Thiết kế hệ thống xử lý nước

Thiết kế hệ thống xử lý nước

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP

Năm 1896, hệ thống xử lý nước đầu tiên của Hà Nội được chính thức đưa vào vận hành Hiện nay, hệ thống cấp nước của thành phố Hà Nội đã được cải tạo và xây dựngmới với trang thiết bị hiện đại, nâng công suất lên 390 000 m3/ngày Đối với các thành phố khác ở miền Bắc, nhiều hệ thống cấp nước cũng đã được cải tạo và phát triển.

Ở miền Nam, các hệ thống cấp nước cho các đô thị lớn cũng được cải tạo và nâng cấp.Nhiều nhà máy nước xây dựng từ thời thuộc Pháp đã được cải tạo, thay đổi công nghệ xử lý Hiện nay, ở thành phố Hồ Chí Minh, nhà máy nước Thủ Đức I có công suất 700000 m3/ngày đang hoạt động, nhà máy nước Tân Hiệp, nhà máy nước ngầm Hóc Mônvà nhà máy nước Thủ Đức II có công suất 300 000 m3/ngày đang khởi công xây dựngđảm bảo cung cấp nước sạch sinh hoạt và sản xuất của toàn thành phố.

Trong thời điểm hiện nay, nhiều trạm cấp nước đã được xây dựng mới, áp dụng nhữngcông nghệ tiên tiến của các nước phát triển như Pháp, Phần Lan, Australia, Singapore,…Các loại công trình xử lý như bể lắng ngang có các tấm lamen, bể lắng kiểu

accelator, kiểu pulsator, bể lọc sử dụng vật liệu nổi, bể lọc kiểu Aquazuz V đã được ápdụng ở nhiều nơi Trong công nghệ xử lý nước ngầm, áp dụng ejector thu khí, tháp oxy hóa, nước chảy chuyển bậc để oxy hóa sắt thay cho giàn mưa cổ điển Những trạm cấp nước cho các thành phố lớn đã áp dụng công nghệ tiên tiến và tự động hóa cao Trong tương lai, các hệ thống cấp nước sẽ được nâng cấp để theo kịp các nước trong khu vực.

1 Nước dùng cho sinh hoạt:

Là loại nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người như nước dùng để ăn uống,tấm rửa, giặt, chuẩn bị nấu ăn, cho các khu vệ sinh, tưới đường, tưới cây,…Loại nước này chiếm đa số trong các khu dân cư Nước dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo các tiêuchuẩn về hóa học, lý học và vi sinh theo các yêu cầu của quy phạm đề ra, không chứa các thành phần lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến sức khỏe của con người

2 Nước dùng cho sản xuất

Có rất nhiều ngành công nghiệp dùng nước với yêu cầu về lưu lượng và chất lượng nước rất khác nhau Có ngành yêu cầu chất lượng nước không cao nhưng số lượng lớn, ngược lại có những ngành yêu cầu số lượng nước không nhiều nhưng chất lượng nước rất cao, ví dụ nước cho các ngành công nghiệp dệt, phim ảnh, nước cấp cho các nồi hơi, nước cho vào sản phẩm là các đồ ăn uống,…Nước cấp cho các ngành công nghiệp luyện kim, hóa chất yêu cầu lượng nước lớn nhưng yêu cầu chất lượng thường không cao Lượng nước cấp cho sản xuất của một nhà máy có thể tương đương với nhu cầu dùng nước của một đô thị hàng ngàn dân.

3 Nước dùng cho chữa cháy

Dù là khu vực dân cư hay khu công nghiệp đều có khả năng xảy ra cháy Vì vậy, hệ thống cấp nước cho sinh hoạt hay sản xuất đều phải tính đến trường hợp có cháy Nước dùng cho việc chữa cháy luôn được dự trữ trong bể chứa nước sạch của thành phố

1 Nước ngầm cấp cho sinh hoạt:

Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt vềchất lượng Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạothành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặtnước mưa…nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàngtrăm mét Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn lànguồn nước được ưa thích Bởi vì, các nguồn nước nặt thường bị ô nhiễm và lưulượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa Nguồn nước ngầm ít chịuảnh hưởng bởi các tác động của con người Chất lượng nước ngầm thường tốt hơnchất lượng nước mặt nhiều Trong nước ngầm hầu như: không có các hạt keo hay cáchạt lơ lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp.

có(30-50 mg/l) Thường cao và thay đổitheo mùa(hàm lượng daođộng lớn có khi lên tới3000m/l)

nước mặt Thay đổi tuỳ thuộc chấtlượng đất, lượngmưa.

nước.hàm lượng tùy thuộcvào địa chất của mạchnước

Rất thấp, chỉ có khi nước ởsát dưới đáy hồ

tùy thuộc vào địa chất củamạch nước)

Rất thấp hoặc bằng 0

thuộc vào địa chất củamạch nước)

Có khi nguồn nước bịnhiễm bẩn

nhiễm bởi phânbón hoá học

sắt gây ra Nhiều loại vi trùng, virutgây bệnh và tảo.

Bảng I.1: Một số đặc điểm khác nhau giữ nước ngầm và nước mặt

Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhângây ô nhiễm nguồn nước Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chấthoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phonghoá và sinh hoá trong khu vực Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiềuchất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chấtkhoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất Ngoàira, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con ng ười Các chất thải củacon người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phânbón hoá học…tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồnnước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Đã có không ít nguồn nước ngầmdo tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vikhuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốctrừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ pH nước ngầm khá thấp, thường daođộng từ 3 - 6

2 Thành phần nước mặt:a Nhiệt độ:

là yếu tố liên quan đến sự tồn tài và phát triển của các sinh vật thủy sinh, đồng thời lànhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước,ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan Qua đó ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch củanguồn nước tự nhiên nên những thay đổi của nhiệt độ ảnh hưởng nhiều mặt đến chấtlượng nước Nhiệt độ là yếu tố quyết định loài sinh vật nào chiếm ưu thế trong môi trường nước.(ở việt nam nhiệt độ nước dao động từ 13-34oC “theo trịnh xuân lai”)

Theo độ sâu, nhiệt độ phân thành 3 tầng rõ rêt:Tầng mặt, tầng chuyển tiếp và tầng đáy.Trong tầng mặt: nước có nhiệt độ cao nên tỷ khối thấp Do ảnh hưởng của gió nênnước trong tầng mặt xáo trộn mạnh làm cho nhiệt độ tương đối đồng đều, nồng độôxy hòa tan cao, tiếp nhận ánh sáng tốt nên quang hợp diễn ra mạnh mẽ Tầng này rấtthuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học.

Tầng chuyển tiếp: có nhiệt độ giảm rõ rệt theo độ sâu

Tầng đáy, nước không bị khuấy đảo và tách biệt với tầng mặt bởi tầng chuyển tiếp nênnồng độ oxy hòa tan thấp, ánh sáng mặt trời không xuyên tới Trong tầng này, quátrình phân hủy hữu cơ diễn ra trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân hủy có mùi vàđộc hại H2S, NH3

b Màu sắc

Màu của nước là do các chất tạo ra trong quá trình phân hủy các mảnh vụn hữu cơ nhưlá cây, gỗ hoặc các hợp chất vô cơ chứa Fe(III) khi có trong mẫu nước Những thànhphần gây màu tự nhiên trong nước dưới dạng những hạt keo mang điện tích âm , nêncó thể loại bỏ bằng quá trình đông tụ bởi muối của các ion kim loại hóa trị III như củaFe, Al Màu của nước do các chất lơ lửng tạo nên loại bỏ bằng phương pháp lọc Màucủa nước do các chất hòa tan tạo nên loại bỏ bằng phương pháp hóa lý kết hợp

Nước bị nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt và công nghiệp thường có màu xanh đậmhoặc màu đen.

Độ màu đo bằng đơn vị PtCo( Platin- coban) Nước tự nhiên có độ màu nhỏ hơn 200PtCo

Dựa vào màu nước để quyết định mức độ xử lý và lựa chon phương pháp xử lý, hóa

chất dùng trong xử lý(theo Trịnh Xuân Lai thì nước thiên nhiên thường có độ màu

thấp hơn 200 độ(ptCo))c Độ đục

Độ đục của nước là do trong nước có nhiều loại chất lơ lửng dạng keo hoặc dạng phântán thô bị cuốn trôi từ bề mặt lưu vực xuống thủy vực Độ đục xác định thông qua khảnăng lan truyền của ánh sáng qua nước Nó phản ánh mức độ ngăn trở ánh sáng xuyênqua nước của các chất lơ lửng vô cơ và hữu cơ Thông qua độ đục có thể đánh giá tìnhtrạng nhiễm bẩn của nước Đơn vị đo độ đục là NTU, Nước mặt có độ đục 20-100NTU Mùa lũ tới 500 NTU Nước cấp cho ăn uống nhỏ hơn 5 NTU

d Mùi vị

Nước ô nhiễm có mùi do các hợp chất hóa học chủ yếu các hợp chất hữu cơ hay cácsản phẩm từ phân hủy vật chất Nước bị ô nhiễm nặng do các chất hữu cơ có mùi hôithối rất khó chịu do các khí độc hại như SO2, H2S sản phẩm từ phân hủy yếm khí

e Độ dẫn điện

Độ dẫn điện tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao độngtheo nhiệt độ Dùng để đánh giá tổng lượng các chất khoáng hòa tan trong nước nướctinh khiết ở 20oc là 4,2 µs/m

chất rắn có mặt trong nước gồm chất rắn hòa tan và lơ lửng, trong đó quan trọng nhấtlà chất rắn lơ lửng

h Chất rắn lơ lửng

Lượng chất rắn lơ lửng là thông số đánh giá cường độ nước thải, hiệu quả của thiết bịxử lý Xác đinh dùng phương pháp lọc mẫu nước bằng chén Gút, sau đó đo khốilượng chất rắn có trong màng lọc của chén (mg/l)

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP

I CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC:

Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn nước Công trình thu nước mặt cócác dạng kết hợp hoặc phân ly, thu nước sát bờ bằng cửa thu hoặc thu nước giữa dòngbằng ống tự chảy, xiphông Công trình thu nước ngầm thường là giếng khoan, thunước từ nguồn nước ngầm mạch sâu có áp Chọn vị trí công trình thu nước dựa trên cơsở đảm bảo lưu lượng, chất lượng, độ ổn định, tuổi thọ công trình và thuận tiện choviệc bảo vệ vệ sinh nguồn nước.

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 lấynước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet thậm chí hàng chụckilomet Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp vớicông trình thu hoặc xây dựng riêng biệt Công trình thu nước sông hoặc hồ có thểdùng cửa thu và ống tự chảy, ống xiphông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửathu và ống tự chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạmxử lý Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có áp lựccao, bơm nước từ giếng khoan đến trạm xử lý

1 Hồ chứa và lắng sơ bộ

Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: tạo điều kiện thuận lợicho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tácđộng của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng củaoxy hòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồnnước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lýnước.

2 Song chắn rác và lưới chắn rác:

Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừvật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quảlàm sạch của các công trình xử lý Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có thể có kíchthước nhỏ như que tăm nổi, hoặc nhành cây non khi đi qua máy bơm vào các côngtrình xử lý có thể bị tán nhỏ hoặc thối rữa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu củanước Song chắn rác có cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn cỡ 8 hoặc 10, hoặctiết diện hình chữ nhật kích thước 6 x 50 mm đặt song song với nhau và hàn vàokhung thép Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 ÷ 50 mm Vận tốc nước chảy quasong chắn khoảng 0,4 ÷ 0,8 m/s Song chắn rác được nâng thả nhờ ròng rọc hoặc tờiquay tay bố trí trong ngăn quản lý Hình dạng song chắc rác có thể là hình chữ nhật,hình vuông hoặc hình tròn Lưới chắn rác phẳng có cấu tạo gồm một tấm lưới căngtrên khung thép Tấm lưới đan bằng các dây thép đường kính 1 ÷ 1,5 mm, mắt lưới 2 x2 ÷ 5 x 5 mm Trong một số trường hợp, mặt ngoài của tấm lưới đặt thêm một tấm

lưới nữa có kích thước mặt lưới 25 x 25 mm đan bằng dây thép đường kính 2 – 3 mmđể tăng cường khả năng chịu lực của lưới Vận tốc nước chảy qua băng lưới lấy từ0,15 ÷ 0,8 m/s Lưới chắn quay được sử dụng cho các công trình thu cỡ lớn, nguồnnước có nhiều Cấu tạo gồm một băng lưới chuyển động liên tục qua hai trụ tròn domột động cơ kéo Tấm lưới gồm nhiều tấm nhỏ nối với nhau bằng bản lề Lưới đượcđan bằng dây đồng hoặc dây thép không gỉ đường kính từ 0,2 ÷ 0,4 Mắt lưới kíchthước từ 0,3 x 0,3 mm đến 0,2 x 0,2 mm Chiều rộng băng lưới từ 2 ÷ 2,5 m Vận tốcnước chảy qua băng lưới từ 3,5 ÷ 10 cm/s, công suất động cơ kéo từ 2 ÷ 5 kW.

3 Bể lắng cát:

ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250 mg/l sau lưới chắn, các hạtcặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, có khả năng lắngnhanh được giữ lại ở bể lắng cát Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắngcác hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng2,5; để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặnnặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng.

4 lắng:

Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quátrình 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 lắngngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn16,3 mm/s Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn3.000 m3/ngày Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từdưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s Hiệu suất lắng của bể lắng đứngthường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20% Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giốngnhư bể lắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắngcủa bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằngnhựa Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằmngang và song song với nhau Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bểlắng lớp mỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang Diện tích bể lắng lớp mỏnggiảm 5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có ưuđiểm là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kếttủa 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 lênở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ.

5 Lọc:

Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vàoyêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước Quá trình lọc nước làcho 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 Saumột thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọcgiảm dần Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằngnước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc Tốc độ lọc làlượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thờigian (m/h) Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h) Để thực hiệnquá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc có nguyên tắc làm việc, cấu tạolớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau Thiết bị lọc có thể được phân loạitheo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạngcủa quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chânkhông (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới áp suất thủytĩnh của cột chất lỏng; …Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn không cần sửdụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Vật liệulọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâuhoặc than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địaphương 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 lắng tạo bông

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

1 Làm thoáng

Bản chất của quá trình làm thoáng là hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóasắt hóa trị II, mangan hóa trị II thành sắt hóa trị III, mangan hóa trị IV tạo thành cáchợp chất hydroxyl sắt hóa trị III và hydroxyl mangan hóa trị IV Mn(OH)4 kết tủa dễlắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng, lọc Làm thoáng để khử CO2, H2S cótrong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trìnhoxy hóa và thủy phân sắt và mangan, nâng cao công suất của các công trình lắng vàlọc trong quy trình khử sắt và mangan Quá trình làm thoáng làm tăng hàm lượng oxyhòa tan trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quátrình oxy hóa các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và mùi của nước Có haiphương pháp làm thoáng: Đưa nước vào trong không khí: cho nước phun thành tiahay thành màng mỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hay chonước phun thành tia và màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng

như ở các dàn làm thoáng cưỡng bức Đưa không khí vào nước: dẫn và phân phốikhông khí nén thành các bọt nhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọtkhí nổi lên, nước được làm thoáng Hỗn hợp hai phương pháp trên: làm thoáng bằngmáng tràn nhiều bậc và phun trên mặt nước.

Hình 2.2 quá trình làm thoáng

2 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 cótác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hóa sắt hòatan 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, pháhủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc.

3 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 khôngnổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ sốdiện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nênrất quan trọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ dolực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạtngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra do chuyểnđộng Brown và do tác động của sự xáo trộn Tuy nhiên, trong trường hợp phân tánkeo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mangtích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc cácion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng của cáchạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cầntrung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Cáchạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thànhbông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi làquá trình tạo bông Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ratheo các giai đoạn sau:

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

a Muối Nhôm

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

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 trìnhphản 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 NaAlO2vàAl2(SO4)3theotỷlệ (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 trườngcũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông.

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

c Chất Trợ Keo Tụ

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keotụ (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 trợkeo 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 thườngdùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly màcác chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)nhoặc polydiallyldimetyl-amon.

4 Khử trùng nước

Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt Trongnước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng Sau các quá trình xử lý cơhọc, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại Song để tiêudiệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước Hiện nay cónhiều 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,…

a 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 tạothành 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 bịtiêu 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-

b 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 conngười 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 rấtnhiều lần Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gâymùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol.

c Khử trùng bằng phương pháp nhiệt

Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền Đun sôi nước ở nhiệt độ 1000C có thể tiêudiệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độcao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệrất nhỏ Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh,nên chỉ dùng trong quy mô gia đình.

d 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 diệttrùng rất mạnh Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước Các tiacực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấutrúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt Hiệu quả khử trùngchỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng Sáttrùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước.

1 Trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong các nguồn nước