nghiên cứu xử lý nước cấp bằng công nghệ pac

Một số nhà máy nước đã có những biện pháp cố gắng giảm thiểu sự tồn tại của các hợp chất ô nhiễm trong nước sau xử lý và đảm bảo độ an toàn cho nước sinh hoạt, tuy nhiên còn thiếu những

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - MÔI TRƯỜNG

- -

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - MÔI TRƯỜNG

- -

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

BIÊN HÒA, THÁNG 12/2013

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Lạc Hồng tới nay chúng em đã hoàn thành chương trình đào tạo đại học và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

 Ban giám hiệu Trường Đại Học Lạc Hồng, khoa Công Nghệ Sinh Học - Môi Trường cùng toàn thể các thầy cô giáo

 Các thầy cô phòng thí nghiện Trường Đại Học Lạc Hồng khoa Công Nghệ Sinh Học - Môi Trường

 Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Th.s Lê Phú Đông, người đã trực tiếp

hướng dẫn tận tình để chúng em hoàn thành đề tài này

 Cuối cùng, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ cùng toàn thể bạn

bè đã giúp đỡ động viên chúng em trong suốt thời gian học tập và thực hiện công tác tốt nghiệp

 Chúng em xin chúc các thầy, cô, các anh, chị và toàn thể bạn bè sức khỏe dồi dào, đạt nhiều thành công trong công việc, học tập và nghiên cứu

Biên hòa, tháng 12 năm 2013

Nguyễn Tiến Văn

Ngô Thị Hồng Vân

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài 1

4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 2

4.1 Phạm vi nghiên cứu 2

4.2 Đối tượng nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa của đề tài 2

6.1 Ý nghĩa khoa học 2

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nguồn nước mặt 4

1.1.1 Điều kiện tự nhiên nước sông Đồng Nai 4

1.1.1.1 Chế độ mưa 4

1.1.1.2 Đặc điểm thảm phủ thực vật tự nhiên 4

1.1.1.3 Đặc điểm về chế độ thủy văn và thủy lực 4

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm 5

1.1.2.1 Nước thải sinh hoạt 5

1.1.2.2 Nước thải đô thị 5

1.1.2.3 Nước thải công nghiệp 5

1.1.2.4 Nước chảy tràn 5

1.1.2.5 Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên 6

1.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước cấp hiện nay 6

1.2.1 Quy trình xử lý nước cấp phổ biến hiện nay ở Việt Nam 6

1.2.2 Các phương pháp xử lý hiện nay 8

1.2.2.1 Phương pháp cơ học 8

1.2.2.2 Phương pháp hóa lý 9

1.2.2.3 Xử lý nước cấp bằng phương pháp đặc biệt 10

1.3 Tổng quan về keo tụ 10

1.3.1 Lý thuyết keo tụ 10

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ 12

1.4 Tổng quan về hấp phụ 13

1.4.1 Lý thuyết về hấp phụ 13

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 14

1.5 Tổng quan về than hoạt tính (PAC: Powdered Activated Carbon) 15

1.5.1 Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính 15

1.5.2 Đặc tính của than hoạt tính 16

1.6 Tổng quan về công nghệ lọc màng 16

1.6.1 Định nghĩa 16

1.6.2 Phân loại 17

1.6.3 Cơ sở lựa chọn công nghệ MF 21

1.6.3.1 Cơ chế lọc của MF 21

1.6.3.2 Ưu điểm 21

1.7 Các nghiên cứu về công nghệ PAC kết hợp lọc màng 22

1.7.1 Xử lý nước sông Tungkang tại Đài Loan 22

1.7.2 Nghiên cứu tại Algeria 22

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Thiết bị và hóa chất 24

2.1.1 Thiết bị 25

2.1.2 Hóa chất 25

2.2 Thành phần và tính chất nước mặt sử dụng nghiên cứu 24

2.3 Nội dung thực hiện 25

2.3.1 Khảo sát quá trình keo tụ 25

2.3.2 Khảo sát quá trình hấp phụ 27

2.3.3 Mô hình PAC kết hợp lọc màng 28

2.4 Các chỉ tiêu và phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 30

2.4.1 Các chỉ tiêu hóa lý 30

2.4.2 Các chỉ tiêu vi sinh 31

2.4.3 Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 31

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32

3.1 Khảo sát quá trình keo tụ 32

3.1.1 So sánh hiệu quả các loại phèn 32

3.1.2 Xác định pH tối ưu 33

3.1.3 Xác định liều lượng phèn tối ưu 35

3.1.4 Xác định vận tốc khuấy tối ưu: 36

3.1.5 Xác định thời gian khuấy tối ưu 38

3.1.6 Xác định thời gian lắng tối ưu 39

3.2 Khảo sát quá trình hấp phụ 40

3.2.1 Khảo sát giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ 40

3.2.2 Khảo sát liều lượng PAC tối ưu cho quá trình hấp phụ 42

3.2.3 Khảo sát thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ 43

3.2.4 Khảo sát thời gian lắng tối ưu cho qua trình hấp phụ 44

3.3 Nghiên cứu xử lý kết hợp 46

3.3.1 Xử lý BOD5 46

3.3.2 Xử lý COD 47

3.3.3 Xử lý độ màu 48

3.3.4 Xử lý TSS 49

3.3.5 Xử lý Ecoli 50

3.3.6 Xử lý coliform tổng 51

3.4 Kết luận chung 52

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

4.1 Kết luận 54

4.2 Kiến nghị 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC

PAC : Powdered Activated Carbon

QCVN : Quy Chuẩn Việt Nam

BOD : Biochemical Oxgen Demand

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nguồn nước 11

Bảng 1.2: Đặc tính một số loại màng và cơ chế tách lọc 20

Bảng 1.3: Bảng tổng kết các công nghệ lọc màng 20

Bảng 2.1: Thành phần nước mặt nghiên cứu 24

Bảng 2.2: Thông số tiến hành chạy mô hình PAC kết hợp lọc màng 29

Bảng 3.1: Thông số thí nghiện xác định loại phèn 32

Bảng 3.2: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định loại phèn tốt nhất 32

Bảng 3.3: Thông số thí nghiệm xác định ph tối ưu đối với phèn nhôm Al2(SO4)3 33

Bảng 3.4: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định giá tri pH tối ưu 34

Bảng 3.5: Thông số thí nghiệm xác định phèn nhôm tối ưu 35

Bảng 3.6: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định liều lượng phèn tối ưu 35

Bảng 3.7: Thông số thí nghiệm xác định vận tốc khuấy tối ưu 36

Bảng 3.8: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định vận tốc khuấy tối ưu 37

Bảng 3.9: Thông số thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu 38

Bảng 3.10: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu 38

Bảng 3.11: Thông số thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu 39

Bảng 3.12: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu 40

Bảng 3.13: Thông số thí nghiệm xác định giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ 40

Bảng 3.14: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định pH tối ưu cho quá trình hấp phụ 41

Bảng 3.15: Thông số thí nghiệm xác định liều lượng PAC hấp phụ tối ưu 42

Bảng 3.16: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định liều lượng PAC tối ưu cho quá trình hấp phụ 42

Bảng 3.17: Thông số thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ 43

Bảng 3.18: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu cho

quá trình hấp phụ 44

Bảng 3.19: Thông số thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu cho quá trình hấp phụ 45

Bảng 3.20: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu cho quá trình hấp phụ 45

Bảng 3.21: Thông số ban đầu tiến hành chạy mô hình kết hợp 46

Bảng 3.22: Bảng giá trị BOD5 trước và sau xử lý 46

Bảng 3.23: Bảng giá trị COD trước và sau xử lý 47

Bảng 3.24: Bảng độ giá trị màu trước và sau xử lý 49

Bảng 3.25: Bảng giá trị TSS trước và sau xử lý 49

Bảng 3.26: Bảng giá trị ecoli trước và sau xử lý 50

Bảng 3.27: Bảng giá trị coliform tổng trước và sau xử lý 51

Bảng 3.28: Kết quả tổng hợp trước và sau xử lý bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng 53

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1: Biểu đồ thể hiện loại phèn tối ưu 33

Biểu đồ 3.2: Biểu đồ thể hiện giá trị PH tối ưu 34

Biểu đồ 3.3: Biểu đồ thể hiện liều lượng phèn tối ưu 35

Biểu đồ 3.4: Biểu đồ thể hiện vận tốc khuấy tối ưu 37

Biểu đồ 3.5: Biểu đồ thể hiện thời gian khuấy tối ưu 39

Biểu đồ 3.6: Biểu đồ thể hiện thời gian lắng tối ưu 40

Biểu đồ 3.7: Biểu đồ thể hiện giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ 41

Biểu đồ 3.8: Biểu đồ thể hiện liều lượng PAC hấp phụ tối ưu 43

Biểu đồ 3.9: Biểu đồ thể hiện thời gian hấp phụ tối ưu 44

Biểu đồ 3.10: Biểu đồ thể hiện thời gian lắng tối ưu 45

Biểu đồ 3.11: Biểu đồ thể hiện giá trị BOD5 theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa xử lý 47

Biểu đồ 3.12: Biểu đồ thể hiện giá trị BOD5 theo tháng của nước sông Đồng Nai sau xử lý bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng 47

Biểu đồ 3.13: Biểu đồ thể hiện giá trị COD theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa xử lý 48

Biểu đồ 3.14: Biểu đồ thể hiện giá trị COD theo tháng của nước sông Đồng Nai sau xử lý bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng 48

Biểu đồ 3.15: Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa xử lý 49

Biểu đồ 3.16: Biểu đồ thể hiện giá trị TSS theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa xử lý 50

Biểu đồ 3.17: Biểu đồ thể hiện giá trị ecoli theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa xử lý 51

Biểu đồ 3.18: Biểu đồ thể hiện giá trị coliform theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa xử lý 52

Biểu đồ 3.19: Biểu đồ thể hiện giá trị coliform theo tháng của nước sông Đồng Nai sau xử lý bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp được sử dụng phổ biến

ở Việt Nam hiện nay 6

Hình 1.2: Mô tả màng lọc 17

Hình 1.3: Kích thước lỗ rỗng của một số loại màng 17

Hình 1.4: Sự vận chuyển các chất qua màng vi lọc 21

Hình 2.1: Mô hình keo tụ 25

Hình 2.2: Mô hình PAC kết hợp lọc màng 29

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, hơn 70% các nhà máy cấp nước ở Việt Nam sử dụng nước mặt là nguồn nước chính, phục vụ cho nhu cầu cấp nước sinh hoạt và sản xuất Tuy nhiên, ở nhiều nơi, nguồn nước mặt lại là nơi tiếp nhận các loại chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp từ các khu đô thị, khu dân cư, nông thôn, các làng nghề sản xuất với nhiều loại chất ô nhiễm, kể cả các hợp chất hữu cơ phức tạp,

đa dạng, có những dạng tồn tại khó xử lý, làm cho nước có màu sắc và mùi, vị khó chịu, nguy hiểm cho sức khoẻ con người

Một số nhà máy nước đã có những biện pháp cố gắng giảm thiểu sự tồn tại của các hợp chất ô nhiễm trong nước sau xử lý và đảm bảo độ an toàn cho nước sinh hoạt, tuy nhiên còn thiếu những sơ sở khoa học chắc chắn, hiệu quả xử lý phần lớn chưa cao, còn nhiều vấn đề khó khăn trong giải pháp bố trí công trình và trong quản lý vận hành Oxy hóa sơ bộ nước thô bằng Clo để giảm hàm lượng chất ô nhiễm trong nguồn nước là biện pháp đang được áp dụng phổ biến ở nhiều nhà máy nước tại Việt Nam do chi phí thấp, tận dụng được các công trình sẵn có Tuy nhiên đây không phải là biện pháp hiệu quả cao để loại bỏ các hợp chất ô nhiễm, bởi có rất nhiều hợp chất ô nhiễm bền vững Mặt khác, cũng như việc áp dụng phổ biến biện pháp khử trùng bằng Clo, các biện pháp này còn gây nguy hại đến sức khỏe con người

