NGHIÊN cứu QUY TRÌNH xử lý nước cấp từ NGUỒN nước mặt DÙNG CHO SINH HOẠT tại ấp AN THUẬN, xã hòa BÌNH, HUYỆN CHỢ mới, AN GIANG

Xử lý nước cấp Xử lý nước cấp là quá trình loại bỏ các chất bẩn, các chất hòatan trong nước bằng dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượngnước sau xử lý đạt yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt,

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP TỪ NGUỒN NƯỚC MẶT DÙNG CHO SINH HOẠT TẠI ẤP AN THUẬN, XÃ HÒA BÌNH,

HUYỆN CHỢ MỚI, AN GIANG

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặcbiệt trong việc điều hoà khí hậu và cho sự sống trên trái đất Hàngngày cơ thể con người cần 3 -10 lít nuớc cho các hoạt động sống,luợng nước này đi vào cơ thể qua con đường thức ăn, nước uống đểthực hiện các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng, sau đóthải ra ngoài theo con đường bài tiết Ngoài ra con người còn sử dụngnuớc cho các hoạt động khác như tắm, rửa,…

Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sựphát triển dân số và mức sống ngày càng tăng Tuỳ thuộc vào mứcsống của người dân và tuỳ từng vùng mà nhu cầu sử dụng nước làkhác nhau, định mức cấp nước cho dân đô thị là 150 L/người.ngày,cho khu vực nông thôn là 40 – 70 L/người.ngày.(Nguyễn Duy Thiện,2000)

Khoảng 80% dân số nước ta sống ở vùng nông thôn Hiện nay,đảm bảo nước sinh hoạt cho nông thôn là một nhu cầu cấp bách,trong đó việc cung cấp nước có chất lượng tốt là một nhu cầu quantrọng

Nước vô trùng góp phần nâng cao sức khỏe giảm thiểu bệnhtật, tăng sức lao động và mang lại cho người dân một cuộc sống vănminh Phan triển nguồn nước sinh hoạt ở nông thôn là góp phần vàophân bố lại dân cư và phân vùng quy hoạch một cách hợp lí Cho đếnnay nhiều vùng nông thôn vẫn còn sử dụng nước không hợp vệ sinhcho các nhu cầu sinh hoạt , dẫn đến hậu quả là tỷ lệ mắc các bệnhlây lan do nước như: đường ruột, mặt hột và bệnh ngoài da còn rấtcao, gây ảnh hưởng đời sống và sức lao động chung

Hiện trạng cấp nước nông thôn ở tỉnh An Giang hiện nay vẫnchủ yếu là do dân tự lo nguồn nước sinh hoạt cho mình Họ sử dụng

đủ loại nguồn nước mà chủ yếu là nguồn nước mặt bao gồm: sông,suối, ao hồ, kênh rạch…với chất lượng nguồn nước bị ô nhiễm mức

độ cao Ấp An Thuận xã Hòa Bình, huyện Chợ Mới là nơi vẫn chưa có

hệ thống cấp nước công cộng Các hộ dân chủ yếu tự sử dụng nguồnnước từ kênh rạch gần nhà, có chất lượng không được đảm bảo và sửdụng dạng nguyên khai không được xử lý Trước tình hình đó đề tài:

“Nghiên cứu quy trình xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt cho các hộ

gia đình tại ấp An Thuận, xã Hòa Bình, Chợ Mới” được thực hiệnnhằm hướng dẫn, phổ biến những kinh nghiệm, khai thác và xử lýnguồn nước sạch sinh hoạt dùng cho cộng đồng dân cư nhỏ tại đây.

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

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

2.1.1 Công nghệ xử lý nước cấp

2.1.1.1 Xử lý nước cấp

Xử lý nước cấp là quá trình loại bỏ các chất bẩn, các chất hòatan trong nước bằng dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượngnước sau xử lý đạt yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp theotiêu chuẩn quy định.(Nguyễn Thị Thu Thủy, 2000)

2.1.1.2 Tầm quan trọng của nước cấp và xử lý nước cấp

Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặcbiệt trong việc điều hoà khí hậu và cho sự sống trên trái đất Hàngngày cơ thể con người cần 3 -10 lít nuớc cho các hoạt động sống,luợng nước này đi vào cơ thể qua con đường thức ăn, nước uống đểthực hiện các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng, sau đóthải ra ngoài theo con đường bài tiết Ngoài ra con người còn sử dụngnước cho các hoạt động khác như tắm, rửa,…

Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sựphát triển dân số và mức sống ngày càng tăng Tuỳ thuộc vào mứcsống của người dân và tuỳ từng vùng mà nhu cầu sử dụng nước làkhác nhau, định mức cấp nước cho dân đô thị là 150 lít/người.ngày,cho khu vực nông thôn là 40 – 70 lít/người.ngày Hiện nay, Tổ chứcLiên Hợp Quốc đã thống kê có một phần ba các điểm dân cư trên thếgiới thiếu nước sạch sinh hoạt Do đó người dân phải dùng các nguồnnước không sạch Điều này dẫn đến háng năm có tới 500 triệu ngườimắc bệnh và 10 triệu người bị chết, 80% các trường hợp mắc bệnhtại các nước đang phát triển có nguyên nhân từ việc dùng các nguồnnước bị ô nhiễm Vấn đề xử lý nước và cung cấp nước sạch, chống ônhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt và sản xuấtđang là vấn đề đáng quan tâm đặc biệt

Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượngnước cấp, trong đó các chỉ tiêu cao thấp khác nhau Nhưng nhìnchung các chỉ tiêu này phải đảm bảo an toàn vệ sinh về số vi trùng

có trong nước, không có chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khỏecon người Các nguồn nước trong thiên nhiên ít khi đảm bảo các tiêuchuẩn đó Do tính chất có sẵn của nguồn nước hay bị tác động ônhiễm Nên tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về chấtlượng nước cấp mà cần thiết phải có quá trình xử lý nước thích hợpđảm bảo cung cấp nước có chất lượng tốt và ổn định chất lượng nước

cấp cho các nhu cầu.

