TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT TẠI CÁC KHU DÂN CƯ.

2.2) CÁC CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC MẶT Các công trình vận chuyển nước thường là các trạm bơm. Gồm trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II.Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước thô từ công trình thu lên trạm xử lý nước. Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nước, có trường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet thậm chí hàng chục kilomet. Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với công trình thu hoặc xây dựng riêng biệt. Công trình thu nước sông hoặc hồ có thể dùng cửa thu và ống tự chảy, ống xiphông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tự chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạm xử lý. Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có áp lực cao, bơm nước từ giếng khoan đến trạm xử lý. 2.3) CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT 2.3.1) Phương pháp cơ học a) Hồ chứa và lắng sơ bộ Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng của oxy hòa

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT TẠI CÁC KHU

DÂN CƯ

2.1) CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT

Thường đó là công trình thu nước sông, được đặt ở đầu nguồn nước, phía trên khu dân

cư và khu công nghiệp theo chiều chảy của sông Vị trí hợp lý nhất là nơi bờ sông và lòng sông ổn định có điều kiện địa chất công trình tốt, có đủ độ sâu cần thiết để lấy nước trực tiếp từ sông không cần phải dẫn đi xa Thường công trình thu được bố trí ở phía lõm của

bờ sông, tuy nhiên phía lõm thường bị sói lở nên cần phải gia cố bờ

Các công trình thu nước sông thường chia ra các loại sau đây:

- Công trình thu nước bờ sông

- Công trình thu nước lòng sông

- Công trình thu nước hình đấu

Hình 2.1: Công trình thu nước bờ sông

Hình 2.2: Công trình thu nước lòng sông

2.2) CÁC CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC MẶT

Các công trình vận chuyển nước thường là các trạm bơm Gồm trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II.Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước thô từ công trình thu lên trạm xử

lý nước Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nước, có trường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet thậm chí hàng chục kilomet

Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với công trình thu hoặc xây dựng riêng biệt Công trình thu nước sông hoặc hồ có thể dùng cửa thu và ống tự chảy, ống xiphông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tự chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạm xử lý Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có áp lực cao, bơm nước từ giếng khoan đến trạm xử lý

2.3) CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT

2.3.1)Phương pháp cơ học

a) Hồ chứa và lắng sơ bộ

Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng của oxy hòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn nước vào

và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lý nước

b) Lắng

Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 16,3 mm/s Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000 m3/ngày Đối

với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%

 Bể lắng đứng

Nguyên lý hoạt động

Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống Khi xử lý nước không dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước sẻ lắng xuống được Còn các hạt có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước sẻ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nước lên phía trên bể

Khi sử dụng nước có chất keo tụ, tức là trong nước chứa các hạt kết dính, thì ngoài các hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ rơi của dòng nước lắng xuống được, còn các hạt cặn khác cũng lắng xuống được Tuy nhiên hiệu quả trong lắng đứng không chỉ phụ thuộc vào chất keo tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dòng nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thi các hạt cặn mới kết dính với nhau đươc

Hình 2.3: Bể lắng đứng

Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang thông thường, nhưng khác với

bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằng nhựa Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 450 ÷ 600

so với mặt phẳng nằm ngang và song song với nhau

Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm 5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng

Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn Tuy nhiên,

bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vận hành cao Vận tốc nước đi từ dưới lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ

 Bể lắng ngang

Nguyên lý hoạt động

Nước vào hệ thông phân phối các hạt cặn lớn lắng xuống, nước sẻ đi qua vách hướng dòng ngăn chuyển động rối của nước vào vùng lắng tại đây các hạt cặn nhỏ sẻ lắng xuống

từ từ Nước trên bề mặt là nước sạch sẻ được thu lại qua ống thu nước bề mặt

Hình 2.4: Bể lắng ngang

 Bể lắng ly tâm

Nguyên lý hoạt động

Nước cần xử lý theo ống trung tâm vào giửa ngăn phân phối, rồi được phân phối vào vùng lắng Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài Ở đây cặn được lắng xuống đáy nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc Để thu bùn có thiết bị gạt gồm dầm chuyển động theo ray vòng tròn dầm reo giàn cào bằng thép có các bàn gạt ở phía dưới nhở những bàn gạt này, cặn lắng ở đáy được dẩn vào phểu và xã ra ngoài theo ống cặn

