CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về các nuồn nước dùng để cấp nước
Để cung cấp nước sạch có thể khai các nguồn nước thiên nhiên (thường gọi
là nước thô) từ nước mặt nước ngầm và nước biển.
Nước mặt: bao gồm các nguồn nước trong các ao, hồ, đầm chứa, sông suối.
Do kết hợp từ dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên
các đặc trưng của nước mặt là chưa hàm lựong oxy hòa tan tương đối cao
Nước ngầm: được khai thác từ các tầng chưa nước dưới đất, chất lượng
nước ngầm phụ thuộc vào các thành phần khoán hóa và cấu trúc địa tầng mà nước
ngầm thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và đá granit thường
ncó tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi
thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat cao.
Nước biển: Nước biển thường có độ mặn rất cao (độ mặn ở Thái Bình
Dương là 32 – 35 g/l). Hàm lường muối trong nước biển thay đổi theo mùa tùy
thyeo vị trí địa lý như: cửa sông gần bờ hay xa bờ, ngoài ra trong nước biển còn
chứa nhiều chất lơ lửng, càng gần bờ nồng độ càng tăng, chủ yếu là các phiêu sinh
động thừc vật.
Nước lợ: ở cửa sông và các vùng ven bờ biển, nơi gặp nhau sủa các dòng
nước ngạt chảy từ sông ra, các dòng chảy từ đất liền ra hòa trộn với nước biển.
Nước khoáng: Khai thác từ tầng dưới sâu nước cất hay từ các suối do phun
trào từ lòng đất ra, nước có chứa một vài nguyên tố ở nồng độ cao hơn nồng độ cho
phép đối với nước uống và đặt biệt có tác dụng chữa bệnh.
Nước chua phèn: Những nơi gần biển (ví dụ như Đồng bằng sông Cửu
Long) ở nước ta thường có nước chua phèn. Nước bị nhiễm phèn do tiếp xúc với
đất phèn, loại này giàu nguyên tố lưu huỳnh ở dạng sunfua hay sunfat và một vài
nguyên tố kim loại như nhôm sắt.
Nước mưa: nước mưa có thể xem như nước cất tự nhiên nhưng không hoàn
toàn tinh khiết bởi vì nước mưa có thể bị ô nhiễm khí, bụi và thầm chí cả vi khuẩn
có trong không khí.
5
2.2 Ưu và nhược điểm khi sừ dụng nước ngầm
2.2.1 Ưu điểm
-Nước ngầm là tài nguyên thường xuyên, ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố
khí hậu như hạn hán.
-Chất lượng nước tương đối ổn định, ít bị biến động theo mùa như nước mặt.
-Chủ động hơn trong vấn đề cấp nước cho các vùng hẻo lánh, dân cư thưa,
nhất là trong hoàn cảnh hiện nay bởi vì nước ngầm có thể khai thác với nhiều công
suất khác nhau.
-Để khai thác nước ngầm có thể sử dụng các thiềt bị điện như bơm ly tâm,
máy nén khí, bơm nhúng chìm hoặc các thiết bị không cần điện như các loại bơm
tay. Ngoài ra nước ngầm còn đươc khai thác tập trung tại các nhà máy nuớc ngầm,
các xí nghiệp, hoặc khai thác phân tán tại các hộ dân cư. Đây là ưu điểm nổi bật của
nước ngầm trong vấn đề cấp nước nông thôn.
-Giá thành xử lý nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nước mặt.
2.2.2 Nhược điểm
-Một số nguồn nước ngầm ở tầng sâu được hình thành từ hàng trăm, hàng
nghìn năm và ngày nay nhận được rất ít sự bổ cập từ nước mưa. Và tầng nước này
nói chung không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo rất hạn chế. Do vậy trong tương
lai cần phải tìm nguồn nước khác thay thế khi các tầng nước này bị cạn kiệt.
-Việc khai thác nước ngầm với qui mô và nhịp điệu quá cao cũng sẽ làm cho
hàm lượng muối trong nước tăng lên từ đó dẫn đến việc tăng chi phí cho việc xử lý
nước trước khi đưa vào sử dụng.
-Khai thác nước ngầm với nhịp điệu cao sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp
xuống, một mặt làm cho quá trinh nhiễm mặn tăng lên, mặt khác làm cho nền đất bị
võng xuống gây hư hại các công trình xây dựng-một trong các nguyên nhân gây
hiện tượng lún sụt đất.
-Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn tới tình trạng ô nhiễm
nguồn nước ngầm.
2.3 Các phương pháp xử lý nước ngầm
6
Về nguyên tắc nước chứa hàm lượng tạp chất ở dạng nào lớn hơn giới hạn cho
phép thì phải xử lý trước khi đem sử dụng. Cho đến nay người ta xử lý nước theo
các phương pháp sau:
a. Phương pháp cơ học
Nước từ nguồn được bơm cấp 1 phun qua giàn mưa thành những tia nhỏ để
ôxy của không khí tác dụng với Fe
2+
thành Fe
3+
. Nước dàn mưa được dẫn đi lắng
lọc ở các bể lọc chứa chất lọc (cát, đá, than hoạt tính…)
b. Phương pháp hóa học
Là phương pháp dùng hóa chất, các phản ứng hóa học trong quá trình xử lý
nước.
Nếu nước có độ đục lớn chứng tỏ chứa nhiều chất hữu cơ và sinh vật phù du
thì dùng phèn và chất tạo keo tụ để ngưng tạp chất.
Nước chứa nhiều ion kim loại (độ cứng lớn) xử lý bằng vôi, sôđa hoặc dùng
phương pháp trao đổi ion. Nước chứa nhiều độc tố H
2
S xử lý bằng phương pháp
oxy hóa, clo hóa, phèn.
Nước chứa nhiều vi khuẩn thì phải khử trùng bằng các hợp chất chứa clo,
ozon.
Nước chứa Fe thì oxy hóa Fe
2+
bằng oxy không khí (làm thóang giàn mưa)
hoặc dùng chất oxy hóa để xử lý…
Độ kiềm của nước nhỏ làm cho quá trình keo tụ khó khăn, nước có mùi vị thì
phải kiềm hóa bằng amoniac (NH
3
). Sau khi cacbon hóa, clo hóa sơ bộ rồi thêm
KMnO
4
.
Nước có nhiều oxy hòa tan thì phải xử lý bằng cách dùng các chất khử để
liên kết oxy. Đó là hydrazin, natrithisunfat…
Nhìn chung các phương pháp xử lý hóa học thường đạt năng suất và có hiệu
quả cao.
c. Phương pháp vi sinh
7
Trên thế giới hiện nay phương pháp xử lý nước bằng vi sinh đang được
nghiên cứu và có một số nơi đã áp dụng. Trong phương pháp này một số chủng
loại vi sinh đặc biệt đã được nuôi cấy và được đưa vào trong quá trìng xử lý
nước với liều lượng rất nhỏ nhưng đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên cho đến nay
những kết quả nghiên cứu của phương pháp này chưa được công bố rộng rãi.
Tùy thuộc vào nguồn nước làm nguyên liệu cho các lãnh vực khác nhau mà
ngườt ta đã sử dung cac phương pháp khác nhau để xử lý nước cấp cho lãnnh
vực đó. Thông thường thì người ta kết hợp cả 2 phương pháp cơ học và hóa học
để xử lý nước.
2.4 Kỹ thuật và công nghệ xử lý nước ngầm
2.4.1 Các công trình thu nước ngầm
Giếng khoan
Giếng khoan là công trình thu nước ngầm mạch sâu với công suất trung bình
và lớn, có độ sâu vài chục đến vài trăm mét và đường kính giếng phụ thuộc vào lưu
lượng cần khai thác. Giếng khoan gồm có: giếng khoan hoàn chỉnh (khoan tới lớp
cách nước) và giếng khoan không hoàn chỉnh (khoan lưng chừng đến lớp đất chứa
nước) giếng khoan có áp và không áp. Khi cần khai thác một lượng nước lớn, người
ta có thể dùng một nhóm giếng khoan, tuy nhiên trong trường hợp này các giếng sẽ
bị ảnh hưởng lẫn nhau khi làm việc đồng thời.
Hệ thống thu nước ngầm tầng nông
Đây là loại công trình dùng để thu nước ngầm mạch nông ở những nơi nước
ngầm sâu bị nhiễm mặn, việc đào giếng khó khăn.
Đường ống thu nước bao gồm một hệ thống ống thu nước đặt nằm ngang
dạng đục lỗ hoặc dạng xẻ rãnh ở đường ống, đặt trong lớp đất có chứa nước, có độ
dốc để nước tự chảy về giếng tập trung, từ đây có thể dùng gào múc hoặc máy bơm
để lấy nước. Để ngăn không cho cát chui vào bên trong ống thu nước, người ta
thường xếp đá dăm, cuội, sỏi xung quanh ống.
