Đề tài nghiên cứu quy trình xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt cho các hộ gia đình tại ấp an thuận, xã hòa bình, chợ mới

Tại các thành phố, thị xã trực thuộctỉnh, các nhà máy nước có công suất phổ biến từ 10.000 m3 Công nghệ và công trình xử lý nước - Công nghệ xử lý nước mặt phổ biến là: Keo tụ + lắng + l

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP TỪ NGUỒN NƯỚC MẶT DÙNG CHO SINH

HOẠT TẠI ẤP AN THUẬN, XÃ HÒA BÌNH, HUYỆN CHỢ MỚI, AN GIANG

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặc biệt trong việc điềuhoà khí hậu và cho sự sống trên trái đất Hàng ngày cơ thể con người cần 3 -10 lít nuớccho các hoạt động sống, luợng nước này đi vào cơ thể qua con đường thức ăn, nướcuống để thực hiện các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng, sau đó thải rangoài theo con đường bài tiết Ngoài ra con người còn sử dụng nuớc cho các hoạtđộng khác như tắm, rửa,…

Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát triển dân số

và mức sống ngày càng tăng Tuỳ thuộc vào mức sống của người dân và tuỳ từng vùng

mà nhu cầu sử dụng nước là khác nhau, định mức cấp nước cho dân đô thị là 150L/người.ngày, cho khu vực nông thôn là 40 – 70 L/người.ngày.(Nguyễn Duy Thiện,2000)

Khoảng 80% dân số nước ta sống ở vùng nông thôn Hiện nay, đảm bảo nướcsinh hoạt cho nông thôn là một nhu cầu cấp bách, trong đó việc cung cấp nước có chấtlượng tốt là một nhu cầu quan trọng

Nước vô trùng góp phần nâng cao sức khỏe giảm thiểu bệnh tật, tăng sức laođộng và mang lại cho người dân một cuộc sống văn minh Phan triển nguồn nước sinhhoạt ở nông thôn là góp phần vào phân bố lại dân cư và phân vùng quy hoạch mộtcách hợp lí Cho đến nay nhiều vùng nông thôn vẫn còn sử dụng nước không hợp vệsinh cho các nhu cầu sinh hoạt , dẫn đến hậu quả là tỷ lệ mắc các bệnh lây lan do nướcnhư: đường ruột, mặt hột và bệnh ngoài da còn rất cao, gây ảnh hưởng đời sống vàsức lao động chung

Hiện trạng cấp nước nông thôn ở tỉnh An Giang hiện nay vẫn chủ yếu là do dân

tự lo nguồn nước sinh hoạt cho mình Họ sử dụng đủ loại nguồn nước mà chủ yếu lànguồn nước mặt bao gồm: sông, suối, ao hồ, kênh rạch…với chất lượng nguồn nước bị

ô nhiễm mức độ cao Ấp An Thuận xã Hòa Bình, huyện Chợ Mới là nơi vẫn chưa có hệthống cấp nước công cộng Các hộ dân chủ yếu tự sử dụng nguồn nước từ kênh rạchgần nhà, có chất lượng không được đảm bảo và sử dụng dạng nguyên khai không được

xử lý Trước tình hình đó đề tài: “Nghiên cứu quy trình xử lý nước cấp từ nguồn nướcmặt cho các hộ gia đình tại ấp An Thuận, xã Hòa Bình, Chợ Mới” được thực hiện nhằmhướng dẫn, phổ biến những kinh nghiệm, khai thác và xử lý nguồn nước sạch sinh hoạtdùng cho cộng đồng dân cư nhỏ tại đây

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về nước cấp và tầm quan trọng của nước cấp

2.1.1 Công nghệ xử lý nước cấp

2.1.1.1 Xử lý nước cấp

Xử lý nước cấp là quá trình loại bỏ các chất bẩn, các chất hòa tan trong nướcbằng dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu cấp nướccho sinh hoạt, công nghiệp theo tiêu chuẩn quy định.(Nguyễn Thị Thu Thủy, 2000)2.1.1.2 Tầm quan trọng của nước cấp và xử lý nước cấp

Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặc biệt trong việc điềuhoà khí hậu và cho sự sống trên trái đất Hàng ngày cơ thể con người cần 3 -10 lít nuớccho các hoạt động sống, luợng nước này đi vào cơ thể qua con đường thức ăn, nướcuống để thực hiện các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng, sau đó thải rangoài theo con đường bài tiết Ngoài ra con người còn sử dụng nước cho các hoạtđộng khác như tắm, rửa,…

Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát triển dân số

và mức sống ngày càng tăng Tuỳ thuộc vào mức sống của người dân và tuỳ từng vùng

mà nhu cầu sử dụng nước là khác nhau, định mức cấp nước cho dân đô thị là 150lít/người.ngày, cho khu vực nông thôn là 40 – 70 lít/người.ngày Hiện nay, Tổ chức LiênHợp Quốc đã thống kê có một phần ba các điểm dân cư trên thế giới thiếu nước sạchsinh hoạt Do đó người dân phải dùng các nguồn nước không sạch Điều này dẫn đếnháng năm có tới 500 triệu người mắc bệnh và 10 triệu người bị chết, 80% các trườnghợp mắc bệnh tại các nước đang phát triển có nguyên nhân từ việc dùng các nguồnnước bị ô nhiễm Vấn đề xử lý nước và cung cấp nước sạch, chống ô nhiễm nguồnnước do tác động của nước thải sinh hoạt và sản xuất đang là vấn đề đáng quan tâmđặc biệt

Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượng nước cấp, trong đócác chỉ tiêu cao thấp khác nhau Nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải đảm bảo antoàn vệ sinh về số vi trùng có trong nước, không có chất độc hại làm ảnh hưởng đếnsức khỏe con người Các nguồn nước trong thiên nhiên ít khi đảm bảo các tiêu chuẩn

đó Do tính chất có sẵn của nguồn nước hay bị tác động ô nhiễm Nên tùy thuộc vàochất lượng nguồn nước và yêu cầu về chất lượng nước cấp mà cần thiết phải có quátrình xử lý nước thích hợp đảm bảo cung cấp nước có chất lượng tốt và ổn định chấtlượng nước cấp cho các nhu cầu

2.1.2 Mục đích của các quá trình xử lý nước

- Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hoá học, vi trùng học đểthỏa mãn các nhu cầu về ăn uống, sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ

sinh hoạt công cộng của các đối tượng dùng nước.

- Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không chứa các chất gây vẩn đục, gây

ra màu, mùi, vị của nước

- Cung cấp nước có đủ thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo vệ sứckhoẻ của người tiêu dùng

- Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nướccấp cho ăn uống sinh hoạt.(Trịnh Xuân Lai, 2004)

2.1.3 Các biện pháp xử lý cơ bản

Trong quá trình xử lý nước cấp cần phải áp dụng các biện pháp xử lý sau:

+ Biện pháp cơ học: Là biện pháp dùng các công trình và thiết bị để làm sạchnước như: Song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc

+ Biện pháp hoá học: Là biện pháp dùng các hoá chất cho vào nước để xử lýnước như: Dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hoá nước, cho clo vào nước

để khử trùng

+ Biện pháp lý học: Là biện pháp 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 hoà tan trongnước (Nguyễn Ngọc Dung,1999)

2.2 Các loại nguồn nước dùng cho cấp nước

2.2.1 Nguồn nước mặt

Nước mặt là nguồn nước được hình thành trên bề mặt trái đất bao gồm: sôngsuối, ao hồ, kênh mương… Do có sự kết hợp của các dòng chảy từ nơi cao đến nơithấp Nước mặt có các đặc trưng: Chứa các khí hòa tan(O2,CO2…), có hàm lượng hữu

cơ cao, có độ mặn, có sự xuất hiện của các loài thực vật thủy sinh(tảo, rong)

2.2.2 Nguồn nước ngầm

Là nguồn nước được khai thác từ các tầng chứa nằm dưới mặt đất Chất lượngnước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua Nước ngầm có các đặctrưng: Độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hóa học ổn định, nước thiếu khí O2 nhưngchứa nhiều khí H2S, CO2,… chứa nhiều chất khoáng hòa tan, đặc biệt là sắt, Mangan,Flouor

2.2.3 Nguồn nước mưa

Là nguồn nước được hình thành do quá trình tự nhiên như: bay hơi, gió bão,tạo thành mưa rơi xuống mặt đất ở một phạm vi nhất định Đặc trưng của nguồn nướcmưa: Có chất lượng tốt, bão hòa CO2 Tuy nhiên nước mưa hòa tan các chất hữu cơ và

vô cơ trong không khí và bề mặt trái đất, đồng thời lưu lượng không ổn định nên ítđược sử dụng và chỉ sử dụng trong một số nơi có khó khăn về nước (Trịnh Xuân Lai,2004)

2.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

2.3.1 Các chỉ tiêu lý học

2.3.1.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy ratrong nước Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào thời giantrong ngày, vào mùa trong năm… Nước mặt có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môitrường Ví dụ: ở Miền Bắc Việt Nam nhiệt độ nước thường dao động từ 13o

C đến 34o

C,trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở Miền Nam tương đối ổn định hơn(26 - 29o

C)

2.3.1.2 Độ màu

Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: Các hợp chất sắt, mangankhông hòa tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, còn cácloại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinhhoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen

Nước nguyên chất không có màu Màu sắc mang tính chất cảm quan và gâynên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng

Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu platin – coban Nướcthiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ (PtCo) Độ màu biểu kiến trong nướcthường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng bị loại bỏ bằng phương pháplọc Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước phải dùng các biện pháp hóa lý kếthợp

2.3.1.4 Mùi vị

Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu

cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên Nước thiên nhiên cóthể có mùi tanh hay hôi thối, mùi đất Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo cóthể bị nhiễm mùi clo hay clophenol

Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các

từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn chophép

Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường được dùng để xác định tínhphóng xạ của nước Trong đó các hạt α bao gồm 2 proton và 2 nơtron có năng lượngxuyên thấu nhỏ, nhưng có thể xuyên vào cơ thể sống qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa,gây tác hại cho cơ thể do tính ion hóa mạnh Các hạt β có khả năng xuyên thấm mạnhhơn, nhưng dễ bị ngăn lại bởi các lớp nước và cũng gây tác hại cho cơ thể

2.3.2 Các chỉ tiêu hoá học

2.3.2.1 Độ cứng của nước

Độ cứng của nước gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trong nước Chúngphản ứng với một số anion tạo thành kết tủa Các ion hóa trị 1 không gây nên độ cứngcủa nước Trên thực tế vì các ion Ca2+

và Mg2+

chiếm hàm lượng chủ yếu trong các ion

đa hóa trị nên độ cứng của nước xem như là tổng hàm lượng của các ion Ca2+

và Mg2+

Người ta phân biệt các loại độ cứng khác nhau :

+ Độ cứng carbonat (thường được ký hiệu CH : Carbonate Hardness): là độ cứnggây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ tồn tại dưới dạng HCO3- Độ cứng carbonat còn đượcgọi là độ cứng tạm thời vì sẽ mất đi khi bị đun sôi

+ Độ cứng phi carbonat (thường được ký hiệu là NCH : Non-CarbonateHardness) là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+

và Mg2+

liên kết với các anion khác

lý nước pH được xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ.

2.3.2.3 Độ kiềm của nước

Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng các ion HCO3-, CO32- , OH

có trong nước

Độ kiềm trong nước tự nhiên thường gây nên bởi các muối của acid yếu, đặc biệt là cácmuối carbonat và bicarbonat Độ kiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của cácion silicat, borat, phosphat… và một số acid hoặc bazơ hữu cơ trong nước, nhưng hàmlượng của những ion này thường rất ít so với các ion HCO3-, CO32-, OH-

nên thườngđược bỏ qua Khái niệm về độ kiềm và độ acid là những chỉ tiêu quan trọng để đánhgiá động thái hóa học của một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và cácmuối carbonat Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưatất cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3

Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ kiềmtổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 4,5 liên quanđến hàm lượng các ion OH-

, HCO3- và CO32-) với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độkiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8,3 liên quanđến ion OH-

) Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và độ kiềm p được gọi là độ kiềmbicarbonat

2.3.2.4 Độ oxi hóa (mg/l O2 hay KMnO4)

Là lượng oxi cần thiết để oxi hóa hết các hợp chất hữu cơ có trong nước Chỉtiêu oxi hóa là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Độ oxihóa của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng.2.3.2.5 Hàm lượng sunfat và clorua (mg/lít)

Ion SO42- có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu cơ Với hàmlượng lớn hơn 250 mg/l gây tổn hại cho sức khỏa con người Ở điều kiện yếm khí, SO42-

phản ứng với chất hữu cơ tạo thành khí H2S có độc tính cao Clor tồn tại trong nướcdưới dạng Cl- Nói chung ở mức nồng độ cho phép thì các hợp chất clor không gây độchại, nhưng với hàm lượng lớn hơn 250 mg/lít làm cho nước có vị mặn Nước có nhiều

Cl

có tính xâm thực xi măng

2Fe(HCO3)2 + 0,5 O2 + H2O = 2Fe(OH)3 + 4CO2

Nước thiên nhiên thường hcứa hàm lượng sắt lên đến 30 mg/lít Với hàm lượngsắt lớn hơn 0,5 mg/lít nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt… Các cặnkết tủa của sắt có thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn nước Trong quá trình xử lý nước,sắt được loại bằng phương pháp thông khí và keo tụ