Với nghiên cứu xử lý nước cấp bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng có thể đem lại hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm trong nước đảm bảo chất lượng nước cấp, an toàn cho sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống, giảm thiểu chi phí

xử lý góp phần tăng trưởng kinh tế xã hội đất nước

2 Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu xử lý nước cấp bằng công nghệ PAC kết hợp lọc màng

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

Đề tài nghiên cứu được thực hiện gồm 3 nội dung:

 Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính (PAC) trong nước sông thông qua các chỉ tiêu pH, SS, COD, độ màu, ecoli, coliform

 Phân tích, đánh giá hiệu quả xử lý của than hoạt tính, than hoạt tính kết hợp lọc màng

 Nghiên cứu, đề xuất các công nghệ xử lý nước sông

4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

4.1 Phạm vi nghiên cứu

 Nghiên cứu được thực hiện với quy mô phòng thí nghiệm

 Các thông số theo đõi đo đạc: pH, TSS, BOD, COD, ecoli, coliform, độ màu

 Đánh giá hiệu quả phương pháp PAC kết hợp công nghệ lọc màng

4.2 Đối tượng nghiên cứu

 Nước sông Đồng Nai sau quá trình keo tụ

 Than hoạt tính (PAC_Powdered Activated Carbon)

 Phương pháp thông kê và xử lý số liệu thu thập

6 Ý nghĩa của đề tài

 Tiết kiệm chi phí (hóa chất clo, xây dựng các bể khử trùng…), đem lại giá trị kinh tế cao

 Và để đảm bảo chất lượng nước cấp, an toàn cho sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nguồn nước mặt

1.1.1 Điều kiện tự nhiên nước sông Đồng Nai

1.1.1.1 Chế độ mưa

Phân thành 2 mùa, mùa mưa từ tháng 5 tới tháng 10, lượng mưa chiếm 80 90% lượng mưa cả năm, mưa lớn tập trung vào tháng 9 – 10 hàng năm Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, hầu như không có mưa Lương mưa mùa khô chiếm khoảng 10-20% lượng mưa cả năm

-1.1.1.2 Đặc điểm thảm phủ thực vật tự nhiên

Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nguồn nước ở lưu vực sông Đồng Nai là đặc điểm thảm thực vật trên lưu vực, bao gồm hệ thống rừng tự nhiên và thảm thực vật canh tác nhằm đảm bảo tích trữ nước để điều hòa lưu lượng sông vào mùa khô và hạn chế khả năng xói mòn, rửa trôi đất vào mùa mưa

Lưu vực sông có 28 loại sử dụng đất chính liên quan đến mức độ che phủ và đây là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng môi trường cho toàn lưu vực Các loại sử dụng đất chính này được phân chia thành 5 lớp bao gồm: đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất ở, chuyên dụng và nhóm đất khác

1.1.1.3 Đặc điểm về chế độ thủy văn và thủy lực

Đoạn sông chảy qua thành phố Biên Hòa có nhiều công trình trên và ven sông như cầu Hóa An, cầu Ghềnh, cầu Đồng Nai, và nhiều cảng sông, nhà máy, chợ, nhà cửa và các công trình công cộng Các công trình trên và ven sông, cùng với đặc điểm địa hình của lòng sông đã làm cho chế độ dòng chảy của đoạn sông này hết sức phức tạp Cơ bản mỗi ngày có 2 lần triều lên và triều xuống, một chu trình triều thường 14 – 15 ngày, biên độ triều cực đại tại Biên Hòa khoảng 3m Chế độ dòng chảy bị ảnh hưởng và chịu tác động lẫn nhau tùy thuộc vào sự thay đổi của các yếu

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm

Các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu xuất phát từ quá trình sinh hoạt và hoạt động sản xuất của con người tạo nên (công nghiệp, thủ công nghiệp, nông ngư nghiệp, giao thông thủy, dịch vụ…) Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu Các nguồn gây ô nhiễm nước thường gặp

1.1.2.1 Nước thải sinh hoạt

Là nước thải phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt: chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; các chất béo (5-10%) còn lại là chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng

1.1.2.2 Nước thải đô thị

Là loại nước thải tạo thành do sự gộp chung nước thải sinh hoạt, nước thải

vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại Nước thải đô thị được thu gom vào

hệ thống cống thải thành phố, đô thị để xử lý chung Thông thường ở các đô thị có

hệ thống cống thải, khoảng 70 đến 90% tổng lượng nước sử dụng của đô thị sẽ trở thành nước thải đô thị và chảy vào đường cống Thành phần cơ bản của nước thải

đô thị cũng gần tương tự nước thải sinh hoạt

1.1.2.3 Nước thải công nghiệp

Là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải Khác với nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị, nước thải công nghiệp không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc vào ngành sản xuất công nghiệp cụ thể

1.1.2.4 Nước chảy tràn

Nước chảy tràn từ mặt đất do mưa, hoặc do thoát nước từ đồng ruộng là nguồn gây ô nhiễm nước sông, hồ Nước chảy tràn qua đồng ruộng có thể cuốn

Bể chứa

nước sạch

Trạm bơm cấp II

Trạm phân phối Mạng lưới

phân phối nước

Đo lưu lượng

Tháp chống va Chlor

Nguồn

nước

sông

Trạm bơm cấp I

Bể giao liên

Bể lắng ngang

sơ cấp

Bể phản ứng

Bể trộn

thứ cấp

Đồng hồ đo lưu lượng Chlor

theo chất rắn (rác), hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón Nước chảy tràn qua khu dân cư, đường phố, cơ sở sản xuất công nghiệp, có thể làm ô nhiễm nguồn nước

do chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng

1.1.2.5 Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên:

Nước sông vùng ven biển và có thể ở các vùng khác sâu hơn trong nội địa cũng có thể bị nhiễm mặn Nước sông bị nhiễm mặn theo các kênh rạch đưa nước mặn vào các hồ chứa gây nhiễm mặn các vùng xa bờ biển Nước sông, kênh rạch bị nhiễm phèn có thể chuyển axit, sắt, nhôm đến các vùng khác gây suy giảm chất lượng nước vùng bị tác động

1.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước cấp hiện nay

1.2.1 Quy trình xử lý nước cấp phổ biến hiện nay ở Việt Nam

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp được sử dụng phổ biến ở Việt

Nam hiện nay

 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước sông được dẫn qua lưới lọc để loại bỏ tất cả các vật chất lơ lửng có tiết diện lớn hơn 6mm Sau khi ra khỏi ống hút, nước được châm Clo để tiền khử trùng, nước sông từ trạm bơm cấp I được nhận từ bể giao liên, mực nước ở đây luôn được duy trì độ cao nhất định để tạo dòng tự chảy qua các công trình xử lý tiếp theo Rời bể giao liên nước sông được dẫn qua kênh hở có lắp đồng hồ đo lưu lượng Tại đầu kênh dẫn hở này có đặt ống châm dung dịch phèn, tận dụng dòng nước chảy rối trong kênh dẫn để dung dịch phèn và nước sông được hòa trộn Kênh dẫn chia nước vào các bể trộn sơ cấp, có lắp máy khuấy để tăng cường độ khuấy trộn, trộn đều nước sông và dung dịch phèn với nhau, sau đó nước sông qua bờ tràn dẫn vào bể phản ứng Các hạt keo được cánh khuấy khuấy trộn, tạo điều kiện tiếp xúc với các hạt lơ lửng để tạo bông cặn lớn hơn và nhiều hơn

Rời bể phản ứng nước đi qua kênh dẫn để phân phối đều cho các bể lắng ngang Tại kênh phân phối có đặt hệ thống thổi hơi ở đáy bể để ngăn không cho cặn lắng xuống tại đây

Tại các bể lắng ngang, dưới tác dụng của trọng lực, các bông cặn sẽ chìm dần xuống đáy bể, giai đoạn này giữ lại phần lớn các hạt cặn lơ lửng trong nước (80%), cặn lắng xuống nhiều nhất ở khoảng 1/3 chiều dài đầu bể Lượng bùn lắng tích tụ nhiều sẽ ảnh hưởng đến cơ chế thủy lực của bể, vì vậy trung bình 3 tháng bể lắng cần được xả cặn để rửa bùn Nước ra khỏi bể lắng được đưa vào 1 kênh dẫn chung, phân phối nước cho các bể lọc Lớp vật liệu lọc thường được sắp xếp thành 2 lớp: lớp sỏi đỡ và lớp cát Các bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ và vi khuẩn mà

hồ lắng không thể giữ lại được Theo trọng lực nước đi qua lớp vật liệu lọc, các hạt cặn, bông cặn được giữ lại và cho lớp nước trong vào van thu nước dẫn ra qua bể trộn thứ cấp

Từ hồ lọc nước được thu vào một mương chung dẫn đến bể trộn thứ cấp Tại đây có đường ống châm vôi, Clo và Flo, đưa vào bể trộn các hóa chất này đạt hàm lượng cho phép, đảm bảo nước tiêu chuẩn ăn uống sinh hoạt Sau đó nước được dẫn vào bể chứa nước sạch bằng kênh dẫn

Nước từ các bể chứa nước sạch được dẫn vào trạm bơm cấp II bằng một mương dẫn nước ngầm, tại đây dung dịch Clo được châm vào nước một lần nữa để đảm bảo hàm lượng Clo dư đạt tiêu chuẩn nước cấp Từ trạm bơm cấp II nước được bơm vào thành phố qua đường ống phân phối đến các hộ dân qua mạng lưới cấp nước thành phố

1.2.2 Các phương pháp xử lý hiện nay

Phương pháp cơ học: hồ chứa và lắng sơ bộ, song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc

Phương pháp hóa học: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hóa nước, cho Clo vào nước để khử trùng

Phương pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu âm Điện phân nước biển để khử muối Khử khí CO2 hòa tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng

1.2.2.1 Phương pháp cơ học:

 Hồ chứa và lắng sơ bộ

Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng của oxy hòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn nước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lý nước

 Song chắn và lưới chắn rác

Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý

 Bể lắng cát

Ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250mg/l sau lưới chắn, các hạt cặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, có khả năng lắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2mm và tỷ trọng lớn

hơn hoặc bằng 2,5, để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí

và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng

 Lắng

Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

 Lọc

Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước

Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín

1.2.2.2 Phương pháp hóa lý

 Clo hóa sơ bộ

Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc Clo hóa

sơ bộ có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc

 Keo tụ - tạo bông

Keo tụ là quá trình xảy ra phản ứng hóa học kết dính các hạt keo và các hạt cặn lơ lửng trong nước, phá vỡ tính bền vững của hệ keo Hóa chất keo tụ thường là phèn nhôm hay phèn sắt

Tạo bông là quá trình dính kết, lôi kéo các hạt (đã phá vỡ độ bền) trên lại, giữ chúng lại thành các cục bông nhỏ nhờ các polyme mạch dài, hoặc là polymer cation

hoặc polime anion Sau đó, chúng tiếp tục kết hợp thành các cụm to hơn và lắng được gọi là kết bông