2.1.2 Mục đích của các quá trình xử lý nước

- Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hoá học, vitrùng học để thỏa mãn các nhu cầu về ăn uống, sinh hoạt, dịch vụ,sản xuất công nghiệp và phục vụ sinh hoạt công cộng của các đốitượng dùng nước

- Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không chứa các chấtgây vẩn đục, gây ra màu, mùi, vị của nước

- Cung cấp nước có đủ thành phần khoáng chất cần thiết choviệc bảo vệ sức khoẻ của người tiêu dùng

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

2.1.3 Các biện pháp xử lý cơ bản

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

xử lý sau:

+ Biện pháp cơ học: Là biện pháp dùng các công trình và thiết

bị để làm sạch nước như: Song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bểlọc

+ Biện pháp hoá học: Là biện pháp dùng các hoá chất cho vàonước để xử lý nước như: Dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi đểkiềm hoá nước, cho clo vào nước để khử trùng

+ Biện pháp lý học: Là biện pháp dùng các tia vật lý để khửtrùng nước như: tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân nước biển đểkhử muối, khử khí CO2 hoà tan trong nước (Nguyễn NgọcDung,1999)

2.2 Các loại nguồn nước dùng cho cấp nước

2.2.1 Nguồn nước mặt

Nước mặt là nguồn nước được hình thành trên bề mặt trái đấtbao gồm: sông suối, ao hồ, kênh mương… Do có sự kết hợp của cácdòng chảy từ nơi cao đến nơi thấp Nước mặt có các đặc trưng: Chứacác khí hòa tan(O2,CO2…), có hàm lượng hữu cơ cao, có độ mặn, có

sự xuất hiện của các loài thực vật thủy sinh(tảo, rong)

2.2.2 Nguồn nước ngầm

Là nguồn nước được khai thác từ các tầng chứa nằm dưới mặtđất Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nướcthấm qua Nước ngầm có các đặc trưng: Độ đục thấp, nhiệt độ vàthành phần hóa học ổn định, nước thiếu khí O2 nhưng chứa nhiều khí

H2S, CO2,… chứa nhiều chất khoáng hòa tan, đặc biệt là sắt, Mangan,Flouor.

2.2.3 Nguồn nước mưa

Là nguồn nước được hình thành do quá trình tự nhiên như: bayhơi, gió bão, tạo thành mưa rơi xuống mặt đất ở một phạm vi nhấtđịnh Đặc trưng của nguồn nước mưa: Có chất lượng tốt, bão hòaCO2 Tuy nhiên nước mưa hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ trongkhông khí và bề mặt trái đất, đồng thời lưu lượng không ổn định nên

ít được sử dụng và chỉ sử dụng trong một số nơi có khó khăn vềnước (Trịnh Xuân Lai, 2004)

2.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

2.3.1 Các chỉ tiêu lý học

2.3.1.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học vàsinh hóa xảy ra trong nước Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môitrường xung quanh, vào thời gian trong ngày, vào mùa trong năm…Nước mặt có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường Ví dụ: ởMiền Bắc Việt Nam nhiệt độ nước thường dao động từ 13oC đến 34o C,trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở Miền Nam tươngđối ổn định hơn (26 - 29oC)

2.3.1.2 Độ màu

Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: Các hợpchất sắt, mangan không hòa tan làm nước có màu nâu đỏ, các chấtmùn humic gây ra màu vàng, còn các loại thủy sinh tạo cho nướcmàu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt haycông nghiệp thường có màu xanh hoặc đen

Nước nguyên chất không có màu Màu sắc mang tính chất cảmquan và gây nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng

Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu platin –coban Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ (PtCo)

Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nướctạo ra và dễ dàng bị loại bỏ bằng phương pháp lọc Trong khi đó, đểloại bỏ màu thực của nước phải dùng các biện pháp hóa lý kết hợp

2.3.1.3 Độ đục

Nước là một môi trường truyền ánh sang tốt, khi trong nước cócác vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất, cát, các vi sinhvật…thì khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi Nước có độ đục lớnchứng tỏ chứa nhiều cặn bẩn Đơn vị đo độ đục là NTU, JTU trong đóđơn vị NTU và FTU là tương đương nhau Nước mặt thường có độ đục

20 - 100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500 - 600 NTU Nước dùng để

ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục được xác định bằngchiều sâu lớp nước thấy được (gọi là độ trong) mà ở độ sâu đó người

ta vẫn đọc được hàng chữ tiêu chuẩn Độ đục càng thấp chiều sâucủa lớp nước còn thấy được càng lớn Nước được gọi là trong khi mức

độ nhìn sâu lớn hơn 1m (hay độ đục nhỏ hơn 10 NTU)

2.3.1.4 Mùi vị

Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là cáchợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân hủy vậtchất gây nên Nước thiên nhiên có thể có mùi tanh hay hôi thối, mùiđất Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùiclo hay clophenol

Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tannước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng…

2.3.1.5 Độ nhớt

Độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội, sinh ra trong quátrình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau Đây là yếu tốchính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọngtrong quá trình xử lý nước Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hòatan trong nước tăng, và giảm khi nhiệt độ tăng

2.3.1.6 Độ dẫn điện

Nước có tính dẫn điện kém Nước tinh khiết ở 20oC có độ dẫnđiện là 4,2µS/m Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chấtkhoáng hòa tan trong nước, và dao động theo nhiệt độ

Thông số này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượngchất khoáng hòa tan trong nước

2.3.1.7 Tính phóng xạ

Tính phóng xạ của nước là do sự phân hủy các chất phóng xạ

có trong nước tạo nên Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ

tự nhiên, các chất này có thời gian bán phân hủy rất ngắn nên nướcthường vô hại Tuy nhiên khi bị nhiễm bẩn phóng xạ từ nước thải vàkhông khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn chophép

Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường được dùng

để xác định tính phóng xạ của nước Trong đó các hạt α bao gồm 2proton và 2 nơtron có năng lượng xuyên thấu nhỏ, nhưng có thểxuyên vào cơ thể sống qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa, gây tác hạicho cơ thể do tính ion hóa mạnh Các hạt β có khả năng xuyên thấm

mạnh hơn, nhưng dễ bị ngăn lại bởi các lớp nước và cũng gây tác hạicho cơ thể.

2.3.2 Các chỉ tiêu hoá học

2.3.2.1 Độ cứng của nước

Độ cứng của nước gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trongnước Chúng phản ứng với một số anion tạo thành kết tủa Các ionhóa trị 1 không gây nên độ cứng của nước Trên thực tế vì các ion

Ca2+ và Mg2+ chiếm hàm lượng chủ yếu trong các ion đa hóa trị nên

độ cứng của nước xem như là tổng hàm lượng của các ion Ca2+ và

Mg2+ Người ta phân biệt các loại độ cứng khác nhau :

+ Độ cứng carbonat (thường được ký hiệu CH : CarbonateHardness): là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ tồn tại dướidạng HCO3- Độ cứng carbonat còn được gọi là độ cứng tạm thời vì sẽmất đi khi bị đun sôi

+ Độ cứng phi carbonat (thường được ký hiệu là NCH : Carbonate Hardness) là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+liên kết với các anion khác HCO3- như SO42- , Cl-…Độ cứng phicarbonat còn được gọi là độ cứng thường trực hay độ cứng vĩnh cữu

Non-2.3.2.2 Độ pH của nước

PH có định nghĩa về mặt toán học : pH = -log[H+] pH là mộtchỉ tiêu cần được xác định để đánh giá chất lượng nguồn nước Sựthay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kếttủa, sự hòa tan, cân bằng carbonat…), các quá trình sinh học trongnước Giá trị pH của nguồn nước góp phần quyết định phương pháp

xử lý nước pH được xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phươngpháp chuẩn độ

2.3.2.3 Độ kiềm của nước

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

-có trong nước Độ kiềm trong nước tự nhiên thường gây nên bởi cácmuối của acid yếu, đặc biệt là các muối carbonat và bicarbonat Độkiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat,phosphat… và một số acid hoặc bazơ hữu cơ trong nước, nhưng hàmlượng của những ion này thường rất ít so với các ion HCO3-, CO32-, OH-nên thường được bỏ qua Khái niệm về độ kiềm và độ acid là nhữngchỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học của một nguồnnước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat Độkiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưatất cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3

Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm mhay độ kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị

chuẩn độ đến pH = 4,5 liên quan đến hàm lượng các ion OH-,

HCO3-và CO32- ) với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùngphenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8,3 liên quan đếnion OH-) Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và độ kiềm p được gọi là độkiềm bicarbonat

2.3.2.4 Độ oxi hóa (mg/l O2 hay KMnO 4 )

Là lượng oxi cần thiết để oxi hóa hết các hợp chất hữu cơ cótrong nước Chỉ tiêu oxi hóa là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độnhiễm bẩn của nguồn nước Độ oxi hóa của nguồn nước càng cao,chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng

2.3.2.5 Hàm lượng sunfat và clorua (mg/lít)

Ion SO42- có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu

cơ Với hàm lượng lớn hơn 250 mg/l gây tổn hại cho sức khỏa conngười Ở điều kiện yếm khí, SO42- phản ứng với chất hữu cơ tạo thànhkhí H2S có độc tính cao Clor tồn tại trong nước dưới dạng Cl- Nóichung ở mức nồng độ cho phép thì các hợp chất clor không gây độchại, nhưng với hàm lượng lớn hơn 250 mg/lít làm cho nước có vị mặn.Nước có nhiều Cl- có tính xâm thực xi măng

2.3.2.6 Hàm lượng 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 + 0,5 O2 + H2O = 2Fe(OH)3 + 4CO2

Nước thiên nhiên thường hcứa hàm lượng sắt lên đến 30 mg/lít.Với hàm lượng sắt lớn hơn 0,5 mg/lít nước có mùi tanh khó chịu, làmvàng quần áo khi giặt… Các cặn kết tủa của sắt có thể gây tắcnghẽn đường ống dẫn nước Trong quá trình xử lý nước, sắt được loạibằng phương pháp thông khí và keo tụ

2.3.2.7 Hàm lượng mangan (mg/lít)

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

sinh hỏng men răng Ở những vùng thiếu iốt thường xuất hiện bệnhbướu cổ, ngược lại nếu iốt quá nhiều cũng gây tác hại cho sức khỏe.

2.3.2.9 Các chất khí hòa tan (mg/lít)

Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rấtlớn Khí CO2 hòa tan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định củanước thiên nhiên Trong kỉ thuật xử lý nước, sự ổn định của nước cóvai trò rất quan trọng Việc đánh giá độ ổn định trong sự ổn địnhnước được thực hiện bằng cách xác dịnh hàm lượng CO2 cân bằng vàCO2 tự do Lượng CO2 cân bằng là lượng CO2 đúng bằng lượng ionHCO3- cùng tồn tại trong nước.(Trịnh Xuân Lai, 2004)

2.3.3 Các chỉ tiêu vi sinh

Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng,rong tảo và các loài thủy vi sinh khác Tùy theo tính chất, các loại visinh trong nước có thể vô hại hoặc có hại Nhóm có hại bao gồm cácloại vi trùng gây bệnh, các loài rong rêu, tảo…Nhóm này cần phảiloại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng Các vi trùng gây bệnh như lỵ,thương hàn, dịch tả…thường khó xác định chủng loại Trong thực tếhóa nước thường xác định chỉ số vi trùng đặc trưng Trong chất thảicủa người và động vật luôn có loại vi khuẩn E.Coli sinh sống và pháttriển Sự có mặt của E.Coli trong nước chứng tỏ chứng tỏ nguồn nước

