2.3. Cơ sở thực tiễn
2.3.7. Các giải pháp xử lý nước sinh hoạt
* Làm mềm nước (khử độ cứng của nước)
Độ cứng của nước là số đo hàm lượng các ion kim loại Ca+ và Mg+ có trong nước. Độ cứng toàn phần là tổng hàm lượng các ion Ca+ và Mg+ tính cho một lít nước, bao gồm:
+ Độ cứng cacbonat (CO32-, HCO3-) bằng hàm lượng ion canxi và magiê
21
trong các muối cacbonat, hydro cacbonat canxi, magiê.
+ Độ cứng phi cacbonat (Cl-, SO42-,…) bằng tổng hàm lượng các ion canxi, magiê.
+ 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 số phương pháp đang được áp dụng:
- Phương pháp hóa học: Làm mềm nước bằng vôi Ca(OH)2
Đây là phương pháp thông dụng nhất nhằm khử độ cứng cacbonat, được áp dụng khi cần giảm cả độ cứng và độ kiềm của nước.
- Phương pháp nhiệt: Cơ sở của phương pháp này là dùng nhiệt để phần lớn các ion sẽ kết tủa ở dạng muối cacbonat không tan và bốc hơi khí cacbonic hòa tan trong nước.
Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
Tuy nhiên, khi đun nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm độ cứng của cacbonat của nước, còn lượng CaCO3 hòa tan vẫn tồn tại trong nước.
Riêng đối với Mg2+, quá trình khử xảy ra qua hai bước. Ở nhiệt độ thấp (đến 18°C) ta có phản ứng:
2Mg(HCO3) → MgCO3↓ + CO2↑ + H2O
Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, MgCO3 tiếp tục bị thủy phân theo phản ứng:
MgCO3 + H2O → Mg(OH)2↓ + CO2↑
Như vậy, bằng phương pháp nhiệt có thể giảm được độ cứng cacbonat một cách đáng kể. Nếu kết hợp phương pháp hóa học với phương pháp nhiệt, bông cặn tạo ra sẽ có kích thước to hơn và lắng nhanh hơn do độ nhớt của nước giảm khi nhiệt độ tăng và đồng thời giảm được lượng hóa chất cần sử
22
dụng. Thực tế ở các vùng có nước sinh hoạt bị nhiễm nước cứng, bà con thường đun sôi nước, để lắng sau đó gạn lấy nước trong để sử dụng. Tuy nhiên làm như vậy sẽ tốn chất đốt, hại dụng cụ đun, tốn nhiều thời gian mà không đảm bảo chất lượng. [4]
* Khử trùng nước
Có nhiều biện pháp khử trùng nước phổ biến hiện nay là:
+ Phương pháp khử trùng nước bằng nhiệt độ: Khi đun sôi nước ở 100°C đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt. Còn một số ít khi nhiệt độ tăng lên cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc. Chúng không bị tiêu diệt dù có đun sôi liên tục trong vòng từ 15 đến 20 phút. Để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn bào tử này, cần đun sôi nước đến 1200°C hoặc đun theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đi đến dưới 350°C và giữ trong vòng hai giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó lại đun sôi nước một lần nữa. Đây là phương pháp phổ biến, dễ làm nhưng tiêu tốn năng lượng. [4]
+ Dùng Clorua vôi: Ở trạm cấp nước quy mô nhỏ từ cấp xã trở xuống, do các doanh nghiệp địa phương tự thiết kế và xây dựng, biện pháp khử trùng nước phổ biến nhất là dùng dung dịch được pha chế bằng cách trộn bột clorua vôi (hypochlorite canxi) vào nước theo tỷ lệ nhất định bằng phương pháp thủ công. Biện pháp này đơn giản và dễ thực hiện nhất nhưng xét về mặt chất lượng khử trùng lại không đảm bảo vì các bột clorua vôi mua trên thị trường có thể chưa nhiều tạp chất hóa học khác.
