Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa phèn sắt (fecl3) và polymer trong xử lý nước tại công ty CP đầu tư và kinh doanh nước sạch sài gòn

Trong đó, quá trình keo tụ, tạo bông được xem là quan trọng nhất, vì quá trình này sẽ làm mất tính ổn định của hệ keo các chất bẩn lơ lửng và hòa tan trong nước bằng cách cho hóa chất ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Hồ Thanh Cường

VÀ POLYMER TRONG XỬ LÝ NƯỚC TẠI CÔNG TY CP ĐẦU TƯ VÀ KINH DOANH

LỜI CAM ĐOAN

Ngày sinh : 16/7/1968

Cơ quan công tác : Công ty CP Đầu tư và Kinh doanh nước sạch Sài Gòn

Tác giả đề tài : Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa phèn sắt (FeCl3) và Polymer trong xử lý nước tại Công ty CP Đầu tư và Kinh doanh nước sạch Sài Gòn

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Võ Anh Tuấn là người đã tận tình

hướng dẫn và giúp đỡ cho em hoàn thành được đề tài này; xin chân thành cảm ơn Quý Thầy

Cô trong Bộ môn Cấp Thoát Nước và Khoa Kỹ thuật – Tài nguyên nước , Trường Đại học

Thủy lợi, đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập tại

trường

Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo và tập thể

cán bộ nhân viên Công ty cổ phần Đầu tư và Kinh doanh nước sạch Sài Gòn đã cung cấp

tài liệu và tạo điều kiện cho em thu thập những dữ liệu và số liệu quan trọng cần thiết, cũng

như những thông tin hữu ích để em có thể hoàn thành đề tài này

Với những nỗ lực và cố gắng của bản thân trong quá trình thực hiện đề tài chắc chắn

sẽ không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong quá trình thực hiện luận văn Tuy

nhiên, với những ý kiến đóng góp chân thành từ quý Thầy Cô và những kiến thức được

trang bị trong quá trình học tập tại Trường sẽ là nền tảng, hành trang quý báu giúp em hoàn

thiện hơn kỹ năng chuyên môn nghiệp vụ, góp phần hoàn thành nhiệm vụ sản xuất, cung

cấp nước sạch an toàn, liên tục, chất lượng, phục vụ ngày càng tốt hơn cho nhân dân thành

1.2 Quy trình công nghệ của các nhà máy nước tương tự So sánh và phân tích

1.2.1 Quy trình công nghệ của các nhà máy nước tương tự tại khu vực

1.2.1.1 Nhà máy nước Thủ Đức trực thuộc Tổng Công ty Cấp nước

Sài Gòn – Trách nhiệm hữu hạn một thành viên (SAWACO) 25 1.2.1.2 Nhà máy nước trực thuộc Công ty CP BOO Thủ Đức 26 1.2.1.3 Nhà máy nước Tân Hiệp trực thuộc Tổng Công ty Cấp nước

Sài Gòn – Trách nhiệm hữu hạn một thành viên (SAWACO) 27 1.2.1.4 Nhà máy nước Tân Hiệp 2 trực thuộc Công ty CP Đầu tư

1.2.2 Quy trinh công nghệ của các nhà máy nước trên thế giới 28

1.2.2.2 Nhà máy xử lý nước Biebesheim (CHLB Đức) 29 1.2.3 Phân tích ưu nhược điểm của các quy trình công nghệ mà Nhà máy

đang áp dụng với quy trình công nghệ của các nhà máy nước tương tự tại khu

vực Thành phố Hồ Chí Minh

30

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU

GIÚP TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH CHÂM HÓA CHẤT PHÈN SẮT (FECL3)

VÀ POLYMER

33

2.1 Các quy định về tiêu chuẩn chất lượng nước thô, chất lượng nước sau khi

xử lý và trước khi hòa vào mạng lưới cấp nước của Thành phố 33 2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình keo tụ, tạo bông và lắng trong hệ thống xử lý

2.2.3 Phương trình thủy phân của muối kim loại vô cơ 36 2.3 Hiện trạng quá trình vận hành nhà máy xử lý nước SWIC 39 2.4 Giới thiệu về Phần mềm R và các bước thực hiện phân tích dữ liệu bằng R 43

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TỐI ƯU CHO QUY

TRÌNH CHÂM HÓA CHẤT PHÈN SẮT (FeCl3) VÀ POLYMER TẠI NHÀ

MÁY NƯỚC TRỰC THUỘC SWIC

50

3.1 Mô tả quy trình, trang thiết bị sử dụng cho việc nghiên cứu 50 3.1.1 Thu thập và biên tập các dữ liệu dùng cho việc nghiên cứu và phân

3.1.2 Mô tả quy trình và trang thiết bị dùng cho việc nghiên cứu và phân

3.1.2.2 Các trang thiết bị dùng cho việc nghiên cứu 54 3.2 Phân tích dữ liệu thu thập trong quá trình nghiên cứu 54 3.2.1 Phân tích diễn biến độ đục nước thô trên sông Đồng Nai và so sánh

độ đục nước thô bình quân giữa mùa khô và mùa mưa qua các năm 2016, 2017,

2018

54

3.2.4.1 Phân tích phương sai cho biến số “FeCl3” 65 3.2.4.2 Tương tự cho việc phân tích phương sai và hậu định phương

sai đối với biến số độ đục nước thô “rw.ntu” qua các năm 2016, 2017,

2018

70

3.2.5 Phân tích mô hình hồi quy tuyến tính cho biến số “FeCl3” có tính

đến yếu tố ảnh hưởng tương tác giữa các biến số “rw.ntu” và biến số “seasons”

và các giải định

72

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC SỐ 1 CÁC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM JARTEST

PHỤ LỤC SỐ 2 CÁC CÂU LỆNH DÙNG TRONG PHÂN TÍCH DỮ LIỆU

BẰNG R

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Trang Hình 1.1 Văn phòng Công ty CP Đầu tư và Kinh doanh nước sạch Sài Gòn 13

Hình 1.3 Vị trí trạm bơm nước thô và họng thu nước tại Hóa An trên Google

Hình 1.5 Phối cảnh các hạng mục khu xử lý nước và nhà hành chính của Công

Hình 1.10 Minh họa các trạm châm hóa chất và thiết bị bên trong các trạm 23 Hình 1.11 Sơ đồ mặt bằng quy trình thu hồi nước sau rửa lọc 24

Hình 1.14 Quy trình công nghệ của Nhà máy nước Thủ Đức 26

Hình 1.16 Quy trình công nghệ của Nhà máy nước Tân Hiệp 27

Hình 1.18 Sơ đồ công nghệ xử lý nước của Nhà máy nước Auchel 29 Hình 1.19 Công nghệ xử lý nước của Nhà máy nước Biebesheim 29

