Đánh giá khả năng keo tụ và làm mềm nước của vật liệu hạt chùm ngây

Khi tiến hành thí nghiệm trên mẫu nước có độ đục cao hơn là 146 NTU, vật liệu hạt chùm ngây cho kết quả loại bỏ độ đục là 84% và 88% khuẩn E.coli, trong khi tỉ lệ này ở phèn nhôm là hơn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

-

 -

HÀ VŨ HUY

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KEO TỤ VÀ LÀM MỀM NƯỚC CỦA VẬT LIỆU HẠT CHÙM NGÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH

Thái Nguyên, năm 2013

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

-

 -

HÀ VŨ HUY

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KEO TỤ VÀ LÀM MỀM NƯỚC CỦA VẬT LIỆU HẠT CHÙM NGÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH

Chuyênngành: HÓA PHÂN TÍCH

Ms: 60 44 01 18

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TẠ THỊ THẢO

Thái Nguyên, năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới:

Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Hóa trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Phó giáo sư - Tiến sĩ Tạ Thị Thảo cùng toàn thể các quý thầy cô Bộ môn Hóa Phân tích trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nỗi đã hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm việc học tập và thu thập số liệu tại khoa để tôi có thể hoàn thành được luận văn

Xin chân thành cảm ơn các anh chị em và bạn bè đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi học tập làm việc và hoàn thành luận văn

Mục lục

Chương 1 : Tổng quan

1.1 Tổng quan về cây chùm ngây và các ứng dụng 4

1.1.1 Tổng quan về cây chùm ngây (Moringa Oleifera) 4

1.1.1.1 Giới thiệu chung 4

1.1.1.2 Đặc điểm 5

1.1.1.3 Thành phần hóa học của cây chùm ngây 5

1.1.1.4 Lợi ích và công dụng 6

1.1.2 Các ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí môi trường 8

1.1.2.1 Loại bỏ độ đục 8

1.1.2.2 Loại bỏ độ màu 9

1.1.2.3 Loại bỏ độ cứng 9

1.1.2.4 Chế biến than hoạt tính từ gỗ cây chùm ngây để loại bỏ Cu, Ni, Zn khỏi nước thải tổng hợp 10

1.1.2.5 Khả năng loại bỏ các kim loại nặng 11

1.1.2.6 Loại bỏ vi khuẩn 11

1.2 Tổng quan về nước cấp và các phương pháp xử lí 12

1.2.1 Các thông số đánh giá chỉ tiêu chất lượng nước 12

1.2.1.1 Các chỉ tiêu vật lý 1.2.1.1.1 Độ pH 12

1.2.1.1.2 Nhiệt độ 12

1.2.1.1.3 Màu sắc 12

1.2.1.1.4 Độ đục 12

1.2.1.1.5 Tổng hàm lượng chất rắn 12

1.2.1.1.6 Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng 13

1.2.1.1.7 Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan 13

1.2.1.1.8 Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi 13

1.2.1.2 Các chỉ tiêu hóa học 14

1.2.1.2.1 Độ kiềm toàn phần 14

1.2.1.2.2 Độ cứng của nước 14

1.2.1.2.4 Nhu cầu oxy hóa học 15

1.2.1.2.5 Nhu cầu oxy sinh hóa 15

1.2.1.2.6 Một số chỉ tiêu hóa học khác trong nước 15

1.2.1.3 Các chỉ tiêu vi sinh của nước 16

1 2.1.3.1 Vi trùng gây bệnh 16

1.2.1.3.2 Các loại rong tảo 17

1.2.1.4 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống 18

1.2.2 Các phương pháp và quá trình xử lí nước 19

1.2.2.2 Quá trình lắng 20

1.2.2.3 Quá trình lọc nước 21

1.2.2.4 Làm mềm nước 22

1.2.2.5 Khử trùng nước 24

1.2.2.6 Khử sắt và mangan 25

Chương 2: Thực nghiệm 2.1 Hoá chất và dụng cụ thí nghiệm 26

2.1 1 Pha chế và bảo quản các hóa chất dùng trong thí nghiệm 26

2.1.1.1 Chỉ thị Phenolphtalein 0,1% 26

2.1.1.2 Chỉ thị Metyl da cam 26

2.1.1.3 Dung dịch chuẩn EDTA 0,01 M 26

2.1.1.2 Dung dịch chuẩn NaOH 0, 1M 26

2.1.1.3 Dung dịch đệm pH 10 26

2.1.1.4 Chỉ thị Eriocrom đen T (ETOO) 26

2.1.1.5 Dung dịch 1,10-phenanthroline 27

2.1.1.6 Dung dịch chuẩn Fe(II) 10 ppm 27

2.1.1.7 Dung dịch Natri axetat 27

2.1.1.8 Dung dịch hydroxyl amoni clorua 27

2.1.2 Các dụng cụ và thiết bị dùng trong thí nghiệm 27

2.2 Tiến hành thí nghiệm 28

2.2.1 Chuẩn bị bột hạt chùm ngây 28

2.2.2 Chuẩn bị dung dịch gốc (chiết từ hạt chùm ngây) 28

2.2.3 Thí nghiệm keo tụ 28

2.2.4 Thí nghiệm đo độ axit của mẫu nước 29

2.2.4.1 Nguyên tắc 29

2.2.4.2 Tiến hành thí nghiệm 29

2.2.5 Đo độ cứng tổng số của mẫu nước 29

2.2.5.1 Nguyên tắc 29

2.2.5.2 Tiến hành thí nghiệm 29

2.2.6 Xác định tổng hàm lượng Fe trong nước bằng phương pháp phenantrolin 30

2.2.6.1 Chuẩn bị dãy các dung dịch để dựng đường chuẩn 30

Chương 3: Kết quả và thảo luận

3.1 Kết quả xử lí độ đục 32

3.1.1 Mẫu nước sông Hồng lấy tại chân cầu Vĩnh Tuy – tháng 12/2012 3.1.1.1 Kích thước hạt chùm ngây 1,2 mm 32

3.1.1.2 Kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm 34

3.1.2 Mẫu nước sông Hồng lấy tại chân cầu Thăng Long – tháng 12/2012 3.1.2.1 Kích thước hạt chùm ngây 1,2 mm 36

3.1.2.2 Kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm 38

3.1.3 Mẫu nước đục nhân tạo 39

3.1.3.1 Kích thước hạt chùm ngây 1,2 mm 39

3.1.3.2 Kích thước hạt chùm ngây 0,8 mm 41

3.2 Kết quả xử lí độ màu 43

3.2.1 Dung dịch gốc có nồng độ NaCl 0,25M 43

3.2.2 Dung dịch gốc nồng độ NaCl 1 M 45

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian lưu trữ dung dịch gốc đến hiệu quả xử lí 45 3.3 Kết quả loại bỏ độ cứng 47

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

4.1 Kết luận 50 4.2 Kiến nghị 50

Tài liệu tham khảo

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

- TSS (Total suspended solid) : Tổng hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l)

- COD (Chemical Oxugen Demand): Nhu cầu oxy hoá học

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

Bảng 3.1 Kết quả loại bỏ độ đục của nước bằng chiết xuất hạt chùm ngây với kích

thước hạt 1,2 mm 41

Bảng 3.2 Kết quả loại bỏ độ đục của nước bằng chiết xuất hạt chùm ngây với kích thước hạt 0,8 mm 43

Bảng 3.3 Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 100 mg/l 44

Bảng 3.4 Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 200 mg/l 45

Bảng 3.5 Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 300 mg/l 45

Bảng 3.6 Độ đục của mẫu nước sau khi keo tụ và để lắng với hàm lượng chùm ngây 400 mg/l 45

Bảng 3.7 Hiệu quả xử lý độ đục nước ứng với các khoảng giá trị của độ đục và ngưỡng hàm lượng chất keo tụ có thể áp dụng 47

Bảng 3.8 Hiệu quả xử lý độ màu của nước ứng với các giá trị khác nhau của nồng độ hạt chùm ngây trong dung dịch chiết xuất NaCl 0,25M 48

Bảng 3.9 Hiệu quả xử lý độ màu của nước ứng với các giá trị khác nhau của nồng độ hạt chùm ngây trong dung dịch chiết xuất NaCl 1M 49

Bảng 3.10 Hiệu quả xử lí độ màu của dung dịch gốc từ bột hạt chùm ngây ở các nồng độ muối 0,25M và 1M qua các ngày lưu trữ 49

Bảng 3.11 Hiệu quả xử lí độ cứng của dung dịch gốc từ bột hạt chùm ngây trên mẫu nước cứng nhân tạo 51

Hình 1.1 Lá và quả cây chùm ngây 10

Hình 1.2 Hạt chùm ngây trước và sau khi xử lí 12

Hình 1.3 Cơ chế keo tụ tạo bông 24

Hình 2.2 Hệ thống tỉ lệ quang học của máy đo độ đục 36

Hình 2.3 Máy đo quang phổ UV-1650PC 37

Hình 3.1 Chất lượng nước trước và sau khi keo tụ bằng vật liệu từ hạt

chùm ngây 47

Hình 3.2 So sánh % hiệu quả keo tụ của dung dịch gốc qua các ngày lưu trữ (Hàm

lượng dd gốc 60ml/l mẫu, nồng độ NaCl 0,25 M và 1M) 49

Hình 3.3 So sánh % hiệu quả xử lí độ cứng của dung dịch chiết từ hạt chùm ngây

trên các mẫu nước cứng nhân tạo 52

Mở đầu

Nước sạch và vệ sinh môi trường là nhu cầu thiết yếu của cuộc sống Sự cạn kiệt nguồn nước, sự gia tăng về nhu cầu nước sạch, sự suy giảm về chất lượng nguồn nước đang là những thách thức toàn cầu mà nhân loại phải đối mặt, đồng thời cũng

là vấn đề cấp thiết của nước ta

Việt Nam hiện có hơn 10 triệu hộ gia đình sống phân tán trong các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa, vùng mưa bão, lũ lụt…từ nhiều năm nay đang phải sử dụng nước uống và sinh hoạt từ nguồn nước mưa, giếng, sông, suối, ao, hồ…với mức độ ô nhiễm tổng hợp ngày càng tăng Theo báo cáo của Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, trong năm 2011 có 22% người dân sống ở vùng nông thôn (tương đương 13,3 triệu người) không thể tiếp cận với nguồn nước sạch

Việc sử dụng thiết bị lọc nước cho các vùng này không khả thi do hầu hết đều dựa vào những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, vì thế giá thành khá cao, phức tạp, dễ hỏng hóc Trong khi các bình lọc nước cấu tạo đơn sơ khác không đủ hiệu năng lọc độc và diệt khuẩn nước sạch

Phương pháp được cho là rẻ nhất được sử dụng ở vùng nông thôn hiện nay là sử dụng hóa chất keo tụ như phèn nhôm, và một số hóa chất khác như clo để diệt khuẩn; vôi để hiệu chỉnh độ pH; polyacrylat để hoàn thiện quá trình lắng trong nước, Tuy nhiên khi quy mô xử lí nước là cả một vùng dân cư rộng lớn hoặc các tuyến dân cư chịu bão lũ thì việc dùng các hoá chất này thật khó đáp ứng nổi, gây nhiều tốn kém và ảnh hưởng với môi trường

Mặt khác, việc sử dụng hóa chất tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sức khỏe con người như: dư lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 với hàm lượng đủ cao sẽ gây hại cho các

tế bào bạch huyết và được cho là nguyên nhân dẫn tới các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer ở người cao tuổi, bệnh Parkinson (hội chứng liệt rung) và một

số loại bệnh khác [13] Trong khi đó nguồn nước tiềm ẩn ô nhiễm rất phức tạp của

nông thôn Việt Nam đang khiến nhiều người dân khát nước sạch và hàng ngày ít nhiều đều bị nhiễm độc, nhiễm khuẩn

Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế (hoặc thay thế một phần) cho hóa chất keo tụ trong xử lí nước đang trở nên cấp thiết với các quốc gia đang phát triển trong

độ đục 45 NTU và hàm lượng khuẩn E.coli là 2650 cfu/100ml, hạt chùm ngây loại

bỏ được 86% độ đục và 93% khuẩn E.coli, với phèn nhôm tương ứng là 91% và 98% Khi tiến hành thí nghiệm trên mẫu nước có độ đục cao hơn là 146 NTU, vật liệu hạt chùm ngây cho kết quả loại bỏ độ đục là 84% và 88% khuẩn E.coli, trong khi tỉ lệ này ở phèn nhôm là hơn 97% [1] Mặc dù hiệu quả keo tụ chưa cao bằng phèn nhôm và một số hóa chất khác, nhưng chiết xuất từ hạt chùm ngây đã cho thấy

nó có hiệu quả keo tụ và làm sạch vi khuẩn khá cao, đủ để khuyến khích sử dụng trong xử lí nước ở các quốc gia đang phát triển

Ngoài khả năng làm sạch nước, cây chùm ngây còn là nguồn dược liệu quí hiếm

Lá, hoa, quả, thân , vỏ, rễ của cây chứa nhiều khoáng chất, chất đạm, vitamins và nhiều họp chất khác Các bộ phận của cây có những hoạt tính trong điều trị y học như dùng để trị các bệnh u xơ tiền liệt tuyến, suy nhược cơ thể, thần kinh, giúp ổn định huyết áp, đường huyết, chữa tăng cholesterol,… cây đã được dùng để trị nhiều bệnh trong y học dân gian tại nhiều nước trong vùng Nam Á

Tại các quốc gia đang phát triển, cây chùm ngây được coi như nguồn thực phẩm

có giá trị dinh dưỡng cao Ở Ấn Độ, quả chùm ngây được sử dụng khá rộng rãi,nhiều đồn điền trồng cây chùm ngây để cung cấp quả phục vụ cho nhu cầu thực phẩm tươi, thực phẩm đóng hộp và xuất khẩu ra thị trường thế giới Ở Tây Phi, lá

chùm ngây được dùng làm nước sốt và gia vị thức ăn Ở tỉnh Konso thuộc Ethiopia,

lá chùm ngây là lương thực chủ yếu của người dân,

Trên thế giới, chùm ngây được xem là một cây đa dụng, được hai tổ chức thế giới WHO và FAO xem như là giải pháp lương thực cho các nước thuộc “Thế giới thứ ba” Nhiều nghiên cứu đều cho thấy lá chùm ngây rất giàu vitamin, khoáng chất và protein: có lẽ nhiều hơn bất kỳ loại rau nhiệt đới nào khác Nhiều chương trình đã sử dụng lá chùm ngây để phòng chống suy dinh dưỡng và các bệnh liên quan (mù lòa, )

Các nghiên cứu về cây chùm ngây và công dụng của nó đã được thực hiện từ những năm 70 của thế kỉ trước Tuy nhiên, đa phần được thực hiện tại Ấn Độ, Philippines, và Phi Châu Ở Việt Nam các dữ liệu về các tác dụng, giá trị dinh dưỡng và công nghiệp của cây vẫn còn rất khan hiếm Đề tài này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả keo tụ của hạt chùm ngây trên một số nguồn nước tự nhiên, với mong muốn góp phần tìm ra giải pháp mới trong việc cung cấp nước sạch cho các vùng nông thôn Việt Nam theo định hướng phát triển bền vững

CHƯƠNG 1

1.1 Tổng quan về cây chùm ngây và các ứng dụng

1.1 1 Tổng quan về cây chùm ngây (Moringa Oleifera)

1.1.1.1 Giới thiệu chung

• Tên thông dụng: Chùm ngây (Việt Nam), Moringa (international), Drumstick tree (US), Horseradish tree, Behen, Drumstick Tree,

• Tên Khoa học: Moringa oleifera hay M pterygosperma thuộc họ Moringaceae

• Nhà Phật gọi là cây Độ Sinh (Tree of Life )

Các nhà dược học, các nhà khoa học nghiên cứu thực vật học, dựa vào hàm lượng dinh dưỡng và nguồn dược liệu quí hiếm được kiểm nghiệm, đã không ngần ngại đặt tên cho nó là cây Thần Diệu ( Miracle Tree)

Nguồn gốc : Cây xuất xứ từ vùng Nam Á, có lịch sử hơn 4 ngàn năm, nhưng phổ biến rất nhiều ở cả Châu Á và Châu Phi Cây Chùm Ngây rất phổ thông ở Ấn Độ và được dân tộc Ấn trân trọng đặt tên là cây Độ Sinh

Trong hầu hết các bộ phận của cây đều chứa các chất mà con người cần như: Khoáng chất, vitamin, các axit amin, bêta-caroten, phenolics

Ở Việt Nam, cây chùm ngây đã có trong tự nhiên từ lâu đời Tuy nhiên công dụng của nó thì còn ít người biết đến Cây được phát hiện mọc hoang từ lâu đời tại nhiều nơi như Thanh Hóa, Bình Thuận, Ninh Thuận, vùng Bảy Núi ở An Giang, đảo Phú Quốc, Tại vùng núi ở Tịnh Biên, Tri Tôn (An Giang) có nhà chỉ trồng nó làm hàng rào Sau khi biết tác dụng của cây chùm ngây, huyện Tri Tôn đã xây dựng một dự án

để bảo tồn và phát triển và dành tới 3.000m2

để làm vườn nhân giống [19]

1.1.1.2 Đặc điểm

Chùm ngây là loại cây thân gỗ Cây có thể cao tới 5 - 6m, rất dễ trồng, dễ sống Việc trồng cây không kén đất, ít tốn công chăm sóc Có thể trồng quanh hàng rào,

trồng ở những bãi đất trống, trồng dọc đường đi Cây trồng khoảng 4-5 tháng là bắt đầu có thể thu hoạch lá

Hầu như chưa thấy loài sâu bọ nào phá hoại được cây Khả năng chống chịu hạn hán của cây cũng rất tốt, có thể trồng trên cả các gò, đồi, các vùng đất xấu Tuy nhiên, khả năng chịu úng lại kém Sau 8 tháng cây bắt đầu cho hoa Hoa có màu trắng, có hương thơm Quả dài 25-30cm và có hình dáng giống với quả đậu cô ve

[19]

Hình 1.1 Lá và quả cây chùm ngây

1.1.1.3 Thành phần hóa học của cây chùm ngây [14]

Rễ cây Chùm ngây:

Chứa hợp chất glucosinolates: như 4-(alpha-L-rhamnosyloxy) benzyl glucosinolate (khoảng 1%), sau khi chịu tác động của enzyme myrosinase sẽ cho 4-

(alpha-L-rhamnosyloxy) benzylisot hiocyanate, glucotropaeolin (khoảng 0.05%) và benzylisothiocyanate

Hạt cây Chùm ngây:

Hạt chứa glucosinolate như trong rễ, có thể lên đến 9% sau khi hột đã được khử chất béo Các axit loại phenol carboxylic như 1 beta- D -glucose l 2, 6 - dimethyl benzoate Ngoài ra hạt còn chứa chất béo 33-38% được dùng trong dầu ăn và kỹ nghệ hương liệu, thành phần chính gồm các axit béo như oleic axit (60-70%), palmitic axit (3-12%), stearic axit ( 3-12%) và các axit béo khác như behenic axit, eicosanoic và lignoceric axit

Lá cây Chùm ngây:

Chứa các hợp chất thuộc nhóm flavonoids và phenolic như kaempferol alpha-rhamnoside, kaempferol, syringic acid , gallic acid, rutin, quercetin 3-O-beta-glucoside Các flavonol glycosides được xác định đều thuộc nhóm kaempferide nối kết với các rhamnoside hay glucoside

3-O-1.1.1.4 Lợi ích và công dụng

Những nghiên cứu về chùm ngây đa số được thực hiện ở Ấn Độ, Philippines và Châu Phi Cây được biết đến và sử dụng từ hàng ngàn năm ở các nước có nền văn minh cổ như Hy Lạp, Ý, Ấn Độ Do có nhiều công dụng hữu ích nên cây hiện đang được khuyến khích trồng ở hơn 80 quốc gia trên thế giới đặc biệt là những nước

nghèo

Hiện nay chùm ngây được những quốc gia tiên tiến sử dụng rộng rãi và đa dạng trong công nghệ dược phẩm, mỹ phẩm, nước giải khát dinh dưỡng và thực phẩm chức năng Các quốc gia đang phát triển sử dụng Moringa như dược liệu kỳ diệu kết hợp chữa những bệnh hiểm nghèo, bệnh thông thường và thực phẩm dinh dưỡng

Công dụng điều trị bệnh: cây có những hoạt tính như kích thích hoạt động của tim và hệ tuần hoàn, hoạt tính chống u-bướu, hạ nhiệt, chống kinh phong, chống sưng viêm, trị ung loét, chống co giật, lợi tiểu, hạ huyết áp, hạ cholesterol, chống oxy hóa, trị tiểu đường, bảo vệ gan, kháng sinh và chống nấm Cây đã được dùng

để trị nhiều bệnh trong Y-học dân gian tại nhiều nước trong vùng Nam Á

Giá trị dinh dưỡng: Hiện nay chùm ngây được hai tổ chức thế giới WHO và FAO xem như là giải pháp ưu việt cho các bà mẹ thiếu sữa và trẻ em suy dinh dưỡng, và là giải pháp lương thực cho thế giới thứ ba

Các bộ phận của cây chứa nhiều khoáng chất quan trọng, giàu chất đạm, vitamin, betacaroten, acid amin và nhiều hợp chất phenol Cây chùm ngây cung cấp hỗn hợp gồm nhiều hợp chất quý hiếm như zeatin, quercetin, alpha-sitosterol, caffeoylquinic acid và kaempferol

Như vậy cây chùm ngây là nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao

Công dụng lọc nước: nếu phần thân và lá chùm ngây có tác dụng điều trị bệnh

và giá trị dinh dưỡng cao, thì hạt của nó có thể sử dụng để lọc nước uống rất hiệu quả mà hầu như không mất nhiều chi phí Quá trình tinh lọc khá đơn giản, bao gồm các công đoạn: xay nhuyễn hạt thành bột, trộn bột này với nước chưa được xử lý rồi đợi các hạt bột kết dính với tạp chất và lắng xuống dưới Sau đó, chúng ta có thể gạn hoặc hút phần nước tinh khiết ở bên trên

a) b) c)

Hình 1.2 Hạt chùm ngây trước và sau khi xử lí

a) Hạt chùm ngây b) Hạt nhân sau khi tách vỏ

c) Bột nghiền từ hạt chùm ngây

1.2 1 Các ứng dụng của hạt chùm ngây trong xử lí môi trường

Đã có rất nhiều nước trên Thế giới nghiên cứu về khả năng xử lý môi trường của hạt cây chùm ngây và được áp dụng khá phổ biến cho những vùng nông thôn Theo nghiên cứu của ông Michael Lea, chuyên gia thuộc Clearinghouse - tổ chức Canada

chuyên nghiên cứu công nghệ lọc nước chi phí thấp – và các cộng sự, hạt chùm ngây có thể giảm đến 99,99% vi khuẩn trong nước chưa được xử lý Ngoài ra, phương pháp xử lý nước bằng hạt cây chùm ngây đang được áp dụng rất phổ biến ở những vùng nông thôn của một số quốc gia ở Châu Phi

Ở Sudan, hạt chùm ngây được những người phụ nữ sử dụng để thay thế phèn nhôm khi lọc nước đục lấy từ sông Nile

1.2.1.1 Loại bỏ độ đục

Từ những năm 1970, hạt chùm ngây đã được quan tâm nghiên cứu ở các mức độ khác nhau và được đánh giá cao trong quá trình xử lí nước Tuy nhiên, các nghiên cứu ban đầu chỉ dùng hạt chùm ngây như một chất hỗ trợ keo tụ sử dụng cùng với phèn nhôm

Kết quả cho thấy khi hạt chùm ngây được thêm vào quá trình xử lí nước, khả năng loại bỏ độ đục ở mức cao hơn hẳn so với chỉ sử dụng phèn nhôm Theo nghiên cứu của Surtheland -1990, khi dử dụng đồng thời hạt chùm ngây và phèn nhôm với hàm lượng phèn nhôm là 15mg/l và chùm ngây là 25 mg/l cho kết quả loại bỏ độ đục từ

150 NTU xuống còn 10 NTU Sau đó, người ta mới đưa ra nhiều dự án nghiên cứu

để so sánh hiệu quả xử lí độ đục của hạt chùm ngây như một chất keo tụ chính so với phèn nhôm và phèn sắt [1]

1.2.1.2 Loại bỏ độ màu

Theo nghiên cứu của R Krishna Prasad cho thấy chiết xuất từ hạt chùm ngây có thể loại bỏ được 56% (dùng dung dịch NaCl) và 67% (KCl) độ màu của nước thải từ các nhà máy chưng cất rượu Nghiên cứu trên các mẫu nước mặt tự nhiên bị ô nhiễm, hạt chùm ngây có khả năng loại bỏ độ màu tới 83% [2]

1.2.1.3 Loại bỏ độ cứng

Thí nghiệm trên mô hình Jar-test với chất keo tụ chính là hạt chùm ngây trên 4 nguồn nước mặt tự nhiên với độ cứng CaCO3 từ 180mg/l đến 300mg/l Kết quả cho thấy độ cứng của nước giảm khoảng 60 - 70% với thời gian chờ lắng 2h sau khi keo

tụ [3]

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khả năng loại bỏ độ cứng tăng lên khi tăng hàm lượng của hạt chùm ngây Với các mẫu nước có cùng độ cứng, số lượng các thành phần gây nên độ cứng càng nhiều thì càng yêu cầu hàm lượng chất keo tụ cao hơn

để xử lí

1.2.1.4 Khả năng hấp thụ của quả chùm ngây trong loại bỏ chất thải hữu cơ

Ô nhiễm nguồn nước ngầm bởi các chất thải hữu cơ đã trở thành mối quan tâm lớn đối với môi trường Trong số đó, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như benzen, toluene, ethylbenzene, xylene và cumene, là những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do chúng có độc tính cao và ô nhiễm xảy ra trên diện rộng

Có nhiều kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ từ nguồn nước mặt và nước ngầm như hấp phụ trên than hoạt tính rồi phân hủy quang hóa chúng bởi bức

xạ tia cực tím, Tất cả các quá trình này đều rất tốn kém khi áp dụng trong thực tế Việc sử dụng các chất keo tụ tổng hợp, như phèn nhôm, polyaluminum clorua, clorua sắt, hydroxit sắt, cũng không được đánh giá cao do những ảnh hưởng tới sức khỏe của con người

Theo nghiên cứu năm 2006 của Mubeena Akhtar (Pakistan) đã cho thấy khả năng của vật liệu làm từ quả chùm ngây trong hấp phụ các chất thải hữu cơ bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ các chất thải hữu cơ vào vật liệu theo thứ tự: Cumene> ethylbenzene> toluen> benzen Lượng benzen, toluene, ethylbenzene và Cumene được thu hồi có thể tái sử dụng

như một nguyên liệu thô trong các ngành công nghiệp khác nhau [5]

1.2.1.5 Loại bỏ các kim loại nặng

Nghiên cứu của Helen Kalavathy và Lima Rose Miranda tận dụng gỗ cây chùm ngây – vốn được coi như một phế thải rắn để chế tạo vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại nặng

Gỗ cây chùm ngây sau khi thu hoạch được rửa sạch nhiều lần qua nước sôi sau đó nung ở nhiệt độ cao, rồi nghiền nhỏ và sàng thành hạt với kích thước hạt khoảng 1

mm Vật liệu thu được sau khi xử lí và loại bỏ hoàn toàn độ axit được dùng để hấp phụ kim loại nặng

Than hoạt tính làm từ gỗ chùm ngây có thể được tái tạo và sử dụng với số chu kì hấp phụ và giải hấp vào khoảng 6 lần cho Cu, 7 lần đối với Ni và Zn với sự sụt giảm khả năng hấp phụ không đáng kể sau mỗi quá trình giải hấp.

Hạt chùm ngây còn được sử dụng làm chất hấp phụ lượng vết bạc có trong nước Nghiên cứu này đưa ra phương pháp xác định lượng vết bạc trong nước bằng cách

sử dụng chiết xuất pha rắn và xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS) Phương pháp đã tìm ra được giới hạn xác định và định lượng tương ứng là 0,22 và 0,73 µg.L-1 [6]

Một số các nghiên cứu khác cũng đã sử dụng hạt chùm ngây để hấp thụ và loại bỏ

Cd hoặc loại bỏ As ra khỏi dung dịch nước.

Nghiên cứu của Parul Sharma thực hiện ở Ấn Độ năm 2006 cho thấy khả năng loại

bỏ Cd bằng vật liệu từ hạt chùm ngây đạt 85,1% [7]. Kết quả nghiên cứu chỉ ra các điều kiện ảnh hưởng và thông số tối ưu của chúng để vật liệu hấp phụ Cd có hiệu quả cao nhất: Liều lượng sinh khối (4,0 g), hàm lượng kim loại (25 µg/ml), thời gian tiếp xúc (40 phút) và khối lượng của dung dịch thử (200 ml) ở pH 6,5

Nghiên cứu sử dụng quang phổ biến đổi tia hồng ngoại nhấn mạnh các tương tác của amino axit-Cd ảnh hưởng tới hiện tượng hấp phụ Phát hiện này mở ra con đường mới trong việc loại bỏ các kim loại độc hại từ nguồn nước bằng hạt nhân chùm ngây đã tách vỏ (SMOS) với chi phí thấp, độ an toàn với nguồn nước và thân thiện với môi trường

Kết quả nghiên cứu ở Ấn Độ năm 2005 cho thấy điều kiện tối ưu để loại bỏ được 60,21% As (III) và 85,60% As (V) như sau: liều lượng sinh khối (2,0 g), hàm lượng kim loại (25 µg /L), thời gian tiếp xúc (60 phút) và khối lượng của dung dịch thử (200 ml) ở các trị pH tương ứng là 7.5 và 2.5 Các dữ liệu hấp phụ đều phù hợp với

đường đẳng nhiệt Langmuir [8]

tác nhân kháng khuẩn rất hiệu quả và dễ dàng hòa tan trong nước Nhiều nghiên cứu khác cho thấy khả năng loại bỏ khuẩn E.coli trong nước của hạt chùm ngây đạt

khoảng 80 – 90% [1]

1.2 Tổng quan về nước cấp và các phương pháp xử lí

1.1 2 Các thông số đánh giá chỉ tiêu chất lượng nước

Độ màu ảnh hưởng tới giá trị cảm quan đối với người dùng nước Các hợp chất hữu

cơ có màu trong nước cũng có thể tác dụng vói clo tạo ra 1 số sản phẩm độc như clorofooc,…

1.2.1.1.4 Độ đục

Độ đục của nước là mức độ ngăn cản ánh sáng xuyên qua nước Độ đục của nước

có thể do nhiều loại chất lơ lửng bao gồm các loại có kích thước hạt keo đến những

hệ phân tán thô gây nên như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật

Nó cũng chưa nhiều thành phần hoá học : vô cơ, hữu cơ

Độ đục cao biểu thị nồng đọ nhiễm bẩn trong nước cao Nó ảnh hưởng đến quá trình lọc vì lỗ thoát nước sẽ nhanh chong bị bịt kín Khử trùng bị ảnh hưởng bới độ đục

Đơn vị đo độ đục: 1JTU = 1NTU = 1mg SiO2/l = 1 đơn vị độ đục

1.2.1.1.5 Tổng hàm lượng chất rắn

Các chất rắn trong nước có thể là những chất tan hoặc không tan Các chất này bao gồm cả những chất vô cơ lẫn các chất hữu cơ Tổng hàm lượng các chất rắn (TS) là lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/l)

1.2.1.1.6 Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước Hàm lượng các chất lơ lửng (SS) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/L)

1.2.1.1.7 Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan

Các chất rắn hòa tan là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ Hàm lượng các chất hòa tan (DS) là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy

khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/l)

DS = TS – SS

1.2.1.1.8 Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi

Để đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ có trong mẫu nước, người ta còn sử dụng các khái niệm tổng hàm lượng các chất không tan dễ bay hơi (VSS), tổng hàm lượng các chất hòa tan dễ bay hơi (VDS )

Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi Hàm lượng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi VDS là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn hòa tan (DS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi (thường được qui định trong một khoảng thời gian nhất định)

1.2.1.2.2 Độ cứng của nước

Độ cứng của nước gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trong nước Chúng phản ứng với một số anion tạo thành kết tủa 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+

Đơn vị đo độ cứng: Độ cứng Pháp 1 fH = 10 mg CaCO3/l

- Độ cứng cacbonat (CH): là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ tồn tại dưới dạng HCO3- Độ cứng carbonat còn được gọi là độ cứng tạm thời vì sẽ mất đi khi bị đun sôi

- Độ cứng phi cacbonat (NCH) là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ liên kết với các anion khác HCO3- như SO42-, Cl-…Độ cứng phi carbonat còn được gọi là

độ cứng thường trực hay độ cứng vĩnh cửu

1.2.1.2.3 Hàm lượng oxy hòa tan

Oxy hòa tan trong nước (DO) không tác dụng với nước về mặt hóa học Hàm lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật… Hàm lượng oxy hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn nước

Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và BOD của nguồn nước Nếu trong nước hàm lượng DO cao, các quá trình phân hủy các chất hữu cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí, còn nếu hàm lượng DO thấp, thậm chí không còn thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước sẽ xảy ra theo hướng yếm khí Khi DO xuống đến khoảng 4 – 5 mg/l, số sinh vật có thể sống trong nước giảm mạnh Nếu hàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong nước lúc này diễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các sinh vật không thể sống được trong nước này nữa

1.2.1.2.4 Nhu cầu oxy hóa học

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết (cung cấp bởi các chất hóa học) để oxit hóa các chất hữu cơ trong nước Chất oxid hóa thường dùng là KMnO4hoặc K2Cr2O7 và khi tính toán được qui đổi về lượng oxy tương ứng (1mg KMnO4ứng với 0,253 mg O2)

Tổng số BOD/COD thường nằm trong khoảng 0.5 – 0.7 Ở các loại nước thải công nghiệp thì tỉ lệ này khác nhau

1.2.1.2.5 Nhu cầu oxy sinh hóa

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn có trong nước phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện hiếm khí (đơn vị tính cũng là mg O2/l)

Trong môi trường nước, khi quá trình oxid hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxigen hòa tan để oxid hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ bền như CO2, CO32- , SO42-, PO43- và cả NO3-

1.2.1.2.6 Một số chỉ tiêu hóa học khác trong nước

a Sắt

Sắt chỉ tồn tại dạng hòa tan trong nước ngầm dưới dạng muối Fe2+ của HCO3-,

SO42- , Cl- …, còn trong nước bề mặt, Fe2+ nhanh chóng bị oxy hóa thành Fe3+ và bị kết tủa dưới dạng

Fe(OH)3 2Fe(HCO3)2 + ½.O2 + H2O → 2Fe(OH)3 + 4CO2

Nước thiên nhiên thường hcứa hàm lượng sắt lên đến 30 mg/l

Với hàm lượng sắt lớn hơn 0,5 mg/l nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt… Các cặn kết 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

Các muối sunfat hoà tan trong nước biển tương tác với các chất hữu cơ thải xuống biển

CaSO4 + CH4 → CaS + CO2 + 2H2O CaS + H2O + CO2 → CaCO3 + H2S 1.1.2.3 Các chỉ tiêu vi sinh của nước

Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng, trong đó có các loại vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm là: kiết lị, thương hàn, dịch tả, bại liệt… việc xác định sự có mặt của các vi trùng gây bệnh này thường rất khó khăn và mất

nhiều thời gian Trong thực tế việc xác định số vi khuẩn trong nước thường là xác định E.coli vi đặc tính của nó có khả năng tồn tại cao hơn các vi trùng gây bệnh khác Do đó, sau khi xử lý, nếu trong nước không còn phát hiện thấy E.coli chứng tỏ các loài vi trùng khác cũng đã bị tiêu diệt, mặt khác việc xác định loại vi khuẩn này

đơn giản và nhanh chóng

1.2.1.3.1 Vi trùng gây bệnh

Vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước gây tác hại cho mục đích sử dụng nước trong sinh hoạt Các vi sinh vật này vốn không bắt nguồn từ nước, chúng cần vật chủ để sống kí sinh phát triển và sinh sản Một số vi sinh vật gây bệnh sống một thời

gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng

-Vi khuẩn: Các loại vi khuẩn trong nước thường gây các bệnh về đường ruột như

+ Vi khuẩn Shigella spp: chủ yếu gây nên các triệu chứng lỵ Biểu hiện bệnh từ

tiêu chảy nhẹ đến nghiêm trọng như đi tiêu ra máu, mất nước, sốt cao và bị co rút thành bụng Các triệu chứng này có thể kéo dài 12-14 ngày thậm chí hơn

+ Vi khuẩn Salmonella typhii : gây sốt thương hàn

+ Vi khuẩn Vibrio cholerae: tác nhân gây nên các vụ dịch tả trên toàn thế giới Dịch tả gây bởi Vibrio cholerae thường được lan truyền rất nhanh qua đường

+ Virus Poliovirus : virus bại liệt

+ Hepatitis -A Virus (HAV) : virus viêm gan siêu vi A

+ Reovirus, rotavirus, norwalk virus :viêm dạ dày ruột

- Động vật đơn bào ( protozoa): Các loại động vật đơn bào dễ dàng thích nghi với điều kiện bên ngoài nên chúng tồn tại rất phổ biến trong nước tự nhiên Trong điều kiện môi trường không thuận lợi, các loại động vật đơn bào thường tạo lớp vỏ kén bao bọc(cyst), rất khó tiêu diệt trong quá trình khử trùng Vì vậy thông thường trong

quá trình xử lý nước sinh hoạt cần có công đoạn lọc để loại bỏ các động vật đơn bào

ở dạng vỏ kén này

+ Giardia spp : nhiễm trùng đường ruột

+ Cryptospridium spp : gây bệnh thương hàn, ỉa chảy

Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm bẩn rác, phân người và động vật Trong người và động vật thường có vi khuẩn E coli sinh sống và phát triển Đây là loại vi khuẩn vô hại thường được bài tiết qua phân ra môi trường Sự

có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác Do đó nếu sau xử lý trong nước không còn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệng của nước qua việc xác địng số lượng số lượng E.coli đơn giản và nhanh chóng Do đó vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước

1.2.1.3.3 Các loại rong tảo

Rong tảo phát triển trong nước làm nước bị nhiễm bẩn hữu cơ và làm cho nước

có màu xanh Nước mặt có nhiều loại rong tảo sinh sống trong đó có loại gây hại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào Hai loại tảo này khi phát triển trong đường ống có thể gây tắc ngẽn đường ống đồng thời làm cho nước

có tính ăn mòn do quá trình hô hấp thải ra khí cacbonic

1.1.2.4 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống

Nước sau xử lý cần đảm bảo an toàn cho sử dụng Các tiêu chuẩn phải đảm bảo

an toàn về sức khoẻ, mùi vị, thẩm mỹ, và phù hợp càng nhiều càng tốt các tiêu chuẩn quốc tế Nước cấp sinh hoạt phải đảm bảo không có vi sinh vật gây bệnh, nồng độ các chất độc, các chất gây bệnh mãn tính phải đạt tiêu chuẩn Độ trong, độ mặn, mùi vị và tính ổn định phải cao

1.2 2 Các phương pháp và quá trình xử lí nước

Trong kỹ thuật xử lý nước người ta thường hay dùng các phương pháp sau:

- Phương pháp cơ học: ứng dụng các công trình và thiết bị thích hợp để loại bỏ các tạp chất thô trong nước bằng trọng lực : lắng, lọc, sử dụng quá trình làm thoáng tự nhiên hoặc cưỡng bức để khử sắt trong nước ngầm

- Phương pháp hoá học và hoá lý : sử dụng phèn để làm trong và khử màu (quá trình keo tụ) các nguồn nước có độ đục và độ màu cao; sử dụng các tác nhân oxy hoá hoá học để khử sắt, mangan trong nước ngầm, sử dụng clo và các hợp chất của clo để khử trùng nước Một phương pháp hoá lý khác hiện nay đang trở nên phổ biến là sử dụng các loại nhựa trao đổi ion để làm mềm nước và khử các chất khoáng trong nước

- Phương pháp vật lý: điện phân NaCl để khử muối, dùng các tia tử ngoại để khử trùng, sử dụng các màng lọc chuyên dụng để loại bỏ các ion trong nước

Đối với nước mặt mục đích xử lý chủ yếu là giảm độ đục, độ màu và loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nước, do đó công nghệ xử lý nước mặt thường ứng dụng quá trình keo tụ –tạo bông với việc sử dụng phèn nhôm hay phèn sắt để kết tụ các hạt cặn lơ lửng trong nước tạo nên các bông có kích thước lớn hơn, sau đó lắng lọc

và khử trùng trước khi phân phối vào mạng cấp nước (sử dụng)

Đối với nước ngầm mục đích xử lý chủ yếu là khử sắt và mangan công nghệ xử lý thường là làm thoáng tự nhiên (dàn mưa) hoặc nhân tạo (quạt gió) để oxy hoá các nguyên tố Fe2+, Mn2+ ở dạng hoà tan trong nước thành Fe3+, Mn4+ ở dạng kết tủa sau

2

10

δδδδ≥ −

Xử lí bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước các chất keo tụ có tác dụng làm cho những hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống Thông thường quá trình keo tụ tạo bông sảy ra qua hai giai đoạn:

- Bản thân chất keo tụ phát sinh thuỷ phân, quá trình hình thành dung dịch keo,

và ngưng tụ

- Trung hòa hấp phụ lọc các tạp chất trong nước

Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước (keo sét, protein …) sẽ hút các ion dương tạo ra hai lớp điện tích dương bên trong và bên ngoài Lớp ion dương bên ngoài liên kết lỏng lẻo nên có thể dể dàng bị trợt ra Như vậy điện tích âm của hạt bị giảm xuống Thế điện động hay thế zeta bị giảm xuống

Hình 1.3 Cơ chế keo tụ tạo bông

Mục tiêu đề ra là giảm thế zeta, tức là giảm chiều cao của hàng rào năng lượng đến giá trị giới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách cho thêm vào các ion có điện tích dương để phá vỡ sự ổn định của trang thái keo của các hạt nhờ trung hoà điện tích Khả năng dính kết tạo bông keo tụ tăng lên khi điện tích của hạt giảm xuống và keo tụ tốt nhất khi điện tích của hạt bằng không Chính vì vậy lực tác

Điện thế

Khoảng cách

Mặt trượt

Hạt keo mang điện

âm (ion tạo thế)

dung lẫn nhau giữa các hạt mang điện tích khác nhau giữ vai trò chủ yếu trong keo

tụ Lực hút phân tử tăng nhanh khi giảm khoảng cách giữa các hạt bằng các tạo nên

những chuyển động khác nhau được tạo ra do quá trình khuấy trộn [18]

1.2.2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

Quá trình keo tụ phụ thuộc vào hai cơ chế chính là trung hoà điện tích và hấp phụ tạo cầu nối Vì thế các yếu tố nào ảnh hưởng đến hai quá trình trên điền gây ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông

Trong công nghệ xử lí nước cấp quá trình lắng được ứng dụng:

- Lắng cặn phù sa khi nước mặt có hàm lượng phù sa lớn

- Lắng bông cặn phèn/ polyme trong công nghệ khử đục và màu nước mặt

- Lắng bông cặn vôi – magie trong công nghệ khử cứng bằng hoá chất

- Lắng bông cặn sắt và mangan trong công nghệ khử sắt và mangan

Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn, để bông cặn tạo ra những hạt cặn to, bền chắc, và càng nặng thì hiệu quả lắng càng cao Nhiệt độ của nước càng cao, độ nhớt của nước càng nhỏ, sức cản của nước đối với hạt cặn càng giảm làm tăng hiệu quả các quá trình lắng nước

Thời gian lưu nước trong bể lắng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của bể lắng Để đảm bảo lắng tốt thời gian lưu nước trung bình của các phân tử nước trong bể lắng phải đạt từ 70 – 80% thời gian lưu nước trong bể theo tính toán, nếu để cho bể lắng có vùng nước chết, vùng chảy quá nhanh hiệu quả lắng sẽ giảm

đi nhiều

1.2.2.3 Quá trình lọc nước

Trong dây chuyền xử lý nước ăn uống và sinh hoạt lọc là giai đoạn cuối cùng để làm cho nước sạch triệt để Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép ( nhỏ hơn hoặc bằng 3 mg/l )

Vật liệu lọc là bộ phận cơ bản của bể lọc, nó mang lại hiệu quả làm việc và tính kinh tế của quá trình lọc Vật liệu lọc hiện nay được dùng phổ biến nhất là cát thạch anh tự nhiên Ngoài ra còn có thể sử dụng một số vật liệu khác như cát thạch anh nghiền, đá hoa nghiền, than antraxit, polymer,… các vật liệu lọc nước cần phải thoả mãn các yêu cầu sau: có thành phần cấp phối thích hợp, đảm bảo đồng nhất, có độ bền cơ học cao, ổn định về hoá học

Trong quá trình lọc người ta có thể dùng thêm than hoạt tính như là một hoặc nhiều lớp vật liệu lọc để hấp thu chất mùi và màu của nước Các bột than hoạt tính

có bề mặt hoạt tính rất lớn chúng có khả năng hấp thụ các chất ở dạng lỏng hoà tan trong nước

1.2.2.4 Làm mềm nước

Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm thích hợp nhất

Để làm mềm nước, người ta dùng các phương pháp sau:

- Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca2+ và Mg2+ tạo thành các hợp chất không tan trong nước

- Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước

- Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc cationit có khả năng trao đổi Na+ hoặc H+ có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc