Nghiên cứu sử dụng PAC (Poly Aluminium Chloride) thay thế phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) trong quá trình xử lý nước cấp tại Nhà máy nước Võ Cạnh

NGUYỄN THỊ THANH THU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PAC POLY ALUMINIUM CHLORIDE THAY THẾ PHÈN NHÔM AL2SO43.18H2O TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP TẠI NHÀ MÁY NƯỚC VÕ CẠNH... Đặc trưng của nguồn nước

NGUYỄN THỊ THANH THU

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PAC (POLY ALUMINIUM CHLORIDE) THAY THẾ PHÈN NHÔM (AL2(SO4)3.18H2O) TRONG QUÁ TRÌNH

XỬ LÝ NƯỚC CẤP TẠI NHÀ MÁY NƯỚC VÕ CẠNH

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo thuộc Viện nghiên cứu sinh học và môi trường trường Đại học Nha Trang để tôi có thể hoàn thành tốt bài báo cáo của mình

Đặc biệt tôi xin cảm ơn giáo viên hướng dẫn Th.s Trần Hải Đăng đã tận tình hướng dẫn, tư vấn và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo công ty TNHH MTV cấp thoát nước Khánh Hòa cũng như ban lãnh đạo nhà máy nước Võ Cạnh Các cán bộ công nhân viên tại nhà máy đã giúp đỡ nhiệt tình, quan tâm và trợ giúp về máy móc, thiết

bị, hóa chất trong quá trình thực tập tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành bài báo cáo này

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC



LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nhà máy nước Võ Cạnh 4

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển 4

1.1.2 Phương hướng đầu tư và phát triển: 5

1.1.3 Chức năng và nhiệm vụ 5

1.1.4 Hoạt động cấp nước sạch 6

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt Nam 6

1.2.1 Công nghệ xử lý nước cấp trên Thế giới 6

1.2.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam 7

1.3 Hiện trạng xử lý nước của nhà máy nước Võ Cạnh 12

1.3.1 Khảo sát quy trình xử lý nước cấp 12

1.3.2 Chất lượng nước đầu ra của nhà máy nước Võ cạnh 16

1.4 Cơ sở lý thuyết của các quá trình xử lý nước 18

1.5 Cơ sở lý thuyết về quá trình keo tụ 19

1.5.1 Cơ sở khoa học về quá trình keo tụ 19

1.5.1.1 Phân loại tạp chất trong nước 19

1.5.1.2 Cơ chế keo tụ - tạo bông 21

1.5.2 Phèn nhôm và hóa học của quá trình keo tụ bằng phèn nhôm 24

1.5.3 Phèn PAC và hóa học của quá trình keo tụ bằng PAC 27

1.5.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 31

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Đối tượng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ 35

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 35

2.1.2 Hóa chất sử dụng 35

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 35

2.2 Cơ sở của quá trình tối ưu hóa theo phương án trực giao cấp hai 36

2.2.1 Thiết kế thí nghiệm 36

2.2.2 Xác định điều kiện tối ưu 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu 39

2.3.1 Khảo sát quy trình xử lý nước cấp 39

2.3.2 Phân tích một số chỉ tiêu chất lượng nước mặt và một số chỉ tiêu đầu ra nước sau quá trình lắng 39

2.3.2.1 Phân tích độ đục 39

2.3.2.2 Phương pháp đo pH 39

2.3.2.3 Phương pháp đo độ màu 40

2.3.2.4 Phân tích hàm lượng Amoni 40

2.3.2.5 Phân tích hàm lượng Nitrit 41

2.3.2.6 Phân tích hàm lượng Sắt tổng số 41

2.3.2.7 Phân tích hàm lượng Sunfat 41

2.3.3 Thí nghiệm tối ưu hóa quá trình keo tụ 42

2.3.3.1 Thí nghiệm Jartest 42

2.3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 43 2.3.3.3 Tối ưu hóa quá trình keo tụ theo phương án trực giao cấp hai 45

2.3.4 Xử lý số liệu 47

2.3.4.1 Đối với kết quả phân tích các chỉ tiêu 47

2.3.4.2 Đối với mô hình hồi quy cấp hai 47

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 47

3.1 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC và pH đến hiệu

3.1.1 Kết quả thí nghiệm 1 48

3.1.2 Kết quả thí nghiệm 2 50

3.2 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa 51

3.2.1 Thiết kế thực nghiệm 51

3.2.2 Kết quả thí nghiệm Jartest 52

3.2.3 Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai 53

3.2.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình 54

3.3 Đánh giá hiệu quả xử lý nước bằng PAC 57

3.4 Đánh giá hiệu quả xử lý nước bằng phèn nhôm của nhà máy nước Võ Cạnh 58 3.5 So sánh hiệu quả xử lý của phèn nhôm và PAC……… 59

3.6 Khai toán kinh tế……… ………… 61

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT



VCWSP Kế hoạch cấp nước an toàn nhà máy nước Võ Cạnh

DANH MỤC BẢNG



Bảng 1.2 Các quá trình xử lý nước 18

Bảng 1.3 Phân loại nước theo kích thước tạp chất 20

Bảng 1.4 Số lượng phèn sử dụng theo từng độ đục của nước 31

Bảng 2.1 Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ khi giữ nguyên giá trị pH 44

Bảng 2.2: Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ khi giữ nguyên giá trị nồng độ PAC 45

Bảng 2.3 Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai, hai yếu tố. 46

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ 48

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ 50

Bảng 3.3 Bảng thiết kế quy hoạch thực nghiệm 51

Bảng 3.4 Bảng kế hoạch thực nghiệm tối ưu hóa 52

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa trên máy Jartest 53

Bảng 3.6 Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm 53

Bảng 3.7 So sánh hiệu suất keo tụ theo thực nghiệm và theo mô hình hồi quy cấp hai 54

Bảng 3 Bảng kết quả phân tích các chỉ tiêu nước sau lắng khi sử dụng PAC 58

Bảng 3.9 Kết quả phân tích các chỉ tiêu khi sử dụng chất keo tụ là phèn nhôm 59

Bảng 3.10 Hiệu suất xử lý của PAC và phèn nhôm của nước sau lắng 60

Bảng 3.11 Bảng khái toán kinh tế 61

DANH MỤC HÌNH



Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm ở huyện Xuân Lộc – Đồng Nai. 9

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước nhà máy nước Cầu Đỏ 11

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước của nhà máy nước Võ Cạnh công suất 75.000m3/ngày.đêm. 13

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo phương pháp trực giao cấp II 38

Hình 2.2 Thiết bị Jartest 43

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ 49

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ 51

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn kết quả tối ưu hoá 56

Hình 3.4 Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa hàm lượng phèn PAC và

pH đến hiệu suất keo tụ 57

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước sau lắng bằng PAC 58

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước sau lắng bằng phèn nhôm 59

Hình 3.7 Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý của PAC và phèn nhôm của nước sau lắng

60

Hình 3.8 So sánh hiệu quả kinh tế giữa nhà máy và kết quả nghiên cứu. 61

MỞ ĐẦU

Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật Không có nước cuộc sống trên Trái Đất không thể tồn tại được Hàng ngày trung bình mỗi người cần từ 3 – 10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí và các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới đường…còn trong công nghiệp nước cấp được dùng cho quy trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu…Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất

Ngày nay với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm và cạn kiệt Vì vậy con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp để đáp ứng cả về số lượng và chất lượng cho hoạt động hằng ngày và sản xuất công nghiệp

Nhà máy nước Võ Cạnh là đơn vị trực thuộc của công ty TNHHMTV Cấp thoát nước Khánh Hòa, là nhà máy chủ lực cung cấp nước cho TP Nha Trang và khu vực phụ cận thuộc huyện Diên Khánh Nhà máy hiện đang sử dụng nguồn nước mặt là sông Cái Nha Trang để xử lý Đặc trưng của nguồn nước ít bị thay đổi

về thành phần tính chất nhưng cần phải giám sát chặt chẽ các nguồn gây ô nhiễm bên ngoài để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến nguồn nước thô trước khi xử lý, đồng thời trong dây chuyền công nghệ, hóa chất sử dụng phải thay đổi cho phù hợp với chất lượng nước đầu vào theo từng thời kì, cụ thể là sự thay đổi về hóa chất trong quá trình keo tụ

Trên nền tảng kiến thức đã học từ nhà trường và muốn vận dụng vào thực tế

em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng PAC (Poly Aluminium Chloride)

thay thế phèn nhôm (Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O) trong quá trình xử lý nước cấp tại nhà máy nước Võ Cạnh”

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và nhu cầu sử dụng lượng nước lớn cho quá trình sản xuất, sinh hoạt, vui chơi…Điều này

có nghĩa là trong tương lai lượng nước sạch cần cung cấp sẽ gia tăng đáng kể Trong đó, nhà máy nước Võ Cạnh là một đơn vị sản xuất nước cấp, cung cấp nước cho toàn bộ thành phố Nha Trang và một phần địa phận của huyện Diên Khánh được đưa vào hoạt động năm 1994 và công suất hiện nay của nhà máy là 75.000

m3/ngày đêm và nhà máy sử dụng phèn nhôm là chất keo tụ chủ yếu trong quá trình

xử lý nước cấp Để đáp ứng được nhu cầu cấp nước sạch trong tương lai nhà máy đang muốn nâng công suất lên 98.000 m3/ngày.đêm và muốn thay thế hóa chất keo

tụ chính là phèn nhôm bằng phèn PAC So sánh về hiệu quả kinh tế và hiệu quả xử

lý của PAC và phèn nhôm truyền thống thì PAC luôn cho hiệu quả cao hơn, trong quá trình dùng phèn nhôm tốn nhiều nhân công, thiết bị, hóa chất và để nâng cao hiệu quả xử lý và tiết kiệm chi phí cho nhà máy, tôi tìm hiểu, khảo sát và thực hiện thí nghiệm tối ưu hóa để đánh giá hiệu quả keo tụ của PAC so với phèn nhôm và để

sử dụng trong công nghệ xử lý của nhà máy

2 Đối tƣợng – thời gian – địa điểm nghiên cứu

 Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nước thô lấy từ trạm bơm cấp I của nhà máy nước

Võ Cạnh

 Thời gian nghiên cứu

Thời gian bắt đầu: 25/02/2013

Thời gian kết thúc: 02/06/2013

 Địa điểm nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng PAC (Poly Aluminium Chloride) thay thế phèn nhôm

Địa chỉ: Thôn Võ Cạnh, Xã Vĩnh Trung, Tp Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa Điện thoại: 058 3813180

3 Mục tiêu của đề tài

Phân tích được một số chỉ tiêu chất lượng nước từ quá trình lắng của quá trình keo tụ bằng phèn nhôm và phèn PAC tại nhà máy nước Võ Cạnh

Đánh giá hiệu quả xử lý nước bằng phèn PAC so với phèn nhôm

4 Nội dung nghiên cứu

 Khảo sát quy trình xử lý nước cấp

 Khảo sát danh mục, nồng độ hóa chất sử dụng

 Phân tích một số chỉ tiêu đầu vào nước thô và đầu ra của nước sau quá trình lắng ở Nhà máy và từ kết quả tối ưu hóa bằng phèn PAC

 Thực hiện thí nghiệm để xác định khoảng pH và hàm lượng PAC tối ưu

 Xác định giá trị pH và hàm lượng PAC tối ưu theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm

5 Phương pháp nghiên cứu

 Khảo sát quy trình xử lý nước cấp

 Phân tích một số chỉ tiêu như độ đục, pH, độ màu, hàm lượng Amoni, hàm lượng Nitrit, hàm lượng Sunfat, Sắt tổng số

 Thực hiện thí nghiệm tối ưu hóa quá trình keo tụ

 Xử lý số liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nhà máy nước Võ Cạnh

Tên gọi: NHÀ MÁY NƯỚC VÕ CẠNH, Trực thuộc Công ty TNHH MTV Cấp thoát nước Khánh Hòa

Địa điểm: Thôn Võ Cạnh, Xã Vĩnh Trung, Thành phố Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa

Quản đốc Nhà máy: KS VŨ VĂN BÌNH

Điện thoại: 058 3813180

Tổng số cán bộ công nhân viên: 26 người

Trong đó: 02 Kỹ sư, 1 trung cấp và 23 công nhân vận hành

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Nhà máy nước Võ Cạnh được xây dựng và đưa vào hoạt động từ tháng 1/1994 Công suất thiết kế là 23.000 m3/ngày.đêm Đến năm 2003 nhà máy được cải tạo nâng công suất lên 30.000 m3/ngày.đêm và xây thêm một đơn nguyên mới công suất 29.000 m3/ngày.đêm, nâng tổng công suất lên khoảng 75.000 m3/ngày.đêm

Nhà máy nước Võ Cạnh là nhà máy chủ lực cung cấp nước cho TP Nha Trang và khu vực phụ cận thuộc huyện Diên Khánh

Cam kết áp dụng, duy trì và thường xuyên nâng cấp tài liệu VCWSP nhằm đáp ứng yêu cầu theo từng giai đoạn phát triển của của Nhà máy

Cam kết thường xuyên đánh giá năng lực đáp ứng của nhà máy đối với VCWSP, trên cơ sở đó xây dựng và thực hiện các chương trình hỗ trợ cho từng thời

kỳ, nhằm luôn đáp ứng và đảm bảo cho VCWSP được duy trì bền vững

1.1.2 Phương hướng đầu tư và phát triển

 Không ngừng nâng cao hiệu quả hoạt động sản xuất cung cấp nước sạch của nhà máy nhằm liên tục phát triển một cách bền vững

 Đảm bảo chất lượng nước sạch đạt tiêu chuẩn quy định theo QCVN 01: 2009/BYT của Bộ Y tế

 Luôn đổi mới công nghệ và cải tiến công tác quản lý, ứng dụng khoa học kỹ thuật

và công nghệ thông tin vào hoạt động sản xuất, cung cấp nước sạch khuyến khích sáng kiến, cải tiến, hợp lý hóa sản xuất và tiết kiệm chi phí, hạ giá thành sản phẩm

 Đào tạo, phát triển và sử dụng nguồn nhân lực có hiệu quả để đáp ứng yêu cầu phát triển và hội nhập, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của người lao động

 Xây dựng môi trường văn hoá nhà máy lành mạnh để mọi người phấn khởi thi đua lao động, sáng tạo, phát triển thể chất và tăng cường mối quan hệ cộng đồng, khuyến khích các thành phần kinh tế và toàn xã hội tham gia vào việc bảo vệ nguồn nước, bảo vệ và phát triển hệ thống cấp nước

 Đảm bảo duy tu, bảo dưỡng các thiết bị theo đúng quy định Bảo đảm môi trường trong khuôn viên nhà máy, cảnh quan xanh, sạch, đẹp

 Thực hiện tốt nội quy lao động, thỏa ước lao động tập thể, nghị quyết của chi bộ, Đảng bộ cơ sở

 Tham gia các phong trào thể dục thể thao, văn hóa thẩm mỹ của ban chỉ huy công đoàn cơ sở và các đoàn thể tổ chức

Thế kỷ thứ XIII, các thành phố ở châu Âu đã có hệ thống cấp nước Thời đó chưa có hóa chất phục vụ cho việc keo tụ xử lý nước mặt, người ta phải xây dựng các bể lắng có kích thước rất lớn (gần như lắng tĩnh) mới lắng được các cặn bé Do

đó công trình xử lý rất cồng kềnh, chiếm diện tích và kinh phí xây dựng lớn Năm

1600 việc dùng phèn Nhôm để keo tụ nước được các nhà truyền giáo Tây Ban Nha phổ biến tại Trung Quốc Năm 1800 các thành phố ở châu Âu, châu Mỹ đã có hệ thống cấp nước khá 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

Paisay-Tây Nam New York Thế kỷ XX kỹ thuật cấp nước ngày càng đạt tới trình độ cao

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

vận hành, quản lý [8]

1.2.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam

Ở Việt Nam, hệ thống cấp nước đô thị được bắt đầu bằng khoan giếng mạch nông tại Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh (Sài Gòn cũ) vào năm 1894 Nhiều đô thị khác như Hải Phòng, Đà Nẵng…hệ thống cấp nước đã xuất hiện, khai thác cả nước ngầm và nước mặt Nhiều trạm cấp nước 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

m3/ngày.đêm, giai đoạn I đã xây dựng 1 đơn nguyên 300.000 m3/ngày.đêm đã hoạt động) Tại các thành phố, thị xã trực thuộc tỉnh, các nhà máy nước có công suất phổ biến từ 10.000 m3/ngày.đêm tới 30.000 m3/ngày.đêm Các trạm cấp nước của các thị trấn thường có công suất từ 1000 m3/ngày.đêm tới 5000 m3/ngày.đêm, phổ biến nhất xung quanh 2000 m3/ngày.đêm

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) bằng phương 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

cơ khí, bể tạo bông có vách ngăn ziczac, tạo bông có tầng cặn lơ lửng, tạo bông kiểu

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

 Khử trùng: phổ biến dùng clo lỏng, một số trạm nhỏ dùng nước giaven hoặc ozone

 Trạm bơm cấp 2: một số trạm dùng máy biến tần để điều chỉnh chế độ hoạt động 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 (dàn mưa), một số ít dùng thùng quạt gió (làm thoáng cưỡng bức), một số trạm khác

dùng tháp làm thoáng tải trọng cao theo nguyên lý làm việc của Ejector Chất lượng nước sau xử lý hầu hết đạt tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới

Cấp nước nông thôn – các loại mô hình cấp nước nông dân

Người dân nông thôn Việt Nam tùy điều kiện của mình đã sử dụng cả 3 loại nguồn nước (nước mưa, nước ngầm và nước mặt) cho nhu cầu cấp nước phục vụ sinh hoạt 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 truyền thống phục vụ cho từng hộ gia đình, những nhóm hộ dùng nước hay các cụm dân cư sống độc lập, riêng rẻ 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 cư

sống tập trung ở các xã [6]

Một số quy trình công nghệ xử lý nước cấp:

Quy trình xử lý nước ngầm công suất 1000 m3/ngày.đêm phục vụ cho khu dân cư Xuân Thành – huyện Xuân Lộc – Đồng Nai

Quy trình: Xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao (4 – 10 mg/l)

Châm phèn Châm Clo Nước ngầm

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm ở huyện Xuân Lộc – Đồng Nai

Cấp nước

Thuyết minh quy trình công nghệ

Nước bơm từ giếng lên được đưa qua hệ thống làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa Tiếp tục nước được đưa qua bể lắng cùng với dung dịch phèn, sau công đoạn này hàm lượng sắt trong nước giảm từ 60 – 75% Sau đó nước được đưa qua

bể lọc với mục đích loại trừ các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng Sau quá trình lọc nước được đưa vào bể ổn định nước, dung dịch Clo được đưa vào trên đường ống dẫn đến bể ổn định nước nhằm khử trùng Nước rửa lọc được dẫn đến hồ chứa nước rửa, tại đây quá trình lắng xảy ra Cặn thu được từ bể lắng và hồ chứa nước rửa được xả ra ngoài

Quy trình xử lý nước mặt:

Quy trình xử lý nước nhà máy nước Cầu Đỏ công suất 120.000 m3/ngày.đêm

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước nhà máy nước Cầu Đỏ [8]

Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước từ sông Cẩm Lệ sẽ chảy vào cửa thu nước đặt sát mép sông Tiếp đến nước sẽ tự chảy vào hồ sơ lắng xây dựng phía trong cửa thu nước theo đường ống D

Hóa chất

PAC

Sông Cầu Đỏ

Hồ sơ lắng Trạm bơm cấp I

Clo khử

trùng

Clo khử trùng

= 900 mm Tại đây nước được trung hòa và lắng sơ bộ Các máy bơm của trạm bơm cấp I bơm nước và đẩy lên bể trộn Hoá chất được châm vào trong đường ống từ trạm bơm cấp I vào bể hòa trộn bằng bơm định lượng có Q = 2000 l/h và áp lực đẩy 4kg/cm

Nước từ bể trộn sẽ chảy qua 4 ngăn phản ứng Nhờ các vách ngăn nước chuyển động trong bể luôn thay đổi theo chiều dòng chảy làm cho dòng chảy bị xáo trộn, dẫn đến các hạt cặn trong nước có điều kiện va chạm với nhau tạo thành các bông cặn lơ lửng Nước có chứa các bông cặn lơ lửng được đưa sang bể lắng Lamen Tại đây nước chuyển động theo chiều từ dưới lên trên tạo phương ngang theo chiều nghiêng 600 Nước được di chuyển trong các tấm Lamen nhờ đó dòng chảy không bị xáo trộn và các bông cặn được liên kết tạo các bông cặn lớn và lắng xuống

Tiếp đến phần trên của bể lắng Lamen được đưa qua cụm bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc với chiều cao lớp cát lọc là 1,2 m Trong quá trình lọc cặn sẽ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc Nước lọc sẽ được thu bằng các chụp lọc Nước sau lọc được Clo hóa bằng định lượng 20 kg/h để diệt tất cả các vi khuẩn trong nước và đưa vào bể chứa nước sạch để dự trữ Từ đó trạm bơm cấp II sẽ cung cấp cho mạng lưới

Nguồn nước cung cấp cho nhà máy là nguồn nước mặt lấy từ sông Cái bơm trực tiếp lên khu xử lý của nhà máy Hiện tại nhà máy đang sử dụng phèn Nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) làm chất keo tụ cho quá trình xử lý nước Sau đây là quy trình

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước của nhà máy nước Võ Cạnh công

Phèn và Clo

Clo và vôi

Thuyết minh sơ đồ:

Nguồn nước đầu vào là nước mặt sông Cái, nhà máy đã xây Trạm bơm cấp I

để thu nước, công trình thu dài 3,5 m, rộng 1,5 m, sâu 4 m, ba mặt có lưới chắn rác, mặt hướng vào bờ chắn tôn dày 4 mm, tại đây ống hút sẽ dẫn nước từ công trình thu vào máy bơm cấp I Tiếp đến nước được trạm bơm cấp I bơm lên bể tách dòng có dung tích 300 m3, có 4 ngăn: 1 ngăn trung tâm, 2 ngăn phân phối và 1 ngăn dự phòng Tại đây lưu lượng nước thô sẽ được chia đôi sang khu xử lý A và B theo yêu cầu xử lý Sau đó nước sẽ đưa đến bể trộn, tại bể trộn nước sẽ được châm phèn, vôi

và tiền clo hóa

Phèn và vôi được pha chế theo nồng độ thích hợp từ bể trộn hóa chất keo tụ

và hồ vôi tôi Hóa chất keo tụ được sử dụng là phèn nhôm 10%, vôi được sử dụng với mục đích nâng pH của nước về mức trung bình Sau khi pha chế xong sẽ dùng bơm định lượng đưa phèn và vôi theo đường ống dẫn vào bể trộn hóa chất hòa trộn với nước thô đầu vào Liều lượng hóa chất trung bình: vôi là 20 g/m3, phèn Nhôm là

18 g/m3, Clo là 2 g/m3 và thay đổi tùy thuộc vào nước thô

Bể trộn hóa chất có cấu tạo các vách ngăn liên tiếp nhằm tạo điều kiện tiếp xúc giữa nước và hóa chất Nước và hóa chất được đưa vào bể trộn khi đi qua các vách ngăn sẽ tiến hành trộn thủy lực đối với khu xử lý A và trộn cơ khí đối với khu

xử lý B Nước sẽ được đưa qua bể phản ứng Khi trộn đều phèn với nước lập tức xảy ra các phản ứng hóa học và lý hóa tạo thành hệ keo dương phân tán đều trong nước, khi được trung hòa, hệ keo dương này là các hạt nhân có khả năng dính kết với các keo âm phân tán trong nước và dính kết với nhau tạo thành các bông cặn lơ lững có kích thước khác nhau

Tại khu xử lý A: 2 bể phản ứng có vách ngăn mỗi bể có kích thước: L = 20

m, B = 5,4 m, H = 3,5 m, dung tích 350 m3 Khu xử lý B có 2 bể phản ứng, mỗi bể

có kích thước: L = 5,3 m, B = 9 m, H = 3,35 m, dung tích 160 m3, có 2 bộ cánh khuấy trộn hóa chất, vận tốc 1,1 – 8 vòng/phút

Thời gian lưu nước trong bể ở khu A là 0,42 h, vận tốc trung bình là 12 mm/s Ở khu B thời gian lưu nước trong bể là 0,19 h, vận tốc trung bình là 7,5 mm/s

và tiếp tục được đưa qua bể lắng

Tại bể lắng các tạp chất trong nước được lắng theo tốc độ 0,5 – 0,6 mm/s và

xả cặn ra ngoài bằng hệ thống cào và van xả tự động, sau khi lắng sẽ tiếp tục châm thêm dung dịch vôi để trung hòa pH

Ở khu xử lý A có 2 bể lắng ngang mỗi bể có kích thước L = 60 m, B = 5,4 m,

H = 3,5 m, dung tích 1134 m3 Trong bể lắng có hệ thống cào và xả bùn tự động có chức năng cào và gom bùn về hố thu rồi xả ra ngoài bằng van xả tự động, chu kỳ hoạt động được cài đặt theo độ đục nước thô Gồm 2 bộ cào bằng thép đạt dưới đáy

bể và chuyển động trên hai đường ray, hai động cơ giảm tốc công suất 1,5 kw, tốc

độ 1450/1,1 vòng/phút Thời gian cào bùn chạy từ cuối bể đến đầu bể lắng là 120 phút, vận tốc cào 11,5 mm/s

Ở khu xử lý B có 2 bể lắng Lamen, mỗi bể có kích thước L = 39,25 m, B = 9

m, H = 3 m, dung tích 1066 m3 Trong bể lắng có 2 bộ cào bằng thép đặt dưới đáy

bể và chuyển động trên hai đường ray Hai động cơ giảm tốc công suất 1,5 kw, tốc

độ 1450/1,1 vòng/phút, thời gian cào bùn chạy từ cuối bể đến đầu bể lắng là 57 phút

và vận tốc cào 11,5 mm/s

Thời gian lắng ở khu A là 1,38 h, vận tốc trung bình là 12 mm/s, thời gian lắng ở khu B là 1,3 h, vận tốc trung bình là 8,4 mm/s, ở đây cũng gắn thiết bị cảm quan về độ trong của nước sau khi lắng trước khi đi vào công trình lọc

Nước được tiếp tục đưa vào bể lọc cát bằng cách cho nước đi qua lớp vật liệu lọc, nhằm phân tách nhờ bề mặt hoặc một phần sâu trong các lớp vật liệu lọc các hạt cặn lơ lửng, các chất keo tụ và một phần vi sinh vật trong nước Vật liệu lọc là cát

và sỏi, thu nước lọc và phân phối nước rửa lọc qua các chụp lọc Điều chỉnh tốc độ lọc, rửa lọc tự động bằng hệ thống PLC, chu kì rửa lọc là 48 h

Tại khu xử lý A gồm 9 bể lọc, mỗi bể có kích thước L = 8 m, B = 4 m, H = 4

m, diện tích mỗi bể lọc là F = 32 m Tổng diện tích là 329 = 288 m2 Chiều dày lớp cát lọc là 0,8 m, sỏi 6 mm, dày 0,025 m

Khu xử lý B gồm 4 bể, mỗi bể có kích thước L = 9,73 m, B = 4,88 m, diện tích mỗi bể lọc F = 47,48 m2 Tổng diện tích lọc 47,48×4 = 190 m2 Cát lọc có kích thước 0,8 – 1,2 mm, dày 0,8 m và lớp sỏi 6 mm, dày 0,025 m

Nước từ bể lọc được đưa vào bể chứa nước sạch Tại đây nước được châm vôi nhằm trung hòa độ pH (6,8 – 7,5) và khử trùng bằng Clo lỏng và kiểm tra tiêu chuẩn đầu ra của nước trước khi đưa vào hệ thống phân phối nước.Tại hai bể chứa nước sạch có thiết bị đo mực nước bể chứa với chức năng đo, hiển thị mực nước bể chứa Cảnh báo khi mực nước trong bể chứa quá thấp hoặc sắp tràn

Trạm bơm cấp II sẽ bơm nước sạch từ bể chứa vào mạng lưới phân phối Tại khu A gồm 2 máy bơm có công suất 250 kw, lưu lượng 1000 m3/h, cột áp 50 m và 2 máy bơm có công suất 75 kw, lưu lượng 320 m3/h, cột áp 50 m Các máy luân phiên nhau hoạt động liên tục 7 ngày sau đó chuyển sang chế độ dự phòng Khu B gồm 4 máy bơm có công suất 200 kw, lưu lượng 918 m3/h Các máy luân phiên nhau hoạt động liên tục 7 ngày sau đó đổi sang chế độ dự phòng Hai máy biến tần 250 kw (hiệu ABB), mỗi máy hoạt động 7 ngày liên tục sau đó đổi sang chế dộ dự phòng Biến tần sẽ tự động điều chỉnh tốc độ quay của máy bơm để duy trì áp lực mạng được quy định theo giờ trong ngày và theo mùa trong năm

1.3.2 Chất lượng nước đầu ra của nhà máy nước Võ cạnh

Chất lượng nước đầu ra của nhà máy đạt các chỉ tiêu theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01/2009/BYT

Bảng 1.1 Kết quả phân tích nước đầu ra của nhà máy nước Võ Cạnh tháng 4/2013

STT TÊN CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ TÍNH KẾT QUẢ 01/2009/BYT QCVN

(Nguồn: Trung Tâm Y tế Dự phòng tỉnh Khánh Hòa)

 Nhận xét:

Từ kết quả phân tích chất lượng nước đầu ra của nhà máy nước Võ Cạnh cho thấy về phương diện hóa lý và vi sinh chất lượng nước đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống theo QCVN 01: 2009/BYT

1.4 Cơ sở lý thuyết của các quá trình xử lý nước [4]

Bảng 1.2 Các quá trình xử lý nước

Hồ chứa và lắng sơ bộ Điều hòa sự dao động giữa nguồn và trạm bơm nước

thô Song chắn rác Loại trừ các vật nổi, trôi theo dòng nước

Lưới chắn rác Loại trừ rác, các mảnh vỡ kích thước nhỏ và một phần

rong rêu trôi theo dòng nước

Bể lắng cát

Loại ra khỏi nước các hạt có tỉ trọng 2,6 và kích thước

0,2 mm để bảo vệ cho máy móc không bị bào mòn, giảm lượng cặn trơ trong các bể tạo bông cặn và bể

lắng

Xử lý nước tại nguồn

bằng hóa chất

Loại trừ khả năng phát triển của vi sinh vật và thực vật

gây ra mùi, vị, màu của nước

Làm thoáng

Lấy oxy từ không khí để oxy hóa sắt và mangan hóa trị

II hòa tan trong nước

Khử khí CO2 nâng cao pH của nước để đẩy nhanh quá trình oxy hóa, thủy phân sắt và mangan trong dây chuyền công nghệ khử sắt và mangan

Làm giàu oxy để tăng thế oxy hóa khử của nước, khử

các chất bẩn ở khí hòa tan trong nước

Clo hóa sơ bộ

Giảm lượng vi trùng ở các nguồn nước thô bị nhiễm bẩn

Quá trình lọc Loại trừ các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng,

nhưng có khả năng dính kết lên bề mặt hạt lọc

Khử trùng nước Tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng còn lại trong nước sau bể

lọc

Flo hóa nước Nâng cao hàm lượng Flo trong nước đến 0,6 – 0,9 mg/l

để bảo vệ men răng và xương cho người dùng nước

Ổn định nước

Khử tính xâm thực và tạo ra màng bảo vệ cách li không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt trong thành ống dẫn để bảo vệ ống và phụ tùng trên ống

Làm mềm nước Khử ra khỏi nước ion Ca2+, Mg2+ đến nồng độ yêu cầu

1.5 Cơ sở lý thuyết về quá trình keo tụ

1.5.1 Cơ sở khoa học về quá trình keo tụ

1.5.1.1 Phân loại tạp chất trong nước [7]

Tạp chất trong nước rất đa dạng chúng có kích thước từ nhỏ nhất là các ion tới các tạp chất thô nhìn thấy được Trên cơ sở kích thước của tạp chất Kulsky đề xuất phân loại nước theo độ phân tán của tạp chất, trên cơ sở đó có thể lựa chọn các phương pháp khảo sát và công nghệ xử lý thích hợp

Bảng 1.3 Phân loại nước theo kích thước tạp chất [7]

Đặc trƣng

Nhũ tương và huyền phù Hệ phân tán tinh Dung dịch phân tử Dung dịch điện ly

Vi khuẩn

Hạt keo Các chất Humic Virus

Khí hòa tan Chất hữu

cơ tan Chất phân

ly hữu cơ

Cation anion

Hiển vi điện tử Điện thẩm tách Tán xạ reley

Lọc màng bán thấm Phổ tử ngoại - khả biến

Nhóm I: các tạp chất thô nhìn thấy được bằng mắt (khi nhìn tổng thể thấy độ

đục, màu) hoặc hiển vi quang học thường (thấy từng hạt), chúng thường không bền,

bị lắng hoặc tách lớp (đối với nhũ tương) khi để tĩnh, chỉ tồn tại nhờ chuyển động của nước Chúng thường là các hạt phù sa, huyền phù gốc vô cơ hoặc hữu cơ Trong nhóm này cần lưu ý đến các sinh vật nước bậc thấp như tảo, vi khuẩn và plankton Cặn nhóm này có khả năng lắng khi để lâu

Nhóm II: là nhóm dung dịch keo Đây 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 như acid humic Hạt keo có kích thước nhỏ (< 0,5m) nên bằng mắt và hiển vi thông thường không nhìn thấy được

Hạt keo kị nước có độ bền nhờ lớp điện kép tích điện cùng dấu Hạt keo ưa nước có độ bền nhờ tương tác hạt – nước thông qua các nhóm chức ưa nước trên các phân tử hạt keo

Nhóm III: nhóm của các chất hữu cơ hòa tan, khí hòa tan, kích thước hạt

chất tan ở mức phân tử, ta còn gọi là dung dịch phân tử Thành phần chất tan ở đây rất đa dạng, nó có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo Nó có thể là các chất thải ra trong quá trình hoạt động sống của động, thực vật, con người nhất là từ các sinh vật nước…Về bản chất hóa học, chúng thể hiện tính chất của phenol, rượu, amin…Chúng có thể gây độ màu, mùi Một số nhóm chất có tính độc Đặc trưng chung là chúng tan nhưng không phân ly trong nước

Nhóm IV: là các chất chủ yếu là vô cơ tan, phân ly Kích thước các hạt tan ở

cấp độ phân tử

Các chất thuộc nhóm III và IV là các đối tượng khó xử lý nhất, nếu lọc cần

xử dụng các kỹ thuật lọc màng hiện đại như lọc Nano (NF), lọc thẩm thấu ngược (RO) Phần lớn các cặn lơ lửng khó lắng lọc đều là những hạt keo kích thước rất nhỏ, không thể lọc được bằng kỹ thuật lọc nhanh thông thường Bằng kỹ thuật keo

tụ - lắng – lọc người ta có thể xử lý được phần lớn các tạp chất trong nhóm I và II

[7]

1.5.1.2 Cơ chế keo tụ - tạo bông [3][7]

Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiện tượng giọt nước, giọt thủy ngân luôn tự do vo tròn để giảm diện tích bề mặt)

Về nguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có xu thế hút nhau nhờ các lực bề mặt Mặc khác do các hạt keo cùng loại luôn tích điện cùng dấu (đặc trưng bởi thế) nên các hạt keo luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện

của các hạt cùng dấu theo định luật Coulomb, xu hướng này làm hạt keo không thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng xuống nhờ trọng lực như những hạt không tích điện Như vậy thếcàng lớn (hạt keo càng tích điện) thì hệ keo càng bền (khó kết tủa) Trong trường hợp lý tưởng, nếu thế = 0 thì hạt keo biến thành cấu tạo tụ điện phẳng, hạt sẽ không khác gì các hạt không tích điện nên dễ dàng hút nhau để tạo hạt lớn hơn có thể lắng được Đây là cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ

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 có thể tích điện trở lại và trở nên bền Các hóa chất gây keo tụ thường là các loại muối vô

cơ và được gọi là chất keo tụ

Một cách khác để làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng các tác 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 và 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, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch Các chất có khả năng tạo bông được gọi là chất tạo bông hoặc chất trợ keo

tụ

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

(1) Cơ chế nén lớp điện tích kép nhằm giảm thế 

Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và làm tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện Mức giảm điện thế phụ thuộc vào nồng độ và hóa trị của các ion trái dấu đưa vào

Nồng độ và hóa trị của ion bổ sung vào càng cao, quá trình trung hòa điện

Walls (lực hấp dẫn) thắng lực đẩy tĩnh điện, các hạt keo xích lại gần nhau, kết dính với nhau và tạo thành bông keo

(2) Cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích:

Ngoài cơ chế nén lớp điện tích kép, các hạt keo cũng hấp phụ lên bề mặt các ion dương trái dấu, làm thay đổi điện tích bề mặt hạt keo Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion tích điện cao được hấp phụ tạo nên sự trung hòa điện tích, ví dụ các nhóm hydroxit kim loại tích điện tích dương, các polymer hữu cơ cation và các ion kim loại hóa trị cao Các ion này phá vỡ trạng thái bền của hệ keo nhờ cơ chế nén điện tích kép và cơ chế hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt hạt keo, làm giảm thế điện động zeta, giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo điều kiện cho các hạt keo kết dính vào nhau trong đó cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích đóng vai trò đáng kể

(3) Cơ chế hấp phụ - bắc cầu

Khi sử dụng chất keo tụ là hợp chất polymer, nhờ cấu trúc mạch dài, các phân tử polymer hấp phụ lên bề mặt keo, tạo ra cầu nối với nhau hình thành bông keo tụ có kích thước lớn làm tăng tốc độ lắng của các hạt keo Khả năng tạo bông keo tụ nhờ cơ chế bắc cầu, phụ thuộc vào nhóm polymer và hạt keo trong nước, quá trình hấp thụ của các chất polymer lên bề mặt hạt keo cũng như số lượng hạt keo trong dung dịch

Lượng polymer tối ưu đưa vào dung dịch và được xác định bằng thực nghiệm Nồng độ tối đa bổ sung thường tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt các hạt keo

có trong dung dịch Quá trình tạo bông keo với các polymer nhờ cơ chế bắc cầu được thực hiện qua các cơ chế sau đây:

 Phân tán dung dịch polymer vào trong hệ huyền phù

 Vận chuyển polymer trong hệ tới bề mặt hạt

 Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt

Hiệu quả quá trình keo tụ polymer nhờ cơ chế bắc cầu phụ thuộc vào trọng lượng phân tử polymer Khi tăng trọng lượng phân tử độ hòa tan sẽ kém đi và độ nhớt cao hơn, liều dung tối ưu sẽ cao hơn, bông cặn tạo ra lớn hơn và quá trình lắng

sẽ xảy ra nhanh hơn

Đối với các polymer không ion thì ảnh hưởng của pH không lớn lắm nhưng các polymer anion, ở pH cao và các polymer cation ở pH thấp sẽ ảnh hưởng tới quá trình ion hóa của chúng, dẫn đến ảnh hưởng quá trình tạo bông keo Ngoài ra, cường độ ion trong hệ cũng có thể xúc tiến hay cản trở quá trình tạo bông keo

(4) Cơ chế keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng

Các ion kim loại cao sử dụng trong quá trình keo tụ như Al3+, Fe3+, tạo ra trong nước các thủy phân khác nhau như: Fe2(OH)24+, Al3(OH)45+, Fe(OH)2+,

Al13(OH)345+, Al7(OH)174+, Al(OH)4-… Ở các giá trị cao và thấp của pH, các liên kết này tồn tại và tích điện, nhưng ở một giá trị pH trung bình thì các hydroxit nhôm và sắt tạo ra sẽ lập tức lắng xuống Trong quá trình lắng chúng kéo theo các bông keo

và tạp chất trong hệ huyền phù như hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất hữu cơ, chất mang mùi vị tồn tại ở trạng thái hòa tan hay lơ lửng

Cơ chế này được gọi là cơ chế cùng lắng Nó có thể tách được nhiều loại keo

và điều kiện đặc biệt của cơ chế này là không phụ thuộc vào quá trình tạo bông keo

và không có sự tái trở lại trạng thái ổn định như các cơ chế khác

1.5.2 Phèn nhôm và hóa học của quá trình keo tụ bằng phèn nhôm

Phèn nhôm được sản xuất bằng cách điều chế bocxit, cao lanh và các chất sét các có chứa oxy nhôm với acid sunfuric Phụ thuộc vào phương pháp sản xuất

và tính chất của nguyên liệu thu được các loại phèn nhôm khác nhau

Phèn nhôm không tinh khiết thường dùng ở các nhà máy nước là phèn tảng, cục, có hình dạng không đều nhau và có màu xám, có chứa không ít hơn 35,5%

Al2(SO4)3 (9% Al2O3); không lớn hơn 2% acid sunfuric tự do, 0,5% Fe2O3; không

Phèn nhôm kỹ thuật, phèn sạch là các tảng hoặc cục có màu xám sáng có chứa không ít hơn 40,3% Al2(SO4)3 (13,3% Al2O3) và không lớn hơn 1% cặn không

hòa tan trong nước[4]

Phèn nhôm có công thức hóa học là Al2(SO4)3.nH2O (n = 14÷18) Đây là chất keo tụ phổ biến nhất, đặt biệt là ở Việt Nam

Phèn nhôm có hai dạng:

 Phèn kép (phèn chua): K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O : hàm lượng Al2O3 khoảng 7%

 Phèn đơn (Al2(SO4)3.18H2O) : hàm lượng Al2O3 là 15%

Cơ chế keo tụ của phèn nhôm:

Khi dùng phèn nhôm làm các chất keo tụ sẽ xảy ra các phản ứng thủy phân:

Al2(SO4)3 + 6H2O  2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO2 

4

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

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

Khi sử dụng phèn nhôm cần chú ý:

 pH hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5,5 – 7,5

 Nhiệt độ của nước thích hợp khoảng 20 – 400C

 Ngoài ra cần chú ý đến: các thành phần ion trong nước các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn môi trưởng phản ứng…

Có thể dùng phèn kép KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O và Na2AlO4

thay cho phèn nhôm, mọi quy luật tương tự phèn nhôm nhưng giá đắt hơn nhiều Tuy nhiên khi dùng NH4Al(SO4)2.12H2O cần lưu ý vì nó có thể gây nhiễm amoni

Ở Việt Nam phèn nhôm được sản xuất ở các nhà máy hóa chất Việt Trì, Tân Bình… và có hàm lượng nhôm quy về Al2O3 là khoảng 14% (đối với hóa chất tinh

khiết là 15,1%) Do độ ngậm nước rất thay đổi nên cần định lượng hàm lượng nhôm trước khi dùng

Ưu điểm của phèn nhôm:

 Về mặt năng lực keo tụ ion nhôm (và cả sắt (III)), nhờ điện tích 3+, có năng lực keo tụ thuộc loại keo tụ cao nhất (quy tắc Shulz - Hardy) trong số các loại muối ít độc hại mà loài người biết

 Muối nhôm ít độc, sẵn có trên thị trường và khá rẻ

 Quy trình keo tụ bằng phèn nhôm trong thiết bị xử lý nước giếng khoan và

xử lý nước mặt là tương đối đơn giản, dễ kiểm soát, phổ biến rộng rãi

 Sản xuất, vận chuyển, pha chế định lượng đơn giản

Nhược điểm của phèn nhôm:

 Làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng

 Khi quá liều lượng cần thiết thì hiện tượng keo tụ bị phá hủy làm nước đục trở lại Như vậy khi độ đục, độ màu nước nguồn cao, nhôm sunfat kém tác dụng

 Phải dùng thêm một số chất phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng

 Hàm lượng nhôm dư trong nước lớn hơn so với khi dùng chất keo tụ khác và

có thể lớn hơn tiêu chuẩn 0,2 mg/l

 Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng thường hạn chế

Ngoài ra còn có thể làm tăng lượng SO2 

4 trong nước thải sau xử lý là loại có độc tính đối với vi sinh vật

1.5.3 Phèn PAC và hóa học của quá trình keo tụ bằng PAC

Ưu thế của polymer vô cơ trong công nghệ xử lý nước và nước thải, trước hết là PAC (Poly Aluminium Chloride) so với phèn được phát hiện từ những năm

1960 – 1970 và được ứng dụng trong công nghiệp từ năm 1980 Trước khi có khái niệm về PAC, để làm trong nước phèn nhôm (hoặc sắt) được sử dụng như sau:

Dung dịch phèn được định lượng vào nước cần xử lý, khuấy mạnh cho tan đều đồng thời điều chỉnh pH về gần pH = 7 rồi cho nước qua bể tạo bông và lắng Công nghệ này hiện nay vẫn được áp ở Việt Nam Tới những năm 60-70 cho tới đầu những năm 80 khi phát hiện ra hiệu ứng của phèn được trung hòa một phần (Pre-neutralised alum tức PAC) thì dung dịch PAC thường được ứng dụng dưới dạng dung dịch phèn được trung hòa tại chỗ Khi đó bản chất dung dịch PAC và bản chất quá trình keo tụ bằng PAC còn chưa được rõ Do sự thiếu hiểu biết về thành phần và bản chất các hạt trong hệ PAC, ngoài ra PAC còn chưa được sản xuất dưới dạng sản phẩm thương mại (dạng bột) nên kỹ thuật còn bị hạn chế sử dụng mặc dù

ưu thế đã được chứng minh bằng thực tế Việc điều chế PAC tại chỗ rất phức tạp, nhiều khi dung dịch chuẩn bị trước bị mất hoạt tính sau 24 h

Để khắc phục những nhược điểm trên, nhiều nghiên cứu chế tạo PAC dạng bột thương phẩm được tiến hành chủ yếu vào những năm 1980 Đồng thời là hàng loạt công bố liên quan đến bản chất của quá trình hình thành các hạt polymer quyết định đến khả năng keo tụ tiên tiến của PAC

Sự thành công của PAC dẫn đến sự ra đời hàng loạt sản phẩm tương tự trong những năm 1990 Ví dụ theo sau sự thành công của PAC người ta đã chế tạo và ứng dụng thành công PASS (Poly Aluminium Silicate Sulphate)

Tiếp theo sự ra đời của các polymer nhôm, do sự lo ngại về ảnh hưởng của

dư lượng nhôm trong nước ăn, uống người ta chuyển sự chú ý sang các polymer sắt PFC (Poly Ferric Chloride) và PFS (Poly Ferric Sulphate)

Tính chất:

PAC (Poly Aluminium Chloride) là loại phèn nhôm thế hệ mới tồn tại ở dạng cao phân tử (polymer) Công thức phân tử Al2 OH n Cl6nm Hiện nay, PAC được sản xuất lớn và sử dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến để thay thế cho phèn nhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và nước thải

PAC có 2 dạng: PAC rắn và PAC dạng lỏng:

 Dạng rắn là bột màu trắng ngà ánh vàng, tan hoàn toàn trong nước Người sử dụng chỉ cần pha PAC bột thành dung dịch 10% hoặc 20% bằng nước trong, cho lượng dung dịch tương ứng với chất keo tụ vào nước cần xử lý, khuấy đều và để lắng trong Ở điều kiện bảo quản thông thường (bao kín, để nơi khô ráo, nhiệt độ phòng) có thể lưu giữ lâu dài

 PAC dạng lỏng có màu nâu vàng, có thể đựng trong chai hoặc can nhựa để bảo quản lâu dài

 Độ ổn định pH cao, dễ điều chỉnh pH khi xử lý vì vậy tiết kiệm được hóa chất dùng để tăng độ kiềm và các thiết bị đi kèm như bơm định lượng và thùng hóa chất so với sử dụng phèn nhôm

 Giảm thể tích bùn khi xử lý, tăng độ trong của nước kéo dài chu kì lọc, tăng chất lượng nước sau lọc

 Có thể được vận chuyển, cất giữ và định lượng dễ dàng, có thể hòa tan vào nước với bất kì tỉ lệ nào, có nhiều Al2O3 hoạt tính sunfat nhôm, do đó các bể hóa chất sẽ nhỏ hơn

 Hiệu quả lắng trong cao hơn 4-5 lần

 Liều lượng sử dụng thấp, thời gian keo tụ nhanh, bông cặn to, dễ lắng

 Không cần hoặc dùng rất ít chất hỗ trợ

 Không cần các thiết bị và thao tác phức tạp

 Không bị đục khi dùng thiếu hoặc thừa phèn

 Ít ăn mòn thiết bị PAC hoạt động tốt nhất ở khoảng pH = 6,5 – 8,5 Do đó ở

pH này các ion kim loại đều bị kết tủa và bị chìm đáy hoặc bám vào các hạt keo tạo thành

 Hóa học của quá trình keo tụ bằng PAC:

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

xử lý nước cấp

 Hóa học của quá trình keo tụ:

Thông thường khi keo tụ chúng ta thường dùng muối chloride hay sulphate của Al(III) hay Fe(III) Khi đó do phân ly và thủy phân ta có các hạt trong nước:

Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH)3 phân tử và Al(OH)4-, ba hạt polymer :

Al2(OH)24+, Al3(OH)45+ và Al13O4(OH)247+ Trong đó hạt Al13O4(OH)247+, gọi tắt là

Al13 là tác nhân gây keo tụ chính và tốt nhất

Với Fe(III) ta có các hạt : Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe(OH)3 phân tử và Fe(OH)4-, polymer: Fe2(OH)24+, Fe3(OH)45+, Fex(OH ( 3 )

)y xy , và

FexOy(OH   



) 2 2 (

Phương pháp sử dụng:

 Sản phẩm dạng lỏng có thể sử dụng trực tiếp hoặc loãng đi 10 lần rồi mới sử dụng, dạng đặc phải loãng đi thành ra dung dịch 5 – 10% mới sử dụng, như thế mới dung hòa đều, hiệu quả mới tốt

 Dung dịch đã làm loãng tốt nhất phải sử dụng hết trong 4 – 8 giờ

 Số lượng sử dụng phải căn cứ theo chất lượng và độ trong suốt của nước và thiết bị Làm sạch nước bình thường sử dụng dạng đặc là khoảng một phần mười ngàn (1kg nước sử dụng 0,01g)

Bảng 1.4 Số lượng phèn sử dụng theo từng độ đục của nước

1.5.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ [5]

 Độ hòa tan của chất keo tụ như phèn nhôm hoặc phèn sắt

Ví dụ: Đối với Al(OH)3

 Khi pH < 5,5: Al(OH)3 có tác dụng rõ ràng như một chất kiềm Al3+ tăng nhiều

 Khi 5,5< pH < 7,5: lượng nhôm dư trong nước rất nhỏ

 Ảnh hưởng của pH đối với điện tích hạt keo

Điện tích của hạt keo trong nước có quan hệ với thành phần ion trong nước, đặt biệt là ion H+

 Khi pH < 5 hạt nhôm hydroxyt mang điện tích âm

 Khi pH > 5 hạt keo nhôm hydroxyt mang điện tích dương

 Khi pH = 8 hạt keo nhôm hydroxyt là trung tính, vì thế nên dễ bị kết tủa nhất

 Ảnh hưởng của pH đối với chất hữu cơ trong nước

 Khi pH thấp các hạt keo của acid humic và fulvic mang điện tích âm, do

đó dễ dàng bị keo tụ bởi phèn nhôm hay phèn sắt

 Khi pH cao: các hạt keo của acid humic và fulvic mang điện tích dương, nên hiệu quả keo tụ của phèn nhôm, phèn sắt giảm đáng kể

 pH thích hợp là 6,0 – 6,5