3.1.3.1. Các chỉ tiêu về lý học
a.Nhiệt độ:
Nhiệt độ nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện mơi trường và khí hậu. Nhiệt độ cĩ ảnh hưởng khơng nhỏ đến các quá trình xử lý nướcvà nhu cầu tiêu thụ. Nước mặt thường cĩ nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ mơi trường. Nhiệt độ của nguồn
nước mặt dao động rất lớn (từ 4 ÷ 400C) phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn nước. Nước ngầm cĩ nhiệt độ tương đối ổn định (từ17÷ 270C).
b.Hàm lượng cặn khơng tan:
Được xác định bằng cách lọc một đơn vị thể tích nước nguồn qua giấy lọc, rồi đem sấy ở nhiệt độ (105÷1100C). Hàm lượng cặn của nước ngầm thường nhỏ (30÷50 mg/l), chủ yếu do cát mịn trong nước gây ra. Hàm lượng của nước sơng dao động rất lớn (20÷5000 mg/l), cĩ khi đến 30.000 mg/l. Cùng một nước, hàm lượng cặn dao động theo mùa, mùa khơ nhỏ, mùa lũ lớn. Cặn cĩ trong nước sơng là do các hạt sét, cát, bùn bị dong nước xĩi rử mang theo và các chất hữu cơ nguồn gốc động vật mục nát hồ tan trong nước. Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biện pháp xử lý đối với nguồn nước mặt. Hàm lượng cặn của nước nguồn càng cao thì việc xử lý càng phức tạp và tốn kém.
c. Độ màu:
Độ màu của nước thường do các chất bẩn trơng nước tạo nên. Các hợp chất sắt, mangan khơng hồ tan làm nước cĩ màu nâu đỏ; các chất mùn humic gây ra màu vàng; cịn các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay cơng nghiệp thường cĩ màu xanh hoặc đen.
Đơn vị đo của độ màu thường là độ thang màu theo platin-coban. Nước thiên nhiên thường cĩ độ màu thấp hơn 200 độ (PtCo). Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc. Trong khi đĩ, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hồ tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hố lý kết hợp.
d. Độ đục:
Nước là một mơi trường ánh sáng tốt, khi trong nước cĩ các vật lạ như các các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật… thì khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi. Nước cĩ độ đục lớn chứng tỏ cĩ chứa nhiều cặn bẩn. Đơn vị đo độ đục thường là mg SiO2/l. NTU, FTU; trong đĩ đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau. Nước mặt thường cĩ độ đục 20-100 NTU, mùa lũ cĩ khi cao đến 500-600 NTU. Nước dùng để ăn uống thường cĩ độ đục khơng vượt quá 5 NTU.
Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước.
e. Mùi vị:
Mùi trong nước thường do các hợp chất hố học, chủ yếu là các hợp chất hưu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân huỷ vật chất gây nên. Nước thiên nhiên cĩ thể cĩ mùi đất, mùi tanh, mùi thối. Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo cĩ thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol.
Tuỳ theo thành phần và hàm lượng các muối khống hồ tan nước cĩ thể cĩ các vị mặn, ngọt, chát, đắng…
f.Độ nhớt:
Độ nhớt là đại lượng biểu thị ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau. Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nĩ đĩng vai trị quan trọng trong quá trình xử lý nước. Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hào tan trong nước tăng, và giảm khi nhiệt độ tăng.
g.Độ dẫn điện:
Nước cĩ tính dẫn điện kém. Nước tinh khiết ở 200C cĩ độ dẫn điện là 4,2
S/mạng lưới. Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khơng hồ tan trong nước, và dao động theo nhiệt độ.
Thơng số này thường được dùng để đánh giastoongr hàm lượng chất khống hồ tan trong nước.
h.Tính phĩng xạ:
Tính phĩng xạ của nước là do sự phân huỷ các chất phĩng xạ cĩ trong nước tạo nên. Nước ngầm thường nhiễm các chất phĩng xạ tự nhiên, các chất này cĩ thời gian bán phân huỷ rất ngắn nên thường vơ hại. Tuy nhiên khi bị nhiễm bẩn phĩng xạ từ nước thải và khơng khí thì tính phĩng xạ của nước cĩ thể vượt quá giới hạn cho phép.
3.1.3.2. Các chỉ tiêu về hĩa học
a.Hàm lượng cặn tồn phần (mg/l):
Bao gồm tất cả các các chất vơ cơ và hữu cơ cĩ trong nước, khơng kể các chất khí. Cặn tồn phần được xác định bằng cách đun cho bốc hơi một dung tích nước nguồn nhất định và sấy khơ ở nhiệt độ 105÷110 oC đến khi trọng lượng khơng đổi.
b.Độ cứng của nước:
Là đại lượng biểu thị hàm lượng các muối của canxi bà magie cĩ trong nước. cĩ thể phân biệt thành 3 loại độ cứng: độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh cửu và độ cứng tồn phần.
• Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng các muối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie cĩ trong nước.
• Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tồng hàm lượng các muối cịn lại của canxi và magie cĩ trong nước.
• Độ cứng tồn phần là tổng của 2 loại độ cứng trên. Độ cứng cĩ thể được đo bằng độ Đức, kí hiệu là 0dH 10dH = 10 mg CaO = 7.14 MgO
Hoặc cĩ thể đo bằng mđlg/l 1 mđlg/l = 2.80dH
Nước cĩ độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt và sản xuất: giặt quần áo tốn xà phịng, nấu thức ăn lâu chín, gây đĩng cặn nồi hơi, giảm chất lượng sản phẩm.
c.Độ pH của nước:
Đặc trung bởi nơng độ ion H+ trong nước (pH = -lg[H+]). Tính chất củ nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH. Khi pH = 7 nước cĩ tính trung tính, pH < 7 nước mang tính acid và khi pH > 7 nước cĩ tính kiềm. Nước nguồn cĩ độ pH thấp sẽ gây khĩ khăn cho quá trình xử lý nước.
d.Độ kiềm của nước (mđlg/l):
Độ kiềm tồn phần bao gồm tổng hàm lượng các ion bicacbonat, cacbonat, hydrocid và anion các muối của các acid yếu
Khi nước thiên nhiên cĩ độ màu lớn hơn 40 độ (PtCo), độ kiềm tồn phần sẽ bao gồm cả độ kiềm do muối của các acid hữu cơ gây ra.
Độ kiềm riêng phần: độ kiềm bicacbonat hay độ kiềm hydrat.
Độ kiềm nước cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lý nước. Vì thế trong một số trường hợp nước nguồn cĩ độ kiềm thấp, cần thiết phải bổ sung hố chất để kiềm hố nước.
e.Độ oxy hố (mg/l O2 hay KmnO4):
Là lượng oxy cần thiết để oxy hố hết các hợp chất hữu cơ cĩ trong nước. Chỉ tiêu oxy hố là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Độ oxy hố của nước càng cao, chứng tỉ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng.
f.Hàm lượng sắt (mg/l):
Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (III). Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hồ tan các muối bicacbonat, sunfat, clorua, đơi khi ở dưới dạng keo của acid humic hoặc keo silic. Khi tiếp xúc với oxy hoặc các chất oxy hố, sắt (II) bị oxy hố thành sắt (III) và kết tủa thành bơng cặn Fe(OH)3 cĩ màu nâu đỏ.
Nước ngầm thường cĩ hàm lượng sắt cao, đơi khi lên tới 30 mg/l hoặc cĩ thể cịn cao hơn nữa.
Nước mặt chứa sắt (III) ở dạng keo hữu cơ hoặc cặ huyền phù, thường cĩ hàm lượng khơng cao và cĩ thể khử sắt kết hợp với cơng nghệ khử đục.
Việc tiến hành khử sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngầm. Khi trong nước cĩ hàm lượng sắt > 0.5 mg/l, nước cĩ mùi tanh khĩ chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp và làm giảm tiết diện vận chuyển nước của đường ống.
g.Hàm lượng mangan (mg/l):
Mangan thường được gặp trong nước ngầm ở dạng mangan (II), nhưng với hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều. Tuy vậy, với hàm lượng mangan > 0.05 mg/l đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt. Cơng nghệ khử mangan thường kết hợp với khử sắt trong nước.
h.Các hợp chất của acid silic (mg/l):
Thường gặp trong nước thiên nhiên ở dạng keo hay ion hồ tan, tuỳ thuộc vào độ pH của nước. nồng độ acid silic trong nước cao gây khĩ khăn cho việc khử sắt. Trong nước cấp cho nồi hơi áp lực cao, sự cĩ mặt của hợp chất acid silic rất nguy hiểm do cặn silicat lứng đọng treent hành nồi.
i.Các hợp chất chứa nitơ (mg/l):
Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng nitrit (HNO2), nitrat (HNO3) và aminiac (NH3). Các hợp chất chứa nitơ cĩ trong nước chứng tỏ nước đã bị nhiễm bẩn bởi các nước thải sinh hoạt. Khi mới bị nhiễm bẩn trong nước cĩ cả nitrit, nitrat và aminiac. Sau một thời gian, amoniac và nitrit bị oxy hố thành nitrat. Việc sử dụng các loại phân bĩn nhân toạ cũng làm tăng hàm lượng amoniac trong nước thiên nhiên.
j.Hàm lượng sunfat và clorua (mg/l):
Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng các muối natri, canxi, magie và acid H2SO4, HCl.
Hàm lượng ion cĩ trong nước lớn (> 250 mg/l) làm cho nước cĩ vị mặn. Các nguồn nước ngầm cĩ hàm lượng clorua lên tới 500 ÷ 1000 mg/l cĩ thể gây bệnh thận. Nước cĩ hàm lượng sunfat cao (> 250 mg/l) cĩ tính độc hại cho sức khoẻ con người. Lượng Na2SO4 cĩ trong nước cao cĩ tính xâm thực đối với bêtơng và ximăng pooclăng.
k.Iod và fluo (mg/l):
Thường gặp trong nước dưới dạng ion vafc húng cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Hàm lượng fluo cĩ trong nước ăn uống nhỏ hơn 0.7 mg/l dễ gây bệnh
đau răng, lớn hơn 1.5 mg/l sinh hỏng men răng. Ở những thiếu iod thường xuất hiện bênh bướu cổ, ngược lại nếu nhiều iod quá cũng gây tác hại cho sức khoẻ.
l.Các chất khí hồ tan (mg/l):
Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn. Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, phân rác. Khi nước cĩ H2S làm cho nước cĩ mùi trứng thối khĩ chịu và ăn mịn kim loại. Hàm lượng O2 hồ tan trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, đặc tính của nguồn nước. Các nguồn nước mặt thường cĩ hàm lượng oxy hồ tan cao do cĩ bề mặt thống tiếp xúc trực tiếp với khơng khí. Nước ngầm cĩ hàm lượng oxy hồ tan rất thấp hoặc khơng cĩ, do các phản ứng oxy hố khử xảy ra trong lịng đất đã tiêu hao hết oxy. Khí CO2 hồ tan đĩng vai trị quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên. Trong kĩ thuậ xử lý nước, sự ổn định nước cĩ vai trị rất quan trọng. Việc đánh giá ổn định trong sự ổn định nước được thực hiện bằng cách xác định hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự do.
3.1.3.3. Các chỉ tiêu về sinh học
Trong nước thiên nhiên cĩ rất nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, trong đĩ cĩ các loại vi trung gây bệnh rất nguy hiểm đĩ là: kiết lị, thương hàn, dịch tả, bại liệt… Việc xác định sự cĩ mặt của các loại vi trùng gây bệnh này thường rất khĩ khăn và mất nhiều thời gian do sự đa dạng về chủng loại.
Mặc dù cĩ nhiều lồi vi sinh tồn tại trong nước cĩ thể gây bệnh nhưng khi đánh giá chất lượng nước, người ta khơng phân tích chi tiết mà chỉ chú ý đến những dạng chỉ thị. Đĩ là các dạng coli tổng số và coli phân. Coli phân thường sống trong đường ruột của người và động vật, thích nghi với nhiệt độ cao hơn các vi khuẩn khác. Do đĩ sau khi xử lý, nếu trong nước khơng cịn phát hiện thấy coli, chứng tỏ các loại vi khuẩn gây bênh khác đã bị tiêu diệt. Mặt khác, việc xác định vi khuẩn coli đơn giản và nhanh chĩng nên chúng được chọn làm vi khuẩn đặc trưng để xác định mức độ ơ nhiễm của nguồn nước.
3.1.3.4. Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp
Nước cấp cho sinh hoạt phải đảm bảo khơng cĩ vi sinh vật gây bệnh, nồng độ các chất độc,các chất gây bệnh mãn tính phải đạt tiêu chuẩn. Độ trong, độ mặn, mùi vị và tính ổn định phải cao.
Bảng 1: Chất lượng nước cấp cho sinh hoạt, ăn uống
Các chỉ tiêu về chất lượng nướcĐối với các đơ thị Đối với các trạm lẻ và nơng thơn
Độ trong, sneller (cm) >30 >25
Độ màu, thnag màu cobalt (độ)< 10 < 10 Mùi, vị (đậy kín sau khi đun
400÷500) Khơng Khơng
Hàm lượng cặn khơng tan (mg/l) 3 20
Hàm lượng cặn sấy khơ (mg/l)< 1000 < 1000
Độ pH 6.5 – 8.5 6.5 – 9.5
Độ cứng tồn phần (0dH) < 12 < 15
Muối mặn (mg/l): vùng ven biển Vùng nội địa < 400 70 – 100 < 500 70 – 100 Nitrat (mg/l) < 6 < 6 Nitrit (mg/l) 0 0
Amoniac (mg/l): đối với nước mặt
Đối với nước ngầm
0 < 3 0 < 3 Sunfua hydro (mg/l) 0 0 Chì (mg/l) < 0.1 < 0.1 Acsen (mg/l) < 0.05 < 0.05 Đồng (mg/l) < 3 < 3 Kẽm (mg/l) < 5 < 5 Sắt (mg/l) < 0.3 < 0.8 Mangan (mg/l) < 0.2 < 0.3 Fluo (mg/l) 0.7 ÷ 1.5 0.7 ÷ 1.5 Iod (mg/l) 0.005 ÷ 0.007 0.005 ÷ 0.007 Chất hữu cơ (mg/l) 0.5 ÷ 2 2 ÷ 6 Canxi 75 ÷ 100 100 ÷ 200 Photphat (mg/l) 1.2 ÷ 2.5 1.2 ÷ 2.5 Crom (mg/l) Cĩ vết Cĩ vết Xianua (mg/l) Cĩ vết Cĩ vết Dẫn xuất phenol (mg/l) 0 0
Clo dư (mg/l): đầu nguồn Cuối nguồn
0.5 ÷ 1 >0.05
0.5 ÷ 1 >0.05 Chỉ số vi khuẩn đường ruột coli < 20 < 20
(con/l nước)
Vi khuẩn kị khí trong 1 ml nước0 0
b.Tiêu chuẩn nước cấp cho sản xuất:
Chất lượng nước cấp cho sản xuất đồi hỏi rất khác nhau, tuỳ thuộc và mục đích sử dụng của mỗi ngành cơng nghiệp cĩ thể chia ra các loại như sau:
Nước cấp cho ngành cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp dệt, giấy, phim ảnh… yểu cầu chất lượng đạt được như nước ăn uống, sinh hoạt.
Nước để làm nguội gần như là nhu cầu chung của rất nhiều ngành cơng nghiệp và chiếm một số lượng rất lớn (ví dụ: làm nguội các thiết bị hố chất các lị đúc gang, thiết bị ngưng tụ của nhà máy và tuốc bin hơi, thiết bị làm nguội khơng khí.. ) nước làm nguội yêu cầu hàm lượng cặn và độ cứng tạm thời nhỏ và nhiệt độ càng tháp càng tốt.
Nước cấp cho nồi hơi yêu cầu chất lượng cao. Nước khơng được cĩ cặn, độ cứng tồn phần phải rất nhỏ. (Đối với nồi hơi cĩ áp lực 13 ÷ 16 at, độ cứng tồn phần khơng được quá 0.10dH. nồi hơi cĩ áp lực 52 at, độ cứng tồn phần nhỏ hơn 0.050dH và nồi hơi cĩ áp lực lớn hơn 112 at, độ cứng tồn phần luơn phải nhỏ hơn 0.010dH). Ngồi ra phải hạn chế tới mức thấp nhất sự cĩ mặt của các hợp chất acid silic (H2SiO3).
3.2. Tổng quan về xử lý nước cấp
3.2.1. Chọn nguồn nước
Chất lượng nguồn nước cĩ một ý nghĩa rất quan trọng cho quá trình xử lý nước, do vậy trong những điều kiện cho phép, cần chọn nguồn nước cĩ chất lượng nước tốt nhất để cĩ được hiệu quả cao trong quá trình xử lý.
Bảng 2: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước
Chỉ tiêu Rất tốt Tốt Xấu Rất xấu
BOD5 (mg/l) 0.75 – 1.5 1.5 – 2.5 2.5 - 4 > 4 Coliform/100 ml 50 – 100 1000 – 5000 5000 – 2000 >2000
pH 6 – 8.5 5 – 6 3.8 – 5 < 3.8
Clo (mg/l) < 50 50 – 250 250 – 600 >600
Fluo (mg/l) < 1.5 1.5 – 3 <3
Chất lượng nước nguồn quyết định dây chuyền xử lý. Lựa chọn một dây chuyền xử lý nước phải phù hợp với từng nguồn nước. Cơng nghệ xử lý cho nguồn nước cụ thể phải mang tính khả thi. Các phân tích về háo học, lý học, vi sinh cần thiết để cĩ đủ thơng tin về nguồn nước và để thấy được các điều kiện tiếp theo. Dựa vào hướng dẫn về các tiêu chuẩn chung, các thơng số cần chú ý khi chọn nguồn nước bao gồm:
Nồng độ cặn lơ lửng trong nước quyết định nhiều đến dây chuyền cơng nghệ. Một phần dựa vào số này người ta quyết định nên sử dụng quá trình keo tụ tạo bơng khơng, cĩ cơng đoạn lắng khơng hay là phải cĩ tất cả các quá trình thơng thường.