+ Dùng tia cực tím (tia UV): Phương pháp chiếu tia cực tím hầu như không làm thay đổi thành phần hóa học của nước, có ưu điểm là không tạo nên những chất có thể gây mùi hoặc có hại cho con người, là phương pháp “sạch”
hơn cả song do có nhược điểm là yếu tố khử trùng chỉ có tác dụng tức thời tại
23
điểm mà tia cực tím có thể đạt tới nên nước có thể bị tái nhiễm khuẩn trong quá trình được vận chuyển theo đường ống từ nhà máy đến các điểm dùng nước.
Tia cực tím có tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254 nm có khả năng diệt vi khuẩn cao nhất. [21]
+ Dùng Hypoclorit natri (nước Javel): Từ các nhà máy hóa chất để khử trùng nước. Cách này không gây nguy hiểm và độc hại cho môi trường xung quanh trạm nước nhưng có nhược điểm là chi phí vận chuyển hóa chất cao và dung dịch bán sẵn thường có hà lượng cao (trên 10%) nên bị phân hủy nhanh không thể tích trữ lâu. Hiện nay ở nước ta ngoài một vài cơ sở sản xuất dung dịch hypochlorite natri từ muối bằng phương pháp điện phân dùng cho trạm cấp nước quy mô nhỏ từ nước ngoài, thiết bị WATERCHLO do trung tâm Phát triển công nghệ cao (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) chế tạo đã được nhiều trạm cấp nước sử dụng và đánh giá cao. Các chỉ số kỹ thuật của thiết bị cho phép giảm đáng kể quá trình sinh ra oxy cạnh tranh với quá trình sinh clo trong buồng phản ứng điện hóa; cấu tạo đặc biệt của buồng điện hóa đã tăng sự hòa trộn của khí clo và xút tạo ra trên các bản điện cực dẫn đến hiệu suất tạo hypochlorite natri trở nên cao hơn nhiều lần. [4]
+ Dùng Ozon: Phương pháp đưa ozon vào nước để khử trùng đòi hỏi phải có phương tiện để trộn ozon vào nước (như các bể hoặc tháp trộn có chiều cao nhất định). Ozon có công thức hóa học là O3, ozon được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng tia lửa điện. Để cấp đủ lượng ozon khử trùng cho nhà máy xử lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cục kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí chạy qua. Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa các điện cực để chuyển một phần oxy thành ozon. Do các bọt khí ozon không thể lưu lại trong nước trong quá trình nước
24
được chuyển theo đường ống lên tại các nhà máy nước, sau khi dùng ozon để khử trùng nước, trước khi bơm nước vào mạng đường ống người ta vẫn phải trộn một lượng clo hoạt tính nhất định vào nước.
+ Dùng Clo hơi qua thiết bị định lượng Clo: Khi khử trùng nước người ta hay dùng Clo nước tạo hơi và các hợp chất của Clo vì Clo là hóa chất được ngành công nghiệp dùng nhiều, có sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được, hiệu quả khử trùng cao. Song Clo lại là chất gây hại cho sức khỏe con người trong quá trình sử dụng không đúng quy cách sẽ phản tác dụng.
Khi dùng Clorua vôi xảy ra phản ứng như sau:
2CaCl2O + 2H2O → Ca(OH)2 + CaCl2 + 2HOCl
OCl- + H+ ↔ HCl + O
Số lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng một đơn vị khối lượng nước, biểu diễn bằng mg/l hay g/m3 gọi là liều lượng ClO. Đối với nước dưới đất lượng ClO đưa vào khoảng 0,7 ÷ 1,0 mg/l. Trong quá trình khử bằng ClO thường có một lượng ClO dư còn lại, nếu lượng này quá lớn cần phải khử bớt vì ClO có ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, người ta thường dùng than hoạt tính để hấp thụ ClO. Than hoạt tính có thể là than hoa, than bột. [4]
* Khử sắt, mangan và Asen
Nước giếng khoan, giếng đào đa phần bị nhiễm sắt và thường nhiễm ở mức độ tương đối cao. Việc khử sắt có ý nghĩa cực kỳ quan trọng vì loại bỏ asen, một chất vô cùng độc hại, phụ thuộc vào sự kết tủa của sắt có mặt trong nước. Một số mô hình khử sắt đang được áp dụng như giàn phun mưa kết hợp với bể lọc. [4]