Cấp thoát nước - Chương 1 pot

Một số nguồn gây nhiễm bẩn nguồn nước mặt:+ Do các chất thải của người, động vật trực tiếp hay gián tiếp đưa vào + Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ trong quá trình khai thác, sản xuất c

7 Một số quá trình xử lý nước đặc biệt: khử mùi,

chất khoáng, Asen, Nitơ, Flo, Clo, khử muối…

Các nội dung tự nghiên cứu

Các kiến thức cơ bản về hoá lý, hoá keo

1.2 Các thông số đánh giá

chất lượng nước.

1.3 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp.

1.1 Đặc điểm các nguồn nước tự nhiên

1.1.1 Thành phần và chất lượng nước mặt:

T rong nước mặt thường có các thành phần sau:

+ Các chất rắn lơ lửng, trong đó có cả hữu cơ và vô cơ.

+ Các chất hoà tan, dưới dạng ion và phân tử, có nguồn

Một số nguồn gây nhiễm bẩn nguồn nước mặt:

+ Do các chất thải của người, động vật trực tiếp hay gián tiếp đưa vào

+ Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ trong quá trình khai thác, sản xuất

chế biến và cận chuyển làm ô nhiễm nặng nguồn nước

+ Do các chất tẩy rửa tổng hợp trong sinh hoạt và trong công nghiệp thải

ra

+ Các chất phóng xạ từ các cơ sở sản xuất và sử dụng phóng xạ

+ Các hoá chất bảo vệ thực vật được dùng trong nông nghiệp

+ Các hoá chất hữu cơ tổng hợp, được sử dụng rộng rai trong công nghiệp

+ Các hoá chất vô cơ nhất là các chất dùng làm phân bón cho nông nghiệp

Tổng quan về chất lượng nước thiên nhiên

Nguồn nước mặt: Nước sông, hồ, suối, kênh, mương, biển

- Nước mặt là dòng chảy của nước mưa, tuyết tan, nước chảy ra từ

các mạch lộ, được tập trung, tích lại thành dòng chảy Do có

lượng mưa phong phú nên nước mặt Việt nam rất dồi dào, với

mạng lưới sông ngòi dày đặc Đây là nguồn nước chủ lực phục vụ

cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất

- Chất lượng nguồn nước mặt phụ thuộc vào điều kiện địa chất, thổ

nhưỡng, khí hậu, hình thái địa lý (địa hình), những tác động của

con người, Nhìn chung, nước mặt thường bị nhiễm bẩn do đất

bờ xói mòn, rửa trôi, cây cỏ, xác súc vật thối rữa, do chất thải từ

sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp, giao thông vận tải, vv

- Nước mặt chịu ảnh hưởng đáng kể bởi thời tiết: mùa mưa, nguồn

nước mặt thường có trữ lượng lớn hơn nhiều so với mùa khô, chất

lượng nước cũng thay đổi lớn theo các mùa, gây khó khăn trong

việc khai thác, xử lý Chất lượng nước nhiều sông ngòi vùng ven

biển còn bị ảnh hưởng bởi thủy triều

- Phải xử lý nước mặt trước khi sử dụng là điều kiện bắt buộc

• Mức độ ô nhiễm về mặt vi sinh theo chỉ số Coli:

Ô nhiễm nặng: > 10.000 con/l (Coli-Index);

• Người ta còn phân loại các nguồn nước mặt cho các

hệ thống cấp nước tập trung theo tuần suất đảm bảo

lưu lượng nước cấp trung bình tháng tối thiểu như

sau:

– + Hệ thống cấp nước loại I: 95%

– + Hệ thống cấp nước loại II: 90%

– + Hệ thống cấp nước loại III: 85%

- Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi sự tác động của con người