đã bị ô nhiễm bởi phân rác, chất thải của người và động vật và nhưvậy cũng có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác

Số lượng E.Coli nhiều hay ít tùy thuộc mức độ nhiễm bẩn củanguồn nước Đặc tính của khuẩn E.Coli là khả năng tồn tại cao hơncác loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh khác nên nếu sau khi xử lý nước,nếu trong nước không còn phát hiện thấy E.Coli thì điều đó chứng tỏcác loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết Mặt khác, việc xácđịnh số lượng E.Coli thường đơn giản và nhanh chóng nên loại vikhuẩn này thường được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xácđịnh mức độ nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước

Người ta phân biệt trị số E.Coli và chỉ số E.Coli Trị số E.Coli làđơn vị thể tích nước có chứa 1 vi khuẩn E.Coli Chỉ số E.Coli là sốlượng vi khuẩn E.Coli có trong 1 lít nước Tiêu chuẩn nước cấp chosinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.Coli không nhỏ hơn

100 ml, nghĩa là cho phép chỉ có 1 vi khuẩn E.Coli trong 100 ml nước(chỉ số E.Coli tương ứng là 10) TCVN qui định chỉ số E.Coli của nướcsinh hoạt phải nhỏ hơn 20

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

và Việt Nam

2.4.1 Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới

Theo lịch sử ghi nhận hệ thống cấp nước đô thị xuất hiện sớmnhất tại La Mã vào năm 800 TCN Điển hình là công trình dẫn nướcvào thành phố bằng kênh tự chảy, trong thành phố nước được đưađến các bể tập trung, từ đó theo đường ống dẫn nước đến các nhàquyền quí và bể chứa công cộng cho người dân sử dụng Khoảng 300năm TCN đã biết khai thác nước ngầm bằng cách đào giếng NgườiBabilon có phương pháp nâng nước lên độ cao khá lớn bằng ròng rọc,guồng nước

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

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

1600 việc dùng phèn nhôm để keo tụ nước được các nhà truyền giáoTây Ban Nha phổ biến tại Trung Quốc Năm 1800 các thành phố ởchâu Âu, châu Mỹ đã có hệ thống cấp nước khá đầy đủ thành phầnnhư công trình thu, trạm xử lý, mạng lưới …

Năm 1810 hệ thống lọc nước cho thành phố được xây dựng tạiPaisay- Scotlen.Năm 1908 việc khử trùng nước uống với qui mô lớntại Niagara Falls, phía Tây Nam New york Thế kỷ XX kỹ thuật cấpnước ngày càng đạt tới tình độ cao và còn tiếp tục phát triển, cácloại 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 thuậntiện 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 bịthiết bị và hệ thống cơ giới hóa, tự động hóa trong vận hành, quảnlý

2.4.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam

Ở Việt Nam, hệ thống cấp nước đô thị được bắt đầu bằngkhoan 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… hệthống cấp nước đã xuất hiện, khai thác cả nước ngầm và nước mặt.Hiện nay hầu hết các khu đô thị đã có hệ thống cấp nước.Nhiều trạmcấp nước đã áp dụng công nghệ tiên tiến của các nước phát triểnnhư Pháp, Phần Lan, Australia…Những trạm cấp nước cho các thànhphố lớn đã áp dụng công nghệ tiên tiến và tự động hóa Hiện nayĐảng và nhà nước đang quan tâm đến vấn đề cấp nước cho nông

thôn, đòi hỏi các chuyên gia trong lĩnh vực cấp nước cần phải đónggóp sức mình và sáng tạo nhiều hơn để đáp ứng yêu cầu thức tế.

Công nghệ đang áp dụng

- Hiện nay ở đô thị sử dụng nguồn nước mặt và nguồn nướcngầm Ngoài ra, một số hộ vùng ven đô và nông thôn có sử dụng cảnước mưa Trong toàn quốc, tỷ lệ sử dụng nguồn nước mặt khoảng60%, nước ngầm khoảng 40% Ở các thành phố lớn, các nhà máynước (NMN) có công suất khoảng từ vài chục ngàn m3/ngày.đêm tớivài trăm ngàn m3/ngày.đêm Tiêu biểu như: NMN Thủ Đức (TP HCM)

có tổng công suất 1.200.000 m3/ngày.đêm, các NMN xử lý nướcngầm ở Hà Nội có công suất từ 30.000 - 60.000 m3/ngày.đêm(thường chia thành đơn nguyên 30.000 m3/ngày.đêm, xây dựngthành từng đợt, NMN Sông Đà 600.000 m3/ngày.đêm, giai đoạn 1 đãxây dựng 1 đơn nguyên 300.000 m3/ngày.đêm đã hoạt động) Tạicác thành phố, thị xã trực thuộc tỉnh, các nhà máy nước có công suấtphổ biến từ 10.000 m3/ngày.đêm tới 30.000 m3/ngày.đêm Các trạmcấp nước của các thị trấn thường có công suất từ 1000 m3/ngày.đêmtới 5.000 m3/ngày.đêm, phổ biến nhất xung quanh 2.000

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 khửmangan) 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 bểtrộn đứng, trộn cơ khí, bể tạo bông có vách ngăn ziczac, tạo bông cótầng cặn lơ lửng, tạo bông kiểu cơ khí

- Các công trình lắng: bể lắng đứng ( cho trạm công suất nhỏ)

bể lắng ngang thu nước cuối bể, thu nước bề mặt được sử dụng khárộng rãi ở các dự án thành phố, thị xã, bể lắng ngang lamen được sửdụng tại 6 tỉnh miền núi phía Bắc: Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, HoàBình, Hưng Yên và sân bay Đà Nẵng Loại bể đang được phổ biến ởmột số địa phương khác như bể lắng Pulsator ( công nghệ Pháp)được dùng ở Nam Định, Cần Thơ và bể lắng ly tâm ( Thái Bình) là 2loại bể lằng ít được sử dụng

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

- Khử trùng: phổ biến dùng clo lỏng, một số trạm nhỏ dùngnước giaven hoặc ôzôn

- Trạm bơm đợt 2: một số trạm dùng máy biến tần để điềukhiển chế độ hoạt động của máy bơm, một vài nơi có dùng đài nướctrong 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 tựnhiên ( Dàn mưa), một số ít dùng thùng quạt gió ( làm thoáng cưỡngbức), một số trạm khác dùng tháp làm thoáng tải trọng cao theonguyên lý làm việc của Ejector Chất lượng nước sau xử lý hầu hếtđạt tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn cuả tổ chức y tế thế giới.Một số nhà máy còn một vài chỉ tiêu chưa đạt như mangan, amôni,arsenic

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

- Người dân nông thôn Việt Nam tuỳ điều kiện của mình đã sửdụng cả 3 loại nguồn nước (nước mưa, nước ngầm và nước mặt) chonhu cầu cấp nước phục vụ sinh hoạt Từ những đặc điểm riêng biệttừng vùng ở nông thôn Việt Nam hiện đang tồn tại 2 loại hệ thốngcông trình cấp nước cơ bản:

+ Các công trình cấp nước phân tán: Các công trình cấp nướcnhỏ lẻ truyền thống phục vụ cho từng hộ gia đình, những nhóm hộdùng nước hay các cụm dân cư sống độc lập, riêng lẻ mật độ thấp…

+ Các công trình cấp nước theo kiểu công nghiệp tập trung: Hệthống dẫn nước tự chảy và hệ thống bơm dẫn nước phục vụ cho cácthị trấn, thị tứ, các cụm dân cư sống tập trung của xã (Trần HiếuNhuệ, 2010)

Nước sông hậu

Tiền xử lí

Keo tụ

Tạo bông

H/C keo tụ, chỉnh pH

- Lắng tách bông cặn

- Lọc các bông cặn còn lại

- Tiêu diệt loại bỏ vi sinh vật

MỤC ĐÍCH

2.4.2.1.Tiền xử lý

Xử lí sơ bộ nước bề mặt rất quan trọng Trước khi dẫn nước vàodây chuyền xử lí, người ta lưu nước một thời gian dài với mục đích:

- Tạo qúa trình lắng tự do của các hạt bụi và các kim loại nặng

có nồng độ cao trong nước thô không tách được bằng quá trình keo

tụ như côban, niken, xyanua (CN-), chì,cađimi và các kim loại độc hạikhác cũng lắng xuống đáy

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

- Có thể dùng các biện pháp trao đổi khí nhân tạo để tăng hàmlượng oxy hòa tan trong nước

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

Tóm lại, nhờ các quá trình hóa, lý, sinh học tự nhiên xảy ratrong hồ nên chất lượng nước trong hồ tốt hơn nguồn nước đã đưavào hồ Nhờ bổ sung quá trình nhân tạo nên nồng độ tảo thấp, độcứng và nồng độ kim loại độc hại giảm đi, kết quả là giảm đi rấtnhiều chi phí cho giai đoạn tiếp theo.

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

Các quá trình tự nhiên xảy ra trong hồ chứa nước có thể giảmđáng kể lượng vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước , bởi vì:

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

- Nhiệt độ của nước nhỏ hơn 370C nên tốc độ sinh sản của vikhuẩn vi rút rất chậm

- Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thùcủa vi khuẩn vi rút

- Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thùcủa vi khuẩn, vi rút

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

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

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

2.4.2.1.2 Ngăn ngừa sự phát triển của tảo

Để ngăn ngừa sự phát triển của tảo trong cá nguồn nước có thể

sử dụng các phương pháp sau đây:

a Sử dụng hóa chất để diệt tảo

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

b Giảm chất dinh dưỡng cho tảo trong nước

Các chất dinh dưỡng như nitơ, photphat trong nước có thể đượcgiảm bớt bằng cách ngăn ngừa việc thải nước thải sinh hoạt, chấtthải của con người và động vật cũng như các chất thải có chứa NH4+,NO3-, PO43- vào nguồn nước Hoặc có thể áp dụng các phương pháptách chất dinh dưỡng ra nguồn thải như sau:

-Xử lý sinh hóa kết hợp với khử NO3- trong điều kiện yếm khí.Clo hóa nâng pH hoặc là làm thoáng khí

- Tách photphat ra khỏi nước bằng cách kết tủa với Fe3+, Al3+hoặcCa(OH)2

c Giảm cường độ ánh sáng tới hồ chứa

Cường độ ánh sáng xuyên qua nưốc theo phương trình

2.4.2.2.Keo tụ- tạo bông

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

các hạt keo Trong nhóm này phải kể đến virus, các chất có phân tửlượng lớn có nguồn gốc tự nhiên như axit humic Hạt keo có kíchthước nhỏ (< 0,5 m) nên bằng mắt và hiển vi thông thường khôngthể nhìn thấy

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 cácchóm chức ưa nước trên các phân tử hạt keo

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

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

thể của các hạt có kích thước nhỏ hơn 500 nm trong môi trường khác

về chất so với chất hạt (ở đây ta chỉ đề cập đến môi trường lỏng)

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

Tuỳ vào cấu tạo hạt và nguyên nhân gây ra độ bền ta có hai

loại hạt keo: loại ưa dung môi cụ thể là ưa nước (hydrophilic) và loại

kị dung môi hay kị nước (hydrophobic)

Loại ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử chấthữu cơ hoà tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phân cực,

có ái lực cao với các phân tử nước

Loại kị nước là các loại keo có gốc ôxit hoặc hyđroxit kim loại.

Do kích thước hạt rất nhỏ hệ keo có bề mặt cực lớn, vì vậy về mặtnhiệt động chúng không bền và có xu thế co cụm để giảm năng

lượng bề mặt Mặt khác do hạt keo có cấu tạo đặc biệt của lớp điện

kép tạo nên lực đẩy tĩnh điện hạt-hạt nên chúng khó tiếp cận gần

nhau, hút nhau và co cụm thành hạt lớn hơn đủ nặng để có thể lắng

được nên hệ này có tính bền

Cấu tạo đặc biệt của hạt keo có thể được làm rõ trên cơ sở ví

dụ keo Fe(III):

Khi hoà tan FeCl3 trong nước sẽ xảy ra phản ứng thủy phân:FeCl3 + 3H2O  Fe(OH)3 + 3HCl (1)

Kết tủa Fe(OH)3 co cụm dưới dạng tập hợp hạt [mFe(OH)3] rất

nhỏ, được gọi là hạt nhân, nó có khả năng hấp phụ những ion giống

các thành phần tạo ra nó, ví dụ hấp phụ các ion Fe3+, tạo thành lớpion Fe3+ trên bề mặt hạt được gọi là lớp hấp phụ hay là lớp ion quyết

định dấu:

[mFe(OH)3] + nFe3+  [mFe(OH)3]nFe3n+ (2)

Như vậy, ta có một hạt mới mang điện tích 3n+, nó có xu thếhút 3n các ion trái dấu (Cl) trong dung dịch để trung hoà điện tích3n+ Trong thực tế không phải tất cả 3n hạt Cl bám chặt vào nhân

mà chỉ có 3(n-x) hạt Cl bám vào, lớp ion Cl bám vào này được gọi là

lớp điện tích trái dấu Cùng với lớp n ion Fe3+ đã hấp phụ cố định ta

có 3(n-x) ion Cl bám theo hạt [mFe(OH)3] tạo thành lớp điện kép

gồm 3n điện tích dương và 3(n-x) điện tích âm, kết quả là hạt keo (phần giữa dấu {}) mang điện tích 3x+:

[m Fe(OH)3]nFe3n+ + 3(n-x)Cl  {[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl}3x+(3)

Phần còn lại 3x hạt Cl “trôi nổi” trong dung dịch ở khoảng

không gian gần hạt, tạo nên lớp khuyết tán Như vậy, nếu viết dưới

dạng công thức hoá học hạt keo có cấu tạo tổng thể như sau:

{[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl}3x+3xCl hạt nhân

lớp hấp phụ (lớp ion quyết địnhdấu)

lớp điện tích trái dấu

lớp khuếch tán

Hạt keo

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

Theo hình 4.1 hạt nhân là quả cầu gồm tập hợp các phân tửFe(OH)3(r) nằm ở tâm Các ion quyết định dấu gắn chặt vào quả cầu.Các điện tích trái dấu ở lớp gần nhất tạo thành lớp ion nghịch và mặtbiên A-A, các điện tích trái dấu – phần còn lại nằm ở lớp khuếch tánkhá linh động, vây quanh hạt keo tích điện như đám mây quanh tráiđất

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

Tóm lại, để hạt keo trung hoà về điện hạt keo phải có hai lớpđiện tích trái dấu có cùng lượng điện tích: lớp hấp phụ (ví dụ, nFe3+)nằm trên bề mặt hạt nhân tích điện dương hoặc âm (trong trườnghợp nFe3+ là dương), điện thế tương ứng của nó là thế nhiệt động hay

là thế Nernst, o; tiếp theo là lớp ion trái dấu tích điện ngược lại (âmhoặc dương) Hai lớp điện tích này tạo nên một cấu trúc tương tự nhưhai bản cực song song của một tụ điện, trong đó một bản cực tíchđiện dương (hoặc âm) gắn chặt với hạt nhân là lớp ion quyết địnhdấu, còn bản cực kia tích điện trái dấu và tạo nên lớp điện kép Đây

là cấu tạo thông thường của tụ điện phẳng.

Kĩ thuật xử lí nước cấp từ nước tự nhiên, và kể cả một số côngđoạn trong dây chuyền xử lí nước thải thông thường là kĩ thuật lắng –lọc Để hình dung tốc độ lắng của những hạt không tích điện dưới tácdụng của trọng trường và đánh giá khả năng sử dụng bể lắng để xử lílàm trong nước xem bảng 2.1

Ta thấy các kỹ thuật lắng - lọc thông thường trong ngành nướcchỉ có hiệu quả nhất định đối với hạt có kích thước cỡ m, trongtrường hợp lọc tốt nhất là lớn hơn 0,1 m Đối với những hạt cỡ 0,1

Lớp ion trái dấu

Hạt nhân

Lớp ion quyết định dấu hay lớp hấp phụ

m trở xuống rất khó lắng và không thể lọc được bằng lọc cát thôngthường Để có thể lọc chúng bằng lọc cát thông thường phải biếnchúng thành những hạt lớn hơn Phương pháp phổ biến để thực hiện

việc này là phương pháp keo tụ nghĩa là xử lí nước bằng những chất

keo tụ trước khi lắng - lọc.

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

hạt kính, mm Đường Diện tích bề mặt, m 2 /m 3 Thời gian lắng 1

Ghi chú: Tính theo phương trình Stoke

2.4.2.2.2 Cơ chế keo tụ - tạo bông

Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (bụi trongkhông khí, bùn, phù sa trong nước ) các hạt luôn có xu hướng cocụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiệntượng giọt nước, giọt thủy ngân luôn tự vo tròn để giảm diện tích bềmặt)

Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thànhnhững tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng

xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng

keo tụ Hiện tượng này xảy ra khi thế  được triệt tiêu Hiện tượng

keo tụ có tính thuận nghịch nghĩa là hạt keo đã keo tụ lại có thể tíchđiện trở lại và trở nên bền (xem phần tiếp theo) Các hoá chất gây

keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ.

Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễlắng là dùng các tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạtlớn hơn đủ lớn, nặng để lắng Hiện tượng này được gọi là hiện tượng

tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan

trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ.Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông

được gọi là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là

bất thuận nghịch

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

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

của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ  bám dính (hiệu ứng

quét).

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

các hạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông

cặn) dễ lắng.

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

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

Lôi kéo hạt

cặn

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

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

2.4.2.2.3.Chất keo tụ và các yếu tố ảnh hưởng

Liều lượng (mg/L)

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

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

có phản ứng:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2  2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 (6)Theo phương trình (6) cứ 342 mg Al2(SO4)3 khan, hàm lượng100% cần 6 mdl ĐK (HCO3–) Nếu ĐK trong nước không đủ thì cần bổ

5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 5

sung vôi hoặc sôđa để bù, nếu không pH sẽ hạ Lượng kiềm cần (K)tính theo công thức:

K = F324

6 – ĐK + 1 = 0,0175F – ĐK + 1 (7)

Trong đó:

K = lượng kiềm cần thêm, mđl/L ;

F = lượng phèn, mg/L;

ĐK = độ kiềm của nước, mđl/L

Để chuyển đổi ra đơn vị g/L, đối với vôi K sau khi tính theo pt.(7) cần nhân với 37; đối với sôđa nhân với 58

Khi sử dụng phèn nhôm hay bất kì chất keo tụ nào khác cần lưu

ý nồng độ và vùng pH tối ưu (hình 4.4), pH hiệu quả tốt nhất vớimuối nhôm là khoảng 5,5  7,0

Có thể dùng phèn kép KAl(SO4)2.12H2O để thay phèn nhôm, mọiquy luật tương tự phèn nhôm song giá đắt hơn nhiều Không dùngNH4Al(SO4)2 trong xử lí nước cấp vì gây nhiễm amôni

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

Thậm chí khi nước có độ đục rất thấp 0,1 NTU vẫn có rất nhiềucặn không thể thấy bằng mắt thường Nó có thể là những hạt cặn rấttinh chưa bị tác động của chất keo tụ hoặc bản thân những mảnh vỡnhỏ của các bông kết tủa chất keo tụ không thể lắng – lọc được.Người ta đã xác định được ứng với SS = 0,1 mg/L có thể có tới 200triệu hạt cỡ 0,1 m là các mảnh của bông cặn Al(OH)3 có  = 1,01.Tuy nhiên đây là đại lượng không nguy hiểm vì chỉ ứng với hàmlượng Al3+ bằng 0,06 mg/L (theo QĐ BYT 1329/2002, hàm lượng Al 0,2 mg/L)

Ở Việt Nam phèn nhôm được sản xuất ở các nhà máy hoá chấtViệt Trì, Tân Bình và có hàm lượng nhôm quy về Al2O3 là khoảng14% (đối với hoá chất tinh khiết là 15,1%) Do độ ngậm nước rất thayđổi nên cần định lượng hàm lượng nhôm khi sử dụng

b Muối sắt Fe 2 (SO 4 ) 3 H 2 O hoặc FeCl 3 nH 2 O (n = 1  6)

Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở cácnước công nghiệp Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhômnghĩa là khi thuỷ phân sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pHkhông đổi

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

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

c Các polime nhôm, sắt

Sự hình thành các hạt polyme nhôm trong dung dịch được làm

rõ từ những năm 1980 Đây là cơ sở khoa học để sản xuất PAC cũngnhư ứng dụng PAC

Hoá học của quá trình keo tụ:

Thông thường khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặcsulphát của Al(III) hoặc Fe(III) Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta cócác hạt trong nước: Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH) phân tử vàAl(OH)4-, ba hạt polime: Al2(OH)24+, Al3(OH)45+ và Al13O4(OH)247+ vàAl(OH)3 rắn Trong đó 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) phân

tử và Fe(OH)4-, polime: Fe2(OH)24+, Fe3(OH)45+ và Fe(OH)3 rắn Cácdạng polime Fex(OH)y(3x-y)+ hoặc FexOy(OH)x+r(2x-2y-r)+

Trong công nghệ xử lí nước thông thường, nhất là nước tự nhiênvới pH xung quanh 7 quá trình thuỷ phân như đã nêu xảy ra rấtnhanh, tính bằng micro giây, khi đó hạt Al3+ nhanh chóng chuyểnthành các hạt polime rồi hyđroxit nhôm trong thời gian nhỏ hơn giây

mà không kịp thực hiện chức năng của chất keo tụ là trung hoà điệntích trái dấu của các hạt cặn lơ lửng cần xử lí để làm chúng keo tụ

Khi sử dụng PAC quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al13,với điện tích vượt trội (7+), các hạt polime này trung hoà điện tíchhạt keo và gây keo tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân củachúng cũng chậm hơn Al3+ rất nhiều, điều này tăng thời gian tồn tạicủa chúng trong nước nghĩa là tăng khả năng tác dụng của chúnglên các hạt keo cần xử lí, giảm thiểu chi phí hoá chất Ngoài ra, vùng

pH hoạt động của PAC cũng lớn gấp hơn 2 lần so với phèn, điều nàylàm cho việc keo tụ bằng PAC dễ áp dụng hơn Hơn nữa, do kíchthước hạt polime lớn hơn nhiều so với Al3+ (cỡ 2 nm so với nhỏ hơn0,1 nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi choquá trình lắng tiếp theo

d Chất trợ keo tụ - tạo bông

Có bốn nhóm chất trợ keo tụ: các chất hiệu chỉnh pH, dung dịchaxit silixic hoạt tính, bột đất sét và polime

 Các chất hiệu chỉnh pH

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

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

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

 Axit silixic hoạt tính (AS)

AS thường được điều chế tại chỗ bằng cách trung hoà thuỷ tinhlỏng Na2SiO3 bằng axit ở những điều kiện cụ thể Axit silixic tạothành thực chất là polime vô cơ, mang điện tích âm Khi vào nướccác phân tử AS âm điện nhanh chóng hút các hạt bông cặn nhỏmang điện dương của kết tủa hyđroxit nhôm hoặc sắt tạo bông lớn

 Bột đất sét

Bột sét tác dụng tương tự AS do chúng mang điện tích âm, hơnnữa chúng còn có khả năng, tuy yếu, hấp phụ một phần các chấthữu cơ gây màu, bông cặn tạo thành cũng nặng hơn Cũng như AS,bột sét ở liều lượng thích hợp dùng tốt khi phối hợp với phèn nhôm

và muối sắt

 Các chất tạo bông hữu cơ - cao phân tử

Đây là nhóm chất có tác dụng tạo bông tốt nhất Các polymedùng làm chất tạo bông cho quá trình xử lý nước phải đáp ứng cácyêu cầu sau:

- Tan tốt trong nước;

- Không độc;

- Có khả năng tạo bông tốt nhờ ái lực cao đối với hạt keo vàbông cặn nhỏ trong nước xử lí

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

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

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

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

Tạo bông hữu cơ bao gồm các hợp chất tự nhiên và các hợpchất tổng hợp

Các hợp chất tự nhiên chủ yếu có cấu trúc đuờng, bao gồm:

- gôm thực vật

PAA còn được sử dụng phổ biến trong xử lí nước thải, xử lí bùn

và nhiều ngành công nghiệp với liều dùng lên tới 5-50 g/m3

Nhược điểm chính của PAA là sản phẩm nhập, đắt và phải lựachọn chủng loại PAA và liều lượng cho phù hợp với từng loại nướcbằng thực nghiệm

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

Loại không phân li (non-ionic):

n

CH2

NH2

C=OCH

Loại anion (anionic):

CHC=O

NH2

C=OCH

NaO

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

e Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

Ngoài yếu tố bản chất của chất keo tụ (nhất là giá trị và dấuđiện tích) và tạp chất có trong nước các yếu tố sau là quan trọngnhất

 Yếu tố pH

Mỗi chất keo tụ, dù là muối nhôm hay sắt, đều có khoảng pHtối ưu cho sự hình thành kết tủa hyđroxit tương ứng Thấp hơn giá trịnày các bông Me(OH)3 tạo thành sẽ bị hoà tan bởi axit Cao hơn giátrị này sẽ tạo thành các muối bazơ khó kết tủa

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

 Yếu tố hữu cơ

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

keo bởi các chất bị hấp phụ hữu cơ Các chất hữu cơ tự nhiên (ví dụ,

axit humic  AH) phổ biến trong nước có tính làm bền keo rõ rệt nhờkhả năng tạo phức với Fe2/3+, ngoài ra lớp màng chất hấp phụ hữu cơvây quanh hạt keo ngăn cản tương tác giữa các hạt keo với các tácnhân keo tụ ta chủ động đưa vào, giảm rõ rệt tác dụng làm trongnước của chất keo tụ Về phần mình, lượng HA trong keo đất có thểđánh giá qua pH, bảng 4.2 cho ta thấy tỉ lệ HA thường gặp trong keođất phụ thuộc vào pH như thế nào

Đây chính là trường hợp ta gặp khi nước có mầu (do chất hữu

cơ tan trong nước) Cách xử lý thường là nâng pH bằng vôi để giảm tỉ

lệ HA/đất hoặc tiền xử lý bằng các chất ôxy hoá như clo, ôzôn để pháhủy một phần chất hữu cơ trước khi keo tụ

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

pH môi trường nước

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

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

- Lọc trực tiếp nếu SS không quá cao

Trong một số trường hợp các chất keo tụ ở liều cao có thể ápdụng để xử lí màu trong nước thải công nghiệp, ví dụ nước thải dệtnhộm, nước thải giấy

Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách trộn nước với chấtkeo tụ trong các thiết bị khuấy trộn nhanh, sau đó nước được đưa

vào bể tạo bông với sự khuấy trộn nhẹ nhàng nhằm tăng cường tiếpxúc hạt - hạt làm cho bông phát triển kích thước, tránh vỡ bông Tiếptheo nước vào bể lắng thực hiện quá trình tách rắn/lỏng.

Sự keo tụ - tạo bông được coi là hiệu quả nếu bông cặn tạo ra

dễ dàng nhìn thấy bằng mắt thường (kích thước gần 1 mm trở lên),khi đó nước sẽ lắng trong nhanh trong ống quan sát trong vòng 10 -

15 phút để yên

Ngoài những ứng dụng trong xử lí nước chất keo tụ tạo bôngcòn áp dụng nhiều trong việc xử lí bùn nhằm tăng khả năng táchnước khỏi bùn, áp dụng trong công nghiệp giấy nhằm điều chỉnh đặctrưng lưu biến của hỗn hợp bột

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

khuấy (hoặc cả khuấy trộn), đối với hệ rắn/rắn hoặc

rắn(nhiều)/lỏng(ít) ta thường dùng thuật ngữ trộn.

Ngoài việc tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra nhanh hơn, giảmthiểu tác động của yếu tố khuếch tán, khuấy trộn còn có các tácdụng quan trọng khác như:

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

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

- Tăng cường tốc độ truyền nhiệt, giảm nhẹ hiện tượng tănggiảm nhiệt độ cục bộ

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

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

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

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

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

Khi đó cần phân biệt: đối với quá trình phản ứng, cần phân bốđều hoá chất nhanh tối đa nên ta sử dụng quá trình khuấy nhanh;đối với quá trình tạo bông hyđroxit kim loại khuấy nhanh sẽ làm vỡbông cặn, khi đó ta cần khuấy nhẹ nhàng Hiệu quả quá trình khuấyphụ thuộc vào công suất khuấy

Tính công suất khuấy

Để định lượng quá trình khuấy ta dùng đại lượng građien vận

tốc G Trong giới hạn nhất định, đại lượng G càng lớn sự khuấy càng

tiến tới lý tưởng G chính là hàm của công suất khuấy áp cho mộtđơn vị thể tích cần khuấy:

V

P G

Bảng 4.3, 4.4 cho ta các dữ liệu kinh nghiệm để tính các đạilượng G, Gto ứng với mỗi quá trình

Bảng 4.3 – Các giá trị G để tính khuấy nhanh

Các giá trị thời gian

lưu t o (s) Giá trị G lựa chọn (s

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