Hình 2.2 Tính chất keo tụ của hợp chất polyme Fe(III) 38 Hình 2.3 Bể lắng và bể lọc khi châm Polymer với liều lượng > 0.3ppm Ảnh

Hình 2.5 : Mô tả mô hình hồi quy tuyến tính đơn giản nhất đi qua hai điểm 47 Hình 2.6 : Mô tả phương pháp xác định tham số a và b của mô hình hồi quy

Hình 3.1 Mẫu báo cáo số liệu hằng ngày của Ban Điều hành NMN 50 Hình 3.2 Chi tiết các số liệu trong mẫu báo cáo của Ban Điều hành NMN 51 Hình 3.3 Minh họa các biến số và dữ liệu được biên tập lại 52

Hình 3.5 Biểu đồ diễn biến độ đục nước thô sông Đồng Nai qua các năm

Hình 3.15 Biểu đồ lượng hóa chất FeCl3 bình quân qua các năm 2016, 2017,

Hình 3.17 Kết quả phân tích phương sai của biến số “FeCl3” 67 Hình 3.18 Kết quả phân tích hậu định phương sai theo phương pháp TuKey 68 Hình 3.19 Biếu đồ thể hiện sự khác biệt của biến số “FeCl3” 68 Hình 3.20 Kết quả phân tích hậu định phương sai biến số “FeCl3” theo Phương

Hình 3.26 Kết quả phân tích phương sai của biến số “rw.ntu” 71 Hình 3.27 Kết quả phân tích hậu định phương sai biến số “rw.ntu” theo phương

Hình 3.28 Biếu đồ thể hiện sự khác biệt của biến số “rw.ntu” 72 Hình 3.29 Các ước số để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính của năm 2016 73 Hình 3.30 Các ước số để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính có loại bớt biến

Hình 3.31 Biểu đồ của mô hình hồi quy tuyến tính năm 2016 75 Hình 3.32 Các ước số để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính của năm 2017 76 Hình 3.33 Các ước số để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính có loại bớt biến

Hình 3.34 Biểu đồ của mô hình hồi quy tuyến tính năm 2017 78

Hình 3.35 Các ước số để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính của năm 2018 79 Hình 3.36 Các ước số để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính có loại bớt biến

Hình 3.37.Biểu đồ mô hình hồi quy tuyến tính của năm 2018 81 Hình 3.38.Các ước số để xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính tổng hợp 3 năm 82 Hình 3.39.Các ước số để xây dựng mô hình hồ quy tuyến tính có loại bỏ biến số

Hình 3.41 Biểu đồ mô phỏng phần lượng dư của một mô hình hồi quy tuyến

Hình 3.42 Biểu đồ phân bố chuẩn phần dư của dữ liệu tệp dat2018R.csv 86 Hình 3.43 Biểu đồ thể hiện đường quan sát (màu hồng) “gần” với đường tuyến

Hình 3.45 Giá trị p = 0 < 0.05 , nghĩa là biến FeCl3 có thể được xem là biến độc

Hình 3.46 Kết quả có thể thấy không có giá trị ngoại vi nào và đối tượng có id

Hình 3.47 Có 3 đối tượng id: 221, 222, 223 có khả năng làm ảnh hưởng đến ước

Hình 3.48 Các ước số xây dựng mô hình hổi quy tuyến tính năm 2018 theo

Hình 3.49 Biếu đồ so sánh giữa thực nghiệm và các mô hình đề xuất 91 Hình 3.50 Các ước số của mô hình hồi quy tuyến tính thông thường 92 Hình 3.51 Các ước số của mô hình hồi quy tuyến tính theo phương pháp BMA 92 Hình 3.52 Biểu đồ so sánh lần 2 kết quả các mô hình hồi quy tuyến tính 94 Hình 3.53 Các ước số xây dựng các mô hình hồi quy tuyến tính thông thường,

Hình 3.54 Các ước số của mô hình hồi quy tuyến tính theo phương pháp BMA,

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang Bảng 1.1 : Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy bơm nước thô 16

Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của bể tạo bông 19

Bảng 1.6 Lượng hóa chất xử lý nước tại Nhà máy trực thuộc SWIC từ năm 2016 đến

Bảng 2.1 So sánh cơ bản việc sử dụng các loại hóa chất keo tụ 40

Bảng 3.2 So sánh mô hình hồi quy tuyến tính giữa các phương pháp 90

Bảng 3.5 : So sánh định mức hóa chất xử lý nước bình quân qua các năm 2017,

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A.I.T Viện Kỹ thuật Châu Á (Asian Institute of Technology)

Anthracite Một loại than hoạt tính dùng trong xử lý nước

BMA Phương pháp phân tích mô hình hồi quy tuyến tính theo

trường phái Bayes (Bayesian Model Averaging)

SAWACO Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn – Trách nhiệm hữu hạn

Một thành viên

Gòn Turbo - LME Công nghệ lắng nhanh lamella của Công ty Passavant

Roediger GmbH QCVN08:2015/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (cột

A2) do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành năm 2015

QCVN01-1:2018/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử

dụng cho mục đích sinh hoạt do Bộ Y tế ban hành năm

2018 WASECO Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Cấp thoát nước

LỜI MỞ ĐẦU

Nhu cầu tiếp cận nước sạch và điều kiện sống hợp vệ sinh là một trong những quyền

cơ bản của con người trên trái đất này Điều này đã được thông qua tại Đại hội đồng Liên hiệp quốc vào cuối tháng 7-2010 với 122 phiếu ủng hộ, 44 phiếu trắng và không có phiếu chống

Tốc độ phát triển dân số đang ngày càng gia tăng, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa đang diễn ra nhanh chóng tại nhiều quốc gia; mức độ ô nhiễm về nguồn nước, không khí đang diễn biến ngày càng trầm trọng, đặc biệt tại các vùng đô thị, các khu công nghiệp;

sự biến đổi khí hậu nóng dần lên đang diễn ra ngày càng rõ rệt hơn, với tính chất khắc nghiệt hơn, cùng với đó là mực nước biển dâng cao gây ra hiện tượng xâm nhập mặn vào sâu trong khu vực nội địa ven biển của các quốc gia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, gây ra tình trạng khan hiếm và khủng hoảng nước sạch Trong khi đó, quá trình

sử dụng nước, quản lý nguồn nước và xử lý các vấn đề môi trường của các quốc gia, đặc biệt là những nước đang phát triển vẫn chưa được coi trọng một cách đúng mức, khiến cho nước sạch có thể sẽ là một nguồn tài nguyên quý giá trong thế kỷ 21 này và cả trong tương lai

Với quy trình xử lý nước mặt thông thường vẫn đang được áp dụng tại phần lớn các nhà máy xử lý nước sạch từ trước cho đến nay là keo tụ – tạo bông – lắng – lọc – khử trùng Trong đó, quá trình keo tụ, tạo bông được xem là quan trọng nhất, vì quá trình này sẽ làm mất tính ổn định của hệ keo các chất bẩn lơ lửng và hòa tan trong nước bằng cách cho hóa chất phèn vào trong nước, đồng thời tạo ra hệ keo mới có khả năng liên kết thành các bông cặn lớn, lắng nhanh, có hoạt tính bề mặt cao, khi lắng sẽ hấp thụ và kéo theo cặn bẩn, cũng như các chất gây mùi, vị của nước (Giáo trình Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp,

TS Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng tái bản năm 2016, trang 62)

Đối tượng của đề tài nghiên cứu này là làm sáng tỏ tính hiệu quả của việc sử dụng hóa chất phèn sắt (FeCl3) và Polymer trong xử lý nước tại Nhà máy nước trực thuộc Công

ty CP Đầu tư và Kinh doanh nước sạch Sài Gòn

Các nội dung cần nghiên cứu bao gồm :

- Các tiêu chuẩn, quy trình vận hành nhà máy xử lý nước tại Công ty

- Quy trình công nghệ xử lý nước và hệ thống châm hóa chất phèn sắt (FeCl3) và Polymer đang áp dụng tại Công ty

- Nghiên cứu, đề xuất giải pháp mô hình tối ưu hóa chất phèn sắt (FeCl3) và Polymer trong xử lý nước tại Công ty

- Ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý, điều hành quy trình tối ưu công nghệ

xử lý nước đã nghiên cứu

Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Cấp thoát nước (WASECO) góp 10% vốn điều lệ Tổng vốn điều lệ của Công ty là 150 tỷ đồng

Hình 1.1 Văn phòng Công ty CP Đầu tư và Kinh doanh nước sạch Sài Gòn

1.1.1 Quy mô, công suất của Nhà máy

Nhà máy có công suất 300.000 m3/ngày, sử dụng quy trình công nghệ xử lý nước theo bản quyền do Công ty Passavant Roediger GmbH (CHLB Đức) chuyển giao

Nhà máy được khởi công xây dựng mới từ tháng 4/2013, đến tháng 8/2015 thì hoàn thành; sau đó vận hành thử trong 04 tháng và đến đầu tháng 1/2016 chính thức vận hành, phát nước hòa vào mạng lưới cấp nước của Thành phố

1.1.2 Quy trình công nghệ của Nhà máy

Hình 1.2 Sơ đồ khối quy trình công nghệ tại Nhà máy

 Tại Trạm bơm nước thô Hóa An :

- Nguồn nước thô phục vụ cho việc khai thác và xử lý được lấy từ sông Đồng Nai tại khu vực cách Cầu Hóa An khoảng 200 mét về phía thượng nguồn

- Sông Đồng Nai bắt nguồn từ vùng núi phía bắc thuộc cao nguyên Lang Biang (Nam Trường Sơn) ở độ cao 1.770m Hướng chảy chính của sông là Đông Bắc - Tây Nam

và Bắc - Nam Sau khi hợp hai nhánh Đa Nhim và Đa Dung, sông Đồng Nai vòng bao lưu vực sông La Ngà, chảy qua nhiều thác ghềnh, mà thác cuối cùng nổi tiếng là thác Trị An cách Biên Hòa 30km Qua Trị An, sông Đồng Nai chảy vào đồng bằng ở thượng lưu thác Trị An, sông Đồng Nai có nhánh lớn La Ngà gia nhập, với diện tích lưu vực 4.100km2 Ở

hạ lưu thác Trị An, lại nhận thêm nhánh sông Bé với diện tích lưu vực 8.200km2 Độ cao của các lưu vực thay đổi từ 80 đến 200m Sau khi qua thác Trị An, sông Đồng Nai đi vào đỉnh tam giác châu và trở nên rất thuận lợi cho giao thông thủy Về phía tây lưu vực có sông Sài Gòn bắt nguồn từ cao nguyên Hớn Quản chảy song song với sông Bé và đổ vào sông Đồng Nai Từ thượng nguồn đến hợp lưu với sông Sài Gòn, dòng sông chính dài khoảng 530 km Đoạn sông Đồng Nai từ đó đến chỗ gặp sông Vàm Cỏ có tên là sông Nhà

Bè Đoạn này dài khoảng 34 km (Đề án khai thác sử dụng nước mặt khu vực hạ lưu sông Đồng Nai, SWIC, tháng 1/2012)

- Điểm lấy nước cách bờ hữu của sông khoảng 60 mét và ở độ sâu trung bình cách mặt nước 7 mét (Khi thủy triều lên là 10 mét – Tính từ tâm miệng thu; Khi thủy triều xuống là 5 mét – Tính từ tâm miệng thu)

- Nước sông Đồng Nai qua công trình thu vào 2 hầm thu thông qua 2 đoạn ống thép DN 2400 mm đưa nước vào hầm bơm Tại miệng thu nước có lắp đặt hệ thống song chắn rác để giữ rác Hệ thống song chắn rác này làm việc dựa vào hệ thống máy thổi khí được đặt trên hầm thu nước phía sau nhà bơm

- Nước thô được bơm về Khu xử lý tại Thủ Đức qua tuyến ống bê tông nòng thép DN1800 mm có chiều dài 10,8 Km; Trong nhà bơm lắp đặt 03 bơm nước thô với công suất mỗi bơm 6.570 m3/h và cột áp là 50m Hai bơm chạy và một bơm dự phòng

- Định kỳ 03 lần /tuần thực hiện việc Clor hóa sơ bộ ở trạm bơm nước thô Hóa

An, mục đích : vệ sinh đường ống nước thô

Hình 1.3 Vị trí trạm bơm nước thô và họng thu nước tại Hóa An trên Google Map

Hình 1.4 Bên trong Trạm bơm nước thô

Bảng 1.1 : Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy bơm nước thô

THÔNG SỐ KỸ THUẬT BƠM NƯỚC THÔ

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN

 Tại Khu xử lý Nhà máy nước Thủ Đức III:

Hình 1.5 Phối cảnh các hạng mục khu xử lý nước và nhà hành chính của Công ty

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN Tại khu xử lý nước, nước thô đi qua tuyến ống truyền tải DN 1800 mm từ Hóa

An về, được đưa vào bể tiếp nhận và vào khu nhà lắng tại bể phân chia lưu lượng thông qua 03 đoạn ống thép DN 1200 mm

 Quy trình keo tụ - tạo bông và lắng bằng công nghệ Turbo Lamella

Hình 1.6 Sơ đồ mặt bằng khu nhà lắng

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN

Hình 1.7 Minh họa sơ đồ cụm bể lắng

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN

 Quy trình Turbo-LME sử dụng hệ thống đa ngăn cùng với quá trình tuần hoàn bùn, bao gồm 5 bước như sau:

- Bước 1 (Ngăn I) - Quá trình làm mất ổn định của nước thô

Khu Lắng có ba đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có một cặp bể trộn Nước thô được chuyển đến mổi cặp bể trộn thông ngăn các phân phối Mỗi bể trộn có lắp 01 máy khuấy tốc độ 44 vòng/phút để tăng cường khuấy trộn đều nước sông và dung dịch phèn sắt (FeCl3), vôi sữa Ca(OH)2 để làm mất ổn định các chất keo nhằm tạo ra các bùn có kích thước nhỏ

- Bước 2 (Ngăn II) – đưa bùn tiếp xúc vào

Nước đã được làm mất ổn định và tạo ra các hạt bùn có kích thước nhỏ thì chuyển đến bước 2 Tại ngăn II của quá trình xử lý tiếp tục hòa trộn bùn tuần hoàn tiếp xúc với nước thô để làm mất ổn định, hấp thu các chất bùn kích thước nhỏ với bùn tuần hoàn tiếp xúc Tại ngăn này có lắp đặt 01 máy khuấy tốc độ 30 vòng/phút nhằm trộn đều

- Bước 3 (Ngăn III) – Định lượng Polymer (anion)

Tiếp theo của bước 2 là sau khi đã hình thành nên bùn có kích thước nhỏ thì ở bước 3 này sẽ châm Polymer (anion) nhằm bắt đầu quá trình tạo ra các chất bùn có kích thước lớn Tại ngăn này có lắp đặt 01 máy khuấy tốc độ 44 vòng/phút nhằm trộn đều Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của bể trộn

THÔNG SỐ KỸ THUẬT BỂ TRỘN NHANH

Đường kính: 1,8m,

4 cánh; 7,5kW

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN

- Bước 4 (Ngăn IV và ngăn V) – Tạo bông

Trong bước này thì đã hình thành bùn có kích thước lớn dễ lắng và hấp thu các chất có kích thước nhỏ còn lại để tạo thành bùn có kích thước lớn Tại ngăn này có lắp đặt

02 máy khuấy cánh guồng tốc độ 0.5 – 3.0 vòng/phút (điều khiển bằng biến tần)

Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của bể tạo bông

THÔNG SỐ KỸ THUẬT BỂ TẠO BÔNG

Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật cơ bản của bể lắng

THÔNG SỐ KỸ THUẬT BỂ LẮNG LAMELLA

Diện tích: 2000m 2 , Vật liệu: PP tự nhiên

Chiều dài: 13,7m x 5 máng

Số cánh gạt: 8 cái Tốc độ gạt: 3 cm/s

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN Sau đó, nước sẽ theo mương dẫn đi qua hệ thống bể lọc nhanh có 2 lớp lọc : 01 lớp than Anthracite và 01 lớp cát thạch anh Ngoài ra, còn có lớp sỏi đỡ và chụp lọc

Số bể lọc 14 bể (chia thành 2 dãy song song)

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN Nước trên đường qua bể lọc thì được châm thêm Fluor (chống sâu răng) Nhà lọc có 14 bể lọc nhanh được chia thành 2 dãy, mỗi dãy có 07 bể lọc, kết cấu của bể lọc đáp ứng yêu cầu công nghệ lọc trọng lực Lớp vật liệu lọc gồm có 3 lớp: lớp sỏi dày 100mm, lớp cát thạch anh dày 800mm và lớp than Anthracite dày 400mm Sau thời gian lọc trung bình khoảng 45 giờ (mùa khô là 50 giờ, mùa mưa là 40 giờ) và lưu lượng lọc khoảng 48.000m3, dựa vào mức chênh áp mà sensor sẽ phát tín hiệu yêu cầu rửa Khi bể lọc rửa, thực hiện 2 giai đoạn của quá trình rửa lọc: rửa gió và rửa nước với tổng thời gian rửa lọc mất khoảng 20 phút và lượng nước rửa là khoảng 410 m3 ÷ 430 m3 cho mỗi chu kỳ

Bể tiếp xúc tiếp nhận nước từ mương góp của các bể lọc và tại đây được nước sạch được châm một lượng clor trước khi vào bể chứa chung đảm bảo hàm lượng clor vào

bể chứa chung luôn luôn từ 0.3 ÷ 0.5mg/l

Nước sạch sau khi xử lý và châm Clor đạt tiêu chuẩn sẽ đưa đến bể chứa chung thông qua tuyến ống DN1800 mm , tại các outlet của bể chứa chung nước sạch sẽ được đưa về Trạm bơm cấp II thông qua đường ống thép DN2400 mm

Trạm bơm nước sạch, có 3 bơm chính lắp song song mỗi bơm có công suất Q= 6.563 m3/h và cột áp H = 55m Trong đó vận hành theo chế độ 2 bơm hoạt động và 1 bơm

dự phòng Mỗi bơm được điều khiển bởi một biến tầng Tại nhà máy có hệ thống chống va nhằm khi xảy ra sự cố ngưng nước đột ngột

Hình 1.9 Trạm bơm nước sạch (Trạm cấp II)

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN Các hóa chất dùng trong xử lý nước gồm : FeCl3 nồng độ 40%, vôi sữa nồng độ 10%, polymer anion, Fluor, Clor

Hình 1.10 Minh họa các trạm châm hóa chất và thiết bị bên trong các trạm

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN Ngoài ra, Nhà máy còn có hệ thống tuần hoàn nước sau rửa lọc đưa về bể tiếp nhận ban đầu để tái sử dụng và khu xử lý bùn với 01 bể chứa bùn trung gian, nhận bùn từ các bể lắng Lamella đưa vào các máy ly tâm ép bùn, tách nước cho ra bùn đặc có độ ẩm 35% và đưa đi chôn lấp hoặc sử dụng cho các mục đích khác sau này

Hình 1.11 Sơ đồ mặt bằng quy trình thu hồi nước sau rửa lọc

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN

Hình 1.12 Khu xử lý bùn thải Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN

Quản lý vận hành tự động thông qua hệ thống điều khiển SCADA

Hình 1.13 Minh họa hệ thống điều khiển SCADA

Nguồn : Tài lệu giới thiệu quy trình công nghệ của NMN 1.2 Quy trình công nghệ của các nhà máy nước tương tự So sánh và phân tích ưu nhược điểm

1.2.1 Quy trình công nghệ của các nhà máy nước tương tự tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

1.2.1.1 Nhà máy nước Thủ Đức trực thuộc Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn – Trách nhiệm hữu hạn một thành viên (SAWACO)

Nhà máy nước Thủ Đức là nhà máy xử lý nước có công suất xử lý lớn nhất Đông Nam Á, được xây dựng từ năm 1966 với Công suất thiết kế 750.000 m3/ngày đêm

Nguồn nước thô sử dụng từ nguồn nước sông Đồng Nai, thông qua trạm bơm nước thô Hóa

An

Quy trình công nghệ gồm có : keo tụ - tạo bông – lắng – lọc 1 lớp cát thạch anh – khử trùng bằng Clor Hóa chất xử lý : sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3 và PAC (Poly Aluminium Chloride)

Hình 1.14 Quy trình công nghệ của Nhà máy nước Thủ Đức Nguồn : Phòng Kỹ thuật Công nghệ - Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn 1.2.1.2 Nhà máy nước trực thuộc Công ty CP BOO Thủ Đức

Nhà máy nước BOO Thủ Đức được xây dựng năm 2005 với công suất thiết kết 300.000 m3/ngày Nhà máy sử dụng nước nước thô từ sông Đồng Nai thông qua trạm bơm Hóa An

Quy trình công nghệ gồm có : keo tụ - tạo bông – lắng – lọc 1 lớp cát thạch anh – khử trùng bằng Clor Hóa chất xử lý : sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3 và PAC (Poly Aluminium Chloride)

Hình 1.15 Quy trình xư lý nước nhà máy BOO Thủ Đức Nguồn : Phòng Kỹ thuật Công nghệ - Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn 1.2.1.3 Nhà máy nước Tân Hiệp trực thuộc Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn – Trách nhiệm hữu hạn một thành viên (SAWACO)

Nhà máy nước Tân Hiệp được xây dựng năm 2003 với công suất thiết kế 300.000 m3/ngày.đêm Nguồn nước thô sử dụng từ sông Sài Gòn, thông qua trạm bơm nước thô Hòa Phú (Huyện Củ Chi)

Quy trình công nghệ gồm có : keo tụ - tạo bông – lắng – lọc 1 lớp cát thạch anh – khử trùng bằng Clor Hóa chất xử lý : sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3 và PAC (Poly Aluminium Chloride)

Hình 1.16 Quy trình công nghệ của Nhà máy nước Tân Hiệp Nguồn : Phòng Kỹ thuật Công nghệ - Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn

1.2.1.4 Nhà máy nước Tân Hiệp 2 trực thuộc Công ty CP Đầu tư nước Tân Hiệp

Nhà máy nước Tân Hiệp 2 được xây dựng năm 2017, với công suất 300.000

m3/ngày đêm Nguồn nước sử dụng từ sông Sài Gòn thông qua trạm bơm Hòa Phú

Quy trình công nghệ gồm có : keo tụ - tạo bông – lắng – lọc 1 lớp cát thạch anh – khử trùng bằng Clor Hóa chất xử lý : sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3 và PAC (Poly Aluminium Chloride)

Hình 1.17 Quy trình xử lý nhà máy nước Tân Hiệp 2 Nguồn : Phòng Kỹ thuật Công nghệ - Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn 1.2.2 Quy trinh công nghệ của các nhà máy nước trên thế giới

Trên thế giới có rất nhiều quy trình công nghệ xử lý nước mặt, từ quy trình thông thường vẫn đang được áp dụng cho đến nay, gồm : keo tụ – tạo bông – lắng – lọc – khử trùng; cho đến các quy trình công nghệ hiện đại như : thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis) , màng lọc micro/nano, lọc sinh học tiếp xúc dòng chảy ngược (uBCF), … Hoặc

từ một dạng công nghệ xử lý cơ bản nhưng sử dụng hóa chất xử lý khác nhau cũng cho ra những quy trình xử lý nước khác nhau

1.2.2.1 Nhà máy xử lý nước Auchel (CHLB Đức)

Nhà máy xử lý nước Auchel có Công suất 48.000 m3/ngày đêm Nguồn nước thô lấy từ hồ chứa

Quy trình xử lý nghệ bao gồm : keo tụ - tạo bông – lắng – lọc bằng vật liệu dolomite filters CaMg(CO3)2 – điều chỉnh pH – khử trùng bằng ClO2 Hóa chất xử lý sử dụng phèn sắt (FeCl3) và Polymer (Anion);

Hình 1.18 Sơ đồ công nghệ xử lý nước của Nhà máy nước Auchel

Nguồn : Tài liệu chứng minh năng lực (General profile) của Passavant – Roediger

GmbH 1.2.2.2 Nhà máy xử lý nước Biebesheim (CHLB Đức)

Nhà máy xử lý nước Biebesheim có Công suất : 130.000 m3/ngày

Quy trình công nghệ bao gồm : keo tụ - tạo bông – lắng – lọc 2 lớp (than hoạt tính và cát) – khử trùng bằng ClO2 Hóa chất xử lý sử dụng phèn sắt (FeCl3) và Polymer (Anion)

Hình 1.19 Công nghệ xử lý nước của Nhà máy nước Biebesheim

Nguồn : Tài liệu chứng minh năng lực (General profile) của Passavant – Roediger

GmbH

1.2.3 Phân tích ưu nhược điểm của các quy trình công nghệ mà Nhà máy đang

áp dụng với quy trình công nghệ của các nhà máy nước tương tự tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

- Công nghệ xử lý thân thiện với môi trường, không xả thải hóa chất độc hại

và không gây ô nhiễm môi trường

- Bùn thải trong quá trình xử lý nước có thể được sự chấp thuận của cơ quan quản lý môi trường cho chôn lấp, san lấp mặt bằng mà không qua khâu xử lý; hoặc sử dụng làm chất nền cho sản xuất phân bón hữu cơ vi lượng; hoặc làm cốt liệu sản xuất các cấu kiện xây dựng,…

- Vận hành quy trình xử lý nước tự động thông qua hệ thống điều khiển SCADA giúp tối ưu về nhân sự vận hành nhà máy, đảm bảo tính ổn định về chất lượng nước sau xử lý

1.2.3.2 Nhược điểm

- Hóa chất phèn sắt tham gia trong quá trình keo tụ, tạo bông cặn làm cho độ

pH của nước giảm nhiều hơn so với hóa chất phèn nhôm hoặc PAC, khiến cho việc sử dụng vôi sữa để nâng độ pH sẽ phải nhiều hơn

- Vì là nhà máy nước duy nhất hiện nay đang sử dụng hóa chất phèn sắt trong

xử lý nước nên khó có thể so sánh hiệu quả vận hành với các nhà máy khác có cùng công suất Dự đoán nguyên nhân có thể do trước đây, tại thị trường Việt Nam có ít hoặc không

có nhà cung cấp hóa chất phèn sắt số lượng lớn dùng cho xử lý nước nên các nhà máy nước

đa phần đều dùng phèn nhôm hoặc PAC vì có nhiều nhà cung cấp, giá cả phù hợp Tuy nhiên, hiện nay việc cung cấp hóa chất phèn sắt dùng cho xử lý nước với số lượng lớn tại thị trường Việt Nam đã dồi dào nguồn cung, nên nhược điểm này cũng không đáng lo ngại

- Vì là nhà máy nước duy nhất sử dụng hóa chất phèn sắt trong xử lý nước, nên sẽ khó khăn trong việc phối hợp và hỗ trợ vận hành, đảm bảo an toàn cấp nước giữa các nhà máy nước với nhau

- Chi phí hoá chất phèn sắt có thể cao hơn so với hóa chất phèn nhôm hoặc PAC

- Do phèn sắt có tính oxy hóa mạnh nên nên hệ thống bồn lưu trữ phải sử dụng vật liệu có tính chống ăn mòn cao

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Theo Báo cáo tổng kết quá trình theo dõi chất lượng nguồn nước thô của Viện

Kỹ thuật nhiệt đới và Bảo vệ môi trường (VITTEP) vào tháng 9/2014, tại phần III Kết luận (trang 16) có viết :

“…Dựa vào kết quả đo đạc và phân tích chất lượng nước thô trong 22 tháng từ 11/2012 đến 8/2014, VITTEP có một số các kết luận sau:

- Không phát hiện nhiễm mặn tại khu vực cầu Đông Nai, Hóa An hay khu vực thượng nguồn trong cả mùa khô và mưa

- Chất lượng nước khu vực thượng lưu nhìn chung tương đối tốt, một số ít thông số vượt giới hạn QCVN được nhận định do ảnh hưởng từ các hoạt động dân sinh

- Chất lượng nước khu vực Hóa An tương đối tối so với QCVN 08:2008/BTNMT Theo đó không phát hiện thấy sự ô nhiễm theo giới hạn cho phép cột A1 và A2 của hầu hết các kim loại nặng, hàm lượng Clorua, Florua, Nitrat, Phot phat, Amoni, Xianua, E.Coli, Phenol, thuốc BVTV, chất hoạt động bề mặt, hoạt độ phóng xạ α

và β

- Một vài thông số có sự dao động thất thường, nhiều mẫu cho kết quả vượt loại A2 cần lưu ý là: BOD5, COD, DO, Nitrit, Cd, tổng Sắt, chất rắn lơ lửng, dầu mỡ, tổng Coliforms.”

Ngoải ra, căn cứ các dữ liệu thu thập được về chất lượng nguồn nước thô ở sông Đồng Nai từ năm 2016 cho đến nay của SWIC đều cho thấy chất lượng nguồn nước thô ở sông Đồng Nai tương đối ổn định

Tuy nhiên, trong quá trình vận hành nhà máy nước từ năm 2016 đến năm 2017, chi phí hóa chất xử lý nước của SWIC (chủ yếu là hóa chất phèn sắt) lại cao hơn các nhà máy xử lý nước có cùng công suất ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh, làm ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất kinh doanh của Công ty

Bảng 1.6 Lượng hóa chất xử lý nước tại Nhà máy trực thuộc SWIC từ năm 2016 đến 2017

Hóa chất Khối lượng sử dụng (Tấn)

Theo tài liệu Nghiên cứu thí nghiệm với Ferric Chloride như chất keo tụ trong công nghệ xử lý nước (Nguyên văn : Experimental investigation on ferric chloride as coagulant in water treatment process), tháng 8/2002, của tác giả Manit Pongchalermporn (Thái Lan) thuộc Viện nghiên cứu công nghệ châu Á (AIT), tại mục 5.1 (trang 43) đã kết luận như sau :

“ - Bằng việc sử dụng Aluminum Sulfate như chất keo tụ, lượng dư Aluminum trung bình là 0.15, ít hơn tiêu chuẩn Lượng dư trung bình của Ferrous ion và Manganese ion từ quá trình keo tụ của Ferric Chloride là 0.06 và 0.01, tương ứng với việc thấp hơn nhiều các giá trị tiêu chuẩn (0.30 và 0.10 mg/l)

- Chu kỳ lọc trung bình cho Aluminum Sulfate và Ferric Chloride là 23 và 34 giờ Với việc sử dụng Ferric Chloride, chu kỳ lọc có thể kéo dài hơn 32.4%

- Chi phí sản xuất nước uống là 0.142 và 0.105 Baht/m3 tương ứng với việc sử dụng chất keo tụ Aluminum Sulfate và Ferric Chloride Với việc sử dụng Ferric Chloride, chi phí hóa chất tiết kiệm được 26.0% ”

Từ những thực trạng như vừa nêu, việc nghiên cứu tối ưu hóa quy trình châm hóa chất phèn sắt (FeCl3) và Polymer tại Nhà máy nước trực thuộc SWIC sẽ giúp làm sáng

tỏ thêm vấn đề có hay không sự khác biệt giữa lý thuyết và thực nghiệm về liều lượng hóa chất phèn sắt và phèn nhôm trong xử lý nước sạch; Và việc nghiên cứu này sẽ giúp tiết kiệm được hóa chất cũng như năng lượng trong xử lý nước tại Công ty, tránh được sự lãng phí về hóa chất, duy trì ổn định chất lượng nước sau xử lý và đảm bảo tính an toàn cho nhu cầu sử dụng của người dân, góp phần phát triển môi trường một cách an toàn, bền vững và đặc biệt là giúp giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu quả kinh doanh cho doanh nghiệp

Hiện nay, theo khả năng tìm hiểu của tác giả, tại Việt Nam vẫn chưa có một mô hình đặc trưng nào cho việc tối ưu hóa chất xử lý nước sạch trong các nhà máy xử lý nước

Vì vậy, việc nghiên cứu đề ra một mô hình tối ưu hóa chất phèn sắt và Polymer trong xử

lý nước sạch có tính mới và tính thực tiễn cao cho các nhà máy xử lý nước tại Việt Nam 1.4 Các bước tiếp cận vấn đề nghiên cứu

- Đề tài khoa học được thực hiện dựa trên cơ sở tham khảo các nghiên cứu về quy trình công nghệ xử lý nước hiện nay trên thế giới và đang áp dụng tại Việt Nam

- Tiến hành khảo sát, thí nghiệm và phân tích thực trạng chất lượng nguồn nước thô hiện nay và dự báo trong tương lai gần

- Xác định rõ mục tiêu cần đạt được và các vấn đề cần cải thiện, khắc phục trong việc tối ưu hóa quy trình châm hóa chất phén sắt (FeCl3) và Polymer trong công nghệ

xử lý nước

- Đề xuất ý tưởng, tham khảo ý kiến Giáo viên hướng dẫn và chuyên gia

- Xây dựng quy trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU GIÚP TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH CHÂM HÓA CHẤT PHÈN

2.1 Các quy định về tiêu chuẩn chất lượng nước thô, chất lượng nước sau khi xử lý

và trước khi hòa vào mạng lưới cấp nước của Thành phố

Gồm có :

- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (cột A2) QCVN 08:2015/BTNMT do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành theo Thông tư số 65/2015/TT-BTNMT ngày 21/12/2015

- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt QCVN 01-1:2018/BYT do Bộ Y tế ban hành theo Thông tư số 41/2018/TT-BYT ngày 14/12/2018 (thay thế cho QCVN 01:2009/BYT)

- Phụ lục số 2_Bảng tiêu chuẩn nước sạch và Phụ lục số 3_Bảng chỉ tiêu giới hạn về nguồn nước thô đính kèm Hợp đồng mua bán sỉ nước sạch số 3999/HĐ-TCT-KĐVKH được ký ngày 18/12/2012 giữa Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn – Trách nhiệm hữu hạn một thành viên và Công ty CP Đầu tư và Kinh doanh nước sạch Sài Gòn

Theo quy định của NMN trực thuộc SWIC, chất lượng nước sau khi đi qua quy trình xử lý lắng có các chỉ tiêu chủ yếu như sau :

- Độ đục sau lắng : 1 ÷ 4 NTU;

- Độ pH sau lắng : 8 ÷ 8.5;

2.2 Cơ sở lý thuyết quá trình keo tụ, tạo bông và lắng trong hệ thống xử lý nguồn nước mặt

2.2.1 Lý thuyết quá trình keo tụ

Theo Báo cáo nghiên cứu của tác giả Manit Pongchalermporn (tên đầy đủ : Experimental investigation on ferric chloride as coagulant in water treatment process) , Viện A.I.T (Thái Lan), tháng 8/2012, tại Chương II, trang 3 đã ghi như sau :

“…Xử lý nước truyền thống bao gồm chuỗi các quá trình hóa lý sau đây: trộn nhanh; trộn chậm, hoặc keo tụ; bồi lắng; lọc; và khử trùng Biến thể trong trình tự này bao gồm lọc trực tiếp, giúp loại bỏ lắng cặn và lọc trực tiếp (in-line filtration), loại bỏ cả quá trình keo tụ và lắng cặn Trong xử lý nước uống, keo tụ được coi là một quá trình tiền xử

lý Hiệu quả của nó ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình lắng và lọc

Sự keo tụ liên quan đến việc bổ sung các hóa chất vào nước để tạo ra các chất hóa học có tác dụng làm mất ổn định các chất gây ô nhiễm và cải thiện việc loại bỏ chúng Trong xử lý nước, chất keo tụ hóa học được sử dụng để làm mất ổn định các hạt, loại bỏ chất hữu cơ hòa tan, gây keo tụ và cải thiện quá trình lọc (AWWA, 1988) Các quá trình trộn nhanh và keo tụ được gọi chung là keo tụ Mục đích của việc trộn nhanh là cung cấp

sự phân tán nhanh chóng, đồng đều các hóa chất và gây ra sự mất ổn định của các hạt trong

nước thô (Amirtharajah và Mills, 1982) Trộn chậm tạo cơ hội cho các hạt tổng hợp và tạo thành một khối có thể lắng hoặc lọc

Có nhiều đánh giá về lý thuyết cơ bản và cơ chế keo tụ đã được công bố (O'Melia, 1972; Dempsey, 1984; AWWA, 1988; Gray, 1988; Gregory, 1989; Amirtharajah

và O'Melia, 1990) Mục đích của phần này là cung cấp một cái nhìn tổng quan về các cơ chế keo tụ, ảnh hưởng của sự pha trộn đến keo tụ, các chất keo tụ điển hình và sơ đồ keo

tụ Tổng quan này được theo sau bởi một đánh giá chi tiết về quá trình thủy phân muối kim loại vô cơ, cụ thể là sắt (III) clorua và các cơ chế mà các chất mùn được loại bỏ trong quá trình keo tụ với các muối kim loại

Các cơ chế khác nhau gây mất ổn định các chất gây ô nhiễm sử dụng chất keo

tụ hóa học đã được xác định Các cơ chế này bao gồm nén hai lớp, trung hòa điện tích, keo

tụ quét và bắc cầu liên hạt (O'Melia, 1972; và Dempsey, 1984) Loại tương tác giữa chất keo tụ hóa học và chất gây ô nhiễm quyết định cơ chế keo tụ

 Nén hai lớp (Double Layer Compression)

Lý thuyết về nén hai lớp có nền tảng là lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt tích điện tương tự Khi các ion tích điện trái dấu bao quanh các hạt, lực đẩy tĩnh điện bị giảm Ở một nồng độ ion nhất định, về mặt lý thuyết, lớp kép sẽ bị nén đến mức cho phép các lực hấp dẫn giữ các hạt lại với nhau Cơ chế này không được coi là có ý nghĩa lớn đối với việc xử

lý hầu hết các loại nước ngọt (Dempsey, 1984)

 Hấp phụ trung hòa điện tích (Adsorption-Charge Neutralization)

Trung hòa điện tích liên quan đến sự tương tác của chất keo tụ hóa học và chất gây ô nhiễm có tích điện (Stumm và O'Melia, 1968); Dempsey và cộng sự (1984) đã báo cáo rằng có tỉ lệ hợp phần tồn tại giữa chất keo tụ và chất gây ô nhiễm trong các điều kiện trung hòa điện tích Họ đã chứng minh tỉ lệ hợp phần giữa axit fulvic thủy sinh và clorua polyaluminat keo tụ Tỉ lệ hợp phần giữa liều lượng chất keo tụ và nồng độ của chất gây ô nhiễm cần loại bỏ là dấu hiệu của sự tương tác hấp phụ (Tang và Stumm, 1987) Bằng chứng về sự tương tác hấp phụ là sự xuất hiện của sự đảo ngược điện tích Nồng độ chất keo tụ quá cao có thể dẫn đến sự tái ổn định các hạt bằng cách đảo ngược điện tích trên chất gây ô nhiễm (O'Melia, 1972; Dempsey, 1984) Các điều kiện dẫn đến sự tái ổn định

có thể được phát hiện bằng cách theo dõi độ linh động điện di hoặc điện thế zeta của các hạt

 Keo tụ quét (Sweep Coagulation)

Việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm thông qua sự hình thành kết tủa rắn được gọi

là keo tụ quét Cơ chế keo tụ này là phổ biến khi các muối kim loại như phèn hoặc sắt (III) clorua được sử dụng làm chất keo tụ Thể tích lớn kết tủa hydroxit được hình thành do nước bão hòa trên nhiều bậc lớn hơn độ hòa tan của muối kim loại (AWWA, 1988) Khi

sử dụng nhôm và muối sắt, các loại kết tủa rắn thường hình thành lần lượt là Al(OH)3(nhôm hydroxit) và Fe(OH)3 (sắt (III) hydroxit) Các chất ô nhiễm hòa tan hấp thụ vào kết tủa rắn và được loại bỏ cùng với nó; các chất ô nhiễm hạt được loại bỏ bằng cách làm vướng hoặc bẫy trong một khối lượng kết tủa rắn Dempsey (1984) đã chỉ ra rằng các chất

gây ô nhiễm hạt thường tích điện âm và các kết tủa rắn hình thành trong các điều kiện keo

tụ quét được tích điện dương Ông cho rằng các chất ô nhiễm hạt được thu hút tĩnh điện với các kết tủa rắn

 Bắc cầu liên hạt (Interparticle Bridging)

Bắc cầu liên hạt là một cơ chế gây mất ổn định hạt liên quan đến việc sử dụng các polyme có khối lượng phân tử cao (M > 106) làm chất keo tụ Một số nhóm chức trên các polyme liên kết với bề mặt của các chất gây ô nhiễm, và các nhóm khác mở rộng ra và tiếp xúc với bề mặt của các hạt khác trong dung dịch Polyme đóng vai trò là "cầu nối" giữa hai hoặc nhiều hạt (O'Melia, 1972)…”

2.2.2 Các chất keo tụ thông thường

Tại Chương II, Mục 2.4, trang 6 , Báo cáo nghiên cứu của tác giả Manit Pongchalermporn, Viện A.I.T (Thái Lan), tháng 8/2012, đã ghi như sau :

“…Các muối kim loại và các polyme hữu cơ có khối lượng phân tử cao có thể gây ra sự keo tụ trong các điều kiện thích hợp Việc lựa chọn chất keo tụ dựa trên các đặc tính của nước thô được xử lý và cơ chế keo tụ mong muốn Các đặc tính của nước thô phải xem xét là độ đục, nhiệt độ, nồng độ DOM, pH, khả năng đệm, cường độ ion và nồng độ canxi Thử nghiệm Jartest là một kỹ thuật có giá trị để đánh giá hiệu quả của chất keo tụ

 Muối kim loại hữu cơ

Do điện tích ion của chúng, tất cả các muối đơn giản có trong nước tự nhiên có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của các hạt keo Tuy nhiên, các muối đơn giản không hiệu quả như các chất keo tụ vì chúng không thúc đẩy sự hình thành các kết tập mạnh có khả năng chống đứt gãy (Gregory, 1989) Các muối giải phóng các ion trung hòa hấp phụ là các chất keo tụ hiệu quả hơn Khi các muối này được thêm vào nước, các ion trung hòa được giải phóng và hấp phụ lên các bề mặt hạt Điện tích trên các hạt này giảm xuống gần bằng không

Cơ chế keo tụ của muối kim loại nhôm và sắt liên quan đến sự hấp phụ của các chất keo tụ vào chất gây ô nhiễm cần được loại bỏ hoặc sự làm kẹt chất gây ô nhiễm trong kết tủa hydroxit (O’Melia, 1972; Gregory, 1978)

Dempsey (1984) báo cáo rằng phèn là chất keo tụ được sử dụng phổ biến nhất

để xử lý nước ở Hoa Kỳ và clorua polyalumin được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản Muối Fe (III) cũng được sử dụng làm chất keo tụ trong xử lý nước uống nhưng được sử dụng phổ biến hơn trong xử lý nước thải Phạm vi pH hiệu quả của muối Fe (III) được báo cáo rộng hơn so với muối nhôm (Gregory, 1989; Hall và Packham,1965)

 Chất keo tụ polymer

Các chất đa điện phân có đặc tính không ion, anion hoặc cation đã được phát triển như chất keo tụ Những sản phẩm có trọng khối phân tử cao này tương tác với bề mặt của các hạt trong nước thông qua liên kết kỵ nước và hydro (Gregory, 1989) Cơ chế chính của keo tụ với chất đa điện phân là cầu nối giữa các hạt Những sản phẩm này có xu hướng

tạo ra các khối có khả năng chịu ứng suất cắt cao hơn so với các khối được hình thành với các chất keo tụ vô cơ Ứng suất cắt cao trong quá trình trộn hoặc chảy trong đường ống và kênh có thể gây ra vỡ khối…”

 Ảnh hưởng của phân chất thủy phân

Khi muối kim loại vô cơ được sử dụng làm chất keo tụ, cơ chế keo tụ được kiểm soát bởi sự phân chất thủy phân Hiệu quả của sự trung hòa điện tích như là một cơ chế của

sự keo tụ phụ thuộc vào sự phân chất của chất keo tụ Cường độ trộn nhanh là cực kỳ quan trọng đối với sự trung hòa điện tích vì các chất keo tụ phải tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm tích điện trước khi kết tủa hydroxit rắn hình thành Sự thủy phân của chất keo tụ ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ chất gây ô nhiễm và khả năng ổn định của fIoc

 Thủy phân muối sắt (III)

Các cơ chế keo tụ của muối Fe (III) là một chức năng của sự phân chất thủy phân Fe (III) trong nước (Stumm và Morgan, 1962; Stumm và O'Melia, 1968; Black, 1967; Johnson và Amirtbarajah, 1983; Matijevic và Janauer, 1966) Sự thủy phân của muối kim loại chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính của nước thô và bị ảnh hưởng bởi cường độ và thời

gian trộn nhanh Quá trình thủy phân Al (III) về cơ bản giống với quá trình trên của Fe (lII)

Các phản ứng thủy phân có thể có sau đây của Fe (III) trong dung dịch nước được nhiều tài liệu báo cáo theo phương trình:

Tất cả các phản ứng này theo phương trình chung

Sự phân chất của sắt (III) clorua và đưa ra một số phản ứng có thể tạo thành phức chất giữa Fe (III) và Cl- Các phản ứng như sau

Sau khi đánh giá toàn diện các yếu tố kiểm soát đặc tính thủy phân của Fe (III), Tang và Stumm (1987) đã đề xuất sơ đồ thủy phân - trùng hợp - kết tủa được trình bày trong Hình 2.2 Sơ đồ này kết hợp những đề xuất trước đây của Dousma và de Bruyn (1976)

và Knight và Sylva (1974) và cho thấy các chất hóa học dự kiến sẽ có mặt trong các giai đoạn thủy phân khác nhau Mức độ thủy phân của chất keo tụ phụ thuộc vào tuổi của dung dịch chất keo tụ cũng như nồng độ của nó Ngoài ra, nhiệt độ cao thúc đẩy các phản ứng thủy phân (Tang và Stumm, 1987) Trong sơ đồ Tang và Stumm, các dung dịch loại A chứa các monome, oligome và phức chất với clorua xảy ra trong giai đoạn thủy phân ban đầu

Ở tỷ lệ OH-: Fe thấp, kết tủa nhanh được ưa chuộng trong các điều kiện đặc trưng cho các dung dịch loại B