1.2.2.3 Xử lý nước cấp bằng phương pháp đặc biệt

Ngoài các phương pháp xử lý trên, khi chất lượng nước cấp được yêu cầu cao hơn nên trong xử lý nước cấp còn sử dụng một số phương pháp sau:

 Khử mùi và vị bằng làm thoáng, chất oxy hóa mạnh, than hoạt tính

 Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt, phương pháp hóa học, phương pháp trao đổi ion

 Khử mặn và khử muối trong nước bằng phương pháp trao đổi ion, điện phân,

lọc qua màng, nhiệt hay chưng cất

1.3 Tổng quan về keo tụ

1.3.1 Lý thuyết keo tụ

Trong nước sông thường chứa các hạt cặn có nguồn gốc, thành phần và kích thước rất khác nhau Đối với các loại cặn này dùng biện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xử lý nước như lắng, lọc có thể loại bỏ được các cặn có kích thước lớn hơn 10-4mm còn các hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4mm không thể tự lắng được, mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng, phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng, để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các cặn lơ lửng có trong nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng

kể Do đó các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng và bị giữ lại trong bể lọc

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp như: phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt loại FeSO4 hoạc FeCl3 Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

Dùng phèn nhôm: khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành ion

Al3+, sau đó các ion này bị thủy phân thành Al(OH)3

Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 Trong phản ứng thủy phân trên đây, ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định hiệu quả keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H+ Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-) Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là vôi (CaO) Một số trường hợp khác có thể dùng xôđa (Na2CO3), hoạc xút (NaOH)

Trong thực tế, lượng phèn tối ưu sử dụng cho mỗi nguồn nước được xác định

cụ thể bằng thực nghiệm tại nguồn nước, có thể sử dụng cho bảng sau:

Bảng 1.1: Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nguồn nước

Hàm lượng cặn của nước

nguồn ( mg/l)

không chứa nước (mg/l)

Phèn sắt II (FeSO4) khi cho vào nước phân ly thành Fe2+ và bị thủy phân thành Fe(OH)2:

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H2 Fe(OH)2 vừa được tạo thành vẫn còn độ hòa tan rất lớn, khi trong nước có ôxi hòa tan Fe(OH)2 sẽ bị ôxi bằng Fe(OH)3

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 Quá trình ôxi hóa chỉ diễn ra tốt khi pH của nước đạt được trị số pH 8÷9 và nước phải có độ kiềm cao Vì vậy thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi làm mềm nước Ngoài ra nếu nước thiên nhiên có nhiều hữu cơ thì dùng phèn sắt II không thích hợp Phèn sắt FeSO4 kỹ thuật ở dạng tinh thể trong, màu xanh lơ, khi tiếp xúc với không khí bị ôxi hóa thành màu đỏ sẩm có chứa 47 ÷ 53% FeSO4 Phèn sắt III loại FeCl3 hoạc Fe2(SO4)3 khi cho vào nước phân ly thành Fe3+ và

bị phân hủy thành Fe(OH)3

Fe3+ + 2H2O = Fe(OH)3 + 3H+

Vì phèn sắt III không bị oxi hóa nên không cần nâng cao pH của nước như sắt

II Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 ÷ 6,5 Phèn sắt III thủy phân ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, vì vậy nhiệt độ của nước gần bằng 00C vẫn có thể dùng phèn sắt III để keo tụ

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ

Giá trị pH của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân Khi pH > 4.5 thì không xảy ra quá trình thủy phân Khi pH > 7.5 làm cho muối kiềm tan ít đi

và hiệu quả keo tụ bị hạn chế Thông thường phèn nhôm đạt được hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5.5 – 7.5

Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến quá trình keo tụ Nhiệt độ của nước cao, tốc

độ keo tụ xảy ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt được càng cao, giảm lượng phèn cho vào nước Độ đục của nước nguồn càng cao, thì ảnh hưởng của nhiệt độ càng rõ rệt Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm vào khoảng 20 -40oC, tốt nhất

là 30oC

Nồng độ chất keo tụ: Nồng độ chất keo tụ vừa đủ Quá ít hiệu quả tạo bông không tốt Quá nhiều thì các hạt bông trở về trạng thái ban đầu (các hạt keo tụ lơ lửng)

Ngoài ra còn có một số nhân tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng…

ra của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ

Hấp phụ là quá trình ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm và nhiều lĩnh vực chế biến khác, từ việc tách triệt để các chất khí có hàm lượng thấp, tẩy màu, tẩy mùi các dung dịch đến hấp phụ các chất độc hại có trong nước và khí thải Ngày nay các chất hấp phụ đã được chế tạo để tách các đồng phân paraffin, tách nhiều phân tử hửu cơ phân tử thấp thay cho quá trình chưng luyện trong những trường hợp khó khăn, tách không khí thành 2 phần: một phần giàu ôxi (95%) và một phần giàu N2 (99%) Chất hấp phụ còn giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các chất xúc tác

Hấp phụ xảy ra do lực hút tồn tại ở trên và gần sát bề mặt trong các mao quản Mạnh nhất là các lực hóa trị, gây nên hấp phụ hóa học, tạo ra các chất khá bền trên

bề mặt, khó nhã hoặc chuyển phân tử thành các nguyên tử gọi là hấp phụ hóa học Lực hấp phụ do lực hút Van Der Waals tác dụng trong khoảng không gian gần sát

bề mặt gọi là hấp phụ vật lý Một hiện tượng thường xảy ra trong hấp phụ từ pha khí là ngưng tụ thành chất lỏng trong các mao quản nhỏ Nó xảy ra dưới tác dụng của lực mao quản

Mỗi phần tử đã bị hấp phụ (dù ở pha khí hay pha lỏng) đều giảm độ tự do Nên hấp phụ luôn kèm theo sự tỏa nhiệt Nếu hấp phụ một chất khí có nhiệt hấp phụ bằng nhiệt ngưng tụ gọi là hấp phụ vật lý Còn hấp phụ hóa học, nhiệt hấp phụ lớn hơn, có thể bằng nhiệt phản ứng Do đó trong quá trình hấp phụ việc tách nhiệt luôn được đặt ra