2.3.2.7 Hàm lượng mangan (mg/lít)

Mangan thường được gặp trong nước ngầm ở dạng Mangan(II), nhưng với hàmlượng nhỏ hơn sắt rất nhiều Tuy vậy với hàm lượng mangan > 0,05 mg/l đã gây ra cáctác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt Công nghệ khử mangan thườngđược kết hợp với khử sắt trong nước

2.3.2.8 Iốt và Fluo

Thường gặp trong nước dưới dạng ion và chúng có ảnh hưởng trực tiếp đếnsức khỏe của con người Hàm lượng fluo có trong nước ăn uống nhỏ hơn 0,7 mg/l dễgây bệnh đau răng, lớn hơn 1,5 mg/lít sinh hỏng men răng Ở những vùng thiếu iốtthường xuất hiện bệnh bướu cổ, ngược lại nếu iốt quá nhiều cũng gây tác hại cho sứckhỏe

2.3.2.9 Các chất khí hòa tan (mg/lít)

Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn Khí CO2 hòatan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên Trong kỉ thuật xử lýnước, sự ổn định của nước có vai trò rất quan trọng Việc đánh giá độ ổn định trong sự

ổn định nước được thực hiện bằng cách xác dịnh hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự

do Lượng CO2 cân bằng là lượng CO2 đúng bằng lượng ion HCO3- cùng tồn tại trongnước.(Trịnh Xuân Lai, 2004)

2.3.3 Các chỉ tiêu vi sinh

Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo và các loàithủy vi sinh khác Tùy theo tính chất, các loại vi sinh trong nước có thể vô hại hoặc cóhại Nhóm có hại bao gồm các loại vi trùng gây bệnh, các loài rong rêu, tảo…Nhóm nàycần phải loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng Các vi trùng gây bệnh như lỵ, thươnghàn, dịch tả…thường khó xác định chủng loại Trong thực tế hóa nước thường xác địnhchỉ số vi trùng đặc trưng Trong chất thải của người và động vật luôn có loại vi khuẩnE.Coli sinh sống và phát triển Sự có mặt của E.Coli trong nước chứng tỏ chứng tỏnguồn nước đã bị ô nhiễm bởi phân rác, chất thải của người và động vật và như vậycũng có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác

Số lượng E.Coli nhiều hay ít tùy thuộc mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Đặctính của khuẩn E.Coli là khả năng tồn tại cao hơn các loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnhkhác nên nếu sau khi xử lý nước, nếu trong nước không còn phát hiện thấy E.Coli thìđiều đó chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết Mặt khác, việc xácđịnh số lượng E.Coli thường đơn giản và nhanh chóng nên loại vi khuẩn này thườngđược chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn do vi trùnggây bệnh trong nước

Người ta phân biệt trị số E.Coli và chỉ số E.Coli Trị số E.Coli là đơn vị thể tíchnước có chứa 1 vi khuẩn E.Coli Chỉ số E.Coli là số lượng vi khuẩn E.Coli có trong 1 lítnước Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.Colikhông nhỏ hơn 100 ml, nghĩa là cho phép chỉ có 1 vi khuẩn E.Coli trong 100 ml nước(chỉ số E.Coli tương ứng là 10) TCVN qui định chỉ số E.Coli của nước sinh hoạt phải nhỏhơn 20

2.4 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt Nam

2.4.1 Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới

Theo lịch sử ghi nhận hệ thống cấp nước đô thị xuất hiện sớm nhất tại La Mãvào năm 800 TCN Điển hình là công trình dẫn nước vào thành phố bằng kênh tự chảy,trong thành phố nước được đưa đến các bể tập trung, từ đó theo đường ống dẫn nướcđến các nhà quyền quí và bể chứa công cộng cho người dân sử dụng Khoảng 300 nămTCN đã biết khai thác nước ngầm bằng cách đào giếng Người Babilon có phương phápnâng nước lên độ cao khá lớn bằng ròng rọc, guồng nước

Thế kỷ thứ XIII, các thành phố ở châu Âu đã có hệ thống cấp nước Thời đó chưa

có các loại hóa chất phục vụ cho việc keo tụ xử lý nước mặt, người ta phải xây dựngcác bể lắng có kích thước rất lớn (gần như lắng tĩnh) mới lắng được các hạt cặn bé Do

đó công trình xử lý rất cồng kềnh, chiếm diện tích và kinh phí xây dựng lớn Năm 1600việc dùng phèn nhôm để keo tụ nước được các nhà truyền giáo Tây Ban Nha phổ biếntại Trung Quốc Năm 1800 các thành phố ở châu Âu, châu Mỹ đã có hệ thống cấp nướckhá đầy đủ thành phần như công trình thu, trạm xử lý, mạng lưới …

Năm 1810 hệ thống lọc nước cho thành phố được xây dựng tại Scotlen.Năm 1908 việc khử trùng nước uống với qui mô lớn tại Niagara Falls, phía TâyNam New york Thế kỷ XX kỹ thuật cấp nước ngày càng đạt tới tình độ cao và còn tiếptục phát triển, các loại thiết bị cấp nước ngày càng đa dạng phong phú và hoàn thiện.Thiết bị dùng nước trong nhà luôn được cải tiến để phù hợp và thuận tiện cho người

Paisay-sử dụng Kỹ thuật điện tử và tự động hóa cũng được Paisay-sử dụng rộng rãi trong cấp thoátnước Có thể nói kỹ thuật cấp nước đã đạt đến trình độ rất cao về công nghệ xử lý,máy móc trang bị thiết bị và hệ thống cơ giới hóa, tự động hóa trong vận hành, quảnlý

2.4.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam

Ở Việt Nam, hệ thống cấp nước đô thị được bắt đầu bằng khoan giếng mạchnông tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh (Sài Gòn) cũ vào năm 1894 Nhiều đô thị khácnhư Hải Phòng, Đà Nẵng… hệ thống cấp nước đã xuất hiện, khai thác cả nước ngầm vànước mặt Hiện nay hầu hết các khu đô thị đã có hệ thống cấp nước.Nhiều trạm cấpnước đã áp dụng công nghệ tiên tiến của các nước phát triển như Pháp, Phần Lan,Australia…Những trạm cấp nước cho các thành phố lớn đã áp dụng công nghệ tiên tiến

và tự động hóa Hiện nay Đảng và nhà nước đang quan tâm đến vấn đề cấp nước chonông thôn, đòi hỏi các chuyên gia trong lĩnh vực cấp nước cần phải đóng góp sức mình

và sáng tạo nhiều hơn để đáp ứng yêu cầu thức tế

/ngày.đêm Tiêu biểu như: NMN Thủ Đức (TP HCM) có tổng công suất1.200.000 m3

/ngày.đêm, các NMN xử lý nước ngầm ở Hà Nội có công suất từ 30.000 60.000 m3

-/ngày.đêm (thường chia thành đơn nguyên 30.000 m3

/ngày.đêm, xây dựngthành từng đợt, NMN Sông Đà 600.000 m3

/ngày.đêm, giai đoạn 1 đã xây dựng 1 đơnnguyên 300.000 m3/ngày.đêm đã hoạt động) Tại các thành phố, thị xã trực thuộctỉnh, các nhà máy nước có công suất phổ biến từ 10.000 m3