Trên đường ống đưa nước về giếng tập trung, cứ khoảng 25-30m phải bố trí
một giếng thăm để kiểm tra nước, lấy cặn và thông hơi.
8
Phương tiện lấy nước từ giếng lên
Để lấy nước từ giếng lên người ta thường sử dụng gầu múc nước bằng tay
(với các giếng đào khơi) hoặc các loại bơm giếng khác nhau.
Một trong những bơm giếng phổ biến nhất ở vùng nông thôn là giếng bơm
tay theo mô hình của UNICEF. Để bơm nước từ các giếng khoan qui mô nhỏ, người
ta thường sử dụng các loại bơm ly tâm hoặc máy nén khí. Đối với các giếng khoan
qui mô công nghiệp, người ta thường sử dụng bơm hỏa tiễn.
Tính toán thủy lực giếng lấy nước ngầm có thể chia ra: giếng đơn chiếc
(không chịu ảnh hưởng của các giềng bơm khác), và nhóm giếng bơm, với sơ đồ bố
trí có quan hệ thủy lực với nhau.
2.4.2Công trình xử lý sắt, mangan
Các phương pháp khử sắt, mangan trong nước ngầm
a. Khử sắt,mangan bằng phương pháp làm thoáng
Sắt, Mangan trong nước thường tồn tại ở dạng Fe
2+
, Mn
2+
vì vậy muốn loại
chúng ra khỏi nước cần oxy hóa chúng thành muối Fe
3+
, Mn
4+
ở dạng ít tan rối dùng
phương pháp lắng, lọc dể giữ chúng lại và loại chúng ra khỏi nước. Muốn oxy hóa
Fe
2+
thành Fe
3+
, Mn
2+
thành Mn
4+
người ta thường sử dụng phương pháp làm thoáng
tự nhiên hay cưỡng bức (các dàn mưa hay quạt gió). Thực chất của phương pháp
làm thoáng là làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện cho Fe
2+
oxy hoá thành Fe
3+
sau
đó Fe
3+
thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)
3
,Mn
2+
thành MnO
2
rồi dùng bể lọc để giữ lại.
b. Khử sắt,mangan bằng phương pháp dùng hóa chất
Khử sắt,mangan bằng chất oxy hóa mạnh
- Các chất oxy mạnh thường dùng để khử sắt là: Cl
2
, KMnO
4
, O
3
…So sánh
với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxy hóa mạnh phản
ứng xảy ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn (pH<6). Nếu trong nước có tồn tại
các hợp chất như: H
2
S, NH
3
thì chúng sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình khử
sắt,mangan.
c. Các phương pháp khác để khử sắt và mangan
9
Khử sắt,mangan bằng phương pháp trao đổi ion
Việc sử dụng phương pháp trao đổi ion khử sắt và mangan cũng tương đối
thông dụng. Do hai nguyên tố này có hóa trị hai nên dễ dàng bị hấp phụ bởi các vật
liệu trao đổi ion.
Khó khăn của phương pháp này là nếu sắt và mangan bị oxy hóa bởi oxy thì
nó sẽ bám lên các vật liệu trao đổi ion và mất tác dụng của chúng.
Vì vậy việc kiểm soát hàm lượng oxy hòa tan trong nước vào hệ thống trao đối
ion là rất quan trọng.
Khử sắt bằng phương pháp điện phân
Dùng các cực âm bằng sắt, nhôm cùng cac cực dương bằng đồng mạ niken và
dùng điện cực hình ống trụ hay hình sợi thay cho tấm điện cực phẳng.
Phương pháp dùng muối polyphotphat
Polyphotphat có thể tạo nên các kết tủa sắt và mangan rất nhanh và hiệu quả.
Polyphotphat được hòa trộn với liều lượng khoảng gấp 2 lần nồng độ của sắt và
mangan. Tuy nhiên phương pháp dùng muối polyphotphat sẽ không thích hợp cho
các nguồn nước có hàm lượng sắt và mangan vượt quá 1 mg/l.
3.4.3 Các phương pháp làm mềm nước
Quá trình làm mềm nước (khử độ cứng) có thể thực hiện bằng cách tạo kết
tủa không tan hoặc bằng phương pháp trao đổi ion. Quá trình làm mềm nước cũng
có thể kết hợp với quá trình khử khoáng bằng cách sử dụng màng bán thấm. Màng
lọc bán thấm áp suất thấp có thể được dùng cho việc làm mềm nước có TDS thấp.
Phương pháp làm mềm bằng kết tủa
Tác nhân làm mềm nước thường sử dụng là vôi hoặc soda. Sự lựa chọn tác
nhân này hay tác nhân kia là phụ thuộc vào chất lượng nguồn nước và tính toán kinh
tế. Khi độ kiềm cacbonat chiếm ưu thế, quá trình làm mềm có thể thực hiện bằng
cách tăng pH và cả CaCO
3
, Mg(OH)
2
đều kết tủa. Khi độ kiềm cacbonat quá thấp,
hàm lượng cacbonat phải được bổ sung bằng bột soda.
Các phản ứng chính:
CO
2
+ Ca(OH)
2
= CaCO
3
+ H
2
O
10
Ca(HCO
3
) + Ca(OH)
2
= 2CaCO
3
+ H
2
O
Mg(HCO
3
)
2
+ 2Ca(OH)
2
= Mg(OH)
2
+ 2Ca(CO
3
) + H
2
O
MgSO
4
+ Ca(OH)
2
= Mg(OH)
2
+ CaSO
4
Quá trình làm mềm nước bằng vôi – soda
Khi độ kiềm cacbonat không đủ để phản ứng với vôi thì cần phải cung cấp từ
nguồn bên ngoài, thông thường sử dung soda bột Na
2
CO
3
. Phương trình phản ứng:
CaSO
4
+ Na
2
CO
3
= CaCO
3
+ Na
2
SO
4
Quá trình làm mềm bằng xút
Xút cũng được sử dụng khi độ cứng cacbonat không đủ để phản ứng với vôi.
Sự lựa chọn giữa soda bột và xút không chỉ phụ thuộc vào lý do kinh tế mà còn phụ
thuộc vào các yếu tố như vận hành dễ dàng hệ thống xử lý và hàm lượng magiê
trong nguồn nước.
Các phản ứng:
CO
2
+ 2NaOH = Na
2
CO
3
+ H
2
O
Ca(HCO
3
)
2
+ 2NaOH = CaCO
3
+ Na
2
CO
3
+2H
2
O
Mg(HCO
3
)
2
+ 2NaOH = Mg(OH)
2
+ Na
2
CO
3
+ H
2
O
MgSO
4
+ 2NaOH = Mg(OH)
2
+ Na
2
SO
4
CaSO
4
+ Na
2
CO
3
= CaCO
3
+ Na
2
SO
4
3.4.4 Khử trùng
Về nguyên lý các quá trình khử trùng có thể thực hiện bằng phương pháp vật
lý hoặc phương pháp hóa học.
Phương pháp vật lý
a. Phương pháp nhiệt: khi đun sôi nước ở 100 oc đa số các vi sinh vật bị tiêu
diệt. Tuy nhiên có một số vi sinh vật khi nhiệt độ cao liền chuyển sang dạng
bào tử với lớp bảo vệ vững chắc. Để tiêu diệt nhóm vi khuẩn này cần đun sôi
nước đến 120
o
c. Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng và
thiết bị nên thường áp dụng ở quy mô nhỏ.
b. Phương pháp UV: tia UV (tia cực tím) có khả năng tiêu diệt hầu hết các vi
sinh vật. Trong kỹ thuật, khi lưu lượng nước cần khử trùng nhỏ, có thể sử
11
dụng các thiết bị khử trùng bằng tia UV. Cơ cấu chính của thiết bị là các đèn
bức xạ, tia tử ngoại đặt trong dòng chảy của nước. Hiệu quả của phương
pháp này chỉ đạt được hoàn toàn khi trong nước không có chất hữu cơ và cặn
lơ lửng.
c. Phương pháp siêu âm: Dòng siêu âm với cường độ từ 2w/cm2 trở đi trong
khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong
nước.
d. Phương pháp lọc: Đại bộ phận vi sinh vật trong nước có kích thước từ 1-2
micromet. Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1
micromet có thể loại trừ được đa số vi khuẩn. Lớp lọc thường dùng các tấm
sành, sứ, xốp với khe rỗng cực nhỏ. Dùng phương pháp này nước phải có
hàm lượng cặn nhỏ hơn 2 mg/l.
Khử trùng bằng phương pháp vật lý có ưu điểm cơ bản không làm thay đổi tính
chất lý hóa của nước không gây nên các hậu quả 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.
Phương pháp hóa học:
Cở 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,
Brôm, Iốt, Ozôn, Kalipemanganat.
a. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của nó
Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào dù là nguyên chất hay hợp
chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit có tác dụng khử
trùng nước mặt. Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử
trùng và nhiệt độ trong nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly
của chất khử trùngvì quá trình khuếch tán trong vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn
trong quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng bị chậm rất nhiều khi trong nước có
các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác. Khi cho Clo vào nước xảy ra
các phản ứng sau:
12
Cl
2
+ H
2
O = HOCl + HCl.
Hoặc ở dạng phương trình phân ly:
Cl
2
+ H
2
O = 2H
+
+ OCl
-
+ Cl
-
Khi sử dụng Clorua vôi làm chất sát trùng phản ứng sẽ là:
Ca(OCl)
2
+ H
2
O = CaO + 2HOCl
2HOCl = 2H
+
+ 2OCl
-
Khi pH tăng, nồng độ HOCl giảm làm cho hiệu quả khử trùng cũng giảm đi
tương ứng. Để quá trình khử trùng nước bằng Clo có hiệu quả cao nhất nên tiến
hành khi nước có độ pH thấp, trước khi xử lý ổn định nước. Khi trong nước có
muối amoni, amoniac hay các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amoni thì axit
hypoclorit tham gia vào phản ứng với chúng tạo thành monocloramin và đicloramin:
HClO + NH
3
= NH
2
Cl + H
2
O
HClO + NH
2
Cl = NHCl
2
+ H
2
O
HOCl + NHCl
2
= NCl
3
+ H
2
O
Đồng thời khả năng diệt trùng bị giảm đi. Khả năng diệt trùng của
monocloramin thấp hơn của đicloramin 2 đến 3 lần.
Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt hiệu quả tốt, sau khi khử trùng cần giữ
lại trong nước một lượng clo dư thích hợp. Với các hệ thống cấp nước sinh hoạt
lượng clo dư thường từ 0,2-0,3 mg/l để chống sự tái nhiễm bẩn trong mạng lưới
đường ống phân phối hoặc nơi tiêu thụ.
b.Khử trùng nước bằng Iốt: Iốt là chất oxy hóa mạnh và thường được dùng để
khử trùng nước ở các bể bơi. Là chất khó hòa tan nên Iốt được dùng ở dạng dung
dịch bão hòa. Độ hòa tan của Iốt phụ thuộc vào nhiệt độ nước. Ở 0
o
c đọ hòa tan của
Iốt là 100mg/l, ở 20
o
c là 300mg/l. Khi độ pH của nước nhỏ hơn 7 liều lượng Iốt sử
dụng lấy từ 0,3-1 mg/l. Nếu sử dụng liều lượng cao hơn 1,2 mg/l sẽ làm cho nước
có mùi vị Iốt.
c.Khử trùng nước bằng ion các kim loại nặng:
Với nồng độ rất nhỏ của ion kim loại nặng có thể tiêu diệt được các loại sinh vật
và rêu tảo sống trong nước. Diệt trùng bằng ion kim loại nặng đòi hỏi thời gian tiếp
13
xúc lớn. Tuy nhiên không thể nâng cao nồng độ kim loại nặng để giảm thời gian
diệt trùng vì khi đó sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng nước.
d.khử trùng nước bằng ozôn
Hiện nay khử trùng nước bằng ozôn đang phát triển mạnh trên thế giới. Khi
cho Ozôn vào nước, nó phá hủy không chỉ các men và cả vi sinh chất của tế bào.
Với vi khuẩn bào tử ozôn có tác dụng mạnh hơn Clo 300-800 lần. Đồng thời ozôn
còn oxy hóa các hợp chất hữu cơ gây ra màu, mùi vị của nước. Tuy nhiên ozôn rất
độc đối với con người. Trong nước nó phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và
nguyên tử. Tốc độ phân hủy tăng nhanh khi nồng độ muối, pH và nhiệt độ muối
tăng.
Ozôn được sản xuất tại các nhà máy nước bằng các thiết bị đặc biệt, hoạt
động theo nguyên lý phóng điện qua không khí.
Chương 3: CƠ SỞ LỰA CHỌN QUI TRÌNH XỬ LÝ
3.1 Thành phần tính chất nước ngầm
3.1.1 Khái niệm
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét