãy cốc thủy tinh, một lượng biết trước nước đầu vào được trộn với các lượng chất keo tụ khác nhau. Hàm lượng chất keo tụ sẽ tăng dần trong các cốc và được khuấy trong một thời gian giống như khi nhà máy vận hành quy trình. Sự hình thành bông cặn trong kiểm tra này được mô phỏng như lúc vận hành. Thời điểm xuất hiện bông cặn sẽ giúp xác định lượng hóa chất tối ưu. Vì vậy Jar Test sẽ giúp xác định các thông số nhằm đảm bảo chất lượng nước đầu ra.
Mặc dù phương pháp Jar Test rất dễ làm nhưng lại tốn thời gian, mất khoảng 2-3 tiếng đồng hồ, bao gồm cả giai đoạn chuẩn bị và chờ kết bông. Hơn nữa, do chất lượng nước sẽ thay đổi theo mùa (tảo vào mùa hè, lũ lụt, cháy rừng) nên phương pháp Jar Test cũng cần phải thường xuyên được làm lại tùy thuộc vào tình hình chất lượng nước.
Ngoài ra, mỗi hóa chất keo tụ có một khoảng pH tối ưu cho hiệu quả phản ứng, do đó việc cần giám sát pH trong quy trình xử lý cũng rất quan trọng. Đồng thời cũng cần duy trì độ pH ổn định trong khi thực hiện Jar Test.
Để giải quyết những vấn đề trên, có một phương pháp nhanh hơn đáng kể là đo thế zeta với đơn vị là milli Volt (mV). Với phương pháp này, nước sẽ được đưa vào trong một điện trường_nhân tố có thể kiểm soát, sự di chuyển của các hạt keo sẽ tương ứng với điện tích bao xung quanh chúng ứng với chất lượng nước khác nhau.
So sánh hai phương pháp
Phương Pháp Jar Test
Nước đầu vào sẽ được cho vào một dãy cốc thủy tinh, và các lượng chất keo tụ khác nhau được cho vào. Thời gian khuấy và chờ được mô phỏng theo vận hành của nhà máy. Quá trình kết bông cặn được quan sát bằng mắt bởi kỹ thuật viên được đào tạo nhằm xác định điều kiện tối ưu. Phương pháp Jar test sẽ giống như mô hình thu nhỏ của cả nhà máy xử lý nước.
Phương pháp Thế Zeta
Nước được đưa vào một điện trường. Hạt cặn mang điện sẽ di chuyển trong trường này, tương ứng với mức độ điện tích của từng hạt, hay còn gọi là thế zeta. Tín hiệu sẽ được ghi nhận dựa vào phân tích tần số pha của ánh sáng tán xạ. Kỹ thuật này phù hợp với kích thước hạt lên tới 100micron – và thấp nhất là vài nanomet. Phù hợp cho việc sử dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý nước, trước khi kết bông cặn xảy ra. Sự hình thành kết tụ và keo tụ là tối ưu khi giá trị điện tích bao quanh hạt cặn lơ lững có giá trị gần zero.
Ở phần thực nghiệm, chúng tôi sẽ giải thích rõ hơn phương pháp Thế Zeta và so sánh kết quả với Jar Test. Sử dụng hóa chất keo tụ là phèn nhôm (Aluminium Sulfate, Al2(SO4)3), chúng tôi sẽ cho thấy hàm lượng sử dụng tối ưu sẽ tương ứng với thế zeta trong khoảng từ -8mV đến +3mV.
Kết luận
Chất lượng nước đầu vào thay đổi đòi hỏi phải tối ưu hóa hoạt động của nhà máy xử lý. Phương pháp Jar Test truyền thống mô phỏng quá trình xử lý, đòi hỏi thời gian khuấy, nghỉ, sa lắng và kỹ thuật viên được đào tạo dùng kỹ năng và kinh nghệm để tìm ra điều kiện tối ưu lượng hóa chất thêm vào. Ngược lại với phương pháp thế zeta là kỹ thuật vật lý đơn giản dựa vào tán xạ ánh sáng. Nó đánh giá điện tích của hạt cặn, và điều chỉnh nó đến giá trị trung hòa điện nhằm đạt được kết bông cặn hiệu quả nhất.
Với thế zeta, lượng hóa chất tối ưu được xác định dễ dàng nhanh chóng và không quá rườm rà như jar test. Cách thức này cũng có thể được ứng dụng trong một quy trình tối ưu hóa hoàn toàn tự động, lắp đặt on-line cho phép kiểm soát định lượng hóa chất keo tụ và tối ưu hóa quy trình trực tuyến. Hệ thống này có tên gọi là Zetasizer WT do hãng Malvern Panalytical cung cấp.