Công nghệ và công trình xử lý nước

- Công nghệ xử lý nước mặt phổ biến là:

Keo tụ + lắng + lọc nhanh trọng lực + khử trùng

- Công nghệ xử lý nước ngầm chủ yếu là khử sắt ( hoặc khử mangan) bằngphương pháp:

Làm thoáng + lắng tiếp xúc + lọc nhanh trọng lực + khử trùng

Các công trình đơn vị trong trạm xử lý đa dạng

- Các công trình keo tụ ( đa số dùng phèn nhôm, PAC) với bể trộn đứng, trộn cơkhí, bể tạo bông có vách ngăn ziczac, tạo bông có tầng cặn lơ lửng, tạo bông kiểu cơkhí

- Các công trình lắng: bể lắng đứng ( cho trạm công suất nhỏ) bể lắng ngang thunước cuối bể, thu nước bề mặt được sử dụng khá rộng rãi ở các dự án thành phố, thị

xã, bể lắng ngang lamen được sử dụng tại 6 tỉnh miền núi phía Bắc: Lào Cai, Yên Bái,Phú Thọ, Hoà Bình, Hưng Yên và sân bay Đà Nẵng Loại bể đang được phổ biến ở một

số địa phương khác như bể lắng Pulsator ( công nghệ Pháp) được dùng ở Nam Định,Cần Thơ và bể lắng ly tâm ( Thái Bình) là 2 loại bể lằng ít được sử dụng.

- Các công trình lọc: Bể lọc nhanh trọng lực ( lọc hở với vật liệu lọc là cát) đượcdùng rộng rãi, được dùng khá nhiều ở các dự án cấp tỉnh, thành phố

- Khử trùng: phổ biến dùng clo lỏng, một số trạm nhỏ dùng nước giaven hoặcôzôn

- Trạm bơm đợt 2: một số trạm dùng máy biến tần để điều khiển chế độ hoạtđộng của máy bơm, một vài nơi có dùng đài nước trong trường hợp địa hình thuận lợi,một số nơi tận dụng đài nước đã có trước

- Các công trình làm thoáng: Phổ biến dùng tháp làm thoáng tự nhiên ( Dànmưa), một số ít dùng thùng quạt gió ( làm thoáng cưỡng bức), một số trạm khác dùngtháp làm thoáng tải trọng cao theo nguyên lý làm việc của Ejector Chất lượng nướcsau xử lý hầu hết đạt tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn cuả tổ chức y tế thế giới.Một số nhà máy còn một vài chỉ tiêu chưa đạt như mangan, amôni, arsenic

Cấp nước nông thôn - Các loại mô hình cấp nước sinh hoạt nông thôn

- Người dân nông thôn Việt Nam tuỳ điều kiện của mình đã sử dụng cả 3 loạinguồn nước (nước mưa, nước ngầm và nước mặt) cho nhu cầu cấp nước phục vụ sinhhoạt Từ những đặc điểm riêng biệt từng vùng ở nông thôn Việt Nam hiện đang tồn tại

2 loại hệ thống công trình cấp nước cơ bản:

+ Các công trình cấp nước phân tán: Các công trình cấp nước nhỏ lẻ truyềnthống phục vụ cho từng hộ gia đình, những nhóm hộ dùng nước hay các cụm dân cưsống độc lập, riêng lẻ mật độ thấp…

+ Các công trình cấp nước theo kiểu công nghiệp tập trung: Hệ thống dẫn nước

tự chảy và hệ thống bơm dẫn nước phục vụ cho các thị trấn, thị tứ, các cụm dân cưsống tập trung của xã (Trần Hiếu Nhuệ, 2010)

Nước sông hậu

Tiền xử lí

Keo tụ

Tạo bông

H/C keo tụ, chỉnh pH

- Lắng tách bông cặn

- Lọc các bông cặn còn lại

- Tiêu diệt loại bỏ vi sinh vật

MỤC ĐÍCH

2.4.2.1.Tiền xử lý

Xử lí sơ bộ nước bề mặt rất quan trọng Trước khi dẫn nước vào dây chuyền xử

lí, người ta lưu nước một thời gian dài với mục đích:

- Tạo qúa trình lắng tự do của các hạt bụi và các kim loại nặng có nồng độ caotrong nước thô không tách được bằng quá trình keo tụ như côban, niken, xyanua (CN-

),chì,cađimi và các kim loại độc hại khác cũng lắng xuống đáy

- Xúc tiến làm sạch tự nhiên để tách được phần lớn các chất hữu cơ nhỏ và cáctạp chất vô cơ

- Có thể dùng các biện pháp trao đổi khí nhân tạo để tăng hàm lượng oxy hòatan trong nước

-Xử lý sơ bộ với dịch vôi để duy trì độ cứng của nước từ 8.5-9.00 D

Tóm lại, nhờ các quá trình hóa, lý, sinh học tự nhiên xảy ra trong hồ nên chấtlượng nước trong hồ tốt hơn nguồn nước đã đưa vào hồ Nhờ bổ sung quá trình nhântạo nên nồng độ tảo thấp, độ cứng và nồng độ kim loại độc hại giảm đi, kết quả làgiảm đi rất nhiều chi phí cho giai đoạn tiếp theo.

2.4.2.1.1 Khử vi khuẩn virut nhờ các quá trình tự nhiên trong hồ chứa nước

Các quá trình tự nhiên xảy ra trong hồ chứa nước có thể giảm đáng kể lượng visinh vật gây bệnh có mặt trong nước , bởi vì:

- Nồng độ chất dinh dưỡng cần thiết cho vi khuẩn trong nước rất thấp

- Nhiệt độ của nước nhỏ hơn 370

C nên tốc độ sinh sản của vi khuẩn vi rút rấtchậm

- Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thù của vi khuẩn virút

- Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thù của vi khuẩn, virút

- Tia cực tím của ánh sáng mặt trời tiêu diệt vi khuẩn ở lớp bề mặt

- Vi khuẩn, vi rut thường bị lắng cùng với các hạt cặn trong nước

- Cá chất vô cơ, các chất độc trong nước có thể hủy hoại vi khuẩn, độ pH khôngthích hợp cho vi khuẩn

2.4.2.1.2 Ngăn ngừa sự phát triển của tảo

Để ngăn ngừa sự phát triển của tảo trong cá nguồn nước có thể sử dụng cácphương pháp sau đây:

a Sử dụng hóa chất để diệt tảo

Người ta dùng các hóa chất như CuSO4 nồng độ từ 0.1-10mg/l, những hợp chấtcủa clo nông độ từ 0.3 đến 1.0 mg/l, natri sunfat, chất diệt cỏ 2.4 D Tuy nhiên, đưahóa chất đặc biệt là các hóa chất bảo vệ thực vật vào các hồ chứa không phải là biệnpháp tối ưu

b Giảm chất dinh dưỡng cho tảo trong nước

Các chất dinh dưỡng như nitơ, photphat trong nước có thể được giảm bớt bằngcách ngăn ngừa việc thải nước thải sinh hoạt, chất thải của con người và động vật cũngnhư các chất thải có chứa NH4+, NO3-, PO43- vào nguồn nước Hoặc có thể áp dụng cácphương pháp tách chất dinh dưỡng ra nguồn thải như sau:

-Xử lý sinh hóa kết hợp với khử NO3- trong điều kiện yếm khí

Clo hóa nâng pH hoặc là làm thoáng khí

- Tách photphat ra khỏi nước bằng cách kết tủa với Fe3+

, Al3+

hoặcCa(OH)2

c Giảm cường độ ánh sáng tới hồ chứa

Cường độ ánh sáng xuyên qua nưốc theo phương trình

2.4.2.2.Keo tụ- tạo bông

Dung dịch keo là hệ bền (khó lắng) nhờ cấu trúc đặc biệt của các hạt keo Trong

nhóm này phải kể đến virus, các chất có phân tử lượng lớn có nguồn gốc tự nhiên nhưaxit humic Hạt keo có kích thước nhỏ (< 0,5 m) nên bằng mắt và hiển vi thôngthường không thể nhìn thấy

Hạt keo kị nước có độ bền nhờ lớp điện kép tích điện cùng dấu Hạt keo ưanước có độ bền nhờ tương tác hạt-nước thông qua các chóm chức ưa nước trên cácphân tử hạt keo

2.4.2.2.1.Cấu tạo hạt keo và tính bền của hệ keo

Theo Atkins hệ keo là tên gọi cổ điển của các hệ phân tán dị thể của các hạt có

kích thước nhỏ hơn 500 nm trong môi trường khác về chất so với chất hạt (ở đây ta chỉ

đề cập đến môi trường lỏng)

Tuy nhiên kích thước không phải là yếu tố quyết định mà cấu tạo hạt keo mới làyếu tố quyết định đến tính bền của các hệ keo

Tuỳ vào cấu tạo hạt và nguyên nhân gây ra độ bền ta có hai loại hạt keo: loại ưa

dung môi cụ thể là ưa nước (hydrophilic) và loại kị dung môi hay kị nước (hydrophobic).

Loại ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử chất hữu cơ hoà tan

có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phân cực, có ái lực cao với các phân tửnước

Loại kị nước là các loại keo có gốc ôxit hoặc hyđroxit kim loại Do kích thước hạtrất nhỏ hệ keo có bề mặt cực lớn, vì vậy về mặt nhiệt động chúng không bền và có xu

thế co cụm để giảm năng lượng bề mặt Mặt khác do hạt keo có cấu tạo đặc biệt của

lớp điện kép tạo nên lực đẩy tĩnh điện hạt-hạt nên chúng khó tiếp cận gần nhau, hút

nhau và co cụm thành hạt lớn hơn đủ nặng để có thể lắng được nên hệ này có tính

bền

Cấu tạo đặc biệt của hạt keo có thể được làm rõ trên cơ sở ví dụ keo Fe(III):

Khi hoà tan FeCl3 trong nước sẽ xảy ra phản ứng thủy phân:

FeCl3 + 3H2O  Fe(OH)3 + 3HCl (1)

Kết tủa Fe(OH)3 co cụm dưới dạng tập hợp hạt [mFe(OH)3] rất nhỏ, được gọi là

hạt nhân, nó có khả năng hấp phụ những ion giống các thành phần tạo ra nó, ví dụ hấp

phụ các ion Fe3+, tạo thành lớp ion Fe3+ trên bề mặt hạt được gọi là lớp hấp phụ hay là

lớp ion quyết định dấu:

[mFe(OH)3] + nFe3+  [mFe(OH)3]nFe3n+

(2)Như vậy, ta có một hạt mới mang điện tích 3n+, nó có xu thế hút 3n các ion tráidấu (Cl) trong dung dịch để trung hoà điện tích 3n+ Trong thực tế không phải tất cả3n hạt Cl bám chặt vào nhân mà chỉ có 3(n-x) hạt Cl bám vào, lớp ion Cl bám vào này

được gọi là lớp điện tích trái dấu Cùng với lớp n ion Fe3+

đã hấp phụ cố định ta có x) ion Cl bám theo hạt [mFe(OH)3] tạo thành lớp điện kép gồm 3n điện tích dương và 3(n-x) điện tích âm, kết quả là hạt keo (phần giữa dấu {}) mang điện tích 3x+:

3(n-[m Fe(OH)3]nFe3n+

+ 3(n-x)Cl  {[mFe(OH)3]nFe3n+

3(n-x)Cl}3x+

(3)Phần còn lại 3x hạt Cl “trôi nổi” trong dung dịch ở khoảng không gian gần hạt,

tạo nên lớp khuyết tán Như vậy, nếu viết dưới dạng công thức hoá học hạt keo có cấu

tạo tổng thể như sau:

{[mFe(OH)3]nFe3n+

3(n-x)Cl}3x+

3xCl hạt nhân

lớp hấp phụ (lớp ion quyết định dấu)

lớp điện tích trái dấu

lớp khuếch tán

Hạt keo

Trong không gian, hạt keo có dạng như một quả cầu tích điện (hình 4.1)

Theo hình 4.1 hạt nhân là quả cầu gồm tập hợp các phân tử Fe(OH)3(r) nằm ởtâm Các ion quyết định dấu gắn chặt vào quả cầu Các điện tích trái dấu ở lớp gầnnhất tạo thành lớp ion nghịch và mặt biên A-A, các điện tích trái dấu – phần còn lạinằm ở lớp khuếch tán khá linh động, vây quanh hạt keo tích điện như đám mây quanhtrái đất

Hình 4.1- Cấu tạo hạt keo và sự thay đổi thế  theo khoảng cách từ bề mặt hạt keo

Tóm lại, để hạt keo trung hoà về điện hạt keo phải có hai lớp điện tích trái dấu

có cùng lượng điện tích: lớp hấp phụ (ví dụ, nFe3+

) nằm trên bề mặt hạt nhân tích điệndương hoặc âm (trong trường hợp nFe3+

là dương), điện thế tương ứng của nó là thế

nhiệt động hay là thế Nernst, o; tiếp theo là lớp ion trái dấu tích điện ngược lại (âmhoặc dương) Hai lớp điện tích này tạo nên một cấu trúc tương tự như hai bản cựcsong song của một tụ điện, trong đó một bản cực tích điện dương (hoặc âm) gắn chặtvới hạt nhân là lớp ion quyết định dấu, còn bản cực kia tích điện trái dấu và tạo nên lớp

điện kép Đây là cấu tạo thông thường của tụ điện phẳng.

Kĩ thuật xử lí nước cấp từ nước tự nhiên, và kể cả một số công đoạn trong dâychuyền xử lí nước thải thông thường là kĩ thuật lắng – lọc Để hình dung tốc độ lắngcủa những hạt không tích điện dưới tác dụng của trọng trường và đánh giá khả năng

sử dụng bể lắng để xử lí làm trong nước xem bảng 2.1

Ta thấy các kỹ thuật lắng - lọc thông thường trong ngành nước chỉ có hiệu quảnhất định đối với hạt có kích thước cỡ m, trong trường hợp lọc tốt nhất là lớn hơn 0,1

m Đối với những hạt cỡ 0,1 m trở xuống rất khó lắng và không thể lọc được bằnglọc cát thông thường Để có thể lọc chúng bằng lọc cát thông thường phải biến chúng

Lớp ion trái dấu

thành những hạt lớn hơn Phương pháp phổ biến để thực hiện việc này là phương

pháp keo tụ nghĩa là xử lí nước bằng những chất keo tụ trước khi lắng - lọc.

Bảng 4.1 - Kích thước hạt và thời gian lắng do trọng lực

200 năm

Ghi chú: Tính theo phương trình Stoke

2.4.2.2.2 Cơ chế keo tụ - tạo bông

Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (bụi trong không khí, bùn, phù

sa trong nước ) các hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm nănglượng bề mặt (tương tự hiện tượng giọt nước, giọt thủy ngân luôn tự vo tròn để giảmdiện tích bề mặt)

Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt

có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian

đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ Hiện tượng này xảy ra khi thế  được triệt tiêu.

Hiện tượng keo tụ có tính thuận nghịch nghĩa là hạt keo đã keo tụ lại có thể tích điệntrở lại và trở nên bền (xem phần tiếp theo) Các hoá chất gây keo tụ thường là các loại

muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ.

Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng cáctác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng Hiện

tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử các

chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ.Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông được gọi là các

chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch.

Như vậy, để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây:

1 Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp điệnkép tới mức thế  = 0, khi đó lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt bằng không, tạo điều kiện chocác hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễ kết tủa Cách này có thểthực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hoà điện tích hạt keo.Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hoá trị

2 Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất

keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ  bám dính (hiệu ứng quét).

3 Dùng những chất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại

với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng.

Việc xử lý nước bằng phèn nhôm, FeCl3 và PAA nhằm thực hiện đồng thời một,hai hay cả ba giải pháp trên

Hình 4.2- Các đường keo tụ đối với bốn loại chất keo tụ

Lôi kéo hạt keo bằng bông cặn

Hình 4.3- Mô hình quá trình keo tụ  tạo bông

(a) Sự đẩy giữa các hạt keo cùng dấu; (b) Hiện tượng co lớp điện kép và sự hút nhau giữa các hạt keo bị trung hoà về điện; (c) Hiện tượng tạo bông nhờ PAA: các hạt keo âm bị phân tử PAA “khâu lại” thành bông lớn.

2.4.2.2.3.Chất keo tụ và các yếu tố ảnh hưởng

Liều lượng (mg/L)

Hình 4.4- ảnh hưởng của pH và liều lượng đến khả năng gây keo tụ của phèn nhôm

Nếu trong nước thiếu độ kiềm (ĐK), pH sẽ giảm; nếu đủ ĐK sẽ có phản ứng:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2  2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 (6)

Theo phương trình (6) cứ 342 mg Al2(SO4)3 khan, hàm lượng 100% cần 6 mdl ĐK(HCO3–) Nếu ĐK trong nước không đủ thì cần bổ sung vôi hoặc sôđa để bù, nếu không

pH sẽ hạ Lượng kiềm cần (K) tính theo công thức:

K = F324

6

– ĐK + 1 = 0,0175F – ĐK + 1 (7)

5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 5

Trong đó:

K = lượng kiềm cần thêm, mđl/L ;

F = lượng phèn, mg/L;

ĐK = độ kiềm của nước, mđl/L

Để chuyển đổi ra đơn vị g/L, đối với vôi K sau khi tính theo pt (7) cần nhân với37; đối với sôđa nhân với 58

Khi sử dụng phèn nhôm hay bất kì chất keo tụ nào khác cần lưu ý nồng độ vàvùng pH tối ưu (hình 4.4), pH hiệu quả tốt nhất với muối nhôm là khoảng 5,5  7,0

Có thể dùng phèn kép KAl(SO4)2.12H2O để thay phèn nhôm, mọi quy luật tương

tự phèn nhôm song giá đắt hơn nhiều Không dùng NH4Al(SO4)2 trong xử lí nước cấp vìgây nhiễm amôni

ở các nước công nghiệp người ta có đòi hỏi rất cao về độ trong của nước lọc.Nếu đo bằng độ đục kế thì độ đục nước lọc phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 đến 3 NTU(AWWA Task Group 225 M)

Thậm chí khi nước có độ đục rất thấp 0,1 NTU vẫn có rất nhiều cặn không thểthấy bằng mắt thường Nó có thể là những hạt cặn rất tinh chưa bị tác động của chấtkeo tụ hoặc bản thân những mảnh vỡ nhỏ của các bông kết tủa chất keo tụ không thểlắng – lọc được Người ta đã xác định được ứng với SS = 0,1 mg/L có thể có tới 200triệu hạt cỡ 0,1 m là các mảnh của bông cặn Al(OH)3 có  = 1,01 Tuy nhiên đây là đạilượng không nguy hiểm vì chỉ ứng với hàm lượng Al3+

bằng 0,06 mg/L (theo QĐ BYT1329/2002, hàm lượng Al  0,2 mg/L)

Ở Việt Nam phèn nhôm được sản xuất ở các nhà máy hoá chất Việt Trì, Tân Bình và có hàm lượng nhôm quy về Al2O3 là khoảng 14% (đối với hoá chất tinh khiết là15,1%) Do độ ngậm nước rất thay đổi nên cần định lượng hàm lượng nhôm khi sửdụng

b Muối sắt Fe2(SO4)3.H2O hoặc FeCl3.nH2O (n = 1  6)

Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở các nước côngnghiệp Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhôm nghĩa là khi thuỷ phân sẽ tạoaxit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi

Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2  2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 (8)

So với phèn nhôm muối sắt có ưu thế là vùng pH tối ưu rộng hơn, từ 5 đến 9,bông cặn bền hơn và nặng hơn nên lắng tốt hơn, lượng sắt dư thấp hơn

c Các polime nhôm, sắt

Sự hình thành các hạt polyme nhôm trong dung dịch được làm rõ từ nhữngnăm 1980 Đây là cơ sở khoa học để sản xuất PAC cũng như ứng dụng PAC

Hoá học của quá trình keo tụ:

Thông thường khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặc sulphát của Al(III)hoặc Fe(III) Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta có các hạt trong nước: Al3+

, Al(OH)2+

,Al(OH)2+, Al(OH) phân tử và Al(OH)4-, ba hạt polime: Al2(OH)24+, Al3(OH)45+ và

Al13O4(OH)247+ và Al(OH)3 rắn Trong đó Al13O4(OH)247+ gọi tắt là Al13 là tác nhân gây keo

nhanh chóng chuyển thành các hạt polime rồi hyđroxit nhôm trong thời giannhỏ hơn giây mà không kịp thực hiện chức năng của chất keo tụ là trung hoà điện tíchtrái dấu của các hạt cặn lơ lửng cần xử lí để làm chúng keo tụ

Khi sử dụng PAC quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al13, với điện tích vượttrội (7+), các hạt polime này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài

ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al3+

rất nhiều, điều này tăng thời giantồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng tác dụng của chúng lên các hạtkeo cần xử lí, giảm thiểu chi phí hoá chất Ngoài ra, vùng pH hoạt động của PAC cũnglớn gấp hơn 2 lần so với phèn, điều này làm cho việc keo tụ bằng PAC dễ áp dụng hơn.Hơn nữa, do kích thước hạt polime lớn hơn nhiều so với Al3+

(cỡ 2 nm so với nhỏ hơn0,1 nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình lắng tiếptheo

d Chất trợ keo tụ - tạo bông

Có bốn nhóm chất trợ keo tụ: các chất hiệu chỉnh pH, dung dịch axit silixic hoạttính, bột đất sét và polime

 Các chất hiệu chỉnh pH

Như đã nêu quá trình keo tụ thường kèm theo sự tiêu thụ ĐK, nếu độ kiềm củanước nguồn thấp gây giảm pH Chất hiệu chỉnh pH thường là vôi Vôi sống là CaO, khidùng phải tôi nghĩa là hoà vào nước để tạo Ca(OH)2 Do độ tan của vôi thấp (trongkhoảng 2030 o

C, độ tan của Ca(OH)2 bằng 1,651,53 g/L) vôi thường được sử dụngdưới dạng huyền phù Ca(OH)2

Sử dụng vôi ngoài khả năng ổn định pH tăng hiệu quả keo tụ bằng phèn còntăng cường xử lí các axit humic, độ cứng

 Axit silixic hoạt tính (AS)

AS thường được điều chế tại chỗ bằng cách trung hoà thuỷ tinh lỏng Na2SiO3

bằng axit ở những điều kiện cụ thể Axit silixic tạo thành thực chất là polime vô cơ,

mang điện tích âm Khi vào nước các phân tử AS âm điện nhanh chóng hút các hạtbông cặn nhỏ mang điện dương của kết tủa hyđroxit nhôm hoặc sắt tạo bông lớn

 Bột đất sét

Bột sét tác dụng tương tự AS do chúng mang điện tích âm, hơn nữa chúng còn

có khả năng, tuy yếu, hấp phụ một phần các chất hữu cơ gây màu, bông cặn tạo thànhcũng nặng hơn Cũng như AS, bột sét ở liều lượng thích hợp dùng tốt khi phối hợp vớiphèn nhôm và muối sắt

 Các chất tạo bông hữu cơ - cao phân tử

Đây là nhóm chất có tác dụng tạo bông tốt nhất Các polyme dùng làm chất tạobông cho quá trình xử lý nước phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Tan tốt trong nước;

- Không độc;

- Có khả năng tạo bông tốt nhờ ái lực cao đối với hạt keo và bông cặn nhỏ trongnước xử lí

Tùy vào bản chất nhóm chức mà người ta phân ra làm 3 loại:

- Loại không phân ly (nhóm chức amid CONH2)

- Loại tạo anion (nhóm chức axit COO)

- Loại tạo cation (nhóm chức amin bậc cao N+

Cl

-)Tạo bông hữu cơ bao gồm các hợp chất tự nhiên và các hợp chất tổng hợp.Các hợp chất tự nhiên chủ yếu có cấu trúc đuờng, bao gồm:

Thường gặp bốn nhóm hợp chất:

- Sản phẩm trùng ngưng melaminphoocmaldehit:

PAA còn được sử dụng phổ biến trong xử lí nước thải, xử lí bùn và nhiều ngànhcông nghiệp với liều dùng lên tới 5-50 g/m3

.Nhược điểm chính của PAA là sản phẩm nhập, đắt và phải lựa chọn chủng loạiPAA và liều lượng cho phù hợp với từng loại nước bằng thực nghiệm

Công thức cấu tạo của các loại PAA phổ biến cho ở hình

Loại không phân li (non-ionic):

n

CH2

NH2

C=OCH

Loại anion (anionic):

CHC=O

NH2

C=OCH

NaO

Hình 4.5- Công thức cấu tạo của các loại PAA xử lý nước

e Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

Ngoài yếu tố bản chất của chất keo tụ (nhất là giá trị và dấu điện tích) và tạpchất có trong nước các yếu tố sau là quan trọng nhất

 Yếu tố pH

Mỗi chất keo tụ, dù là muối nhôm hay sắt, đều có khoảng pH tối ưu cho sự hìnhthành kết tủa hyđroxit tương ứng Thấp hơn giá trị này các bông Me(OH)3 tạo thành sẽ

bị hoà tan bởi axit Cao hơn giá trị này sẽ tạo thành các muối bazơ khó kết tủa

Đối với các chất điện li polime pH sẽ ảnh hưởng đến khả năng phân li của cácnhóm chức, gây tăng hoặc giảm mật độ các nhóm chức hoạt động làm thay đổi khảnăng tương tác phân tử polime  hạt keo

 Yếu tố hữu cơ

Khi xử lý nước bằng chất keo tụ cần lưu ý hiện tượng làm bền keo bởi các chất bị

hấp phụ hữu cơ Các chất hữu cơ tự nhiên (ví dụ, axit humic  AH) phổ biến trong nước

có tính làm bền keo rõ rệt nhờ khả năng tạo phức với Fe2/3+

, ngoài ra lớp màng chấthấp phụ hữu cơ vây quanh hạt keo ngăn cản tương tác giữa các hạt keo với các tácnhân keo tụ ta chủ động đưa vào, giảm rõ rệt tác dụng làm trong nước của chất keo tụ

Về phần mình, lượng HA trong keo đất có thể đánh giá qua pH, bảng 4.2 cho ta thấy tỉ

lệ HA thường gặp trong keo đất phụ thuộc vào pH như thế nào

Đây chính là trường hợp ta gặp khi nước có mầu (do chất hữu cơ tan trongnước) Cách xử lý thường là nâng pH bằng vôi để giảm tỉ lệ HA/đất hoặc tiền xử lý bằngcác chất ôxy hoá như clo, ôzôn để phá hủy một phần chất hữu cơ trước khi keo tụ

Bảng 4.2 - Sự phụ thuộc tỉ lệ HA/đất (phần HA/100 phần đất) vào pH môi trường nước

Quá trình keo tụ – tạo bông thường áp dụng trước lắng hoặc lọc để:

- Làm trong nước, xử lí một phần độ màu trước khi lọc (xử lí nước cấp): các chấtkeo tụ trong xử lí nước cấp thường là phèn nhôm, gần đây xuất hiện Poly-Aluminium-Chloride (PAC) là muối nhôm dạng polime, các chất trợ keo tụ PAA Muối nhômthường sử dụng ở mức trên 10 mg/L, PAC sử dụng ở mức bằng 1/21/4 muối nhôm,PAA sử dụng ở mức 0,20,5 ppm

- Giảm hàm lượng SS trước khi vào xử lí sinh học (xử lí nước thải)

- Tăng cường khả năng lắng của bể lắng cấp 2 trong xử lí nước thải

- Lọc trực tiếp nếu SS không quá cao

Trong một số trường hợp các chất keo tụ ở liều cao có thể áp dụng để xử lí màutrong nước thải công nghiệp, ví dụ nước thải dệt nhộm, nước thải giấy

Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách trộn nước với chất keo tụ trong cácthiết bị khuấy trộn nhanh, sau đó nước được đưa vào bể tạo bông với sự khuấy trộnnhẹ nhàng nhằm tăng cường tiếp xúc hạt - hạt làm cho bông phát triển kích thước,tránh vỡ bông Tiếp theo nước vào bể lắng thực hiện quá trình tách rắn/lỏng

Sự keo tụ - tạo bông được coi là hiệu quả nếu bông cặn tạo ra dễ dàng nhìnthấy bằng mắt thường (kích thước gần 1 mm trở lên), khi đó nước sẽ lắng trong nhanhtrong ống quan sát trong vòng 10 - 15 phút để yên

Ngoài những ứng dụng trong xử lí nước chất keo tụ tạo bông còn áp dụng nhiềutrong việc xử lí bùn nhằm tăng khả năng tách nước khỏi bùn, áp dụng trong côngnghiệp giấy nhằm điều chỉnh đặc trưng lưu biến của hỗn hợp bột

g Khuấy trộn

Khuấy trộn là quá trình mà hầu hết các hệ phản ứng đều cần thực hiện Mụcđích chính của nó là tạo tiếp xúc tối đa giữa các phân tử, ion, các thành phần phảnứng, giảm thiểu cản trở gây ra do khuếch tán chậm

Đối với hệ lỏng hoặc rắn(ít)/lỏng(nhiều) ta dùng thuật ngữ khuấy (hoặc cả

khuấy trộn), đối với hệ rắn/rắn hoặc rắn(nhiều)/lỏng(ít) ta thường dùng thuật ngữ trộn.

Ngoài việc tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra nhanh hơn, giảm thiểu tác độngcủa yếu tố khuếch tán, khuấy trộn còn có các tác dụng quan trọng khác như:

- Làm đều hỗn hợp (trong công nghệ vật liệu bột)

- Làm vỡ các hạt, giọt lớn (trong công nghệ hoá học)

- Tăng cường tốc độ truyền nhiệt, giảm nhẹ hiện tượng tăng giảm nhiệt độ cụcbộ

Trong quá trình keo tụ – tạo bông khuấy trộn nhằm:

- Phân bố nhanh, đều chất keo tụ, tạo bông trong toàn thể tích nước cần xử lý

- Tăng hiệu quả xử lí, suy ra giảm chi phí trong quá trình keo tụ

- Tăng tiếp xúc hạt – hạt nhỏ, thúc đẩy tạo bông

- Làm lơ lửng các hạt rắn trong lỏng (trong hệ xử lí vi sinh) hoặc khí

Khi đó cần phân biệt: đối với quá trình phản ứng, cần phân bố đều hoá chấtnhanh tối đa nên ta sử dụng quá trình khuấy nhanh; đối với quá trình tạo bônghyđroxit kim loại khuấy nhanh sẽ làm vỡ bông cặn, khi đó ta cần khuấy nhẹ nhàng.Hiệu quả quá trình khuấy phụ thuộc vào công suất khuấy

Tính công suất khuấy

Để định lượng quá trình khuấy ta dùng đại lượng građien vận tốc G Trong giới

hạn nhất định, đại lượng G càng lớn sự khuấy càng tiến tới lý tưởng G chính là hàmcủa công suất khuấy áp cho một đơn vị thể tích cần khuấy:

V

P G

Trong đó: G = građien vận tốc, s-1

P = Công suất tuyền vào chất lỏng, w

V = Thể tích cần khuấy, m3

Bảng 4.3, 4.4 cho ta các dữ liệu kinh nghiệm để tính các đại lượng G, Gto ứng vớimỗi quá trình.

Bảng 4.3 – Các giá trị G để tính khuấy nhanh

Các giá trị thời gian lưu t o (s) Giá trị G lựa chọn (s –1

Bảng 4 4 – Các giá trị Gt o để tính bể tạo bông

hình thành chưa kịp tiếp xúc hạt keo để thực hiện chức năng trung hoà điện tích, gâykeo tụ, nó đã thuỷ phân tạo Al(OH)3, khi đó nó chỉ có thể tác động như một chất tạobông

Phân loại các phương pháp khuấy nhanh:

- Khuấy cơ khí bằng máy khuấy (tốt nhất)

- Khuấy bằng khí nén

- Khuấy bằng cách bơm chất lỏng tuần hoàn

- Khuấy tĩnh: tận dụng các cơ cấu dòng chẩy, ví dụ: khuấy trong ống trộn; khuấykiểu rãnh thu – dãn (rãnh Parshall); ”thác” nước; vách đục lỗ, vách đảo chiều

Bồn khuấy trộn cơ học

Hình 4.6 - Bồn khuấy nhanh cơ khí

Bồn khuấy nhanh thường có thời gian lưu thuỷ lực cỡ 10  30 s, G ở mức 600 

1000 s-1

, thể tích giới hạn ở 8 m3

Bồn khuấy thường có hình trụ, để tăng hiệu quảkhuấy thường bố trí thêm 2  4 vách chắn nhỏ dọc thành bể để tăng hiệu quả khuấy,đôi khi có vách ngang chống tạo xoáy

Máy khuấy gồm: động cơ điện, hộp số giảm tốc, trục khuấy, cánh khuấy

Cánh khuấy thường dùng loại turbin hoặc mái chèo (xem h 9) Hoá chất phảicho vào vùng ngay dưới cánh khuấy, nơi được khuấy mạnh nhất

Hình 4 7- Một số dạng cánh khuấy

Một số quy tắc kinh nghiệm:

- Độ sâu mức nước: 0,5  1,1 lần đường kính bồn

- Đường kính cánh khuấy: 0,3  0,5 lần đường kính bồn, thường  1m

Nước vào

Nước ra Động cơ