- Không có các hạt keo hay các hạt cặn lơ lửng

- Không chứa rong, tảo Các chỉ tiêu vi sinh tốt hơn nhiều trong

nước mặt

- Chứa nhiều các tạp chất khoáng hoà tan

- Có nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay đổi, nước không có oxy

hoà tan

1.1.2 Thành phần và chất lượng nước ngầm

 Bản chất địa chất của đất có ảnh hưởng lớn đến thành phần

hoá học của nước ngầm ở tất cả thời điểm, nước luôn tiếp xúc

với đất trong đó nó có thể bị giữ lại hoặc lưu thông, nó tạo nên

sự cân bằng giữa thành phần của đất và của nước Nước chảy

dưới lớp đất cát hoặc granit là axit và ít muốn khoáng Nước

chảy trong đất chứa canxi là hydrocacbonat canxi

 Đặc tính chung về thành phần và tính chất của nước ngầm là:

Nước có độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay

đổi, nước không có oxy hoà tan Trường hợp các lớp nước trong

môi trường khép kín chủ yếu, lưu thông kiểu cactơ, thành phần

của nước có thể thay đổi đột ngột với sự thay đổi độ đục và ô

nhiễm khác nhau Những thay đổi này liên quan tới sự thay đổi

lưu lượng của lớp nước sinh ra do nước mưa Ngoài ra nước

ngầm thường có sự thuần khiết vi khuẩn lớn

1.1.2 Thành phần và chất lượng nước ngầm

Sự khác nhau chủ yếu giữa nước mặt và nước ngầm

Vi khuẩn do sắt gây ra xuất hiện

Vi trùng virut các loại và ta’o Các vi sinh vật

Thường có ở nồng độ cao do phân hoá học

Thường thấp Nitrat

Thường có nồng độ cao Thường có ở nồng độ trung bình

SiO2

Thường xuyên có mặt Xuất hiện ở các nguồn nước

nhiễm bẩn

NH4

Thường không tồn tại Thường gần bao hoà

Nhiệt độ

Nước ngầm Nước mặt

đặc tính

Một số loại nước ngầm chủ yếu:

+ Nước thổ nhưỡng (gần mặt đất)

+ Nước ngầm (trầm tích trên mặt và những lớp trên

của vỏ phong hoá).

+ Nước Kastơ (Đá vôi, đôlômít, các đá rửa lũa

khác).

+ Nước Actêzi (Các bồn, đá trầm tích)

+ Nước mạch (khe nứt) (các đới khe nứt kiến tạo)

+ Nước mỏ (phát sinh trong qua trình khai thác mỏ)

• Nước mưa: có chất lượng tốt, bao hoà CO2 Tuy

nhiên, nước mưa sẽ hoà tan các chất vô cơ và hữu

cơ khác nhau trong không khí và trong quá trình

thấm qua đất Nguồn nước mưa được sử dụng

không nhiều lắm, chỉ giới hạn trong các

trườnghợp khó khăn về nước.

• Chất lượng phụ thuộc cường độ/lượng mưa, tần

suất mưa, điều kiện địa chất thuỷ văn, thổ nhưỡng

lưu vực, phương pháp thu gom và lưu trữ, các điều

kiện kèm theo trong quá trình mưa,

1.1.3 Nước mưa

• Do rơi từ trên cao xuống, rửa và cuốn theo nhiều tạp chất trong

không khí, nước mưa thường có cấu tạo hóa học và vi sinh phức tạp

và thường không sạch như người ta vẫn quan niệm Nước mưa có

thể bị nhiễm các chất bẩn từ bụi - khí thải công nghiệp, những sản

phẩm cháy - phun trào của núi lửa, sản phẩm của tia sét, sấm, gió

cuốn, các bụi phóng xạ, cho đến các chất bẩn từ bề mặt diện tích

thu hứng và máng dẫn: bụi bặm, lá cây mục, phân chim chóc, côn

trùng, rêu mốc, vv Thường thì nước mưa đợt đầu bẩn hơn nước

mưa đợt sau

• Trong nước mưa, hàm lượng Flo, Iot tương đối thấp so với tiêu

chuẩn chất lượng nước dùng cho nhu cầu sinh hoạt, vì vậy cần lưu

ý kiểm tra khi sử dụng và bổ sung những chất trên vào nước cấp

cho ăn uống nếu cần

• Việt Nam: Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1500 - 2500

mm, thuộc loại cao trên thế giới Lượng mưa tập trung chủ yếu vào

mùa mưa (85 - 95% tổng lượng mưa) Có sự phân bố rất khác nhau

• Nước bay hơi (tuỳ theo áp suất khí quyển, độ ẩm k.khí, vận tốc

gió, diện tích mặt thoáng, vv…

• Nước đóng băng

1.2 Một số tính chất vật lý của nước

• Độ nhớt động học của nước:

• là đại lượng biểu thị độ trở bên trong hay lực

ma sát sinh ra trong quá trình dịch chuyển.

t0 tăng-> độ nhớt giảm

• Nhiệt độ của nước.

– là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi

trường và khí hậu

• Nước có nhiệt dung lớn (heat capacity)

• Độ dẫn điện (ở 180C) : 4,3.10-8 (1/ ς cm)

• Độ dẫn điện rất thấp + Nhiệt dung lớn ->

Sử dụng nước làm chất dẫn nhiệt.

• Nước đóng vai điều hoà nhiệt độ trên trái

đất (mùa đông chậm mất nhiệt và nguội

• Nhiệt dung riêng của nước rất lớn so với các chất khác

• Hằng số điện môi của nước lớn -> có khả năng hoà tan

Søc c¨ng mÆt ngoµi cña n−íc

• Søc c¨ng mÆt ngoµi cña n−íc lµ kh¶ n¨ng cña c¸c ph©n tö

n»m ngoµi biªn dÝnh b¸m, kÐo vµ tù nÐn -> t¹o nªn 1 líp

 §é trong (cm): §Üa Secchi

Độ màu

• Do các hợp chất hoà tan hay keo, thực vật gây ra.

• Xác định theo thang màu tiêu chuẩn.

– Thang màu Cobalt Bicromat: 1 lít nước chứa 0,175

– Thang màu Platin - Cobalt: đây là màu của dung

1 lít nước, lấy bằng 1000 độ)

* H2S : mùi thối rữa

* Fe : mùi tanh

* Thực vật thối rữa : mùi bùn, mốc

Xác định: dựa vào khả năng nhận biết được mùi sau khi trộn

lẫn mẫu với nước sạch hay không khí sạch (không mùi) ->

pha loang tới mức độ nhận biết được

Đo bằng ppmV (ppm by Volume) hay thang điểm

(5 điểm: 0 -> 5) hay phân loại (thơm, mùi cá, mùi )

Mùi của nước

Vị của nước

• Các muối hoà tan trong nước gây nên những vị khác

nhau của nước như mặn, đắng, ngọt, chua, chát, …,

Suspended Solids) (chỉ tiêu vật lý)

• Tổng chất rắn hoà tan TDS (Total Dissolved

Solids).

• (chỉ tiêu hoá học)

TS = TDS + TSS

Hàm lượng chất rắn trong nước (mg/l)

• Tạo bởi hệ tán sắc thô, gồm các chất huyền phù (chiếm thành

phần chủ yếu) và nhũ tương trong nước Chúng thường có

nhiều trong nguồn nước mặt Huyền phù được tạo ra bởi các

hợp chất vô cơ (oxit kim loại, khoáng sét, ) và các thủy sinh

vật (vi khuẩn, tảo, )

2 ngđ

10 - 30 min 2,5 min

• Các khoáng sét, các oxit kim loại, các cácbonát, cũng

như các axit humic, các protein có khối lượng phân tử

lớn và các vi rút tạo ra các loại huyền phù ở trạng thái

phân tán keo Chúng có thể được loại bỏ ra khỏi nước

bằng các phương pháp keo tụ/đông tụ - lắng, lọc hay vi

lọc, siêu lọc,

• Sự có mặt của các hạt lơ lửng/huyền phù gây ra

sự cản trở ánh sáng truyền qua lớp nước do hiệu

ứng khuyếch tán Tyndall và tạo ra độ đục của

nước.

• Xác định hàm lượng cặn lơ lửng: lọc, sau đó sấy

ở 1050C và cân

• Sấy và nung tiếp lượng cặn còn lại ở 5500C: xác

định được hàm lượng cặn bay hơi (các hợp chất

hữu cơ) và tro (các chất dạng vô cơ).

• Hàm lượng cặn của nước ngầm thường nhỏ (30 ữữữữ 50

mg/l), chủ yếu do cát mịn có trong nước gây ra.

• Hàm lượng cặn của nước sông dao động rất lớn (20 ữữữữ

5.000 mg/l), có khi lên tới 30.000 mg/l

• Cùng một nguồn nước, hàm lượng cặn dao động theo

mùa, mùa khô nhỏ, mùa lũ lớn

• Cặn có trong nước sông là do các hạt cát, sét, bùn bị

dòng nước xói rửa mang theo và các chất hữu cơ nguồn

gốc động, thực vật mục nát hoà tan trong nước

• Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để

lựa chọn biện pháp xử lý đối với các nguồn nước mặt

Hàm lượng cặn của nước nguồn càng cao thì việc xử lý

càng phức tạp và tốn kém.

• Tính phóng xạ: là do sự phân huỷ các chất phóng xạ có

trong nước tạo nên

Nếu t0 =const -> K = const

ở nhiệt độ xác định: [H+].[OH-] = K=const

T0= 250C -> K=1.10-14g.ion/l.

O H

OH H

K

2

] ].[

=

1.3 Mét sè chØ tiªu ho¸ häc cña n−íc (tiÕp)

1.3.2 C¸c liªn kÕt cña Axit C¸cbonÝc trong n−íc.

][]

[

3 2

3 1

3

CO H

H f HCO f

] [ ] [

3

2 3 2

H f CO f

K

HCO

H CO

H2CO3 ⇔ CO32− + 2 H+

][

][]

[

3 2

2 2

3 2

1

3

CO H

H f CO f

K K

K , =

, 2

1

• Nếu coi nồng độ [H2O] và [CaCO3] là không đổi

(hằng số), còn [Ca2+] = 2[HCO3-], khi đó:

• Nghĩa là các ion HCO3-tồn tại trong dung dịch chỉ

khi nào có mặt axit cácbonic (ở dạng CO2) tự do

• ở nhiệt độ 250C, k1= 4,45.10-7; k2= 5,6.10-11

[ ][ ][ ]

3 2

2 2 3

1= + −

HCO Ca

O H CO CaCO K

[ ]

[ −]

= 3

2 2

HCO CO K

2HCO 3 -↔CO 2 + CO 3 2- + H 2 O (2)

Hàm lượng CO2cân bằng được xác định:

CO2cb= pK1– pK2+ pSCaCO3+ 2lg[HCO3-] + lg(Ca2+)

- 3√4 – 5,96Trong đó:

• K1– hằng số phân ly bậc một của axit cacbonic (pK1= - lgK1);

• K2- hằng số phân ly bậc hai của axit cacbonic (pK2= - lgK2);

• SCaCO3– tích số hoà tan của CaCO3(pSCaCO3= - lgSCaCO3);

• (Ca2+) – hàm lượng ion canxi mg/l;

• [HCO3-] – hàm lượng ion hydrocacbonat mđlg/l;

• CO2cb– hàm lượng CO2cân bằng mg/l;

• Việc xác định hàm lượng CO2tự do trong nước được thực

hiện bằng nhiều phương pháp

• Khi độ pH của nước nhỏ hơn hoặc bằng 8,4 thì tổng độ kiềm

của nước bằng nồng độ ion HCO3-và trong nước chỉ tồn tại

CO2và HCO3- Do đó nếu giải phương trình phân ly bậc một

của axit cacbonic, có thể tính được hàm lượng CO2tự do hoà

tan trong nước theo công thức:

• Khi không đòi hỏi có độ chính xác cao, để đơn giản quá

trình tính toán có thể xác định lượng CO 2 tự do theo biểu

đồ (Langlier)

44K1

- Để đánh giá độ ổn định của nước, người ta so sánh pH nước nguồn

(pHo) với pH của nước được cân bằng bao hoà bởi cácbonat canxi

(pHs), được xác định theo phương trình Langlier:

pHs= pK2РpSCaCO3Рlg(Ca2+) РlgKt+ 2,5È + 7,6

Trong đó:+ K2- hằng số phân ly bậc 2 của Axit Cácbonic;

+ Tích số tan của CaCO3;

+ [Ca2+] và Ki- nồng độ Ca2+và độ kiềm của nước;

+ à - lực tác dụng Ion của dung dịch, phụ thuộc vào

tổng hàm lượng muối của dung dịch;

+ p - ký hiệu logarit âm

• hoặc viết ở thể rút gọn theo ký hiệu:

pHs = f1(t) – f2(Ca2+) – f3(Kt) + f4(P), trong đó:

• pHs– trị số pH của nước tương ứng với trạng thái cân bằng của

các hợp chất của axit cacbonic và được gọi là pH bao hoà;

• f1(t) – hàm số nhiệt độ của nước,

f1(t) = pK2– pSCaCO3

• f2(Ca2+) – hàm số phụ thuộc lượng ion canxi có trong nước với

f2(Ca2+) tính bằng mđlg/l;

• f4(P) – hàm lượng biểu thị tổng hàm lượng muối của nước

• Để thuận tiện cho tính toán, Langlier đưa ra biểu đồ dùng để

xác định trị số pH s của nước

– CO 2 +CaCO 3 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 tan

– - Khi xử lý nước bằng phương pháp keo tụ:

– Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HCO 3 ) 2 = 2Al(OH) 3↓↓↓↓ + 3CaSO 4↓↓↓↓ +

1.3.3 Độ kiềm:

– Do sự thuỷ phân của các muối gốc axit yếu và

kiềm mạnh, xảy ra theo phương trình:

– A-+ HOH ↔ HA + OH-.

– Khi cho vào nước các ion H+→ cân bằng chuyển

dịch sang phải → quá trình thuỷ phân muối xảy ra

hoàn toàn → Lượng axit cần thiết để trung hoà

các ion OH-trong 1 lít nước gọi là độ kiềm toàn

phần hay độ kiềm định phân

 Độ kiềm toàn phần của nước:

 Kitp = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] + [BO2-] + [HPO4-] +

2[HPO42-] + 3[PO43-] + [HS-] + [HSiO3-] +

[mùn (humic)] - [H+] (mgđl/l)



 Khi nước thiên nhiên có độ màu lớn (> 400 Cobalt), độ

kiềm toàn phần bao gồm cả độ kiềm do muối của các axit

nữu cơ gây ra

1.3.3 Độ kiềm:

– * Độ kiềm tự do

 Độ kiềm, đặc trưng cho tính đệm của nước

thiên nhiên, có ý nghĩa quan trọng trong công

nghệ xử lý nước

 Trong một số trường hợp, khi độ kiềm trong

nước nguồn thấp, cần phải bổ sung hoá chất

để kiềm hoá nước.

[ ] [ ]ư + ư

Ktudo i

2 3

5 , 0

1.3.3 Độ kiềm:

– Tính đệm của nước

• + Cho axit (kiềm) mạnh vào nước, dù một lượng nhỏ,

pH thay đổi rất rõ rệt.

Ví dụ: 0,01 gđl HCl → 1 l nước → pH giảm từ 7 → 2

• 0,01 gđl NaOH → 1 lít nước → pH tăng từ 7 → 12

• Hiện tượng tương tự xảy ra khi cho axit (kiềm) mạnh

vào dung dịch muối có các gốc axit hay kiềm mạnh.

1.3.3 Độ kiềm:

– + Cho axit (kiềm) vào dung dịch muối gốc axit yếu,

với số lượng ít → pH hầu như không thay đổi, do:

– H+

– OH-+ HA → H2O + A

-→ Các ion của các muối axit yếu trong dung dịch

“điều hoà” nồng độ các ion H+ và OH-, giảm ảnh

hưởng của các yếu tố gây nên sự thay đổi pH của

dung dịch.

1.3.4 Độ Axit

• lượng các chất tham gia phản ứng với bazơ (kiềm) mạnh: NaOH,

KOH xác định bằng định lượng, chuẩn bằng dung dịch NaOH,

KOH tới khi nhận được:

• pH = 4,5: độ axit tự do

• pH = 8,3: độ axit toàn phần (mgđl/l)

• Chú ý: nếu pH dung dịch > 8,3: độ axit A = 0

• Aa - Màu - dung dịch Metyl dacam, nhỏ NaOH vào tới khi đổi

màu vàng (pH = 4,5)

• + Ats - Màu - dung dịch Phenolphtalein, nhỏ NaOH vào tới khi

mất màu (pH = 8,3)

• 1) Độ axit hoạt tính = nồng độ ion H+hay độ pH

• 2) Độ axit tổng số = số đương lượng axit/ l dung dịch

A a < = A ts

1.3.5 Độ cứng của nước:

• biểu thị lượng muối Ca2+, Mg2+ hoà tan trong nước,

-với Ca2+, Mg2+

Các hợp chất CaCl2, MgCl2, MgSO4, CaSO4

C tp = Ca Mg ,mgdl /l

16 , 12

] [ 04 , 20

] [ 2 + 2 +

+

Ck =

61,02

][HCO-3

Cv =Ctp - Ct

1 Giặt: tốn thêm nhiều xà phòng và dễ đóng cặn + Mòn rách vải

Xà phòng là các muối của axit béo Ca 2+ , Mg 2+  tạo (C15H31COO)2Ca/Mg,

2,4 g xà phòng

2 Nấu thức ăn: khó chín, pha chè không ngấu, lượng chất dinh dưỡng giảm, thịt,

chất béo chuyển hoá thành dạng cơ thể khó hấp thụ.

3 Cấp nước công nghiệp: Gỉ nồi hơi, thiết bị, giảm tuổi thọ, dung tích làm việc,

giảm khả năng truyền dẫn điện  tốn năng lượng hơn Vỏ thùng có nhiều cặn 

t o tăng  mềm ra  dễ nứt, hỏng, rạn vỡ,  tuổi thọ giảm.

- Làm giảm độ hoà tan của Ca(HSO4), Mg(OH)2, CaSiO3, MgSiO3 trong nước nóng

nồi hơi Nồng độ của các muối này tăng khi nước bay hơi và tạo nên một số hợp

chất khác:

CaSO4+ Na2SiO3 CaSiO3 + Na2SO4 tạo 1 lớp cặn dày  giảm tiết diện,

thậm chí còn tắc đường ống dẫn.

- Cặn khô tạo kẽ nứtkhe rỗng  hơi nước vào  tác dụng với vỏ bình:

2Fe + 3H2O Fe2O3 + 3H2  gỉ Còn H2 tác dụng với SO42-  tạo H2S  tác

dụng với vỏ thùng  ăn mòn thiết bị

* Tiêu chuẩn NCSH: < 300 mg CaCO 3 /l