Các phương phương pháp xử lý nước

[Admin]

Các
phương phương pháp xử lý nước
Nhìn chung, quá trình xử lý nước cấp chủ yếu xử dụng các biện pháp sau:

- Biện pháp cơ học: hồ chứa và lắng sơ bộ, song chắn rác, lưới chắn rác,
bể lắng, bể lọc.
- Biện pháp hóa học: dùng phèn làm chất cao tụ, dùng vôi để kiềm hóa
nước, cho clo vào nước để khử trùng.
- Biện pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử
ngoại, sóng siêu âm. Điện phân nước biển để khử muối. Khử khí CO2 hòa
tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng.

Các phương phương pháp xử lý nước
Nhìn chung, quá trình xử lý nước cấp chủ yếu xử dụng các biện pháp sau:

- Biện pháp cơ học: hồ chứa và lắng sơ bộ, song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc.
- Biện pháp hóa học: dùng phèn làm chất cao tụ, dùng vôi để kiềm hóa nước, cho clo vào nước để khử trùng.
- Biện pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử
ngoại, sóng siêu âm. Điện phân nước biển để khử muối. Khử khí CO2 hòa
tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng.

3.1 XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

3.1.1 Hồ chứa và lắng sơ bộ

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

3.1.2 Song chắn và lưới chắn rác

Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm
vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các
thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý. Vật nổi
và vật lơ lửng trong nước có thể có kích thước nhỏ như que tăm nổi,
hoặc nhành cây non khi đi qua máy bơm vào các công trình xử lý có thể bị
tán nhỏ hoặc thối rữa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu của nước.

Song chắn rác có cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn cỡ 8 hoặc 10,
hoặc tiết diện hình chữ nhật kích thước 6 x 50 mm đặt song song với
nhau và hàn vào khung thép. Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 ÷ 50
mm. Vận tốc nước chảy qua song chắn khoảng 0,4 ÷ 0,8 m/s. Song chắn rác
được nâng thả nhờ ròng rọc hoặc tời quay 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 căng trên khung thép.
Tấm lưới đan bằng các dây thép đường kính 1 ÷ 1,5 mm, mắt lưới 2 x 2 ÷ 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 mm để tăng cường khả năng chịu lực của lưới. Vận tốc nước
chảy qua băng lưới lấy từ 0,15 ÷ 0,8 m/s.

Lưới chắn quay được sử dụng cho các công trình thu cỡ lớn, nguồn nước có
nhiều. Cấu tạo gồm một băng lưới chuyển động liên tục qua hai trụ tròn
do một động cơ kéo. Tấm lưới gồm nhiều tấm nhỏ nối với nhau bằng bản
lề. Lưới được đan bằng dây đồng hoặc dây thép không gỉ đường kính từ
0,2 ÷ 0,4. Mắt lưới kích thước từ 0,3 x 0,3 mm đến 0,2 x 0,2 mm. Chiều
rộng băng lưới từ 2 ÷ 2,5 m. Vận tốc nước chảy qua băng lưới từ 3,5 ÷
10 cm/s, công suất động cơ kéo từ 2 ÷ 5 kW. Các loại song chắn và lưới
chắn được trình bày trong Hình 3.1.

3.1.3 Bể lắng cát

Ơ các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250 mg/l sau lưới chắn,
các hạt cặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước,
cứng, có khả năng lắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát.

Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát có
kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,5;
để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm
lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng.

3.1.4 Lắng

Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn
thành quá trình 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 lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với
vận tốc không lớn hơn 16,3 mm/s. Các bể lắng ngang thường được sử dụng
khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000 m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước
chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc
0,3-0,5 mm/s. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng
ngang từ 10 đến 20%.

Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang thông thường, nhưng
khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt
thêm các bản vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằng nhựa. Các bản vách
ngăn này nghiêng một góc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằm ngang và song
song với nhau. Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể
lắng lớp mỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang. Diện tích bể
lắng lớp mỏng giảm 5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy.

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm là không cần xây dựng bể
phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa 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 lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và
thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ.
3.1.5 Lọc

Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy
thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước.
Quá trình lọc nước là cho 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. Sau một thời gian làm
việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọc
giảm dần. Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa
bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp
vật liệu lọc. Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua một đơn vị diện
tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời gian (m/h). Chu kỳ lọc là
khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h).

Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc có
nguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác
nhau. Thiết bị lọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau:
theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá
trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như
lọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay
lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng; …

Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn không cần sử dụng các thiết
bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật
liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền,
thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc
vào loại nước thải và điều kiện địa phương. 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 dính bám;
- Quá trình lắng tạo bông.

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



3.2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

3.2.1 Làm thoáng

Bản chất của quá trình làm thoáng là hòa tan oxy từ không khí vào nước
để oxy hóa sắt hóa trị II, mangan hóa trị II thành sắt hóa trị III,
mangan hóa trị IV tạo thành các hợp chất hydroxyl sắt hóa trị III và
hydroxyl mangan hóa trị IV Mn(OH)4 kết tủa dễ lắng đọng để khử ra khỏi
nước bằng lắng, lọc.

Làm thoáng để khử CO2, H2S có trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều
kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân sắt và
mangan, nâng cao công suất của các công trình lắng và lọc trong quy
trình khử sắt và mangan. Quá trình làm thoáng làm tăng hàm lượng oxy hòa
tan trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng
các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và mùi
của nước. Có hai phương pháp làm thoáng:

- Đưa nước vào trong không khí: cho nước phun thành tia hay thành
màng mỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hay cho
nước 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 phối không khí nén thành các
bọt nhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên,
nước được làm thoáng.
- Hỗn hợp hai phương pháp trên: làm thoáng bằng máng tràn nhiều bậc và phun trên mặt nước.

3.2.2 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 có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm
bẩn nặng, oxy hóa sắt hòa tan 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, phá hủy tế bào của các
vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc.

3.2.3 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 không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách
loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của
chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo
nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút
VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các
hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy
ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong
trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực
đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm
hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch
hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo
được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện.

Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của
chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị
trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành
bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này
được gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và
tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:

Me3+ + HOH Me(OH)2+ + H+
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

Muối Nhôm

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

Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+
AlOH+ + H2O = Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3(s) + H+
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 trình phản 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 NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (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
trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông.

Muối Sắt

Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do:

- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp;
- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn;
- Độ bền lớn;
- Có thể khử mùi H2S.

Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có
màu do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Quá trình keo tụ
sử dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau:

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

Chất Trợ Keo Tụ

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

Liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest (Hình 2.4).
3.2.4 Khử trùng nước

Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh
hoạt. Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng.
Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần
lớn các vi trùng đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng
gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Hiện nay có nhiều 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 tạo thành 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 bị tiêu 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 con người. 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 rất nhiều lần. Thời gian tiếp xúc rất ngắn do
đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gây mùi 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 tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước. Chỉ trừ nhóm vi
khuẩn khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc. Tuy
nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất 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 diệt trùng rất mạnh. Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng
chảy của nước. Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử
protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi
chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được
triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Sát
trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước.

e. Khử trùng bằng siêu âm

Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng
thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong
nước.

f. Khử trùng bằng ion bạc

Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Với hàm lượng 2
– 10 ion g/l đã có tác dụng diệt trùng. Tuy nhiên, hạn chế của phương
pháp này là: nếu trong nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều
loại muối,…thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng.

3.3 XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT

Ngoài các phương pháp xử lý trên, khi chất lượng nước cấp được yêu cầu
cao hơn nên trong xử lý nước cấp còn sử dụng một số phương pháp sau:

- Khử mùi và vị bằng làm thoáng, chất oxy hóa mạnh, than hoạt tính;
- Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt, phương pháp hóa học, phương pháp trao đổi ion;
- Khử mặn và khử muối trong nước bằng phương pháp trao đổi ion, điện phân, lọc qua màng, nhiệt hay chưng cất.
nguồn : chaugiang.com.vn