Các loại rong tảo trong nước làm cho nước có màu xanh. Trong nước có rất nhiều loài rong tảo sinh sống. Rong tảo tồn tại trong nước mặt có 4 nhóm chính là tảo lục, tảo lam, tảo hai nhân và tảo có đuôi. Các loài gây hại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và nhóm tảo đơn bào. Trong xử lý nước cấp, hai loài tảo này thường đi qua bể lắng và đọng lại trên bề mặt lọc làm cho tổn thất áp lực trong bể tăng nhanh, chu kỳ rửa lọc càng nhỏ. Khi phát triển trong đường ống dẫn nước, chúng có thể làm tắc đường ống đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình quang hợp, hô hấp tạo ra khí cacbônic.
Để ngăn ngừa và tiêu diệt tảo trong nước, ta có thể dùng các biện pháp như giảm cường độ ánh sáng bằng cách che đậy các bể chứa nước, giảm chất dinh dưỡng trong nguồn nước và sử dụng hóa chất đê phá hủy cấu trúc tế bào.
II.2. Đặc điểm và thành phần của nguồn nước sông Cẩm Lệ và đầu bài thiết kế:
Khí hậu miền trung chia hai mùa rỏ rệt trong năm. Khu vực quận Cẩm Lệ có khí hậu giống như khí hậu của thành phố Đà Nẵng: khí hậu nắng - khô - nóng, một năm có hai mùa rỏ rệt: mùa khô và mùa mưa. Tính chất của nguồn nước thay đổi theo mùa: tương đối ổn định vào mùa khô, rất biến động vào mùa mưa (thời gian có mưa nhiều trong năm thường kéo dài từ khoảng tháng 8 đến khoảng tháng 11). Nguồn nước sông thường bị nhiễm mặn vào mùa khô hạn (do nước biển theo thuỷ triều xâm nhập). Nhiễm bẩn do chất thải sinh hoạt, xác và phân súc vật, phân bón ruộng,... Do chưa có tường rào bảo vệ khu vực lân cận nguồn nước gây nên sự thâm nhập mầm bệnh tiềm năng trong mùa mưa.Nguy cơ nhiễm bẩn do chất thải công nghiệp hiện chưa đáng kể do không có sự hiện diện của các nhà máy công nghiệp trong khu vực xung quanh nguồn nước. Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản (vàng,..) ở các khu vực thượng nguồn có thể là mối nguy cơ đối với nguồn nước trong tương lai. Chất lượng nguồn nước sông Cẩm Lệ trong thời gian gần đây đã có chuyển biến xấu hơn so với cách đây 5 năm: độ đục tăng cao (do việc phá rừng, khai thác cát), độ cứng giảm thấp, pH thấp và đặc biệt xâm nhập mặn gia tăng. Sự tích tụ mangan (Mn) (thể hiện sự gia tăng nồng
độ Mn đo được trong nguồn nước thô trong những năm gần đây) do sự hiện diện ngày càng nhiều các giếng khoan nước ngầm của người dân và các đập ngăn nước nơi thượng nguồn để tưới tiêu.
Bảng II.1. Chất lượng nước sông Cẩm Lệ
TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
Tiêu chuẩn chất lượng nước Việt
Nam
1 Màu Pt - Co 428 ≤ 5
2 Độ đục N.T.U 107 ≤ 2
3 Cặn lơ lửng mg/l 117 ≤ 5
4 TDS mg/l 27,6 ≤ 1000
5 Hữu cơ axit mg/l 1,12 ≤ 2
6 pH - 7,21 6,5 – 8,5 7 Nhiệt độ 0C 25,7 < 40 8 Độ dẫn điện EC / S cm µ 51,3 µS cm/ 9 Độ kiềm mg/l 45 ≤ 200 10 Độ cứng mg/l 24 ≤ 300 11 COD mg/l 262 12 Fe toàn phần mg/l 1,37 ≤ 0,5 13 Fe2+ mg/l 0.62 13 HCO3- mg/l 535 14 NO3- mg/l 4 ≤ 50 15 NH4+ mg/l 1,9 ≤ 1,5 16 SO42- mg/l 23 ≤ 250 17 PO43- mg/l 0 ≤ 2,5 18 Mn mg/l 0,126 ≤ 0,5 19 MnO4- mg/l 0,272
20 Ca2+ mg/l 6,5
21 Pb mg/l 0 ≤ 0,01
22 As mg/l 0 ≤ 0,01
23 Hg mg/l 0 ≤ 0,001
24 E.coli SL/100ml mẫu 0 0
II.3. Các phương pháp xử lý nước cấp cho sinh hoạt: II.3.1. Hồ chứa và lắng sơ bộ: [7-40]
Trước khi dẫn nước vào dây chuyền xử lý, người ta lưu nước trong một thời gian dài trong hồ với mục đích:
Tạo quá trình lắng tự do của các hạt cặn và các kim loại nặng có nồng độ cao trong nước thô không tách được bằng quá trình keo tụ như côban, niken, xianua, chì, cadimi và các kim loại độc hại khác cũng được lắng xuống đáy.
Xúc tiến quá trình làm sạch tự nhiên để tách được phần lớn các chất hữu cơ có kích thước nhỏ và tạp chất vô cơ.
Có thể dùng biện pháp trao đổi khí nhân tạo để tăng hàm lượng ôxy hòa tan trong nước để xúc tiến quá trình tự làm sạch.
Xử lý sơ bộ bằng dịch vôi để duy trì độ cứng của nước từ 8,5 − 9,0 odH.
Tóm lại, nhờ các quá trình hóa, lý, sinh học tự nhiên xảy ra trong hồ nên chất lượng nước hồ trở nên tốt hơn nguồn nước đã đưa vào hồ. Nhờ bổ
sung quá trình nhân tạo nên nồng độ tảo thấp, độ cứng và nồng độ kim loại độc hại giảm đi, làm giảm chi phí xử lý cho giai đoạn xử lý tiếp theo.
II.3.2. Song chắn và lưới chắn rác:
Song chắn và lưới chắn rác được đặc ở cửa dẫn nước vào công trình thu nước làm nhiệm vụ loại trừ những vật trôi nổi, vật trôi lơ lửng trên dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý nước. Những vật trôi nổi có kích thước nhỏ khi lột qua song chắn, lưới chắn có thể bị tán nhỏ hoặc bị thối rửa làm tăng độ đục và độ màu của nước.
II.3.3. Quá trình ôxy hóa sơ bộ: [7-44]
Trong một số trường hợp, quá trình ôxy hóa sơ bộ có tác dụng nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý tiếp theo như khử phenol mà quá trình keo tụ không thể khử được, tăng hiệu suất tách trong quá trình tiếp theo, giảm số lượng tảo trong nước, tăng cường độ trong quá trình keo tụ tạo bông với các hợp chất như đất, vi trùng, tảo, chất mùn humic, tăng chất lượng nước lọc.
Trong xử lý nước, hiện nay người ta thường dùng ôzôn để làm chất ôxy hóa sơ bộ. Clo là một chất có thể thực hiện quá trình ôxy hóa nhưng không được dùng vì clo có thể tác dụng với các chất hữu cơ trong nước tạo thành các hyđrocacbon clorua gây nguy hiểm cho người sử dụng nước.
DOC + Cl2 → THM (Tri Halogen Methan)
DOC : Disoloed Organic Carbon (Cacbon hữu cơ hòa tan).
II.3.4. Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn: [7-131]
Tạp chất trong nước thiên nhiên thường đa dạng về chủng loại và kích thước. Chúng có thể là các hạt sét, mùn, sinh vật phù du, sản phẩm hữu cơ phân hủy ... Kích thước hạt dao động từ vài phần triệu milimet đến vài milimet. Các biện pháp xử lý cơ học như lắng, lọc, tuyển nổi chỉ có thể loại bỏ được các hạt có kích thước lớn hơn 10−4 mm. Vì vậy, để đạt được hiệu quả xử lý thì cần phải áp dụng phương pháp xử lý hóa học. Đó là phương pháp keo tụ.
Keo tụ là phương pháp xử lý nước có dùng hóa chất. Trong đó các hạt keo lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn hơn và có thể tách chúng ra khỏi nước bằng các biện pháp lắng, lọc hay tuyển nổi.
Các chất keo tụ thường được dùng trong xử lý nước là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng dung dịch hòa tan, các chất điện li hay các hợp chất cao phân tử...
Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông:
Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước với nồng độ cao, các iôn sẽ chuyển dịch từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và làm tăng diện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện. Mức giảm điện thế phụ thuộc vào nồng độ và hóa trị của iôn trái dấu đưa vào. Nồng độ và hóa trị của ion trái dấu đưa vào càng cao thì quá trình trung hòa điện tích càng nhanh, lực đẩy tĩnh điện giảm. Đến một lúc nào đó, lực hút Van der Walls thắng lực đẩy tĩnh điện, các hạt keo xích lại gần nhau, kết dính với nhau và tạo thành bông keo tụ.
- Cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích:
Các hạt keo cũng hấp phụ lên bề mặt các ion dương trái dấu, làm thay đổi điện tích bề mặt hạt keo. Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion tích điện cao được hấp phụ gây ra sự trung hòa điện tích như các hydroxyt kim loại tích điện dương, các polime hữu cơ cation và các ion kim loại hóa trị cao. Các ion này phá vỡ trạng thái bền của hệ keo nhờ hai cơ chế đồng thời nói trên làm giảm thế điện động zeta, giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo đièu kiện cho các hạt keo két dính vào nhau. Trong đó cơ chế háp phụ - trung hòa điện tích đóng vai trò đáng kể.
Lượng iôn trái dấu đưa vào chỉ có hiệu quả tối ưu ở một giá trị nào đó. Khi lượng iôn trái dấu đưa vào vượt giá trị đó sẽ xảy ra hiện tượng tái ổn
định của hệ keo trong nước, thúc đẩy quá trình tích diện trở lại, làm tăng thế điện động zeta và hiệu quả của quá trình keo tụ giảm đi.
- Cơ chế hấp phụ - bắc cầu:
Khi sử dụng chất keo tụ là các hợp chất polime, nhờ cấu trúc mạch dài, các đoạn phân tử polime hấp phụ lên bề mặt keo tạo ra cầu nối với nhau hình thành bông keo tụ lớn làm tăng khả năng lắng của các hạt keo.
Khả năng tạo bông keo tụ nhờ cơ chế bắt cầu phụ thuộc vào nhóm polime và hạt keo trong nước, phụ thuộc vào quá trình hấp phụ chất polime lên bề mặt keo cũng như số lượng polime có trong dung dịch. Thông thường lượng polime đưa vào dung dịch khoảng 1 mg/lít. Nồng độ tối đa bổ sung thường tỉ lệ thuận với nồng độ hạt keo trong dung dịch và đúng hơn là tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt các hạt keo có trong dung dịch.
Quá trình tạo bông keo với các polime nhờ cơ chế bắt cầu có thể được thực hiện qua các bước sau:
Phân tán dung dịch polime vào trong hệ huyền phù; Vận chuyển polime trong hệ tới bề mặt hạt;
Hấp phụ polime lên bề mặt hạt;
Hiệu quả của quá trình keo tụ với polime nhờ cơ chế bắt cầu phụ thộc vào trọng lượng phân tử polime. Khi tăng trọng lượng phân tử của polime, độ hòa tan của polime giảm đi và dung dịch sẽ có độ nhớt cao, liều lượng dung dịch polime tối ưu sẽ cao và bông cặn tạo ra lớn hơn nên bông cặn dễ lắng hơn.
- Cơ chế keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng:
Các ion kim loại hóa trị cao sử dụng trong quá trình keo tụ như Al3+, Fe3+, tạo ra trong nước các sản phẩm thủy phân khác như Fe2(OH)24+, Al3(OH)45+, Fe(OH)2+, AI13(OH)345+, Al7(OH)174+, Al(OH)2+, Al(OH)4-, Fe(OH)4-...Ở các giá trị cao và thấp của pH, các liên kết này tồn tại và tích điện nhưng ở giá trị pH trung bình nào đó thì chỉ tồn tại các hydroxyt nhôm và sắt tạo ra và lập tức chúng lắng xuống. Trong quá trình lắng, chúng kéo theo các bông cặn và tạp chất có trong hệ huyền phù như các hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất hữu cơ, chất mang mùi vị tồn tại ở trạng thái hòa tan hay lơ lửng. Nó có thể tách được nhiều loại keo và điều đặc biệt của cơ chế này là không phụ thuộc vào quá trình tạo bông keo tụ nói trên và không có sự tái ổn định trạng thái như các cơ chế khác.
Các bước thực hiện một quá trình keo tụ:
Phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo.
Tạo ra bông keo có kích thước nhỏ nhờ gradien vận tốc lớn. Tạo ra bông keo lớn nhờ gradien vận nhỏ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông:
- Độ pH của nước:
Đối với mỗi loại chất keo tụ khác nhau thì dãy pH hoạt động và pH tối ưu khác nhau. Vì vậy, pH ảnh hưởng lớn đến quá trình keo tụ tạo bông.
- Gradien vận tốc và thời gian của quá trình khuấy trộn:
Quá trình keo tụ tạo bông được thực hiện qua 2 giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là quá trình hòa trộn hóa chất keo tụ vào nước, phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo và tạo ra những bông keo nhỏ. Giai đoạn này cần gradien vận tốc lớn, tốc độ khuấy trộn cao trong thời gian ngắn. Giai đoạn thứ hai là giai đoạn tạo bông. Giai đoạn này tạo ra những bông cặn lớn dễ lắng. Giai đoạn tạo bông cần gradien vận tốc nhỏ, tốc độ khuấy trộn chậm trong thời gian dài để tạo điều kiện cho các bông keo nhỏ tiếp xúc vào bám dính vào nhau tạo nên các bông keo lớn dễ lắng.
Liều lượng phèn cho vào nước nếu ít thì quá trình keo tụ không đạt hiểu quả. Nếu hàm lượng phèn cho vào quá nhiều thì sẽ lãng phí và gây ảnh hưỡng ngược lại đối với quá trình keo tụ tạo bông.
II.3.5. Quá trình lắng:
Lắng là quá trình tách cặn lơ lửng trong nước bằng các biện pháp cơ học. Có nhiều biện pháp để thực hiện quá trình tách cặn lơ lửng trong nước.