Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc ferrolite và toyolex để nâng cao hiệu quả xử lý nước mặt tại nhà máy nước tân hiệp

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng amoni lên quá trình khử mangan tại nhà máy nước Tân Hiệp khi sử dụng vật liệu lọc Ferrolite và Toyolex.. Khi nguồn nước sông Sài Gòn bị ô nhiễm

TRẦN KIM THẠCH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU LỌC FERROLITE VÀ TOYOLEX ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC MẶT TẠI NHÀ MÁY NƯỚC TÂN HIỆP

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

MS: 60.85.06 LUẬN VĂN CAO HỌC

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2008

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Đặng Viết Hùng

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, ngày 30 tháng 12 năm 2008

Tp.HCM, ngày tháng 12 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Trần Kim Thạch Phái: Nam

Ngày, tháng năm sinh: 28/10/1980 Nơi sinh: Lâm Đồng

I Tên đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc Ferrolite và Toyolex để nâng cao hiệu quả

xử lý nước mặt tại nhà máy nước Tân Hiệp

II Nhiệm vụ của luận án:

- Nghiên cứu ứng dụng vật liệu lọc Ferrolite và Toyolex để nâng cao

hiệu quả xử lý mangan trong nước mặt tại nhà máy nước Tân Hiệp

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng amoni lên quá trình khử

mangan tại nhà máy nước Tân Hiệp khi sử dụng vật liệu lọc Ferrolite

và Toyolex

- Nghiên cứu khả năng xử lý mangan của vật liệu lọc Ferrolite và

Toyolex đối với nguồn nước mặt tại nhà máy nước Tân Hiệp

III Ngày giao nhiệm vụ: 15/06/2008

IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/12/2008

V Họ và tên cán bọ hướng dẫn: TS Đặng Viết Hùng

Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy tiến sỹ Đặng Viết Hùng, người đã

trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành quyển luận án này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Môi Trường đã hướng dẫn

và cho tôi các kiến thức bổ ích trong quá trình làm luận án cũng như quá trình học cao học tại trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh

Tôi xin chân thành ban lãnh đạo Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn, Ban lãnh đạo Nhà máy nước Tân Hiệp và các phòng ban chức năng của Nhà máy nước Tân Hiệp đã hỗ trợ tôi trong suất quá trình làm luận án này tại Nhà máy nước Tân Hiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn Công ty trách nhiệm hữu hạn Dương Nhật đầu

tư đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án này

Tôi xin chân thành cám ơn gia đình và các đồng nghiệp tại Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn,và các bạn bè đã hỗ trợ và động viên tôi trong quá trình làm luận án này

Xin chân thành cảm ơn!

Trần Kim Thạch

Bảng 2.1.2: Giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu COD trang 15 Bảng 2.1.3: Giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu amoni trang 15 Bảng 2.1.4: Giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu độ đục trang 16 Bảng 2.1.5: Giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu SS trang 16 Bảng 2.1.6: Giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu mangan trang 16 Bảng 2.1.7: Giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu DO trang 16 Bảng 2.1.8: Giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu sắt trang 16 Bảng 2.1.9: Chất lượng nước sau xử lý của nhà máy nước Tân Hiệp trang 17 Bảng 3.1.1: Kích thước của các công trình trong mô hình thí nghiệm trang 30

Hình 2.1.2: Sơ đồ công nghệ xử lý nhà máy nước Tân Hiệp Trang 11

Hình 3.1.1: Mô hình pilot tại nhà máy nước Tân Hiệp Trang 28 Hình 3.1.2: Bản vẽ mặt cắt mô hình nhà máy nước Tân Hiệp Trang 29 Hình 3.1.3: Bản vẽ mặt bằng đặt mô hình tịa nhà máy nước Tân Hiệp Trang 29

DO : Lượng oxi hòa tan

SS: : Hàm lượng cặn lơ lửng WHO : Tổ chức y tế Thế giới

Fe2O3 : Oxit sắt (III)

TOC : Tổng lượng cacbon hữu cơ JWWA : Hiệp hội cấp nước Nhật Bản

Mục lục

Tóm tắt 3

Summary 4

Chương 1 Mở đầu 5

1.1 Đặt vấn đề, tính cấp thiết của đề tài 5

1.1.1 Đặt vấn đề 5

1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài 6

1.2 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 6

1.2.1 Mục tiêu của đề tài 6

1.2.2 Nội dung nghiên cứu 7

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 7

1.2.4 Phạm vi nghiên cứu 7

1.3 Tính khoa học, tính thực tế, tính mới của đề tài 8

1.3.1 Tính khoa học của đề tài 8

1.3.2 Tính thực tế của đề tài 8

1.3.3 Tính mới của đề tài 8

Chương 2 Tổng Quan 9

2.1 Tổng quan về xử lý nước mặt tại nhà máy nước Tân Hiệp 9

2.1.1 Tổng quan về nhà máy nước Tân Hiệp 9

2.1.2 Dây chuyền công nghệ xử lý tại nhà máy nước Tân Hiệp 11

2.1.3 Chất lượng nguồn nước của nhà máy nước Tân Hiệp 14

2.1.4 Tiêu chuẩn chất lượng nước áp dụng tại nhà máy nước Tân Hiệp 17

2.1.5 Chất lượng nước sau xử lý tại nhà máy nước Tân Hiệp 17

2.1.6 Những vấn đề còn tồn đọng tại nhà máy nước Tân Hiệp 18

2.2 Các phương pháp khử amonia và mangan 19

2.2.1 Phương pháp khử amonia 19

2.2.2 Phương pháp khử mangan 19

2.3 Các loại vật liệu lọc 20

2.3.1 Vật liệu lọc Ferrolite 22

2.3.2 Vật liệu lọc Toyolex 24

2.4 Các nghiên cứu đã thực hiện trong và ngoài nước 26

2.4.1 Các nghiên cứu đã thực hiện trong nước 26

2.4.2 Các nghiên cứu đã thực hiện ngoài nước 26

Chương 3 Nội dung nghiên cứu và phương pháp phân tích 28

3.1 Đối tượng nghiên cứu 28

3.2 Mô hình thí nghiệm 28

3.3 Nội dung nghiên cứu 30

3.3.1 Xử lý với nguồn nước thô hiện hữu 30

3.3.1.1 Theo quy trình vận hành hiện tại của nhà máy nước Tân Hiệp 30

3.3.1.2 Sục khí oxi vào vể trộn thay cho sử dụng vôi 30

3.3.2 Xử lý với nguồn nước ô nhiễm cao 31

3.3.2.1 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm amonia 31

3.3.2.2 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm mangan 31

3.3.2.3 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm đồng thời mangan và amonia 32

3.4 Phương pháp phân tích 32

Chương 4 Kết quả thí nghiệm và bàn luận 34

4.1 Xử lý với nguồn nước thô hiện tại 34

4.1.1 Theo quy trình vận hành hiện tại của nhà máy nước Tân Hiệp 34

4.1.2 Sục không khí vào bể trộn thay cho sử dụng vôi 37

4.2 Xử lý vơi nguồn nước ô nhiễm cao 41

4.2.1 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm amonia 41

4.2.1.1 Nguồn nước có nồng độ amonia khoảng 0,65mg/L 42

4.2.1.2 Nguồn nước có nồng độ amonia khoảng 0.8 mg/L 43

4.2.1.3 Nguồn nước có nồng độ amonia khoảng 1.0 mg/L 44

4.2.1.4 Nguồn nước có nồng độ amonia khoảng 1.2 mg/L 45

4.2.2 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm mangan 48

4.2.2.1 Nguồn nước có nồng độ mangan khoảng 0.4 mg/L 49

4.2.2.2 Nguồn nước có nồng độ mangan khoảng 0.6 mg/L 50

4.2.2.3 Nguồn nước có nồng độ mangan khoảng 0.8 mg/L 51

4.2.2.4 Nguồn nước có nồng độ mangan khoảng 1.0 mg/L 52

4.2.3 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm đồng thời mangan và amonia 54

4.2.3.1 Nguồn nước có nồng độ mangan khoảng 0.4 mg/L và amonia 0.7 mg/L 55

4.2.3.2 Nguồn nước có nồng độ mangan khoảng 0.6 mg/L và amonia 0.7 mg/L 56

Chương 5 Kết luận và kiến nghị 59

5.1 Kết luận 59

5.1.1 Khả năng xử lý mangan 59

5.1.2 Khả năng xử lý amonia 59

5.1.3 Ảnh hưởng của amonia đến quá trình xử lý mangan 59

5.1.4 Về các chỉ tiêu khác 60

5.2 Kiến nghị 61

Tài liệu tham khảo 62

Phụ lục 1: Tiêu chuẩn 1329/2002/QĐ- BYT về nước cấp dành cho ăn uống và sinh hoạt 63

Phụ lục 3: thực hiện việc nghiên cứu theo quy trình vận hành hiện tại của nhà máy nước Tân Hiệp 66

Phụ lục 4: Thực hiện nghiên cứu sục khí thay cho việc châm vôi tại bể phản ứng 68

Phụ lục 5: Thực hiện nghiên cứu trên nguồn nước châm bổ sung hàm lượng amonia vào nguồn nước 70

Phụ lục 6: Thực hiện nghiên cứu trên cơ sở châm bổ sung hàm lượng mangan vào nguồn nước 78

Phụ lục 7: Thực hiện nghiên cứu châm bổ sung đồng thời amonia và mangan vào nguồn nước 86

Tóm tắt

Chất lượng nước sông Sài Gòn đang ngày càng ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm các

chất hữu cơ như: amonia và nồng độ mangan đang có xu hướng tăng cao Khi nguồn

nước sông Sài Gòn bị ô nhiễm chất hữu cơ đặc biệt là khi nồng độ amoni (N_NH4+) tăng

cao khoảng 0.5 – 0.7 mg/L thì hiệu quả xử lý mangan của dây chuyền công nghệ hiện tại

của nhà máy nước Tân Hiệp rất thấp, nồng độ mangan sau xử lý có những thời điểm ở

mức > 0.1 mg/L

Với nghiên cứu ứng dụng sử dụng cát lọc Ferrolite và Toyolex tại nhà máy nước

Tân Hiệp và vận hành với vận tốc lọc 10 – 12m3/m2..h:

- Hiệu quả xử lý mangan rất tốt, hiệu quả xử lý > 90%, kể cả khi nồng độ mangan

trong nước lên khoảng 1.0 mg/L Nồng độ mangan sau xử lý luôn đạt ở mức <

0.02 mg/L

- Hiệu quả xử lý mangan không bị ảnh hưởng khi trong nguồn nước có hàm lượng

amoni cao (khi bổ sung nồng độ amonia lên đến 1.2mg/L) hiệu quả xử lý mangan

vẫn đạt > 90%, lượng mangan sau xử lý vẫn đạt mức < 0.02 mg/L Khi nồng độ

mangan trong nước lên đến 0.6 mg/L và nồng độ amoni là 0.7 mg/L thì hiệu quả

xử lý mangan vẫn ở mức cao khoảng 90% và nồng độ mangan sau xử lý vẫn ở

mức < 0.05 mg/L

- Tuy nhiên, hiệu quả xử lý amonia của các loại vật liệu này thì không đạt được

hiệu quả cao, hiệu quả xử lý chỉ đạt khoảng 50%

Summary

The quatility of the Sai Gon river, source water of Tân Hiệp water treatment plan,

is more pollution, special amonia and mangan is high When the amonia in the source

water about 0.5 – 0.7 mg/L, mangan can’t not be removed more, content of mangan

after filter about 0.1 mg/L

Removal mangan use Ferrolite and Toyolex filter in the Tân Hiệp water treatment

plan, with velocity of the filter: 10 – 12m3/m2..h,

- Over 90% mangan was removed by the filter, when concentration mangan of

source water up to 1mg/L, content mangan in the output of the filter always

below 0.02 mg/L

- When content amonia in the source water up to 1.2mg/L, mangan remove is over

90%, and content mangan in the output of the filter always below 0.02 mg/L

- When content amonia in the source water up to 0.7mg/L and mangan up tu 0.6

mg/L, mangan remove is over 90%, and content mangan in the output of the filter

always below 0.05 mg/L

- But, Only about 50% amoni was removed by the filter

Chương 1 Mở đầu

1.1 Đặt vấn đề, tính cấp thiết của đề tài

1.1.1 Đặt vấn đề

Trong thời gian từ tháng 09 năm 2005 đến tháng 03 năm 2006, mạng lưới cấp

nước Thành phố Hồ Chí Minh xảy ra hiện tượng nước đục vàng hoặc nâu trên diện rộng

Hiện nay thỉnh thoảng còn xảy ra hiện tượng nước đục tại một số khu vực nhỏ, đặc biệt

là các phường thuộc quận 11, Tân Phú, Tân Bình

Đã có một số nghiên cứu kết luận vê tình trạng nước đục này như:

- Theo kết luận của Liên hiệp các hộ khoa học Thành phố Hồ Chí Minh Vi khuẩn

sắt và vi khuẩn Mangan có trong nguồn nước sẽ oxi hóa sinh học các ion Sắt và

Mangan trong nước, “Khảo sát ảnh hưởng của vi khuẩn sắt, mangan trên chất

lượng nước sinh hoạt tại Thành phố Hồ Chí Minh thông qua phân tích cặn, chất

nhày bám trên vách bể lắng nước tại Nhà máy nước Tân Hiệp” 2007

- Theo nhận định của Trung tâm Ứng dụng Hạt Nhân trong Công nghiệp thuộc

Viện Nghiên cứu Hạt Nhân Đà Lạt: Quá trình oxi hóa hóa học trên đường ống mà

nguyên nhân của quá trình oxi hóa này là do chỉ số bão hòa của nguồn nước sau

khi xử lý có chỉ số âm, và một phần do độ mặn có trong nguồn nước vào mùa khô

“Khảo sát nguyên nhân gây đục hệ thống cấp nước sinh hoạt của Thành phố Hồ

Chí Minh bằng phương pháp phân tích kết hợp đánh dấu”, 2007

- Theo chuyên gia của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn: Chất lượng sau xử lý của

nhà máy nước Tân Hiệp có nhiều biến động cũng làm một nguyên nhân gây ra

tình trạng nước đục trên mạng lưới cấp nước (Nồng độ Mangan, độ đục ra khỏi

nhà máy còn khá cao, 2008, mặc dù các chỉ tiêu sau khi xử lý luôn đạt theo quyết

định số 1329/2002/BYT/QĐ về nước dùng cho ăn uống sinh hoạt của Bộ Y Tế

Việt Nam

Như các kết luận ở trên, nồng độ Mangan, và độ đục cao trong nước cấp sau quá

trình xử lý của nhà máy nước Tân Hiệp là một trong những nguyên nhân quan trọng gây

ra hiện tượng nước đục của mạng lưới cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh Vì vậy, việc

giảm nồng độ mangan là một phần không thể thiếu trong công tác phòng chống nước

đục xảy ra trên diện rộng (hiện nay nồng độ Mangan ra khỏi nhà máy nằm trong khoảng

0.01 – 0.1mg/L, độ đục ra khỏi nhà máy nước nằm trong khoảng: 0.18 – 1.9 NTU)

Trước những tình hình như thế, việc nghiên cứu các công nghệ mới và nâng

cao hiệu quả xử lý nước tại nhà máy nước Tân Hiệp là một trong những yêu cầu cấp

bách Việc nghiên cứu ứng dụng các vật liệu lọc mới, chuyên dụng là một trong

những giải pháp về công nghệ mới của nhà máy

Trước những nhược điểm của Công nghệ xử lý áp dụng bể lọc một lớp vật liệu

lọc như vậy, ở một số nước trong khu vực và trên thế giới đã áp dụng bể lọc nhiều lớp

vật liệu lọc: sử dụng cả 02 lớp vật liệu lọc chuyên dụng là Ferrolite và Toyolex để tăng

hiệu quả xử lý của bể lọc, và hạn chế ảnh hưởng của hàm lượng amonia có trong nước

đến khả năng xử lý mangan, và hiệu quả xử lý amonia của 02 lớp vật liệu Ferrolite và

Toyolex

1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Việc nghiên cứu ứng dụng một công nghệ mới để đảm bảo cho sự hoạt động ổn

định của nhà máy nước Tân Hiệp trong giai đoạn hiện tại và tương lai là một yêu cầu

cần thiết và cấp bách, vì hiện tại nhà máy nước Tân Hiệp cung cấp nước cho khoảng 1/4

dân số của Thành phố Hồ Chí Minh

Bên cạnh đó việc ổn định nâng cao chất lượng nước để phục vụ cho nhu cầu sinh

hoạt của người dân thành phố cũng là một trong những chương trình trọng điểm của

Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn

1.2 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên

cứu, phạm vi nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu của đề tài

Ổn định và nâng cao chất lượng nước sau xử lý tại nhà máy nước Tân Hiệp trong

giai đoạn hiện tại và tương lai đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước

cấp dùng cho mục đích ăn uống và sinh hoạt (theo tiêu chuẩn 1329/2002/QĐ -BYT) và

tiêu chuẩn nước sau xử lý của Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn (theo quyết định số

938/QĐ-TCT-KTCN), nhằm đáp ứng chương trình “Kế hoạch cấp nước an toàn” theo

đề nghị của tổ chức Y tế thế giới (WHO), hạn chế những rủi ro về chất lượng nước cho

hệ thống cấp nước của Thành phố Hồ Chí Minh

1.2.2 Nội dung nghiên cứu

- Hiệu quả xử lý mangan của cột lọc sử dụng 2 lớp vật liệu lọc xút tác (Ferrolite và

Toyolex) so với cột lọc sử dụng vật liệu lọc thông thường cát thạch anh Hiệu quả

xử lý mangan của cột lọc sử dụng vật liệu lọc xút tác bị ảnh hưởng bởi hàm

lượng amonia có trong nước như thế nào

- Hiệu quả xử lý amoni của cột lọc sử dụng 2 lớp vật liệu lọc xút tác (Ferrolite và

Toyolex) so với cột lọc sử dụng vật liệu lọc thông thường cát thạch anh

- Nghiên cứu khả năng xử lý nguồn nước có sự hiện diện của các chất ô nhiễm cao,

cụ thể là sự hiện diện của mangan và amonia

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra, thu thập số liệu

- Tổng hợp tài liệu

- Lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu (pH, mangan, sắt, COD,…)

- Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm (mô hình pilot)

- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu (sử dụng phận mềm excel)

1.2.4 Phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước sông Sài Gòn cung cấp cho quy trình xử lý

của nhà máy nước Tân Hiệp

- Nghiên cứu khả năng xử lý 02 chỉ tiêu: mangan và amoni (N_NH4+)

1.3 Tính khoa học, tính thực tế, tính mới của đề tài

1.3.1 Tính khoa học của đề tài

- Dựa trên cơ sở hóa học xút tác để nâng cao hiệu quả xử lý nguồn nước cấp

- Sử dụng các cát lọc xút tác có tính oxi hóa cao, chọn lọc để tăng khả năng xử lý

mangan, amoni và hạn chế ảnh hưởng của quá trình khử mangan khi trong nguồn

nước có lượng amonia tăng cao

- Kết quả nghiên cứu được lấy trên mô hình pilot của nhà máy nước Tân Hiệp và

được xử lý trên phần mềm excel

1.3.2 Tính thực tế của đề tài

- Dây chuyền công nghệ hiện tại của nhà máy nước Tân Hiệp không thể xử lý hiệu

quả khi nguồn nước có hàm lượng mangan hoặc amonia cao, hiệu quả xử lý

mangan bị ảnh hưởng khá lớn khi trong nguồn nước có sự hiện diện của amonia

Với đề tài này, có thể xử lý mangan với nồng độ cao, đồng thời hiệu quả xử lý

mangan không bị ảnh hưởng lớn từ hàm lượng amonia có trong nguồn nước,

đồng thời có thể loại bỏ được một lượng amonia có trong nguồn nước, giúp cho

nâng cao chất lượng nước sau xử lý, và đảm bảo hệ thống xử lý nước vận hành

ổn định trong giai đoạn hiện tại và trong tương lại

- Đề tài này đóng góp vào một trong những chương trình hành động của Tổng

Công ty cấp nước Sài Gòn nhằm ổn định và nâng cao chất lượng nước (chương

trình nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới trong xử lý nước)

1.3.3 Tính mới của đề tài

- Hiện tại, tại Việt Nam chưa có nghiên cứu nào ứng dụng các vật liệu lọc chuyên

dụng để loại bỏ xử lý mangan, và hạnn chế ảnh hưởng của amonia lên quá trình

xử lý mangan cho các quy trình công nghệ xử lý nước dùng nước sông Sài Gòn

để xử lý thành nước cấp cho mục đích ăn uống và sinh hoạt

Chương 2 Tổng Quan

2.1 Tổng quan về xử lý nước mặt tại nhà máy nước Tân

Hiệp

2.1.1 Tổng quan về nhà máy nước Tân Hiệp

Nhà máy nước Tân Hiệp là một đơn vị sản xuất trực thuộc Tổng Công ty Cấp

nước Sài Gòn Nhà máy được thành lập tháng 01 năm 2004, theo Quyết định số

8037/QĐ-CN-TCHC do Giám đốc Công ty Cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh ký ngày

20/12/2003 Nhà máy tiếp quản dự án “Hệ thống cấp nước sông Sài Gòn giai đoạn I” do

Ban Quản lý Dự án bàn giao lại

Dự án bắt đầu vào năm 1992 do chính phủ Ý tài trợ phần thiết kế, xây dựng và

đào tạo công nhân vận hành Phần thiết bị của dự án do chính phủ Việt Nam đầu tư

Năm 1994, sau khi xây dựng và lắp đặt xong trạm bơm nước thô Hòa Phú - Tân Hiệp, vì

nhiều lý do chính phủ Ý ngưng tài trợ dự án Đến năm 2003, Công ty Cấp nước tiếp tục

thực hiện dự án bằng vốn vay của Quỹ Đầu tư và Phát triển Đô thị (HIFU)

Từ tháng 06/2004, hệ thống cấp nước sông Sài Gòn giai đoạn I công suất 300.000

m3/ngày đêm đã được vận hành sản xuất thử kết hợp với việc sản xuất phục vụ nhân dân

vùng thiếu nước với chất lượng nước đảm bảo các tiêu chuẩn nước sạch Hiện nay nhà

máy đang vận hành với công suất trung bình 285.000 m3/ngày

Hồ Dầu

Tiếng

Nhà máy nước Tân Hiệp

Trạm Hòa Phú

Nước Thải KCN Bình Dương

Hình 2.1.1 Vị trí nhánh sông Sài Gòn cung cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp

2.1.2 Dây chuyền công nghệ xử lý tại nhà máy nước Tân Hiệp

Hình 2.1.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước hiện tại của nhà máy nước Tân Hiệp

 Clo hóa sơ bộ

- Châm clo vào nước thô là cần thiết để bảo vệ phần xử lý nước không bị rong

tảo, và đồng thời sử dụng các đặc tính oxy hóa của clo trong việc khử màu,

amoniac và các chất hữu cơ

- Liều lượng clo phụ thuộc vào nhu cầu clo ước tính, nhu cầu này có thể thay

đổi nhiều theo mùa và theo điều kiện thời tiết sao cho lượng clor về tới Nhà

máy nước Tân Hiệp nằm trong khoảng 0.05 – 0.1 mg/L

- Nước clo sẽ được châm ngay trước trạm bơm nước thô, các vết amoniắc nếu

có sẽ được chuyển thành khí nitơ Cùng với việc châm clo vào, các vi khuẩn

sẽ bị diệt và sẽ ngăn chặn được sự phát triển rong xanh dọc các tường bể

BỂ LỌC

VẬT LIỆU CÁT

Phèn Vôi

BỂ CHỨA NƯỚC

SẠCH

TP 300.000m3/ngày TRẠM BƠM

CẤP II

- Liều lượng Clo phụ thuộc vào nhu cầu Clo và được tự động điều chỉnh trên cơ

sở các thông tin từ các thiết bị kiểm soát lưu lượng nước thô

 Trộn

- Ở công đoạn này nước và hóa chất được trộn lẫn trong một khoảng thời gian

tiếp xúc thích hợp để đạt hiệu quả kết bông cao nhất

- Nước thô sẽ đi vào phần dưới của bể trộn ở đây dung dịch phèn và vôi sẽ

được định lượng tỷ lệ trong khoảng 20 – 30 mg/L tùy thuộc vào:

 Cặn lơ lửng trong nước thô;

 Kết quả thí nghiệm jar-test tại phong thí nghiệm

 Tạo bông - lắng

- Nước sau khi được trộn hóa chất sẽ được dẫn theo các mương đến các bể

lắng, trong quá trình di chuyển tại mương lắng, dưới tác dụng của dòng chảy

các hạt phèn sẽ kết thành các bông cặn lớn

- Tại bể lắng, các bông cặn tiếp tục quá trình tạo bông của mình và được thưc

hiện trong một bể này được thay thế các bước khác nhau của các quá trình

trộn, keo tụ và lắng bằng bể lắng đứng có tầng cặn lơ lửng

- Mực cặn lơ lửng được tự động điều chỉnh và bùn được tháo qua những hố thu

bùn sử dụng phương pháp thuỷ lực Bùn từ lớp cặn lơ lửng tràn qua mép hố

thu bùn và lắng trong các hố này trong điều kiện tĩnh lặng Bùn từ hố thu bùn

được xả định kỳ qua các ống xả bùn và các van xả bùn Những van này vận

hành bằng hơi và được điều khiển bởi các công tắc hẹn giờ có thể chỉnh giờ

được và một loạt van điều khiển bằng tay được cung cấp để sử dụng trong

trường hợp khẩn cấp cần vận hành bằng tay

 Lọc nhanh

- Nước từ bể lắng trong được dẫn sang bể lọc bởi bốn máng, đảm bảo cung cấp

nước Bể lọc thuộc loại hở trọng lực, và bằng bê tông cốt thép Bể lọc được

cấu tạo bởi 12 ngăn lọc độc lập và làm việc song song, được tiếp nước tự

chảy từ bể lắng trong sang Nước sẽ chảy qua lớp lọc, nơi đây sẽ giữ lại các

cặn lơ lửng còn sót lại trong nước từ bể lắng trong qua Sau đó, nước lọc sẽ

chảy qua một loạt chụp lọc, các chụp lọc này có tác dụng phân phối nước đều

hơn trong quá trình rửa lọc Những chụp lọc này được đặt ở đáy bể lọc và nối

liền với kênh thu nước lọc Do lớp cát lọc dần dần bị bít bởi cặn lơ lửng bị giữ

lại cho nên mực nước bên trên lớp lọc cát sẽ dâng đến một giới hạn định trước

(Một phao nổi được dùng để kiểm soát mực nước này)

- Nước lọc được tập trung vào kênh thu nước sẽ chảy qua một van điều tiết theo

tổn thất cột nước, và sau đó qua một hố bên cạnh để từ đó tràn vào một máng

thu nước bể chứa Mực nước bên trong bể lọc có liên quan đến lưu lượng, khi

lưu lượng tăng hoặc giảm mực nước tương ứng sẽ dâng hoặc hạ và sẽ làm cho

van điều khiển nước ra mở ra hoặc đóng bớt lại

- Vận tốc lọc được thiết kế trong khoảng 8 – 11m3/m2.h

 Giai đoạn khử trùng

- Quá trình khử trùng được thực hiện bằng cách cho Clor vào nước sau lọc

nhằm bảo vệ nguồn nước trên mạng lưới, tránh hiện tượng tái nhiễm các loại

vi sinh gây bệnh

- Clo sẽ được hệ thống châm Clor chuyển từ dạng khí sang dạng lọc, sau đó

được các máy bơm châm vào cuối máng thu nước lọc ngay trước khi vào bể

chứa nước sạch để đạt được sự hòa trộn tốt Việc khử trùng được hoàn thành

bên trong bể chứa, ở đây tổng thời gian nước lưu lại về mặt thủy lực là vào

khoảng 2,5 giờ

- Hệ thống định lượng Clo được điều chỉnh theo lưu lượng nước cần xử lý và

nồng độ Clo dư tại nước đầu ra khỏi nhà máy

 Bể chứa nước sạch

- Bể chứa nước sạch được chia thành nhiều ô để tạo điều kiện dễ dàng cho việc

lưu thông và hòa trộn nước chứa

- Phía sau bể chứa nước sạch, sau hệ thống bơm, có đặt một đồng hồ đo lưu

lượng kiểu từ, nhằm kiểm tra lượng nước sạch thực tế được cung cấp cho hệ

thống phân phối

2.1.3 Chất lượng nguồn nước của nhà máy nước Tân Hiệp

Chất lượng nước đầu vào của Nhà máy nước Tân Hiệp trung bình của năm 2006

và năm 2007 (theo bảng chất lượng nước hàng ngày của Nhà máy nước Tân Hiệp)

Hàm lượng mangan ở dạng Mn(II) chiếm khoảng 60% của lượng mangan tồng,

hàm lượng DO của sông khá thấp, ở mức 1 – 4 mg/L

Bảng 2.1.1 Chất lượng nước sông Sài Gòn năm 2006 và 2007(số liệu quan trắc tại

trạm bơm Hòa Phú thuộc nhà máy nước Tân Hiệp)

Stt Chỉ tiêu chất lượng nước 2006 2007

Chất lượng nước nguồn sông Sài Gòn (theo số liệu quan trắc của Nhà máy nước

Tân Hiệp tại trạm bơm Hoà Phú) đang ngày càng ô nhiễm, có những thời điểm trong

năm 2007, Nhà máy nước Tân Hiệp đứng trước nguy cơ phải đóng cứa nhà máy, do

công nghệ hiện tại vận hành quá tải và có nguy cơ không thể xử lý chất lượng nước đạt

được theo quy định Một số các nguyên nhân gây ra chất lượng nước nguồn sông Sài

Gòn kém chất lượng:

- Nồng độ mangan trong nguồn nước tại sông Sài Gòn có xu hướng ngày càng

tăng (nguyên nhân của việc tăng này đang được nghiên cứu)

- Theo quan trắc về chất lượng nước đầu vào của Nhà máy nước Tân Hiệp, thì

chất lượng nước trong năm 2007 xấu hơn những năm trước và có xu hướng

ngày càng xấu hơn Nguồn ô nhiễm chính là do nước thải từ các khu công

nghiệp Tân Quy và Tân Phú Trung (Củ Chi) Trong các khu công nghiệp này,

có nhiều nhà máy thải ra một nồng độ lớn chất amoni (N_NH4), các chất hữu

cơ và vi sinh, trong số đó có chất nồng độ vượt đến 40-50 lần tiêu chuẩn quy

định Dù rằng các khu công nghiệp này nằm ở hạ nguồn của trạm cấp nước

thô Hòa Phú (huyện Củ Chi), nơi bơm nước về Nhà máy nước Tân Hiệp,

nhưng vẫn gây ảnh hưởng đến chất lượng nước tại trạm bơm, đặc biệt là vào

những lúc thủy triều lên

- Ngoài ra nước thải từ các khu công nghiệp của tỉnh Bình Dương và nước thải

sinh hoạt của thị xã Thủ Dầu Một cũng thải ra nhánh sông Thị Tính ở thượng

nguồn của trạm bơm Hòa Phú

- Với sự xả thải của các khu công nghiệp nói trên, mức độ ô nhiễm của nguồn

nước sông Sài Gòn đang có chiều hướng gia tăng đặc biệt là các chỉ tiêu độ

đục, ô nhiễm hữu cơ, nồng độ amonia, nồng độ Mn, các kim loại nặng…

Chính vì lẽ đó, đã gây tác động không nhỏ đến quá trình xử lý nước cấp tại

Nhà máy nước Tân Hiệp nhằm đảm bảo chất lượng nước cấp sinh hoạt đạt

tiêu chuẩn quy định cho các cụm dân cư tại Thành phố Hồ Chí Minh

- Một số bảng biểu thống kê về chất lượng nước sông Sài Gòn trong thời gian

vừa qua theo trung bình tháng của các năm (theo bảng chất lượng nước hàng

Bảng 2.1.2 Bảng giá trị trung bình hàng tháng chỉ tiêu COD (mg/L) tại trạm bơm Hòa Phú

- Bên cạnh tiêu chuẩn đó, chất lượng nước ra khỏi nhà máy cũng phải đảm bảo tiêu

chuẩn về nước dùng cho ăn uống và sinh hoạt theo quy định của Bộ Y tế được

ban hành theo quyết định số 1329/2002/QĐ-BYT ngày 18/04/2002 (bản chi tiết

đính kèm theo phụ lục số 1)

- Chất lượng nước ra khỏi Nhà máy nước Tân Hiệp phải tuân thủ theo tiêu chuẩn

của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn tiêu chuẩn được ban hành theo quyết định

số: 938/QĐ-TCT-KTCN ban hành ngày 28/08/2007 (bản chi tiết đính kèm theo

phụ lục số 2)

2.1.5 Chất lượng nước sau xử lý tại nhà máy nước Tân Hiệp

Chất lượng nước ra khỏi nhà máy nước Tân Hiệp được thống kê trong năm 2006,

2007 (theo bảng chất lượng nước hàng ngày của Nhà máy nước Tân Hiệp)

Bảng 2.1.9: Chất lượng nước sau xử lý của nhà máy nước Tân Hiệp trong năm 2006

2.1.6 Những vấn đề còn tồn đọng tại nhà máy nước Tân Hiệp

Hiện nay, nhà máy nước ngầm Tân Hiệp đang áp dụng quy trình xử lý nước dựa

trên biện pháp hóa lý thông thường (keo tụ tạo bông và lắng, lọc) với bể lọc áp dụng bể

lọc một lớp vật liệu lọc Với công nghệ hiện tại này có một số nhược điểm như sau:

- Để xử lý được nồng độ Mangan với bể lọc dùng một lớp vật liệu cát thạch anh

lọc thông thường thì, trong quá trình tạo bông phải nâng pH lên rất cao (do

Mn(OH)4 chỉ có thể keo tụ được ở giá trị pH từ 8 đến 9.5), Công nghệ này đã

được nghiên cứu tại Nhà máy nước Tân Hiệp và kết quả là: cùng với việc nồng

độ Mangan giảm thì độ đục của nước sau xử lý tăng đáng kể (thường thì độ đục

dao động trong khoảng từ 1 NUT đến 1.5 NUT), điều này làm tăng lượng hóa

chất nâng pH (vôi), và tăng khả năng tạo thành các hợp chất dẫn xuất halogen của

Clo (do pH cao là môi trường thuận lợi cho phản ứng giữa clo và các chất hữu cơ

trong nước), đây là những chất có nguy cơ gây ra các bệnh về gan và ung thư

- Khi nguồn nước có biến động như: nồng độ các chất hữu cơ tăng, nồng độ

mangan đầu vào tăng, tải lượng các chất hữu cơ cao, nồng độ Amonia cao, dẫn

đến hiệu quả xử lý của nhà máy nước Tân Hiệp bị giảm đáng kể

- Theo một số nghiên cứu thì việc loại bỏ sắt và mangan ra khỏi nước bằng công

nghệ lọc sử dụng cát thạch anh bị ảnh hưởng rất lớn khi nguồn nước có chứa

ammonia hay nitrat (theo Vandenabeele và các cộng sự, 1995)

- Theo nghiên cứu của Sharma và các cộng sự năm 2005, thì với việc dùng một lớp

vật liệu lọc bằng cát thì việc loại bỏ sắt trong nước bị ảnh hưởng bởi nồng độ

ammonia trong nước

Khi trong nguồn nước có nồng độ amonia tăng cao, hiệu quả xử lý sắt và

mangan tại Nhà máy nước Tân Hiệp giảm đáng kể, và nồng độ clor ra khỏi nhà máy khá

thấp, mặc dù chất lượng nước ra khỏi nhà máy đạt tiêu chuẩn theo quy định số

1329/2002/BYT/QĐ nhưng vẫn tiềm ẩn những nguy cơ gây đục trên mạng lưới cấp

nước, và an toàn cho hệ thống cấp nước

2.2 Các phương pháp khử amonia và mangan

2.2.1 Phương pháp khử amonia

- Phương pháp hóa lý: Sử dụng các chất có khả năng hấp phụ trên bề mặt như than

hoạt tính để loại bỏ amonia

- Phương pháp hóa học: Sử dụng các chất oxi hóa mạnh để chuyển hóa amonia

thành các dạng khác của Nito như: Nitratm nitrit, Nitơ tự do

- Dùng phương pháp trao đổi ion: Sử dụng các hạt nhựa cation mạnh để loại bỏ

lượng amonia ở trong nước

- Phương pháp sinh học: Sử dụng các loại vi sinh hiếu khí, kỵ khí và hiếm khi để

chuyển hóa amonia thành nitrit, nitrat và cuối cùng là nito nguyên tử

2.2.2 Phương pháp khử mangan

Mangan trong nước mặt thường tồn tại cùng với sắt, thành phần chủ yếu của

Mangan là các dạng keo hữu cơ, một phần ở dạng Mangan hóa trị 2 (tùy thuộc vào từng

nguồn nước) Do vậy quá trình khử mangan thường được tiến hành đồng thời với quá

trình khử sắt

- Phương pháp hóa lý: Sử dụng các chất oxi hóa mạnh như Clor, Ozôn,

Kali-permanganat để oxi hóa Mn2+ thành Mn4+, sau đó loại bỏ Mn(OH)4 bằng phương

pháp lọc hoặc phương pháp lắng

+ Clo oxi hóa Mn2+ ở pH =7 trong 60 - 90 phút

+ Clođioxit (ClO2) và Ozon oxi hóa Mn2+ ở độ pH = 6,5 - 7 trong khoảng 10

+ Hạn chế của phương pháp sử dụng các chất oxi hóa là khi trong nguồn

nước có sự hiện diện của các chất hữu cơ như amonia, các chất oxi hóa sẽ

ưu tiên quá trình oxi hóa amonia trước, dẫn đến hiệu quả của quá trình khử mangan bị giảm đánh kể

- Phương pháp sinh học: Sử dụng các loại vi sinh có khả năng hấp thụ mangan

trong quá trình sinh trưởng lên bề mặt lớp vật liệu lọc Xác vi sinh vật sẽ tạo

thành lớp màng oxi mangan trên bề mặt hạt vật liệu lọc Lớp màng này có tác

dụng làm xút tác cho quá trình khử mangan Ưu điểm của phương pháp này là rẻ,

tuy nhiên phương pháp tốn thời gian, và tốn diện tích

- Phương pháp cơ học: Sử dụng các phương pháp lọc micro và lọc thẩm thấu

ngược để loại bỏ mangan trong nguồn nước Ưu điểm phương pháp này là hiệu

quả xử lý rất cao, nhưng nhược điểm đó là giá thành khá cao, vận hành khó.

2.3 Các loại vật liệu lọc

Hiện nay, để xử lý nước sạch phục vụ cho mục đích ăn uống và sinh hoạt bằng

phương pháp lọc nhanh, người ta sử dụng một số vật liệu lọc sau:

Cát thạch anh

- Được sử dụng khá rộng rãi trong ngành xử lý nước sạch, thường dùng các loại cát

ở các bãi sông hoặc mỏ cát lộ thiên, đá thạch anh nghiền nát, đa hoa nghiền

- Đường kính của các hạt cát được dùng trong các bể lọc thường nằm trong khoảng

0.8 – 1.8 mm Tùy thuộc vào nồng độ các chất có trong nước

- Tốc độ lọc tùy thuộc vào bể lọc thiết kế, và phương pháp làm sàn đỡ, chất ô

nhiễm cần phải loại bỏ trong quá trình xử lý

- Nguyên lý loại bỏ các chất bẩn của cát thạch anh:

+ Cặn bẩn chứa trong nước lắng đọng thành mảng mỏng trên bề mặt của lớp

cát

+ Cặn bẩn chứa trong nước sẽ lắng đọng tại các lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc

+ Một phần cặn lắng đọng trên bề mặt sẽ tạo thành màng lọc

Than hoạt tính, than antraxit

- Than hoạt tính có 2 dạng: Dạng bột và dạng hạt Chúng được tạo ra bằng cách sử

dụng các than thông thường và mang đi xử lý đặt biệt ở nhiệt độ và áp suất cao

- Than hoạt tính dùng để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, màu, mùi

- Kích thước của than hoạt tính có đường kính từ 1 – 2mm

- Tốc độ nước lọc qua lớp than là 5-10 m3/m2.h

- Khi sử dụng than hoạt tính phải trải qua quá trình hoàn nguyên ở nhiệt độ cao

Hạt ODM – F2

- Là vật liệu oxy hóa dùng để khử sắt ở nồng độ cao

- Đường kính của các hạt cát được dùng trong các bể lọc thường nằm trong khoảng

0.8 – 1.8 mm Tùy thuộc vào nồng độ các chất có trong nước

- Tốc độ lọc tùy thuộc vào bể lọc thiết kế, và phương pháp làm sàn đỡ, chất ô

nhiễm cần phải loại bỏ trong quá trình xử lý , tốc độ lọc trong khoảng 4 – 12m3/m2.h

- Bên ngoài có bọc các lớp oxit sắt, chúng là tác nhân cho quá trình chuyển hóa

Fe2+ thành Fe3+ nhanh hơn

- Vật liệu này có nguồn gốc xuất xứ tại Nga

Hạt ODM-F3

- Là vật liệu oxy hóa dùng để khử mangan ở nồng độ cao

- Đường kính của các hạt cát được dùng trong các bể lọc thường nằm trong khoảng 0.8 –

1.8 mm Tùy thuộc vào nồng độ các chất có trong nước

- Tốc độ lọc tùy thuộc vào bể lọc thiết kế, và phương pháp làm sàn đỡ, chất ô nhiễm cần

phải loại bỏ trong quá trình xử lý, tốc độ lọc trong khoảng 4 – 12m3/m2.h

- Bên ngoài có bọc lớp KMnO4 chúng là tác nhân cho quá trình chuyển hóa Mn2+ thành

Mn4+ nhanh hơn

- Vật liệu này có nguồn gốc xuất xứ tại Nga

Cát mangan

- Là vật liệu oxy hóa dùng để khử mangan ở nồng độ cao

- Đường kính của các hạt cát được dùng trong các bể lọc thường nằm trong khoảng 0.8 –

1.8 mm Tùy thuộc vào nồng độ các chất có trong nước

- Tốc độ lọc tùy thuộc vào bể lọc thiết kế, và phương pháp làm sàn đỡ, chất ô nhiễm cần

phải loại bỏ trong quá trình xử lý, tốc độ lọc trong khoảng 4 – 12m3/m2.h

- Bên ngoài có bọc lớp oxit mangan, chúng là tác nhân cho quá trình chuyển hóa Mn2+

thành Mn4+ nhanh hơn

- Vật liệu này có nguồn gốc xuất xứ tại Mỹ

Ngoài ra, để xử lý các nguồn nước có nồng độ ô nhiễm cao (như hàm lượng sắt,

mangnan trong nguồn nước cao) Công ty DƯƠNG NHẬT ĐẦU TƯ đã phối hợp với

các chuyên gian Nhật Bản sản xuất ra loại cát Ferrolite và Toyolex dùng cho việc xử lý

các nguồn nước có hàm lượng mangan, sắt, amonia cao

2.3.1 Vật liệu lọc Ferrolite

Hình 2.2.1 Hình ảnh về hạt vật liệu Ferrolite

- Là vật liệu lọc oxy hóa khử sắt và mangan, cấu tạo của hạt bao gồm các chất

SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O) được nung ở nhiệt độ cao khoảng

3500C để tạo thành các hạt xốp, có diện tích bề mặt lớn Vật liệu sẽ được kích

hoạt bởi ion Cl-, ngoài nguyên lý hấp phụ, trong hạt còn tồn tại một số ion Cl

-trong các lỗ rỗng có nhiệm vụ là chất oxi hóa cho quá trình chuyển hoá từ Fe2+

thành Fe3+, và từ Mn2+ thành Mn4+ nhanh hơn

- Thành phần hóa học của hạt Ferrolite (thành phần của hạt gian bào)

Thành phần SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O Mất khi nung

(theo tài liệu cung cấp của công ty DƯƠNG NHẬT ĐẦU TƯ)

- Đặc tính kỹ thuật của hạt Ferrolite

+ Đường kính trung bình của các hạt này: 0.6 – 0.8 mm

+ Hệ số đồng đều:1.2

+ Tốc độ lọc 10 - 30 m3/m2.h

- Nguyên lý làm việc của hạt Ferrolite

+ Do tại các lỗ rỗng còn tồn tại một số lượng lớn ion Cl-, khi trong nguồn

nước có các ion Fe2+ đi qua lớp vật liệu này, chúng sẽ chuyển hóa từ ion

Fe2+ thành ion Fe3+ và từ ion Mn2+ thành ion Mn4+, quá trình chuyển hóa này này sẽ diễn ra nhanh hơn việc dùng các hóa chất thống thường Vì vậy việc loại bỏ Fe, Mn trong nước sẽ có hiệu quả hơn và ít bị ảnh hưởng của các chất như amonia và TOC trong nước

 Các ion O. trong các lỗ rỗng có nhiệm vụ là các chất oxi hóa các

hạt Ferrolite dựa trên nguyên lý hoạt động của quá trình hấp phụ chất lỏng trên bề mặt chất rắn (Giống nguyên lý làm việc của than hoạt tính)

- Nguồn gốc xuất xứ của vât liệu: Công ty DƯƠNG NHẬT ĐẦU TƯ và hãng

Tohkemy-Nhật Bản nghiên cứu và sản xuất, tiêu chuẩn sử dụng để sản xuất vật

liệu lọc Toyolex là JWWA – Japan Water Works Association

(theo nguồn tài liệu của Công ty DƯƠNG NHẬT ĐẦU TƯ)

2.3.2 Vật liệu lọc Toyolex

Hình 2.2.2: Hình ảnh về hạt vật liệu Toyolex

- Là các hạt gốm (Bao gồm các chất SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O)

được nung ở nhiệt độ cao khoảng 3500C để tạo thành các hạt xốp, có diện tích bề

mặt lớn Vật liệu sẽ được kích hoạt bởi ion O., ngoài nguyên lý hấp phụ, trong

hạt còn tồn tại một O., ion O. có nhiệm vụ là chất oxi hóa cho quá trình chuyển

hoá từ Fe2+ thành Fe3+, và từ Mn2+ thành Mn4+ nhanh hơn

- Thành phần hóa học của hạt Toyolex (thành phần của hạt gian bào)

Thành phần SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O Mất khi nung

(theo tài liệu của công ty DƯƠNG NHẬT ĐẦU TƯ)

- Đặc tính kỹ thuật của hạt Toyolex:

+ Đường kính trung bình của các hạt này: 0.6 – 0.8 mm

+ Hệ số đồng đều:1.2

+ Tốc độ lọc 10 - 30 m3/m2.h

- Nguyên lý làm việc của vật liệu:

+ Do tại các lỗ rỗng còn tồn tại một số lượng lớn ion O. có tính hoạt hóa rất

cao, nên khi trong nguồn nước có các ion Fe2+ đi qua lớp vật liệu này, chúng sẽ chuyển hóa từ ion Fe2+ thành ion Fe3+ và từ ion Mn2+ thành ion

Mn4+, quá trình chuyển hóa này này sẽ diễn ra nhanh hơn việc dùng các hóa chất thống thường Vì vậy việc loại bỏ Fe, Mn trong nước sẽ có hiệu quả hơn và ít bị ảnh hưởng của các chất như amonia và TOC trong nước

 Các ion O. trong các lỗ rỗng có nhiệm vụ là các chất oxi hóa các

hạt Ferrolite dựa trên nguyên lý hoạt động của quá trình hấp phụ chất lỏng trên bề mặt chất rắn (Giống nguyên lý làm việc của than hoạt tính)

- Nguồn gốc xuất xứ của vât liệu: Công ty DƯƠNG NHẬT ĐẦU TƯ và hãng

Tohkemy-Nhật Bản nghiên cứu và sản xuất, tiêu chuẩn sử dụng để sản xuất vật

liệu lọc Toyolex là JWWA – Japan Water Works Association

(theo nguồn tài liệu của Công ty DƯƠNG NHẬT ĐẦU TƯ)

2.4 Các nghiên cứu đã thực hiện trong và ngoài nước

2.4.1 Các nghiên cứu đã thực hiện trong nước

- Nhà máy nước Tân Hiệp đã tiến hành nâng pH rất cao (Do Mn(OH)4 chỉ có thể

keo tụ được ở giá trị pH từ 8 đến 9.5) để khử Mangan (Trong năm 2006, do chỉ

sử dụng một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh), kết quả là: cùng với việc nồng độ

Mangan giảm thì độ đục của nước sau xử lý tăng đáng kể (thường thì độ đục dao

động trong khoảng từ 1NUT đến 1.5 NUT), điều này làm tăng lượng hóa chất

nâng pH (vôi), và tăng khả năng tạo thành các hợp chất dẫn xuất halogen của Clo

(Do pH cao là môi trường thuận lợi cho phản ứng giữa clo và các chất hữu cơ

trong nước), đây là những chất có nguy cơ gây ra các bệnh về gan và ung thư

- Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Ferrolite và Toyolex dùng để xử lý sắt và mangan

trong nước ngầm tại Nhà máy nước Ngầm Tân Phú, kết quả với vận tốc lọc

12m3/m2.h và nồng độ sắt trong khaỏng 10 – 25 mg/L, nồng độ mangan 2 – 6

mg/L, hiệu quẩ xử lý đạt từ 95 – 85 %, theo Nhà máy nước ngầm Tân Phú, thuộc

Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn, 2008

- Nghiên cứu về việc ứng dụng các hạt lọc cát mangan để xử lý cho nhà máy nước

Tân Hiệp (đề tài cao học đang thực hiện)

- Chưa có báo cáo nghiên cứu về ứng dụng vật liệu lọc Ferrolite và Toyolex trong

việc xử lý nước mặt thành nước sạch phục vụ cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt

2.4.2 Các nghiên cứu đã thực hiện ngoài nước

- Theo DE VET Werenfried và các cộng sự, tại Hà Lan đã có nghiên cứu về việc

sử dụng bể lọc với 02 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và cát chuyên dụng

(Antharacite có trọng lượng riêng là 700 kg/m3), nghiên cứu này được tiến hành

với nguồn nước có các thông số (Ammonia NH4+-N: 1.7 – 4.4mg/L; Nitritr <

0.002mg/L, Nitrate <0.01 mg/L; Fe: 3.7 – 5.6 mg/L; Manganese 0.61 – 0.91

mg/L; Methan 516 - 1075g/L; TOC: 2.2 – 2.6 mg/L)

- Theo Zheng Teng, và các đồng sự, sử dụng các sợi rỗng để loại bỏ Mangan: khi

sử dụng nguồn nước ngầm, việc loại bỏ Mangan là một trong những yêu cầu

quan trọng, mangan không thể được loại bỏ bở các phương pháp lọc màng khi

không có sự oxi hóa mangan để chuyển thành mangan dioxide Vì vậy việc

nghiên cứu các loại cát mangan được hình thành Với các loại cát mangan, pH

nằm trong khoảng 9 và có 170 mg/L H2O2 thì khoảng 70% mangan được loại bỏ

với thời gian lọc là 100h, tại pH = 9.3 thì lượng mangan loại bỏ là 95%, chu kỳ

lọc trên 50h

- Theo Ahmad bin Jusoh và các đồng sự, dùng biện pháp hấp thụ bằng than

cacbon: Một vấn đề nghiêm trọng đối với nước ngầm đó là việc có nhiều ion sắt

và mangan trong nước sẽ gây ra màu đỏ, với việc sử dụng các hạt than hoạt tính

(GAC) có thể loại bỏ được các ion sắt và mangan với tải lượng hấp thụ: Fe(II) là

3.6010 mg.g và Mn(II) là 2.5451 mg/g

- Theo Virginia Alejandra Pacini và các đồng sự, loại bỏ sắt và mangan sử dụng

phương pháp lọc sinh học: Việc loại bỏ sắt và mangan trong nước có thể sử dụng

phương pháp sinh học và đã được biết đến tại một số khu vực thuộc Mỹ Latin

Công nghệ được đề xuất đó là các biofiltration, kết quả cho thấy là việc loại bỏ

sắt và mangan trong nước lến đến 85% đến 95%

- Theo Ioannis A.Katsoyiannis và các đồng sự, sử dụng phương pháp sinh học: Các

ion Mn(II) và Fe(II) trong nước ngầm được oxi hóa sinh học Quá trình oxi hoá

được tiến hành bằng loại vi khuẩn đặc biệt có tên Leptonthrix ochracea và

gallionella ferrugiea và một số vi khuẩn sắt và mangan thông thường, kết quả là

các ion Mn(II) và Fe(II) được loại bỏ khỏi nguồn nước ngầm

- Theo Hamidi A.Aziz và các đồng sự, Loại bỏ manganese trong nước sử dụng

công nghệ lọc nghiền các khoáng chất: Nghiên cứu chỉ ra rằng với nồng độ

1mg/L manganese trong nước tịa pH = 7 có thể được loại bỏ hoàn toàn bởi vật

liệu là đá vôi

Chương 3 Nội dung nghiên cứu và phương pháp

phân tích

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nguồn nước vào của nhà máy nước Tân Hiệp, sau khi đã được châm vôi và clor tại

Mang thu nuoc be lang

Be lang co tang can

Hình 3.1.2 Bản vẽ mặt cắt mô hình nhà máy nước Tân Hiệp

Hình 3.1.3 Bản vẽ mặt bằng đặt mô hình tại nhà máy nước Tân Hiệp

Bảng 3.1.1 Kích thước của các công trình đơn nguyên trong mô hình pilot

Stt Hạng mục công trình đơn vị Kích thước

(dài x rộng x cao)mm

03 Bể lọc nhanh trọng lực (2 đơn nguyên) 1200 x 700 x 4700

3.3 Nội dung nghiên cứu

3.3.1 Xử lý với nguồn nước thô hiện hữu

3.3.1.1 Theo quy trình vận hành hiện tại của nhà máy nước Tân Hiệp

Theo quy trình vận hành hiện tại của nhà máy nước Tân Hiệp:châm phèn vào đầu

bể trộn và sử dụng vôi để nâng pH lên đạt giá trị tối ưu cho quá trình keo tụ tạo bông,

sau mỗi chu kỳ lọc tiến hành châm clor trong vòng 2 giờ để kích hoạt lại lớp vật liệu lọc,

hàm lượng clor bổ sung vào khoảng 0.3 – 0.4 mg/L

Vận tốc lọc 10 - 12m3/m2.h

- Chỉ tiêu kiểm tra:

+ Nồng độ Sắt, Mangan, độ đục, pH, COD trước và sau quá trình lọc

+ Tổn thất cột áp tại bể lọc qua thời gian

+ Vận tốc lọc

3.3.1.2 Sục khí oxi vào vể trộn thay cho sử dụng vôi

Thay vì sử dụng vôi để nâng pH sau khi châm phèn tại bể trộn, thì tiến hành sục

khí với liều lượng 1g/m3 nước để tăng hiệu quả xử lý mangan tại pH thấp, đồng thời

không tiến hành châm clor đầu mỗi chu kỳ lọc để kiểm tra hiệu quá của cột lọc có bị

thay đổi hay không

Vận tốc lọc 10 -12m3/m2.h

- Chỉ tiêu kiểm tra:

+ Nồng độ Sắt, Mangan, độ đục, pH, COD trước và sau quá trình lọc

+ Tổn thất cột áp tại bể lọc qua thời gian

+ Vận tốc lọc

3.3.2 Xử lý với nguồn nước ô nhiễm cao

3.3.2.1 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm amonia

Dãy bổ sung thêm nồng độ amonia vào nguồn nước (0.65, 0.8, 1.0, 1.2 mg/L)

Nước từ trạm bơm Hóa An được đưa về mô hình và châm bổ sung thêm hàm

lượng amonia (dưới dạng dung dich NH4OH nồng độ 20%) bằng máy châm định lượng,

và liều lượng châm theo dãy trên Tiến hành châm vôi để nâng pH lên giá trị pH tối ưu

cho quá trình keo tụ tạo bông, và tiến hành châm bổ sung Clor trong khoảng thời gian 2

giờ đầu chu kỳ lọc để hoàn nguyên lại lớp vật liệu lọc, hàm lượng clor bổ sung vào

khoảng 0.3 – 0.4 mg/L

Vận tốc lọc 10 - 12m3/m2.h

- Chỉ tiêu kiểm tra:

+ Nồng độ Sắt, Mangan, độ đục, pH, COD trước và sau quá trình lọc

+ Tổn thất cột áp tại bể lọc qua thời gian

+ Vận tốc lọc

3.3.2.2 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm mangan

Dãy bổ sung thêm nồng độ mangan vào nguồn nước (0.4, 0.6, 0.8, 1.0 mg/L)

Nước từ trạm bơm Hóa An được đưa về mô hình và châm bổ sung thêm hàm

lượng mangan (dưới dạng dung dịch MnCl2 nồng độ 20%) bằng máy châm định lượng,

và liều lượng châm theo dãy trên Tiến hành châm vôi để nâng pH lên giá trị pH tối ưu

cho quá trình keo tụ tạo bông, và tiến hành châm bổ sung Clor trong khoảng thời gian 2

giờ đầu chu kỳ lọc để hoàn nguyên lại lớp vật liệu lọc, hàm lượng clor bổ sung vào

khoảng 0.3 – 0.4 mg/L

Vận tốc lọc 10 -12 m3/m2.h

- Chỉ tiêu kiểm tra:

+ Nồng độ Sắt, Mangan, độ đục, pH, COD trước và sau quá trình lọc

+ Tổn thất cột áp tại bể lọc qua thời gian

+ Vận tốc lọc

3.3.2.3 Xử lý với nguồn nước bị ô nhiễm đồng thời mangan và amonia

Nước từ trạm bơm Hóa An được đưa về mô hình và châm bổ sung amonia (dưới

dạng dung dich NH4OH) và mangan (dưới dạng dung dịch MnCl2) bằng máy châm định

lượng, và liều lượng châm theo dãy trên Tiến hành châm vôi để nâng pH lên giá trị pH

tối ưu cho quá trình keo tụ tạo bông, và tiến hành châm bổ sung Clor trong khoảng thời

gian 2 giờ đầu chu kỳ lọc để hoàn nguyên lại lớp vật liệu lọc, hàm lượng clor bổ sung

vào khoảng 0.3 – 0.4 mg/L

Hàm lượng amonia giữ ở mức 0.7 -0.9 mg/L (đây là nồng độ thường gặp khi hàm

lượng amonia ở nước sông Sài Gòn lên cao) và hàm lượng mangan ở mức 0.4 và 0.6

mg/L (đây là nồng độ thỉnh thoảng xuất hiện tại sông Sài Gòn)

Dung dịch bổ sung cho nguồn nước để tăng nồng độ amonia là dung dịch

NH4OH và để tăng nồng độ mangan là dung dịch muối MnCl2

Vận tốc lọc 10 -12 m3/m2.h

- Chỉ tiêu kiểm tra:

+ Nồng độ Sắt, Mangan, độ đục, pH, COD trước và sau quá trình lọc

+ Tổn thất cột áp tại bể lọc qua thời gian

+ Vận tốc lọc

3.4 Phương pháp phân tích

Các mẫu nước được lấy về và phân tích trong phòng thí nghiệm, riêng chỉ tiêu pH

sẽ được đo ngay tại hiện trường bằng thiết bị cầm tay và kiểm tra đối chứng tại phòng

04 Amoni ISO 5664 -1984 DR/2500 – Hach hoặc