Quá trình chuyển chất trong hấp phụ được xem như gồm 3 giai đoạn Giai đoạn thứ nhất là khuếch tán từ môi trường lỏng đến bề mặt hạt chất hấp phụ Giai đoạn này phụ thuộc vào tính chất vật lý và thủy động lực của chất lỏng Giai đoạn thứ hai là khuếch tán theo các mao quản đến bề mặt và giai đoạn cuối cùng là tương tác hấp phụ Hai giai đoạn sau phụ thuộc vào các tính chất và cấu trúc hấp phụ

(nguồn: [2])

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Ảnh hưởng của môi trường: giữa môi trường và chất tan thường có sự cạnh tranh về sự hấp phụ lên bề mặt vật rắn Về mặt nhiệt động học, cấu tử nào có sức căng bề mặt bé hơn sẽ bị hấp phụ mạnh hơn lên bề mặt vật rắn Tuy nhiên, trong thực tế còn có sự tác động của các yếu tố khác

Ảnh hưởng của bản chất chất hấp phụ: Bản chất và độ xốp của chất hấp phụ ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ Chất hấp phụ không phân cực thì hấp phụ chất không phân cực tốt, vật hấp phụ phân cực hấp phụ tốt với chất phân cực

Tính chất của chất bị hấp phụ: quá trình hấp phụ diễn ra theo chiều hướng làm san bằng sự phân cực giữa các pha Độ chênh lệch của sự phân cực càng lớn thì sự hấp phụ diễn ra càng mạnh Quy tắc này cho phép xác định cấu trúc lớp bề mặt và chỉ ra điều kiện chọn chất hấp phụ thích hợp nhất trong từng trường hợp cụ thể Quy tắc phân tử tương đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch: chất hấp phụ

có phân tử lượng càng lớn thì sự hấp phụ càng tăng nhanh

Ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm

 Sự hấp phụ trong dung dịch xảy ra chậm hơn trong pha khí vì sự thay đổi nồng độ trên bề mặt phân chia pha được thực hiện bởi quá trình khuếch tán Tốc độ khuếch tán trong pha khí diễn ra nhanh hơn trong pha lỏng

 Khi nhiệt độ tăng lên khả năng khuếch tán vật chất vào dung dịch giảm xuống dần đến giảm sự hấp phụ

 Áp suất: áp suất càng cao khả năng hấp phụ càng tốt

 Độ ẩm: độ ẩm càng thấp, khả năng hấp phụ càng tốt

1.5 Tổng quan về than hoạt tính (PAC: Powdered Activated Carbon)

Trong điều kiện Việt Nam, hầu hết các nhà máy nước với nguồn nước mặt

áp dụng công nghệ xử lý truyền thống: keo tụ - lắng - lọc - khử trùng

Để tránh việc đầu tư xây mới một nhà máy nước với công nghệ hiện đại, giải pháp cải tạo, nâng cao chất lượng xử lý của các nhà máy nước, sử dụng chất hấp phụ là than hoạt tính trên cơ sở dây chuyền công nghệ và các công trình xử lý nước hiện có là một hướng đi khả thi

Than hoạt tính được chế tạo từ nhiều nguồn vật liệu như gỗ, gáo dừa, nhựa than đá, Những nguyên liệu này được hóa than từ từ ở nhiệt độ cao trong chân không, sau đó được hoạt hóa ở nhiệt độ 700-1200oC (tùy thuộc vào vật liệu) trong điều kiện không có oxy Quá trình này tạo nên loại vật liệu hấp phụ xốp, với rất nhiều lỗ nhỏ li ti, bề mặt gồ ghề, với diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, có tác dụng hấp phụ và giữ các tạp chất trong nước

1.5.1 Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính

 Động học quá trình hấp phụ: gồm 3 giai đoạn

 Chuyển chất từ trong pha lỏng đến bề mặt ngoài của hạt chất hấp phụ

 Khuếch tán vào các mao quản của hạt

 Hấp phụ: quá trình hấp phụ làm bão hòa dần từng phần không gian hấp phụ, đồng thời làm giảm độ tự do của các phân tử bị hấp phụ, nên kèm theo sự tỏa nhiệt

 Than hoạt tính lọc nước nhờ 2 cơ chế chính:

 Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn trong những lỗ rỗng nhỏ

 Hấp phụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp phụ bề mặt hoặc trao đổi ion

Sau một thời gian sử dụng (thời gian này tùy thuộc vào loại và lượng chất ô nhiễm), than hoạt tính được hoàn nguyên bằng nhiệt hay hóa chất (quá trình oxy hóa hay điện hóa)

1.5.2 Đặc tính của than hoạt tính

có thể phân loại theo kích thước của vật chất và áp lực trên màng

Các ưu điểm của màng lọc

 Quá trình màng lọc xảy ra ở nhiệt độ bình thường và các dung dịch tham gia không có sự thay đổi về pha, đây là ưu điểm so với phương pháp tách bằng chưng cất

 Quá trình phân tách vật chất qua màng không cần có hóa chất phụ gia như một số quá trình khác trong xử lý nước, ví dụ lắng và lọc

Nguyên lý lọc màng dựa trên sự phân tách các phân tử trong nước qua lớp vách ngăn nhờ lực tác dụng Lực tác dụng có thể là chênh lệch áp suất điện thế, nồng độ dung dịch, nhiệt độ…các thông số cơ bản của quá trình lọc màng: áp lực,

cơ chế phân tách, cấu trúc màng, pha dung dịch

Hình 1.2: Mô tả màng lọc

1.6.2 Phân loại

Màng lọc có thể phân chia theo kích cỡ lọc và mức độ áp lực Ngoài ra màng lọc còn có thể phân loại theo vật liệu cấu tạo màng, hình dáng hình lọc… Một số loại màng được sử dụng trong công nghệ xử lý nước cấp và nước thải như: màng vi lọc (microfiltration MF), màng siêu lọc (ultrafiltration UF), màng lọc thẩm thấu ngược (RO) và màng lọc nano (NF)

Hình 1.3: Kích thước lỗ rỗng của một số loại màng

 Vi lọc (microfiltration MF)

Các màng lọc loại này có các lỗ rỗng 0.1 – 1 micromet, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 10-100 psi, nó có thể loại bỏ các phần tử lơ lửng, huyền phù, chất keo, men, phân tử protein có trong sữa hay ngũ cốc, vi khuẩn hoạc chất rắn hòa tan có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng Nó làm thay đổi thàng phần dung dịch lọc, chỉ có các phần tử nêu trên được lọc đi

Dòng hỗn

hợp đầu vào

Dung dịch sau màng lọc

Phần tử giữ lại trước màng lọc

Có 2 loại vi lọc:

Lọc chặn : Trong đó nước bị cưỡng bức chuyển qua màng lọc, các phần tử

bị giữ lại tích tụ dưới dạng bánh lọc Chiều dày của nó tăng dần theo thời gian lọc, còn tính xốp giảm dần làm giảm lưu lượng thàng phần, hiện tượng này gọi là sự bịt kín màng lọc Lọc chặn trong vi lọc được ứng dụng trong màng lọc phẳng trong phòng thí nghiệm dùng để đo chất huyền phù Đối với lọc chặn trong vi lọc, ống lọc bọc bên ngoài màng lọc phẳng được bỏ đi khi màng lọc bị bịt kín lỗ, nó rất khó thực hiện khi rửa ngược để tái sử dụng lại màng lọc

Lọc trượt : Quá trình lọc được thực hiện sao cho mặt tiếp xúc được quét bằng phân tử lượng được đưa vào để hạn chế việc tích tụ các bả lọc phát sinh trong quá trình lọc và dễ dàng đưa chúng ra ngoài hệ thống, tránh được hiện tượng bịt kín lỗ rỗng của màng lọc trước khi đến chu kì rửa lọc Quá trình lọc dạng này

có thể thay cho giai đoạn keo tụ, kết bông và tách loại được 2 pha rắn – lỏng Công nghệ này được ứng dụng phổ biến để lọc tinh các sản phẩm khác nhau trong công nghệ xử lý nước cấp, nước thải, nước uống đóng chai

 Siêu lọc (ultrafiltration UF)

Các màng siêu lọc có cấu trúc mềm không đối xứng, kích thước lỗ từ 0.1 micromet, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 70-200 psi cho phép lọc được các chất keo, chất rắn hòa tan có kích thước nhỏ và các phân tử như vi khuẩn, vi rút, protein có khối lượng mol nhỏ, carbohydrates, enzymes…

0.001-Lưu lượng trong quá trình diễn ra ở màng UF phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất keo bởi 2 lý do cơ bản sự phân cực và sự bịt kín lỗ rỗng, các chất keo

là nguyên nhân chính làm giảm lưu lượng và tạo nên áp lực truyền qua màng tăng cao Sự vượt quá nồng độ của các chất hòa tan ở gần màng lọc gây nên hiệu ứng làm tăng đáng kể áp suất thẩm thấu và sức kháng lại việc vận chuyển của các phân

tử Để tăng lưu lượng qua màng nên áp dụng phương pháp lọc tiếp tuyến và chú ý thời gian rửa lọc thích hợp

Đối với hiện tượng bịt kín lỗ rỗng của màng UF do hình thành lớp cặn keo trên bề mặt màng, hay do sự hấp phụ các chất hòa tan khác và các hạt keo quá nhỏ

trong các lỗ rỗng, hiện tượng này cần xử lý bằng các hóa chất phù hợp Do vậy đối với các ứng dụng ta cần chọn một vật liệu chất tạo màng thích hợp, sao cho chúng ít nhạy cảm với sự lắng đọng các chất hòa tan và để loại bỏ chúng bằng thủy lực

 Lọc nano ( nanofiltrafiltration NF)

Màng lọc nano có kích thước lỗ rỗng khoản 0.001 micromet, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 100-600 psi Là màng trung gian giữa 2 hình thức lọc màng là RO và UF Nó có thể lọc được các phần tử muối có hóa trị thấp và các khoáng, được ứng dụng trong lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả, phân ly chất rắn hòa tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch phục vụ sinh hoạt

 Lọc thẩm thấu ngược ( Reverse osmosis- RO)

Màng lọc RO có kích thước lỗ rỗng nhỏ hơn 0.001 micromet, chúng được hoạt động dưới áp suất cao, thông thường từ 400-1000 psi Cho phép loại bỏ hết các thành phần có trong nước như: cacbuahydrat, phân tử chất, cặn lơ lửng, các chất khoáng, ion, amino acid…gần như chỉ còn nước nguyên chất khi qua màng lọc

Cơ chế hoạt động của lọc RO sử dụng tính chất của màng bán thấm, tất cả các chất hòa tan bị giữ lại, trừ một và phần tử hữu cơ rất gần với nước có khối lượng mol nhỏ, phân cực mạnh Khi có sự chênh lệch về thế năng hóa học thì xu hướng làm nước chuyển từ ngăn có thế năng hóa học thấp sang ngăn có thế năng cao để pha loãng, đó là hiện tượng thẩm thấn tự nhiên Nếu muốn cản lại sự khuyêch tán này, cần phải đạt một áp suất lên dung dịch có thế năng hóa học thấp, sự chênh lệch

áp suất được tạo ra gọi là áp suất thẩm thấu ngược của hệ thống

Ghi chú: a) lỗ rỗng lớn: kích thước lỗ rỗng > 0.05 micron

Chi phí sản xuất

Độ đục, chất lơ lửng, huyền phù, chất keo, men, phân tử, vi khuẩn hoạc các chất rắn hòa tan

có kích thước lớn hơn kích thước

Trung bình

3 NF 0,01-0,001 6,9 - 41,4

Như UF, ngoài ra còn giữ được phân tử muối, các chất khoáng, protein, gelatin

Cao

4 RO <0,001 27,6 - 68,9 Gần như hoàn toàn, chỉ còn

1.6.3 Cơ sở lựa chọn công nghệ MF

Cơ sở để lựa chọn công nghệ MF chính là dựa vào cơ chế hoạt động và những

ưu điểm của màng loc MF Phù hợp với đặc điểm và tính chất của nguồn nước mặt cần xử lý

1.6.3.1 Cơ chế lọc của MF

Hình 1.4: Sự vận chuyển các chất qua màng vi lọc

Cơ chế lọc của MF là lọc tách, theo đó khi hỗn hợp nước đi qua màng lọc MF

sẽ bị giữ lại những phân tử có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng màng

Theo hình nhận thấy rằng màng MF chỉ cho phép nước, ion hóa trị I và ion hóa trị cao đi qua Còn virus, vi khuẩn và chất lơ lửng bị giữ lại trên màng Vì vậy rất phù hợp với thành phần và tính chất nguồn nước mặt cần xử lý

1.6.3.2 Ưu điểm:

 Độ bền hóa học – độ bền oxy hóa: Màng lọc MF chịu được hàm lượng Clo ở nồng độ 5.000 mg/l trong quá trình làm sạch Sự bền vững với Clo cho phép tẩy trùng dễ dàng màng lọc và những yêu cầu của hệ thống

 Màng lọc với kết cấu mô-đun bền vững: Những mô-đun vi lọc sử dụng công nghệ màng lọc sợi rỗng và công nghệ kết dính tiên tiến Điều đó tạo một màng lọc bền vững và kết cấu vững chắc

 Thiết bị phụ trợ: Toàn bộ các thiết bị không phụ thuộc vào việc tháo bỏ, thay thế hoặc bảo trì thiết bị

 Mức độ vận hành đơn giản: Quá trình vi lọc vận hành dễ dàng và chi phí thấp cho các hoạt động bảo trì và nhân công vận hành

Vi lọc (MF)

Nước Ion hóa trị

I

Chất lơ lửng

Ion hóa trị cao

Vi khuẩn

 Thiết kế gọn nhẹ: Hệ thống vi lọc có kết cấu hợp lý, gọn nhẹ Điều này cho phép nhà đầu tư tiết kiệm diện tích lắp đặt và chi phí xây dựng

1.7 Các nghiên cứu về công nghệ PAC kết hợp lọc màng

1.7.1 Xử lý nước sông Tungkang tại Đài Loan

Sông Tungkang là một trong những nguồn cung cấp nước uống chính cho khu vực thứ hai đô thị lớn nhất Đài Loan, với dân số 2.000.000 người Tuy nhiên, do xuất thượng nguồn chất thải lớn, chất thải công nghiệp và chất thải trong nước, sông Tungkang bị ô nhiễm nặng Đã sử dụng công nghệ keo tụ bởi phèn nhôm sulfate kết hợp than hoạt tính dạng bột mịn (PAC) để xử lý loại bỏ nitơ amoniac, độ đục, màu sắc, và các vi khuẩn, hiệu quả loại bỏ đối với các hợp chất hữu cơ hòa tan (DOC) Hợp chất hữu cơ hòa tan là các tiền chất gây đột biến dẫn xuất halogen hóa hợp chất trong nước được hình thành sau khi khử trùng bằng clo Sự hiểu biết về hiệu quả của loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan từ các nguồn nước bị ô nhiễm bằng kết tủa do keo tụ phèn nhôm và quá trình hấp phụ than hoạt tính dạng bột (PAC) là cần thiết để cải thiện quy trình hiện có và phát triển các quy trình mới cho việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ phân hủy từ nguồn nước ô nhiễm

Và kết quả sau khi nghiên cứu đạt được:

 Nếu chỉ keo tụ bằng phèn nhôm sulfate thì kết quả chỉ loại bỏ những phần tử hữu cơ như axit humic và axit fulvic tại khoảng pH từ 4 đến 6(chiếm

khoảng 40% DOC trong nước sông)

 Mặt khác, tại thời gian hấp phụ của than hoạt tính dạng bột mịn (PAC) từ 20– 30 phút thì kết quả đạt đến 60% việc loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trong nước (DOC)

 Khi có sự kết hợp giữa keo tụ và hấp phụ của than hoạt tính dạng bột mịn (PAC) việc loại bỏ tăng đến 90% tổng của DOC từ nguồn nước ô nhiễm này

1.7.2 Nghiên cứu tại Algeria

Xử lý nước sông với chất lượng nước đầu vào: pH = 7.5, COD = 46 mg/l, độ đục = 16 NTU, SS = 35mg/l, BOD5 = 30 mg/l Đã ứng dụng công nghệ keo tụ phèn

sắt FeCl3, sau đó hấp phụ bởi than hoạt tính dạng bột mịn và qua màng lọc UF để

xử lý Các thông số đã nghiên cứu như sau:

 Phèn FeCl3 nồng độ 20 mg/l ở pH = 6

 Than hoạt tính dạng bột mịn (PAC): 40 mg/l

 Màng lọc UF có một áp lực xuyên màng ΔP = 1bar và dòng chảy một vận tốc xuyên U = 3 m/s, thời gian chu kỳ lọc: 180 phút

(nguồn: [8])

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

− Phèn FeCl3.6H2O, Al2(SO4)3, FeSO4.7H2O

2.2 Thành phần và tính chất nước mặt sử dụng nghiên cứu

Bảng 2.1: Thành phần nước mặt nghiên cứu