KÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng Sè 15/3-2013 54 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MỚI XỬ LÝ NƯỚC CẤP - TUYỂN NỔI ÁP LỰC Nguyễn Việt Anh 1 , Nguyễn Mạnh Hùng 2 , Vũ Thị Minh Thanh 3 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu công nghệ xử lý nước mặt bằng phương pháp tuyển nổi áp lực trong PTN và ngoài hiện trường, xử lý nước sông Hồng và sông Trà Lý (hệ thống sông Hồng - Thái Bình) và sông Tiền, sông Bô Kê (hệ thống sông Mê Công). Mặc dù độ đục nước nguồn có biến động lớn (từ 20 đến 470 NTU), độ đục của nước sau tuyển nổi luôn đạt từ 0.2 đến 3.5 NTU (trung bình dưới 2 NTU), thấp hơn độ đục sau quá trình keo tụ - lắng thông thường. Hiệu suất xử lý cao đối với độ đục (NTU), chất hữu cơ (COD và hàm lượng thuốc trừ sâu đại diện) cũng như vi sinh vật (E.Coli) cho thấy tuyển nổi áp lực có tiềm năng ứng dụng rất lớn cho các nhà máy nước mới cũng như cải tạo các nhà máy nước hiện có ở Việt Nam. Từ khóa: độ đục, keo tụ, lắ ng, tuyển nổi áp lực, xử lý nước. Abstract: The paper presents results from research on dissolved air flotation (DAF) method at laboratory and pilot scales for treatment of surface water from Hong and Tra Ly rivers (Hong - Thai Binh river system) and Tien and Bo Ke rivers (Mekong river system). Despite of fluctuating incoming water quality (ranging from 20 to 470 NTU), average turbidity of DAF treated water was always bellow 2 NTU (ranging from 0.2 to 3.5 NTU) which was less than conventional coagulation - flocculation - sedimanetation process. Excellent removal of particles (measured by NTU), organic matters (measured by COD and concentration of selected pesticides) and pathogens (E.Coli) from surface water shows great potential application of DAF for new water treatment plants, as well as for upgrading of existing plants in Vietnam. Key words: coagulation, dissolved air flotation, sedimentation, turbidity, water treatment. Nhận ngày 25/12/2012, chỉnh sửa 15/1/2013, chấp nhận đăng 30/3/2013 1. Đặt vấn đề Nguồn nước mặt (sông, hồ, suối ) đang và sẽ là nguồn cấp nước chủ đạo hiện nay và trong tương lai cho hệ thống cấp nước ở nhiều đô thị. Quy mô sử dụng nước ngày càng tăng, trong khi chất lượng nước của các nguồn nước mặt lại có xu thế ngày càng suy giảm do tiếp nhận nhiều nguồn thải khác nhau chảy vào trong lưu vực. Trên thực t ế, với các công nghệ đang áp dụng hiện nay tại các nhà máy nước, ở cả các quy mô công suất khác nhau, theo cách tiếp cận truyền thống như keo tụ - lắng - lọc nhanh - khử trùng, hoặc sơ lắng - keo tụ - lắng - lọc nhanh - khử trùng, chất lượng nước đầu ra của các nhà máy nước ngày càng có nhiều nguy cơ không đáp ứng được tiêu chuẩn và/hoặc phải chịu chi phí xử lý rất tốn kém. 1 PGS.TS, Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng. E-mail: vietanhctn@gmail.com. 2 NCS, Công ty Cổ phần Nước và Môi trường Việt Nam (VIWASE). 3 ThS, Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng. KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 15/3-2013 55 Ti hu ht cỏc nh mỏy nc mt s dng cụng ngh keo t - lng - lc, dự c trong nc u vo bng bao nhiờu, nhng c trong nc sau lng thng ch h thp nht c xung khong giỏ tr 7 - 15 NTU, trong khi TCXDVN 33-2006 khuyn cỏo c sau lng di 5 NTU, kộo di chu k lm vic ca cỏc b lc v tit kim chi phớ vn hnh nh mỏy nc. Do hiu sut lng khụng cao, nhi u nh mỏy nc phi tin hnh ra lc liờn tc, cú nh mỏy ra 2 ln/ngy. Hiu sut lng thp, c bit vi h keo t nhiờn bn vng, khú keo t v cú kớch thc nh trong ngun nc l tr ngi chớnh i vi cụng ngh truyn thng keo t - lng. Vi ngun nc mt cú c, hm lng cn l lng cao v dao ng ln theo thi gian, s l ng luụn l gii phỏp an ton, hiu qu cao, cho phộp cỏc cụng trỡnh phớa sau lm vic n nh, ớt tn húa cht. Vic nghiờn cu ỏp dng cỏc phng thc tip cn mi nõng cao cht lng nc, tit kim chi phớ xõy dng v qun lý h thng cp nc l rt cn thit. Nhng khú khn v nguy c ang i mt ti cỏc nh mỏy nc trong khu vc nh ó trỡnh by trờn cú kh nng gii quyt c bng mt s gii phỏp cụng ngh mi, trong ú cú tuyn ni ỏp lc thay cho quỏ trỡnh lng thụng thng. Tuyn ni ỏp lc (DAF) ln u tiờn c ỏp dng trong x lý nc cp Phn Lan (ADKA v Sveen-Pedersen) vo nhng nm 20 ca th k trc. Nhng nm 60 ca th k XX, cỏc chuyờn gia Thy in, sau ú l Phn Lan tin hnh nghiờn cu v ci tin cỏc h thng DAF thi ú, ỏp dng trong x lý nc cp. Cỏc h thng DAF mi c xõy dng nhiu Phn Lan nm 1965, v ti 1970 rt nhiu b lng ó c thay th hay ci to sang b DAF. Trong nhng nm 1970 - 1990, khỏ nhiu nh mỏy nc ỏp dng cụng ngh DAF ó c xõy dng Bc u v Anh quc. T ú tr i, cụng ngh DAF ó c ph bin rng rói trờn ton th gii nh mt gii phỏp thay th b lng truyn thng. Ti M, DAF ln u tiờn c ỏp dng Lenox, bang Massachusets vo nhng nm 1980. n nay, khong trờn 100 nh mỏy nc s dng DAF M, vi cụng sut t nh (< 3800 m 3 /ngy) n ln (vi trm ngn m 3 /ngy). Nh mỏy vi cụng ngh DAF cp nc cho khu vc Croton, New York, ang c xõy dng v d kin a vo s dng nm 2012, cú cụng sut lờn ti 1.100.000 m 3 /ngy. Trong khu vc, DAF cng ó v ang c ỏp dng rng rói, cựng vi s phỏt trin ca cụng ngh v k thut cp thoỏt nc. Cỏc nc trong khu vc nh Trung Quc, i Loan, Hn Quc, Malaysia, Thỏi Lan, u mnh dn v ỏp dng thnh cụng cụng ngh ny trong x lý nc cp, x lý nc ra lc v bựn cn. Trờn th gii, cụng ngh tuyn ni ỏp lc (Dissolved air flotation - DAF) ó c ỏp dng ti cỏc trm x lý n c cp v nc thi, x lý bựn cn nhiu nc, nhm mc ớch nõng cao cht lng nc sau x lý v gim chi phớ sn xut nc cp, n nh v lm khụ bựn cn, gim lng bựn phi x lý, vn chuyn, chụn lp v gim ỏng k hoỏ cht tiờu th cng nh kớch thc cỏc cụng trỡnh x lý bựn cn nh sõn phi bựn, Vit Nam, hin nay cụng ngh tuyn n i núi chung v tuyn ni ỏp lc núi riờng bc u c ỏp dng trong lnh vc x lý nc thi cụng nghip quy mụ nh, khụng ph bin, cha cú iu kin tng kt. Vic ỏp dng cụng ngh tuyn ni trong lnh vc x lý nc cp cha c nghiờn cu c th v cha c ỏp dng. Trong thi gian t 2005 n nay, nhúm nghiờn cu ca Vin Khoa hc v K thut Mụi trng, trng i hc Xõy dng ó phi hp vi mt s cụng ty cp nc cỏc tnh, thc hin 2 ti: (1) Nghiờn cu phỏt trin cụng ngh tuyn ni ỏp lc x lý nc v bựn cn trong trm x lý nc cp ụ th vi ngun nc mt H Ni, mó s 01C-09/05-2007-2, S Khoa hc v Cụng ngh H Ni qun lý v (2) Nghiờn cu ỏp dng cụng ngh tuyn ni x lý nc cp cho sinh hot vi ngun nc mt ca cỏc tnh thuc ng bng Sụng Cu Long, B Xõy dng qun lý. Bi bỏo ny trỡnh by nhng kt qu chớnh ca 2 ti nghiờn cu trờn. KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 15/3-2013 56 2. Nguyờn lý ca quỏ trỡnh tuyn ni Nhiu cht ụ nhim kớch thc nh, cú trng thỏi hp th trong nc n nh, khụng th lng c trong cỏc b keo t - lng thụng thng, nhng li cú th d dng c loi b bng cỏch dớnh bỏm vo cỏc bt khớ kớch thc nh (c vi chc micromột) v ni trờn mt nc di dng bt, v sau ú c tỏch ra khi nc. Trong h thng tuyn n i ỏp lc, khụng khớ c a vo dũng nc tun hon di ỏp sut cao, trong mt thựng gi l thựng bóo ho hay thựng ỏp lc. T l dũng nc tun hon so vi dũng nc x lý (R) thng nm trong khong 6 n 20%. p sut trong thựng bóo ho thng bng 4 n 5,8 atm 4 . Dũng nc tun hon ó bóo hũa khụng khớ ny c chõm vo b tuyn ni qua cỏc vũi phun hoc cỏc van chuyờn dng t di ỏy ngn tip xỳc. Do ỏp sut gim t ngt (xung bng ỏp sut khớ quyn), xy ra quỏ trỡnh nh khớ t dung dch bóo hũa v hỡnh thnh cỏc bt khớ kớch thc rt nh trong vựng tip xỳc. Kớch thc cỏc bt khớ c hỡnh thnh nm trong khong t 10 n 100 m, vi s lng rt ln, lm cho hn hp khớ - nc trong b tuy n ni cú mu trng c nh sa hay nc bt sn. Trong b tuyn ni, cỏc phn t keo t tip xỳc vi cỏc bt khớ, to cỏc t hp bt khớ - phn t keo t. Nu cỏc phn t keo t c chun b phự hp, c bit l tớnh cht hoỏ hc trờn b mt phn t, nh quỏ trỡnh keo t, thỡ quỏ trỡnh dớnh bỏm v to t hp bt khớ - phn t keo t cú th to thnh. Dũng nc a cỏc bt khớ, cỏc t hp ph n t keo t - bt khớ v c cỏc phn t keo t cha dớnh bỏm vo bt khớ sang ngn tỏch cht bn. Ti õy, cỏc bt khớ t do v cỏc t hp bt khớ - phn t keo t ni lờn trờn mt nc, to mt lp bt trờn b mt b. Lp bt ny dn tr nờn c hn, v c gt ra khi b. Nc ó tỏch bn c thu t di ỏy b. Ngi ta cú th b trớ b lc tip theo sau b tuyn ni, hoc ngay di b tuyn ni. Trong trng hp th nht, dũng nc tun hon c ly sau b tuyn ni. Trong trng hp th hai, nc tun hon c ly sau b lc. Hỡnh 1. (Trờn) S cụng ngh x lý nc vi tuyn ni ỏp lc; (Di) B tuyn ni vi vựng tip xỳc v vựng tỏch cht bn (Edzwald, 2007). 4 1 atm = 14,7 psi = 101,33 kPa = 101,33 kN/m 2 = 1,0133 bar; 1 psi = 6,893 kPa Trn Thựng bóo hũa Tuyn ni Q Nc tun hon sau TN hoc lc Húa cht + kim soỏt pH Keo t Lc Q Q r Q r Vựng tip xỳc Vựng tỏch cn Q Tun hon (Q r ) Q+Q r Khụng khớ Bt TN Vựng tip xỳc KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 15/3-2013 57 Hỡnh 1 gii thiu s nguyờn lý ca nh mỏy nc ỏp dng cụng ngh tuyn ni. B tuyn ni thay th v trớ ca b lng. Quỏ trỡnh tuyn ni bao gm 3 cụng on chớnh: (1) tin x lý; (2) tip xỳc trong vựng phn ng ca b tuyn ni v (3) tỏch tp cht ra khi nc. Cụng on tin x lý chớnh l quỏ trỡnh trn húa cht v to h keo t. Vựng tip xỳc l phn u ca b tuyn ni, ni cỏc bt khớ tip xỳc, dớnh vi cỏc phn t keo t. Vựng tỏch cht bn l ni tỏch cỏc bt khớ t do (khụng dớnh bỏm vo cỏc ht keo t) v cỏc bt khớ dớnh bỏm vi cỏc phn t keo t ra khi nc. Tng t nh b lng, ngi ta thit k b tuyn ni da theo ti trng thu lc. Quỏ trỡnh tuyn ni ỏp lc thụng thng cú ti trng thu lc b ng 5-15 m 3 /m 2 .h. i vi cỏc nh mỏy nc cp ỏp dng cụng ngh tuyn ni ỏp lc, cht lng nc sau x lý ỏp ng c cỏc tiờu chun cao cp cho n ung v sinh hot, khc phc nhng nhc im nhiu khi khụng vt qua c ca cụng ngh x lý nc truyn thng: keo t lng - lc. Tuyn ni ỏp lc c bit cú hiu qu trong vic lo i b cỏc cn bn hu c, sột, mựn cú kớch thc nh gõy nờn c, mu, mựi ca nc, rong, to, cỏc cht vụ c v kim loi, Cụng ngh ny cũn cho phộp loi b c c trng giun sỏn, vi khun, v c mt s vi sinh vt n bo nguy him, khụng b tiờu dit bi Clo nh Giardia, Cryptosporidium, (cú nhiu trong nc ra lc tun hon). Hiu sut cao, din tớch chim t ớt hn nhi u so vi cụng ngh lng truyn thng, kh nng kim soỏt c quỏ trỡnh v t ng hoỏ cao, l nhng u th vt tri ca tuyn ni ỏp lc, lm cho cụng ngh ny ngy cng c ng dng rng rói trong thc t. 3. Nghiờn cu thc nghim, lm ch cụng ngh tuyn ni ỏp lc phc v cho nghiờn cu thc nghim, nhúm nghiờn cu ó ch to mụ hỡnh thớ nghim tuyn n i ỏp lc. Sau nhiu ln th nghim, ci tin, mụ hỡnh pilot dng khi hp ch nht, ch vn hnh liờn tc, lu lng nc cn x lý t 1 - 4 m 3 /h ó c ch to. Hỡnh 2 l nh chp mụ hỡnh ti Vin Khoa hc & K thut Mụi trng, trng i hc Xõy dng v s h thng tuyn ni ỏp lc, bao gm cỏc thnh phn chớnh: b trn húa cht cú cỏnh khuy iu khin bng hp s, kớch thc L x B x H = 500 x 500 x 300 (mm); b phn ng cú cỏnh khuy iu khin bng hp s, kớch thc L x B x H = 1100 x 540 x 1250 (mm); b tuy n ni: L x B x H = 1780 x 500 x 1800 (mm); thựng ỏp lc vi bm cp nc tun hon v mỏy nộn khớ; h thng nh lng húa cht keo t v ph kin. Hỡnh 2. S h thng tuyn ni ỏp lc pilot s dng trong nghiờn cu KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 15/3-2013 58 Trong giai on thớ nghim ti Vin Khoa hc & K thut Mụi trng, trng i hc Xõy dng, mụ hỡnh c th nghim vi ngun nc nhõn to, pha nc sch vi t sột to c cn thit (124 - 565 NTU). Mc ớch ca giai on thớ nghim ny l lm ch c cụng ngh tuyn ni ỏp lc, ci tin, hon thin cỏc thit b v xỏc nh cỏc thụng s vn hnh ca h thng tuyn ni, ng thi so sỏnh hiu sut quỏ trỡnh keo t - tuyn ni vi quỏ trỡnh keo t - lng truyn thng. Kt qu thớ nghim ó cho thy vi c nc thụ dao ng ln, t 124 n 565 NTU, hiu sut tuyn ni hu nh khụng nh hng, t xp x 2 NTU, trong khi hiu sut keo t - lng vi cựng liu lng húa cht li ph thuc nhiu vo cht lng nc u vo v luụn thp hn hiu sut quỏ trỡnh keo t - tuyn ni (hỡnh 3). Hiu sut x lý theo NTU, Keo t - Tuyn ni v Keo t - Lng 0 100 200 300 400 500 600 2 6 /7/2008 2 /8 /2 00 8 4 /8 /2 00 8 9 /8 / 2008 10/8 / 20 0 8 1 1/ 8/ 20 0 8 1 2 /8/ 2 00 8 1 3 /8/ 2 00 8 1 4 /8/ 2 00 8 1 6 /8/ 2 008 1 6 /8/2008 Ngy c nc thụ, NTU 0 2 4 6 8 10 12 c nc sau x lý, NTU Nc thụ Sau keo t - tuyn ni Sau keo t - lng Hỡnh 3. Thớ nghim x lý nc bng cụng ngh tuyn ni, so sỏnh vi keo t - lng Ghi chỳ: Kt qu c tng hp t 93 mu thớ nghim; Giỏ tr c nc thụ c c theo trc tung bờn trỏi, c nc sau x lý - theo trc tung bờn phi; Hm lng cht keo t (PAC) ti u c xỏc nh bng thớ nghim Jar Test; V thớ nghim keo t - lng tnh c thc hin b ng cỏch ly nc t ngn phn ng ca mụ hỡnh v lng trong ng hỡnh cụn dung tớch 1 lớt trong vũng 2 gi. Nhúm nghiờn cu ó thit k, ch to v tng bc hon thin cỏc chi tit mu cht ca h thng tuyn ni nh thựng bóo hũa, cỏc b trn - phn ng - tuyn ni, chi tit vũi phun dung dch bóo hũa, h thng thu gom v tỏch bt tuyn ni Cho n nay, h thng ó lm vic tng i hon thin, cho phộp th nghim x lý nc bng cụng ngh tuyn ni ỏp lc v cụng ngh keo t - lng vi ch liờn tc, cỏc thụng s vn hnh ti u nh sau: hiu sut bóo hũa khụng khớ t 85 - 90%; mt bt dy, ng nht v kim soỏt c kớch thc; gim thiu ti a s xỏo trn vựng tip xỳc v vựng tuyn ni; cỏc b trn, b phn ng, b tuyn ni m bo ch thy lc ti u cho cỏc quỏ trỡnh trn, keo t, to bụng, tuyn ni, thu nc v thu bt; phng phỏp tỏch bt: nh k, bng cỏch dõng mc nc trong b tuyn ni; liu lng húa cht keo t (PAC) vi c 124 - 565 mg/l l 20 - 60 mg/l; thi gian trn 1-2 phỳt; thi gian keo t - to bụng 10 - 15 phỳt; thi gian tip xỳc 2 phỳt; thi gian tuyn ni 15 - 20 phỳt; ỏp sut bóo hũa 4,5 - 5,5 atm; t l dũng tun hon ~ 8 - 15%; ti trng thy lc 5 - 7,5 m/h. Mt v ng kớnh bt tuyn n i c xỏc nh bng cỏch chp nh khoang phn ng trong ct tuyn ni bng mỏy nh chuyờn dng (phúng i x100 ln). nh chp bt tuyn ni c gii thiu trờn Hỡnh 4. Mt trong nhng chi tit quan trng cho phộp t mt bt tuyn ni cao, kớch thc ng nht (30 - 50 m) l vũi phun. Thỏng 10/2012, vũi phun do nhúm nghiờn cu phỏt trin ó c Cc S hu trớ tu cp Bng c quy n sỏng ch. KÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng Sè 15/3-2013 59 + Hình 4. Bọt tuyển nổi trong nước (phóng đại 100 lần) 4. Thử nghiệm hệ thống tuyển nổi pilot với nguồn nước mặt hệ thống sông Hồng - Thái Bình và sông Cửu Long 4.1. Thử nghiệm tại Công ty Cấp nước Thái Bình Trong thời gian từ tháng 8 đến tháng 10/2008, nhóm nghiên cứu đã lắp đặt mô hình thí nghiệm ngoài hiện trường tại Nhà máy nước Thái Bình, Công ty Cấp nước Thái Bình. Nhà máy có công suất 40.000 m 3 /ngày, lấy nguồn nước từ sông Trà Lý, một nhánh sông chính của sông Hồng. Nhà máy sử dụng đồng thời 2 dây chuyền công nghệ sau: (1) lọc phá bằng bể lọc vật liệu nổi - keo tụ - lắng ly tâm - lọc nhanh; và (2) trộn hóa chất, tách khí - lắng trong có tầng cặn lơ lửng - lọc nhanh. Kết quả vận hành mô hình được so sánh đối chứng với chất lượng nước qua từng bậc xử lý của Nhà máy nước. Hình 5. Hệ thống tuyển nổi áp lực pilot, thử nghiệm tại Nhà máy nước Thái Bình Nguồn nước thô tại Nhà máy nước Thái Bình trong đợt thí nghiệm từ 20/9 đến 3/10/2008 có độ đục dao động từ 81 đến 470 NTU. Độ đục thấp nhất sau tuyển nổi đạt 0,3 NTU, trung bình đạt 1,3 NTU. Đây là kết quả rất tốt, có thể so sánh tương đương với kết quả của các nghiên cứu đã công bố trên Thế giới. Chấ t lượng nước sau tuyển nổi và lọc luôn thấp (thấp nhất 0,1 NTU, trung bình 0,7 NTU). Trong khi đó, chất lượng nước sau các dây chuyền công nghệ truyền thống keo tụ - lắng tĩnh đạt thấp nhất 1,8 NTU, trung bình 3,0 NTU; keo tụ - lắng ly tâm đạt thấp nhất 2,8 NTU, trung bình 5,6 NTU; keo tụ - lắng trong có tầng cặn lơ lửng đạt thấp nhất 0,9 NTU, trung bình 2,7 NTU và không ổn định. Chất lượng nước sau cột lọc (bố trí sau bể tuyển nổi) rất tốt, độ đục 0,1 - 0,3 NTU, với chu kỳ lọc kéo dài đến 3- 4 ngày trước khi có hiện tượng bão hòa cặn. Nhận xét này khẳng định thêm một ưu thế quan trọng của tuyển nổi áp lực, cho phép giảm chi phí sản xuất nước nhờ nâng cao chất lượng nước vào bể lọc, giảm tối đa các tạp chất keo có kích thước nhỏ - dễ bị giữ lại trên bề mặt lớp cát lọc và làm tăng nhanh tổn thất áp lực trong bể lọc, nhờ vậy kéo dài được chu kỳ lọc và giảm được chi phí vận hành rửa lọc. KÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng Sè 15/3-2013 60 Hiệu suất xử lý theo NTU, NMN Thái Bình 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 20/9 /2 008 21/9 /2 0 0 8 22 / 9 /2 0 0 8 23/9 /2 008 24 / 9 /2 0 0 8 2 5 / 9 /2 0 0 8 2 6 /9/2 0 08 30/9/2008 1 / 1 0 /2 0 08 2 / 10/2008 3/10/2008 Ngày Độ đục nước thô, NTU 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Độ đục nước sau xử lý, NTU Nước thô Sau cột lọc Sau tuyển nổi Sau keo tụ - lắng Sau bể lắng ly tâm Sau bể lắng trong Hình 6. Kết quả thí nghiệm tại Nhà máy nước Thái Bình Ghi chú: Kết quả được tổng hợp từ 110 mẫu thí nghiệm; Giá trị độ đục nước thô được đọc theo trục tung bên trái, độ đục nước sau xử lý - theo trục tung bên phải; Hàm lượng chất keo tụ (PAC) tối ưu được xác định bằng thí nghiệm Jar Test; Và thí nghiệm keo tụ - lắng tĩnh được thực hiện bằng cách lấy nước từ ngăn ph ản ứng của mô hình và để lắng trong ống hình côn dung tích 1 lít trong vòng 2 giờ. Kết quả thực nghiệm ở Nhà máy nước Thái Bình cũng cho thấy quá trình tuyển nổi đạt hiệu suất cao và ổn định với độ đục nước nguồn < 500 NTU (cho phép đạt độ đục trong nước sau tuyển nổi < 3 NTU), và đạt chất lượng nước tốt nhất với độ đục nước nguồn < 150 NTU (độ đục nước sau tuyển n ổi < 2 NTU). Với độ đục > 500 NTU (các tháng mùa lũ), hiệu suất của cả quá trình truyền thống keo tụ - lắng cũng giảm. Trong trường hợp này, nên sơ lắng nước trước khi xử lý bằng hóa chất và lắng hoặc tuyển nổi để nâng cao hiệu suất xử lý và giảm chi phí hóa chất, chi phí xử lý bùn cặn, … Đặc biệt đối với sông Hồng, có hàm lượng cặn sét lớn vào mùa lũ với trọng lượng riêng tươ ng đối nặng và điện tích âm, sơ lắng sẽ loại bỏ các hạt sét này, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tuyển nổi hệ keo còn lại trong nước. Nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm hiệu quả xử lý nước bằng tuyển nổi đối với thuốc trừ sâu, và so sánh với quá trình keo tụ - lắng. Mẫu thuốc trừ sâu được lựa chọn là Vitashields 40 EC, có thành phần chủ yế u là Chlorpyriphos 40% (w/w), thành phần hóa học Diethoxy- sulfanylidene-(3,5,6-trichloropyridin-2-yl)oxy-phosphorane, công thức hóa học C 9 H 11 Cl 3 NO 3 PS. Đây là một loại thuốc trừ sâu phổ biến trên thị trường Việt Nam, có chứa cả gốc Cl và P. Kết quả thí nghiệm cho thấy tuyển nổi áp lực cho phép loại bỏ thuốc trừ sâu ra khỏi nước (hiệu suất đạt 99%), tốt hơn so với quá trình keo tụ - lắng truyền thống. Đây là một ưu điểm quan trọng của công nghệ tuyển nổi, khi nâng cao chất lượng nước là m ột yêu cầu thiết yếu đối với nhiều nguồn nước cấp hiện nay.+ 4.2. Thử nghiệm tại Công ty Cấp nước Vĩnh Long Tiếp tục thử nghiệm với nguồn nước mặt sông Tiền, sông Hậu vùng đồng bằng sông Cửu Long, trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 5/2009, nhóm nghiên cứu đã phối hợp với Công ty Cấp nước Vĩnh Long lắp đặt và vận hành mô hình tuyển nổi pilot tại 2 nhà máy nước Trường An (công suất 10.000 m 3 /ngày, nguồn nước sông Tiền) và Hòa Phú (công suất 1.200 m 3 /ngày, nguồn nước sông Bô Kê, một nhánh của sông Hậu). Mô hình được vận hành với chế độ liên tục, lưu lượng nước xử lý ~ 1 m 3 /h. Kết quả xử lý nước theo độ đục, so sánh giữa phương án keo tụ - lắng, hiện đang áp dụng tại nhà máy nước KÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng Sè 15/3-2013 61 Trường An (bể lắng ngang) và Hòa Phú (bể lắng có vách ngăn mỏng - lamen) với phương án tuyển nổi áp lực được nêu trên Hình 7, 8. Hiệu quả xử lý theo hàm lượng chất hữu cơ và vi sinh vật được trình bày trên Bảng 1. Hiệu suất xử lý theo NTU, NMN Trường An 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 30/4/2009 1/5/2009 2/5 / 2 00 9 3 /5/200 9 5 /5/2009 6 /5/2009 7 /5/2009 8 /5/2009 1 0 /5/2009 Ngày Độ đục nước thô, NTU 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Độ đục nước sau xử lý, NTU Nước thô Sau Keo tụ - Tuyển nổi Sau Keo tụ - Lắng Hiệu suất xử lý theo NTU, NMN Hòa Phú 0 20 40 60 80 100 120 140 160 22/ 5 / 09 23/5/09 24/5/09 Ngày Độ đục nước thô, NTU 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Độ đục sau xử lý, NTU Nước thô Sau Keo tụ - Tuyển nổi Sau Keo tụ - Lắng Hình 7. Kết quả thí nghiệm tại Nhà máy nước Trường An Hình 8. Kết quả thí nghiệm tại Nhà máy nước Hòa Phú Bảng 1. So sánh hiệu suất xử lý nước theo chất hữu cơ và vi sinh vật Độ oxy hóa KMnO 4 , mg O 2 /l E.Coli (MPN/100 ml) Ngày Nước thô Sau lắng ngang Sau tuyển nổi Nước thô Sau lắng ngang Sau tuyển nổi 5/5/2009 1.75 1.25 0.7 430 150 40 6/5/2009 1.7 1.55 0.7 930 230 90 7/5/2009 2 1.9 0.7 930 280 110 11/5/2009 2.25 1.95 0.7 Hình 9. Hệ thống tuyển nổi áp lực tại Nhà máy nước Trường An Hình 10. Bọt tập trung trên bề mặt ngăn tuyển nổi Kết quả nghiên cứu thử nghiệm cũng cho thấy tuyển nổi áp lực cho phép đạt chất lượng nước tốt hơn rõ rệt so với các phương án lắng truyền thống, theo các chỉ tiêu độ đục (NTU), hàm lượng chất hữu cơ (độ oxy hóa KMnO 4 ) và các chỉ tiêu vi sinh (E.Coli). Với độ đục trong nước thô sông Tiền dao động từ 20 - 80 NTU, trung bình 44 NTU, độ đục sau tuyển nổi đạt 0,8 - 2,5 NTU, trung bình đạt 1,6 NTU, trong khi chất lượng nước sau bể lắng tại nhà máy đạt 5,6 - 16,5 NTU, trung bình 11,3 NTU. Hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ bằng keo tụ - lắng đạt trung bình 13,9% so với 63,2% bằng tuyển nổi áp lực. Với độ đục trong nước thô Bô Kê (một nhánh của sông Hậu) dao động từ 52,7 - 150 NTU, trung bình 102 NTU, độ đụ c sau tuyển nổi đạt 0,2 - 3,5 KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 15/3-2013 62 NTU, trung bỡnh t 1,8 NTU, trong khi cht lng nc sau b lng ti nh mỏy t 6,7 - 8,9 NTU, trung bỡnh 8,0 NTU. 4.3. Kt qu tớnh toỏn kinh t, so sỏnh phng ỏn tuyn ni ỏp lc vi lng truyn thng Kt qu tớnh toỏn s b, ỏp dng th cho nh mỏy nc mt sụng Hng, cụng sut 150.000 m 3 /ngy cho thy: phng ỏn cụng ngh: s lng - keo t - lng - lc cn 1,5 ha xõy dng nh mỏy; phng ỏn s lng - keo t - tuyn ni - lc cn 1,04 ha xõy dng nh mỏy (din tớch gim 30,7%). Sõn phi bựn trong phng ỏn truyn thng cn 9,16 ha, phng ỏn tuyn ni cn 7.13 ha (tit kim 22.2%). Chi phớ u t xõy dng theo phng ỏn truyn thng: 870 t VN, phng ỏn tuyn ni ỏp lc: 800 t (gi m 9%). Chi phớ sn xut 1m 3 nc (cha bao gm hon tr vn u t) theo phng ỏn truyn thng l 2.700 VND/m 3 , phng ỏn tuyn ni ỏp lc l 2.600 VND/m 3 (gim 3,7%). Chi phớ xõy dng vi cụng ngh tuyn ni ỏp lc thp hn nh gim ỏng k din tớch xõy dng cụng trỡnh v cỏc thit b lp t trong cụng trỡnh lng v x lý bựn cn. Chi phớ vn hnh gim, mc dự cụng ngh tuyn ni ũi hi bm tun hon v mỏy nộn khớ cho thựng bóo hũa, nh gim chi phớ cho ra lc (chu k lc tng), chi phớ vn hnh bm bựn cn, húa cht x lý bựn cn. Kt qu tớnh toỏn s b vi cỏc trm x lý nc cụng sut nh (1.500 m 3 /ngy) v cụng sut va (15.000 m 3 /ngy) cng cho kt qu tng t: tuyn ni ỏp lc cng cho phộp tit kim din tớch v gim chi phớ u t xõy dng cng nh chi phớ vn hnh, bo dng so vi b lng truyn thng. 5. Kt lun, kin ngh Kt qu nghiờn cu trong phũng thớ nghim v ngoi hin trng, vi ngun nc mt h thng sụng Hng - sụng Thỏi Bỡnh v sụng Cu Long cho thy tuyn ni ỏp lc, cú kt hp vi keo t bng húa cht, cho phộp t cht lng nc tt hn nhiu so vi keo t - lng ngang, lng lamen hay keo t - lng trong cú tng cn l lng, vi cựng liu lng húa ch t s dng, theo cỏc ch tiờu v c, oxy húa, thuc tr sõu v vi sinh vt. Vi ngun nc sụng Tr Lý (h lu sụng Hng), c dao ng t 81 n 470 NTU, c thp nht sau tuyn ni t 0,3 NTU, trung bỡnh t 1,3 NTU. Cht lng nc sau tuyn ni + lc luụn thp (thp nht 0,1 NTU, trung bỡnh 0,7 NTU), cho phộp kộo di chu k lc lờn 3 - 4 ngy. Vi c trong nc sụng Tin dao ng t 20 - 80 NTU, trung bỡnh 44 NTU, c sau tuyn ni t 0,8 - 2,5 NTU, trung bỡnh t 1,6 NTU. Hiu sut loi b cht hu c bng keo t - lng t trung bỡnh 13,9% so vi 63,2% bng tuyn ni ỏp lc. Vi c trong nc thụ Bụ Kờ (mt nhỏnh ca sụng Hu) dao ng t 52,7 - 150 NTU, trung bỡnh 102 NTU, c sau tuyn ni t 0,2 - 3,5 NTU, trung bỡnh t 1,8 NTU. S ci thin cht lng nc rừ rt sau tuyn ni so vi lng d n n nhiu u th nh kộo di chu k lc, gim chi phớ ra lc, chi phớ x lý bựn, gim thiu nguy c to cỏc sn phm ph c hi khi kh trựng bng Clo, nh vy lm gim giỏ thnh v nõng cao cht lng nc thng phm. Kt qu nghiờn cu cho phộp xut quy trỡnh cụng ngh x lý nc, ỏp dng cụng ngh tuyn ỏp lc nh sau: vi c nc ngu n < 500 NTU: keo t - tuyn ni - lc nhanh - kh trựng. Vi c nc ngun > 500 NTU: s lng - keo t - tuyn ni - lc nhanh - kh trựng. Tuyn ni ỏp lc cho phộp t hiu sut cao v n nh nht ( c nc sau tuyn ni luụn < 2 NTU) vi c nc ngun < 150 NTU. Cụng ngh tuyn ni ỏp lc ỏp dng cho x lý nc cp sinh hot vi ngun nc m t ln u tiờn ó c nghiờn cu thnh cụng Vit Nam quy mụ phũng thớ nghim v quy mụ pilot ngoi hin trng. Nghiờn cu ó m ra mt hng i mi nõng cao cht lng nc KÕT QU¶ NGHI£N CøU Vµ øNG DôNG T¹p chÝ khoa häc c«ng nghÖ x©y dùng Sè 15/3-2013 63 cấp tại các nhà máy nước hiện có cũng như xây dựng các nhà máy xử lý nước mới, bằng cách thay thế hay cải tạo các bể lắng truyền thống bằng bể tuyển nổi áp lực, với nhiều ưu việt hơn trong xây dựng, vận hành quản lý. Phương án này đặc biệt thích hợp đối với các trạm xử lý nước sông có độ đục thấp, mức độ ô nhiễm hữu cơ cao, các nguồ n nước mặt có độ màu, hàm lượng rong tảo cao như nước hồ, đầm, hay ở những nơi có điều kiện sơ lắng trước quá trình keo tụ - tạo bông. Những trang thiết bị cần thiết cho hệ thống tuyển nổi có thể được thiết kế, chế tạo, lắp đặt trong nước hay nhập ngoại. Bên cạnh đó, tuyển nổi áp lực cũng mở ra một h ướng giải pháp mới cho việc quản lý bùn cặn từ các trạm xử lý nước cấp nhằm tiết kiệm được quỹ đất xây dựng và giảm chi phí quản lý, vận hành trạm xử lý. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Việt Anh, Phạm Văn Ánh, Mai Văn Tiệm, Nguyễn Hữu Tuyên, Nguyễn Mạnh Hùng và nhóm nghiên cứu (2008), Báo cáo tổng hợp, đề tài: Nghiên cứu phát triển công nghệ tuyển nổi áp lực để xử lý nước và bùn cặn trong xử lý nước cấp đô thị với nguồn nước mặt ở Hà Nội, Đề tài NCKH và PTCN cấp thành phố. 2. Nguyễn Việt Anh (1995), Xử lý nước thải công nghiệp chứa dầu, mỡ bằng công nghệ tuyển nổi áp lực, Luận án TS, Trường ĐHXD Matxcơva, LB Nga. 3. James K. Edzwald (2007), “Fundamentals of dissolved air flotation”, Journal NEWWA, Vol.121 (2), pp. 89-112. 4. The Proceedings of the 5 th IWA International Conference: Flotation in Water and Wastewater Treatment. Seoul, Korea, 2007. . và nhóm nghiên cứu (2008), Báo cáo tổng hợp, đề tài: Nghiên cứu phát triển công nghệ tuyển nổi áp lực để xử lý nước và bùn cặn trong xử lý nước cấp đô. Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu công nghệ xử lý nước mặt bằng phương pháp tuyển nổi áp lực trong PTN và ngoài hiện trường, xử lý nước sông