Hình 2.5: Bể lắng ly tâm

c) Lọc

Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọc giảm dần Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời gian (m/h) Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h)

Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc có nguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau Thiết bị lọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng; …Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn không cần sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu lọc

có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than

gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương

Hình 2.6: Bể lọc chậm

Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau:

- Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học;

- Lắng trọng lực;

- Giữ hạt rắn theo quán tính;

- Hấp phụ hóa học; Hấp phụ vật lý;

- Quá trình dính bám;

- Quá trình lắng tạo bông

Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc hở dao động trong khoảng 1-2 m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1 m

2.3.2)Phương pháp hóa lý

a) Clo hóa sơ bộ

Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc Clo hóa sơ bộ có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc

b) Keo Tụ - Tạo Bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 m Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích

bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown

và do tác động của sự xáo trộn

Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:

Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+ + Me(OH)+ + HOH Me(OH)

3 + H+

Me3+ + HOH = Me(OH)3 + 3H+

Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như: Al2(SO4)3,

Al2(SO4)2.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3,

Fe2(SO4)2.2H2O, Fe2(SO4)2.3H2O, Fe2(SO4)2.7H2O

Hình 2.7: Quá trình keo tụ và tạo bông

b1) Muối Nhôm

Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãi nhât do có tính hòa tan tốt trong nước, chi phi thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 5,0 – 7,5 Quá trình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau:

Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+ AlOH+ + H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3(s) + H+ Al(OH)3 + H2O = Al(OH)4- + H+ Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng sau: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ

lệ (10:1) – (20:1)

Phản ứng xảy ra như sau:

6NaAlO2 + Al2(SO4)3 = 12H2O 8Al(OH)3 + 2Na2SO4 Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông

b2) Muối Sắt

Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do:

- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp;

- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn;

- Có thể khử mùi H2S

Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có màu do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ Quá trình keo tụ sử dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau:

FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 = HCl+Fe2(SO4)3 + 6H2O+Fe(OH)3 + 3H2SO4 Trong điều kiện kiềm hóa:

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 + Fe(OH)3 = 3CaCl2+FeSO4 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4

b3) Chất Trợ Keo Tụ

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo

tụ (flucculant) Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo

Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O)

Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon

Hình 2.8: Hóa chất keo tụ

c) Khử trùng nước

Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại

Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,…

c1) Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo

Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt

Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau:

Cl2 + H2O = HOCl + HCl Hoặc có thể ở dạng phương trình phân ly:

Cl2 + H2O = H+ + OCl- + Cl -Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau:

Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2HOCl +2HOCl 2H+ + 2OCl

-c2) Dùng ozone để khử trùng

Ozone là một chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con người Ơ trong nước, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử Ozone

có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gây mùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol

c3) Khử trùng bằng phương pháp nhiệt

Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền Đun sôi nước ở nhiệt độ 1000C có thể tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc

Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên chỉ dùng trong quy mô gia đình

c4) Khử trùng bằng tia cực tím (UV)

Tia cực tím là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm, có tác dụng diệt trùng rất mạnh Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước Các tia cực

tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt

Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng Sát trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước

c5) Khử trùng bằng siêu âm

Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước

c6) Khử trùng bằng ion bạc

Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước Với hàm lượng 2 – 10 ion g/l

đã có tác dụng diệt trùng Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là: nếu trong nước có

độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối,…thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng

2.3.3)Các phương pháp khác

a) Các phương pháp làm mềm nước

Có nhiều phương pháp làm mềm nước như phương pháp hóa học, phương pháp nhiệt, phương pháp trao đổi ion và phương pháp tổng hợp sau đây là một vài biện pháp cơ bản

a1) Làm mềm nước bằng phương pháp hóa học

Cơ sở của phương pháp này là đưa hóa chất có khả năng kết hợp với ion Ca2+ và ion

Mg2+ có trong nước tạo ra các kết tủa và loại chúng ra khỏi nước bằng biện pháp lắng, lọc

 Làm mềm nước bằng vôi Ca(OH)2

Đây là phương pháp thông dụng nhất nhằm khử độ cứng cacsbonat được áp dụng khi cần giảm cả độ cứng và độ kiềm của nước trình tự các phản ứng xảy ra như sau:

 Làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa