a. Nước dưới đất bị nhiễm mặn
Bên cạnh việc sử dụng các giải pháp quản lý, kiểm soát việc khai thác nước dưới đất như: chế độ khai thác hợp lý, cấp giấy phép khai thác nước dưới đất hay các biện pháp kĩ thuật như: khoan giếng đúng quy định, trám lấp giếng hư… nhằm hạn chế sự nhiễm mặn của nước dưới đất thì việc áp dụng các phương pháp như: chưng cất, đóng băng, điện phân, lọc nước qua màng bán thấm, chiết ly, trao đổi ion để khử mặn cũng đáng được quan tâm.
Sau đây là một số phương pháp thường gặp: Phương pháp trao đổi ion
Khử muối của nước bằng phương pháp trao đổi ion tức là lọc nước qua bể lọc H-cationit và OH-anionit. Khi lọc nước qua bể lọc H-Cationit, do kết quả trao đổi các cation của muối hòa tan trong nước với các ion H+ của hạt cationit, các muối hòa tan trong nước biến thành các axit tương ứng:
RH + NaCl → RNa + HCl
2RH + Na2SO4 → 2RNa + H2SO4
2RH + Ca(HCO3)2→ R2Ca + 2CO2↑ + 2H2O
Khi lọc tiếp, nước đã được khử cation ở bể H-Cationit, qua bể lọc OH-anionit, các hạt anionit sẽ hấp thụ từ nước các anion của các axit mạnh như Cl-, SO4
2-
(khí cacbonic được khử ra khỏi nước bằng làm thoáng trước khi cho vào bể OH-anionit) và nhả vào nước một số lượng tương đương anion OH-
[An]OH + HCl → [An]Cl + 2H2O
2[An]OH + H2SO4 → [An] 2SO4 + 2H2O Phương pháp thẩm thấu ngược
Thực chất của phương pháp này là: lọc nước qua màng bán thấm. Màng này chỉ cho nước đi qua còn các ion của muối hòa tan trong nước được giữ lại. Để lọc được nước qua màng này phải tạo ra một áp lực dư ngược với hướng di chuyển nước bằng thẩm thấu, nghĩa là tạo ra áp lực dư trong nước nguồn cao hơn áp lực thẩm thấu của nước qua màng, để nước đã được lọc qua màng không trở lại dung dịch muối do quá trình thẩm thấu.
b. Nước dưới đất có độ cứng cao
Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm thích hợp nhất.
Để làm mềm nước, người ta dùng các phương pháp sau:
- Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca2+ và Mg2+ tạo thành các hợp chất không tan trong nước
- Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước.
- Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc cationit có khả năng trao đổi Na+ hoặc H+ có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc.
- Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp hai trong ba phương pháp trên. - Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO)
Một số phương pháp thường gặp bao gồm: Phương pháp nhiệt
Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình phảnứng sau: 2HCO3 - → CO3 2- + H2O + CO2 Ca2+ + CO32-→ CaCO3 ↓
Nên Ca(HCO3)2→ CaCO3 ↓ + CO2 + H2O
Tuy nhiên, khi đun nóng nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm độ cứng cacbonat của nước, còn lượng CaCO3 hòa tan vẫn còn tồn tại trong nước.
Riêng đối với Mg, quá trình khử xảy ra qua hai bước. Ở nhiệt độ thấp (đến 180C) ta có phản ứng:
Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O
Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, MgCO3 bị thủy phân theo phản ứng: MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 ↓ + CO2
Phương pháp hóa chất
Trong thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý nước bằng hóa chất với mục đích kết hợp các ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước thành các hợp chất không tan dễ lắng và lọc. Các hóa chất thường dùng để làm mềm nước là vôi, sôđa Na2CO3, xút NaOH, trinatriphotphat (Na3PO4).
Chọn phương án làm mềm nước bằng hóa chất cần phải dựa vào chất lượng nước nguồn và mức độ làm mềm cần thiết. Trong một vài trường hợp có thể kết hợp làm mềm nước với khử sắt, khử silic, khử photphat…
Ngoài ra trong mỗi trường hợp cụ thể phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương pháp, đặc biệt là với phương pháp làm mềm bằng cationit. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi Ca(OH)2 Trình tự các phản ứng của quá trình này xảy ra như sau: 2CO2 + Ca(OH)2→ Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 ↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCO3 ↓ + 2H2O 2NaHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + Na2CO3 + H2O
Đây là phương pháp thông dụng nhất được áp dụng khi cần giảm cả độ cứng cần và độ kiềm của nước.
Làm mềm nước bằng vôi và sôđa (Na2CO3)
Trình tự các phản ứng của quá trình này xảy ra như sau: MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaSO4
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCl2
CaSO4 + Na2CO3→ CaCO3 ↓ + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + 2NaCl
Làm mềm nước bằng vôi và sôđa là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất kỳ của nước.
Làm mềm nước bằng trinatriphotphat (Na3PO4):
Trình tự các phản ứng của quá trình này xảy ra như sau: 3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaCl
3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2 ↓ + 3Na2SO4 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3
Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4→ Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3
Phương pháp này được áp dụng khi cần xử lý làm mềm nước thật triệt để, mà sử dụng vôi và sôđa chưa đem lại kết quả mong muốn.
(Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thủy (2006), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội)
c. Nước dưới đất có hàm lượng sắt vượt quá Tiêu chuẩn ăn uống
Có nhiều phương pháp khử sắt, tùy theo từng hàm lượng sắt có trong nước dưới đất mà chọn phương pháp khử sắt phù hợp nhất.
Các phương pháp thường dùng bao gồm: - Phương pháp oxy hóa – kết tủa - Phương pháp trao đổi ion - Phương pháp lọc màng Phương pháp oxy hóa – kết tủa
Áp dụng khi sắt trong nước tương đối cao, từ vài mg/l đến vài chục mg/l. Đây là lựa chọn đầu tiên mang tính nguyên tắc trong xử lý nước ngầm. Đây cũng là bước tiền xử lý cho các phương pháp xử lý sắt khác.
Làm thoáng khử sắt
Trình tự các phản ứng của quá trình này xảy ra như sau: Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2→ 4Fe(OH)3↓
Tốc độ phản ứng tăng khi giá trị pH của nước tăng và nồng độ O2 hòa tan tăng. Các phương pháp làm thoáng bao gồm:
- Làm thoáng đơn giản ngay trên bề mặt lớp vật liệu lọc: chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7 m, lỗ phun có đường kính từ 5-7 mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m3/m2.h. Lượng ôxy hoà tan trong nước sau khi làm thoáng ở nhiệt độ 250C lấy bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 250C lượng ôxy bão hoà bằng 8,1 mg/l).
- Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên: nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bậc hay nhiều bậc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lưu lượng tưới và chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 55% lượng ôxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 50%.
- Làm thoáng cưỡng bức: cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3/h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6 m3 cho 1m3nước. Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 75%.
Khử sắt bằng clo
Clo là chất oxy hóa mạnh. Khi cho clo vào trong nước có Fe2+, clo có thể thay thế O2 hòa tan trong nước để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+.
Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3↓ + CaCl2 + 6H+ + 6HCO3 - (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tốc độ oxy hóa bằng clo tăng nhanh khi giảm nồng độ ion H+, tức là khi tăng giá trị pH của nước. Tuy nhiên, ở giá trị pH 5, tốc độ oxy hóa của clo vẫn xảy ra nhanh và lớn hơn tốc độ oxy hóa của O2.
Khi trong nước có các hợp chất amoni hòa tan, clo sẽ kết hợp với chúng tạo thành chloramine, do đó quá trình oxy hóa sẽ chậm lại.
Khử sắt bằng vôi
Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH-, các ion Fe2+ thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống một phần, thế ôxy hoá khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đó Fe2+ dễ dàng chuyển hoá thành Fe3+. Sắt (III) hyđroxyt kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. Phương pháp này có thể áp dụng cho cả nước mặt và nước ngầm. Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho nên thường kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác như xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa.
Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng. Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước dưới đất không được tiếp xúc với không khí vì Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ion. Chỉ có hiệu quả khi nước có hàm lượng sắt tương đối thấp, thường nhỏ hơn 1 mg/l.
Phương pháp lọc màng
Các vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình ôxy hoá khử Fe2+ thành Fe3+ và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình diễn ra rất nhanh chóng và có hiệu quả cao. Cát đen là một trong những chất có đặc tính như thế. Phương pháp này được áp dụng khi hàm lượng sắt trong nước rất thấp, thường nhỏ hơn 0,3 mg/l, nước sau xử lý gần như không có sắt.
d. Nước dưới đất bị nhiễm vi sinh tương đối nặng
Để tiêu diệt được toàn bộ vi sinh vật, cần tiến hành các biện phápkhử trùngnước. Theo nguyên lý, các quá trình khử trùng có thể là lý học hoặc hóa học.
Các phương pháp lý học
Phương pháp nhiệt
Khi đun sôi nước ở 1000C 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 15 đến 20 phút. Để tiêu diệt được nhóm vi khuẩn bào tử này, cần đun sôi nước đến 1200C hoặc đun theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đi đến dưới 350C và giữ trong vòng hai giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó lại đun sôi nước một lần nữa.
Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng nên thường chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ.
Khử trùng bằng tia cực tím
Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm (nanometer). Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường. Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước.
Tia cực tim tác dụng làm thay đổi ADN của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254 nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất.
Phương pháp siêu âm
Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2 W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước.
Phương pháp lọc
Đại bộ phận vi sinh vật có trong nước (trừ siêu vi trùng) có kích thước 1 – 2 µm. Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1 µm có thể loại trừ được đa số vi khuẩn. Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, tấm sứ có khe rỗng cực nhỏ. Với phương pháp này, nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2 mg/l.
Khử trùng bằng các phương pháp vật lý, có ưu điểm cơ bản là không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước, không gây nên tác dụng phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép.
Các phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là: clo, brom, iod, clo dioxit, axit hypoclorit và muối của nó, ozone, kali permanganate, hydro peroxit. Do hiệu suất cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi ở mọi qui mô.
Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó
Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh.
Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào.
Tốc độ của quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng qua vỏ tế bào và động học của quá trình phân hủy men tế bào.
Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly.
Tốc độ khử trùng bị chậm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric
Cl2 + H2O → HOCl + HCl Hoặc ở dạng phương trình phân ly:
Cl2 + H2O 2H+ + OCl- + Cl-
Khi sử dụng clorua vôi làm chất khử trùng, phản ứng sẽ là: Ca(OCl)2 + H2O → CaO + 2HOCl
2HOCl → 2H+ + 2OCl- Khử trùng nước bằng iod
Iod là chất oxy hóa mạnh và thường được dùng để khử trùng nước ở các bể bơi. Là chất khó hòa tan nên iod được dùng ở dạng dung dịch bão hòa.
Độ hòa tan của iod phụ thuộc vào nhiệt độ nước.Ở 00C độ hòa tan là 100 mg/l. Ở 200C độ hòa tan là 300 mg/l.
Khi độ pH của nước nhỏ hơn 7, liều lượng iod sử dụng lấy từ 0,3 đến 1 mg/l. Nếu sử dụng liều lượng cao hơn 1,2 mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị iod.
Khử trùng bằng ozone
Ozone có công thức hóa học là O3. Ozone được sản xuất bằng cách cho oxy hoặc không khí đi qua thiết bị phóng tia lửa điện. Để cấp đủ lượng ozone khử trùng cho nhà máy xử lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm hai điện cực 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 ozone.
(Nguồn: Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, Nhà xuất bản Xây dựng)