Tiểu luận Xử lý nước mặt làm nước cấp sinh hoạt

Đại học quốc gia Hà Nội Trường Đại học khoa học tự nhiên Khoa Môi trường --------------- Tiểu luận Xử lý nước mặt làm nước cấp sinh hoạt Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Trịnh Thị Thanh Sinh viên thực hiện : Nhóm 3 Nguyễn Thị Lý Nguyễn Quang Nam Đinh Thị Nga Phan Thị Quỳnh Nga Nguyễn Thị Hồng Nhung Phạm Thị Nhung Lê Thị Phương Lớp: K49 Công nghệ Môi trường Hà Nội -2007 Tổng quan I. Nhu cầu sử dụng nước ở Việt Nam Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặc biệt trong việc điều hoà khí hậu và cho sự sống trên trái đất. Hàng ngày cơ thể con người cần 3 -10l nuớc cho các hoạt động sống, luợng nước này đi vào cơ thể qua con đường thức ăn, nước uống để thực hiện các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng, sau đó thải ra ngoài theo con đường bài tiết. Ngoài ra con người còn sử dụng nuớc cho các hoạt động khác như tắm, rửa,… Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát triển dân số và mức sống ngày càng tăng. Tuỳ thuộc vào mức sống của người dân và tuỳ từng vùng mà nhu cầu sử dụng nước là khác nhau, định mức cấp nước cho dân đô thị là 150 L/người.ngày, cho khu vực nông thôn là 40 – 70 L/người.ngày. Nguồn nước cung cấp cho nước sinh hoạt ở nước ta chủ yếu là nguồn nước mặt, được lấy từ các sông hồ, sau khi qua xử lý sẽ dẫn đến các hộ dân. Hiện nay, hơn 60 % tổng công suất các trạm cấp nước tại các đô thị và khu công nghiệp trên cả nước dùng nguồn nước mặt với tổng lượng nước khoảng 3 triệu m3/ ngày.đêm, con số này còn tăng lên nhiều trong những năm tới nhằm cung cấp cho các đô thị và khu công nghiệp ngày càng mở rộng và phát triển. Dự kiến 50 năm nữa nuớc ta sẽ rơi vào tình trạng thiếu nước trầm trọng. Sự biến đổi của khí hậu toàn cầu sẽ dẫn đến sự suy giảm của nguồn nuớc. Các kết quả nghiên cứu gần đây ở việt Nam cho thấy tổng lượng nuớc mặt của nuớc ta vao năm 2025 chỉ bằng khảng 96 %, đến năm 2070 xuống còn khoảng 90 % và năm 2100 con khoảng 86 % so với hiện nay. Với tốc độ phát triển dân số như hiện nay thì dên 2025 lượng nước mặt tính bình quân đầu nguời ở nứơc ta chỉ đạt khoảng 2.830 m3/người.năm. Tính cả luợng nuớc từ bên ngoài chảy vào thì bình quân đạt 7.660 m3 người.năm. Tài nguyên nước tại Việt Nam phân bố không đều giữa các vùng. Trên 60% nguồn nước tập trụng ở đồng bằng sông Hồng (lưu vực sông Mê Kông) trong khi toàn phần lãnh thổ còn lại chỉ có gần 40% lượng nuớc nhưng lại chiếm 80% dân số cả nước và trên 90% khối lượng hoạt động sản xuất kinh doanh, dịch vụ. Đặc biệt các địa phương vùng miền Đông Nam Bộ và lưư vực Đồng Nai – Sài Gòn, lượng nứơc bình quân đầu người chỉ đạt khoảng 2.900 m3/người.năm, bằng 28% so với mức trung bình của cả nước. Bên cạnh đó, tài nguyên nước của Việt Nam cũng phân bố không đều theo thời gian trong năm và giữa các năm. Lượng nước trung bình trong 4 đến 5 tháng mùa mưa chiếm khoảng 75 – 85% trong khi những tháng mùa khô (kéo dài đến 7 – 8 tháng) lại chỉ có khoảng 15 – 25% lượng nuớc của cả năm. Theo đánh giá của các nhà nghiên cứu, tốc độ tăng trưởng kinh tế cao không đi đôi với việc làm tốt công tác bảo vệ môi trường đã gây ra những ảnh hưởng tiêu cực tới tài nguyên nước ở nứơc ta. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt ngày càng tăng về múc độ và quy mô, một số khu vực đồng bằng đã có biểu hiện ô nhiễm do các chất hữu cơ khó phân huỷ và hàm lượng vi khuẩn cao. Các biểu hiện suy thoái, cạn kiệt nguồn nước đang trở lên rõ rệt và phổ biến ở nuớc ta. Với những đặc điểm về tính không bền vững của tài nguyên nước của nuớc ta, công tác quản lý nhà nước với tài nguyên quý báu này cần phải đựơc tăng cường ở tất cả các cấp ngay từ bây giờ trước khi quá muộn. II. Đánh giá nguồn nước mặt của Việt Nam Nước ta có mạng lưới sông ngòi khá dày đặc, trong đó phải kể tới các sông lớn, trong đó có hệ thống sông Mê Kông, tiếp theo là hệ thống sông Hồng, Đồng Nai, sông Mã, sông Cả, sông Hương, sông Thái Bình, sông Thu Bồn, …, với diện tích lưu vực mỗi sông trên 10.00 km2, lưu lượng các sông chính vào khoảng 880 Km3/năm. Lượng mưa trung bình hàng năm 1960 mm, tạo ra nước tái tạo được khoảng 324 Km3/năm. Mật độ sông phân bố không đêu, phụ thuộc vào điều kiện địa hình, khí hậu của từng địa phương. Nhìn chung, các sông ở nước ta có trữ lượng lớn có khả năng cung cấp cho các đối tượng dùng nứơc trước mắt và cho tương lai.Tuy nhiên để đảm bảo sử dụng nguồn nước mặt đựơc lâu dài cần phải có chiến lược sử dụng hợp lý và bảo vệ nguồn nước mặt do các tác động của con người gây ra. Ngoài nguồn nứơc mặt là các sông, hồ thì ở miền núi nguồn nước suối cũng đong vai trò quan trọng trong việc cung cấp cho người dan vùng cao.Nguồn nứoc suối áo trứ lượng nước và chất luợng nước thay đổi theo mùa. Mùa mưa nước có độ đục lớn, hàm luợng cậnco và cũng chứa nhiều chất hữu cơ. Tuy vậy nhưng tính chất của cặn khác nước sông. Cặn ở đây là cặn thô, dễ lắng đọng, thời gian lắng nhanh hơn nuớc sông. Đặc điểm của các nguồn nước mặt ở nước ta có thể tóm tắt như sau: Nước sông: Chất lượng nước sông ở Việ Nam thay đổi theo mùa và theo vùng địa lý. Do dòng chảy bào mòn bề mặt khu vực tạo lên các chất trôi theo dòng chảy gồm cát, bùn, phù sa, ... Nước sông có hàm luợng cặn cao vào mùa mưa. Tổng lượng cặn do các sông đổ ra biển trung bình hằng năm khoảng 200 – 250 triệu tấn, trong đó 90% đựơc tạo ra vào mùa lũ. Vào mùa lũ, độ đục cao, hàm lượng cặn lớn và thay đổi theo từng thời kỳ. Độ đục cao nhất xuất hiện trong tất cả các tháng của mùa lũ. Các tháng mùa cạn, khi các sông có vận tốc dòng chảy nhỏ nhất thì nước có độ đục nhỏ nhất, đôi khi độ đục gần đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt và ăn uống theo tiêu chuẩn cấp nước cho các đô thị. Thành phần chính của nước sông: - Khoáng chất: Hàm lượng khoáng chất của cá sông ở Việ Nam còn thấp ( 200 – 500 mg/L - Độ pH: Nước ở các sông chính có đọ kiếm trung tính (7 – 8) - Độ cứng: Nước thuộc nước mềm - Hàm lượng các ion chính: Chủ yếu là các ion Ca2+, Mg2+, K+, SO42-, CL-, HCO3-, ... b. Nước hồ: Nước ta có nhiều hồ tự nhiên như hồ Ba Bể, hồ Núi Cốc, và một số hồ nhân tạo để phục vụ việc tưới tiêu cho nông nghiệp. Đặc biệt một số hồ có dung tich trữ nước lớn của các công trình thuỷ điên Thác Bà, Hoà Bình, ... Nhìn chung các hồ tự nhiên có trữ lượng nhỏ, chỉ một vài hồ lớn có khẳ năng cung cấp nước cho các đối tượng vừa và nhỏ. Các hồ thuỷ điện có khẳ năng cung cấp cho các đối tượng lớn. Nước hồ có hàm lưọng cặn nhỏ hơn nước sông vì đã đựoc lắng tự nhiên và khá ổn đinh. Tuy nhiên hàm lượng cặn cũng dao động theo mùa, mùa mưa có hàm lượng cặn lớn, mùa khô hàm lượng cặn nhỏ, có hồ độ trong gần đảm bảo tiêu chuẩn độ trong của nước sinh hoạt và ăn uống. Sự dao động về chất lượng nước thường xảy ra ở các vùng ven bờ và phụ thuộc vào địa hình của vùng ven bờ. Vùng xa bờ và giữa hồ có chất lượng nước ổn định hơn. Nước hồ có độ màu cao do rong, rêu, tảo. Hàm lưọng chất hữu cơ trong hồ thường cao do xác động thực vật ở quanh hồ gây nên. Nhìn chung chất lượng nước hồ tốt, dây chuyền công nghệ xử lý nước có thể đơn giản hơn công nghệ xử lý nước sông, lượng hoá chất dùng để keo tụ ít, do vậy giá thành xử lý nuớc hồ thường rẻ hơn nước sông. Sơ đồ công nghệ xử lý nước bề mặt Nước thô (sông hô…) Tiền xử lí Keo tụ Tạo bông H/C keo tụ, chỉnh pH Lắng Lọc Sát trùng Hợp chất sát trùng Cl2, O3, ClO2... - Tách các mảnh vụn vật thô, vật nổi - Diệt khuẩn gây bệnh - Hạn chế mùi vị - Phá vỡ thế ổn địnhhệ keo - Tạo bông nhỏ - Kết dính các bông cặn nhỏ thành bông cặn lớn - Lắng tách bôngcặn - Lọc các bông cặn còn lại - Tiêu diệt loại bỏ vi sinh vật MỤC ĐÍCH Tiền xử lý Xử lí sơ bộ nước bề mặt rất quan trọng. Trước khi dẫn nước vào dây chuyền xử lí, người ta lưu nước một thời gian dài với mục đích: - Tạo qúa trình lắng tự do của các hạt bụi và các kim loại nặng có nồng độ cao trong nước thô không tách được bằng quá trình keo tụ như côban, niken, xyanua (CN-), chì,cađimi và các kim loại độc hại khác cũng lắng xuống đáy. - Xúc tiến làm sạch tự nhiên để tách được phần lớn các chất hữu cơ nhỏ và các tạp chất vô cơ. - Cps thể dùng các biện pháp trao đổi khí nhân tạo để tăng hàm lượng oxy hòa tan trong nước. -Xử lý sơ bộ với dịch vôi để duy trì độ cứng của nước từ 8.5-9.00 D. Tóm lại, nhờ các quá trình hóa, lý, sinh học tự nhiên xảy ra trong hồ nên chất lượng nước trong hồ 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, kết quả là giảm đi rất nhiều chi phí cho giai đoạn tiếp theo. I.1 Khử vi khuẩn virut nhờ các quá trình tự nhiên trong hồ chứa nước Các quá trình tự nhiên xảy ra trong hồ chứa nước có thể giảm đáng kể lượng vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước , bởi vì: - Nồng độ chất dinh dưỡng cần thiết cho vi khuẩn trong nước rất thấp. - Nhiệt độ của nước nhỏ hơn 370C nên tốc độ sinh snar của vi khuẩn vi rút rất chậm. - Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thù của vi khuẩn vi rút. - Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thù của vi khuẩn, vi rút. - Tia cực tím của ánh sáng mặt trời tiêu diệt vi khuẩn ở lớp bề mặt. - Vi khuẩn, vi rut thường bị lắng cùng với các hạt cẳntong nước - Cá chất vô cơ, các chất độc trong nước có thể hủy hoại vi khuẩn, độ pH không thích hợp cho vi khuẩn. I.2 Ngăn ngừa sự phát triển của tảo Để ngăn ngừa sự phát triển của tảo trong cá nguồn nước có thể sử dụng các phương pháp sau đây: Sử dụng hóa chất để diệt tảo Người ta dùng các hóa chất như CuSO4 nồng độ từ 0.1-10mg/l, những hợp chất của clo nông độ từ 0.3 đến 1.0 mg/l, natri sunfat, chất diệt cỏ 2.4 D...Tuy nhiên, đưa hóa chất đặc biệt là các hóa chất bảo vệ thực vật vào các hồ chứa không phải là biện pháp tối ưu. Giảm chất dinh dưỡng cho tảo trong nước Các chất dinh dưỡng như nitơ, photphat trong nước có thể được giảm bớt bằng cách ngăn ngừa việc thải nước thải sinh hoạt, chất thải của con người và động vật cũng như các chất thải có chứa NH4+, NO3-, PO43- vào nguồn nước...Hoặc có thể áp dụng các phương pháp tách chất dinh dưỡng ra nguồn thải như sau: -Xử lý sinh hóa kết hợp với khử NO3- trong điều kiện yếm khí. Clo hóa nâng pH hoặc là làm thoáng khí - Tách photphat ra khỏi nước bằng cách kết tủa với Fe3+, Al3+ hoặcCa(OH)2. c. Giảm cường độ ánh sáng tới hồ chứa cường độ ánh sáng xuyên qua nưốc theo phương trình I = Io. E-zd Trong đó: I0-cường độ ánh sáng ở bề mặt nước; cường độ ánh sáng ở dộ sau d, z- hệ số hấp phụ ánh sáng của nước. Như vậy, muốn giảm được lượng ánh sáng hấp phụ vào nước cần tăng độ sau hoặc giảm hệ số hấp phụ của nước bằng cách giảm độ đục của nước. II.Keo tụ- tạo bông Dung dịch keo là hệ bền (khó lắng) nhờ cấu trúc đặc biệt của các hạt keo. Trong nhóm này phải kể đến virus, các chất có phân tử lượng lớn có nguồn gốc tự nhiên như axit humic. Hạt keo có kích thước nhỏ (< 0,5 mm) nên bằng mắt và hiển vi thông thường không thể nhìn thấy. Hạt keo kị nước có độ bền nhờ lớp điện kép tích điện cùng dấu. Hạt keo ưa nước có độ bền nhờ tương tác hạt-nước thông qua các chóm chức ưa nước trên các phân tử hạt keo. II.1. Cấu tạo hạt keo và tính bền của hệ keo Theo Atkins hệ keo là tên gọi cổ điển của các hệ phân tán dị thể của các hạt có kích thước nhỏ hơn 500 nm trong môi trường khác về chất so với chất hạt (ở đây ta chỉ đề cập đến môi trường lỏng). Tuy nhiên kích thước không phải là yếu tố quyết định mà cấu tạo hạt keo mới là yếu tố quyết định đến tính bền của các hệ keo. Tuỳ vào cấu tạo hạt và nguyên nhân gây ra độ bền ta có hai loại hạt keo: loại ưa dung môi cụ thể là ưa nước (hydrophilic) và loại kị dung môi hay kị nước (hydrophobic). Loại ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử chất hữu cơ hoà tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phân cực, có ái lực cao với các phân tử nước. Loại kị nước là các loại keo có gốc ôxit hoặc hyđroxit kim loại. Do kích thước hạt rất nhỏ hệ keo có bề mặt cực lớn, vì vậy về mặt nhiệt động chúng không bền và có xu thế co cụm để giảm năng lượng bề mặt. Mặt khác do hạt keo có cấu tạo đặc biệt của lớp điện kép tạo nên lực đẩy tĩnh điện hạt-hạt nên chúng khó tiếp cận gần nhau, hút nhau và co cụm thành hạt lớn hơn đủ nặng để có thể lắng được nên hệ này có tính bền. Cấu tạo đặc biệt của hạt keo có thể được làm rõ trên cơ sở ví dụ keo Fe(III): Khi hoà tan FeCl3 trong nước sẽ xảy ra phản ứng thủy phân: FeCl3 + 3H2O ® Fe(OH)3 + 3HCl (1) Kết tủa Fe(OH)3 co cụm dưới dạng tập hợp hạt [mFe(OH)3] rất nhỏ, được gọi là hạt nhân, nó có khả năng hấp phụ những ion giống các thành phần tạo ra nó, ví dụ hấp phụ các ion Fe3+, tạo thành lớp ion Fe3+ trên bề mặt hạt được gọi là lớp hấp phụ hay là lớp ion quyết định dấu: [mFe(OH)3] + nFe3+ ® [mFe(OH)3]nFe3n+ (2) Như vậy, ta có một hạt mới mang điện tích 3n+, nó có xu thế hút 3n các ion trái dấu (Cl-) trong dung dịch để trung hoà điện tích 3n+. Trong thực tế không phải tất cả 3n hạt Cl- bám chặt vào nhân mà chỉ có 3(n-x) hạt Cl- bám vào, lớp ion Cl- bám vào này được gọi là lớp điện tích trái dấu. Cùng với lớp n ion Fe3+ đã hấp phụ cố định ta có 3(n-x) ion Cl- bám theo hạt [mFe(OH)3] tạo thành lớp điện kép gồm 3n điện tích dương và 3(n-x) điện tích âm, kết quả là hạt keo (phần giữa dấu {}) mang điện tích 3x+: [m Fe(OH)3]nFe3n+ + 3(n-x) Cl- ® {[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl-}3x+ (3) Phần còn lại 3x hạt Cl- “trôi nổi” trong dung dịch ở khoảng không gian gần hạt, tạo nên lớp khuyết tán. Như vậy, nếu viết dưới dạng công thức hoá học hạt keo có cấu tạo tổng thể như sau: {[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl-}3x+3xCl- hạt nhân lớp hấp phụ (lớp ion quyết định dấu) lớp điện tích trái dấu lớp khuếch tán Hạt keo Trong không gian, hạt keo có dạng như một quả cầu tích điện (hình 2.1). Theo hình 2.1 hạt nhân là quả cầu gồm tập hợp các phân tử Fe(OH)3(r) nằm ở tâm. Các ion quyết định dấu gắn chặt vào quả cầu. Các điện tích trái dấu ở lớp gần nhất tạo thành lớp ion nghịch và mặt biên A-A, các điện tích trái dấu – phần còn lại nằm ở lớp khuếch tán khá linh động, vây quanh hạt keo tích điện như đám mây quanh trái đất. Lớp ion trái dấu Lớp ion quyết định dấu hay lớp hấp phụ Thế nhiệt động, Thế dzeta, Lớp điện kép Hạt nhân Hình 2.1- Cấu tạo hạt keo và sự thay đổi thế x theo khoảng cách từ bề mặt hạt keo Tóm lại, để hạt keo trung hoà về điện hạt keo phải có hai lớp điện tích trái dấu có cùng lượng điện tích: lớp hấp phụ (ví dụ, nFe3+) nằm trên bề mặt hạt nhân tích điện dương hoặc âm (trong trường hợp nFe3+ là dương), điện thế tương ứng của nó là thế nhiệt động hay là thế Nernst, jo; tiếp theo là lớp ion trái dấu tích điện ngược lại (âm hoặc dương). Hai lớp điện tích này tạo nên một cấu trúc tương tự như hai bản cực song song của một tụ điện, trong đó một bản cực tích điện dương (hoặc âm) gắn chặt với hạt nhân là lớp ion quyết định dấu, còn bản cực kia tích điện trái dấu và tạo nên lớp điện kép. Đây là cấu tạo thông thường của tụ điện phẳng. Kĩ thuật xử lí nước cấp từ nước tự nhiên, và kể cả một số công đoạn trong dây chuyền xử lí nước thải thông thường là kĩ thuật lắng – lọc. Để hình dung tốc độ lắng của những hạt không tích điện dưới tác dụng của trọng trường và đánh giá khả năng sử dụng bể lắng để xử lí làm trong nước xem bảng 2.1. Ta thấy các kỹ thuật lắng - lọc thông thường trong ngành nước chỉ có hiệu quả nhất định đối với hạt có kích thước cỡ mm, trong trường hợp lọc tốt nhất là lớn hơn 0,1 mm. Đối với những hạt cỡ 0,1 mm trở xuống rất khó lắng và không thể lọc được bằng lọc cát thông thường. Để có thể lọc chúng bằng lọc cát thông thường phải biến chúng thành những hạt lớn hơn. Phương pháp phổ biến để thực hiện việc này là phương pháp keo tụ nghĩa là xử lí nước bằng những chất keo tụ trước khi lắng - lọc. Bảng 2.1 - Kích thước hạt và thời gian lắng do trọng lực Loại hạt Đường kính, mm Diện tích bề mặt, m2/m3 Thời gian lắng 1 m nước Sỏi đệm 10 6.102 1 s Cát lọc 1 6.103 10 s Cát đen 0,1 6.104 120 s Bùn 0,01 6.105 2 h Vi khuẩn 0,001 6.106 8 ngày Hạt keo 0,0001 6.107 2 năm Hạt keo 0,00001 6.108 20 năm Hạt keo 0,000001 6.109 200 năm Ghi chú: Tính theo phương trình Stoke II.2. Cơ chế keo tụ - tạo bông Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (bụi trong không khí, bùn, phù sa trong nước...) các hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiện tượng giọt nước, giọt thủy ngân luôn tự vo tròn để giảm diện tích bề mặt). Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ. Hiện tượng này xảy ra khi thế x được triệt tiêu. Hiện tượng keo tụ có tính thuận nghịch nghĩa là hạt keo đã keo tụ lại có thể tích điện trở lại và trở nên bền (xem phần tiếp theo). Các hoá chất gây keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ. Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng các tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ. Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất có khả năng tạo bông được gọi là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch. Như vậy, để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây: 1. Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp điện kép tới mức thế x = 0, khi đó lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt bằng không, tạo điều kiện cho các hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễ kết tủa. Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hoà điện tích hạt keo. Điện tích trái dấu này thường là các ion kim loại đa hoá trị. 2. Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ - bám dính (hiệu ứng quét). 3. Dùng những chất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng. Việc xử lý nước bằng phèn nhôm, FeCl3 và PAA nhằm thực hiện đồng thời một, hai hay cả ba giải pháp trên. Hình2- Các đường keo tụ đối với bốn loại chất keo tụ Lôi kéo hạt keo bằng bông cặn (a) (b) (c) Hình 2.3- Mô hình quá trình keo tụ - tạo bông (a) Sự đẩy giữa các hạt keo cùng dấu; (b) Hiện tượng co lớp điện kép và sự hút nhau giữa các hạt keo bị trung hoà về điện; (c) Hiện tượng tạo bông nhờ PAA: các hạt keo âm bị phân tử PAA “khâu lại” thành bông lớn. ii.3 Chất keo tụ và các yếu tố ảnh hưởng II.3.1 Phèn nhôm Al2(SO4)3.nH2O (n = 14 ¸ 18) Đây là chất keo tụ phổ biến nhất, đặc biệt là ở Việt Nam. Khi dùng phèn nhôm làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân: Al2(SO4)3 + 6H2O ® 2Al(OH)3¯ + 6H+ + 3SO42- (5) Độ đục (NTU) 5 10 15 20 2.0 6.0 10 14 18 20 24 4.0 8.0 12 16 22 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 5 10 15 20 Liều lượng (mg/L) pH Hình 2 4- ảnh hưởng của pH và liều lượng đến khả năng gây keo tụ của phèn nhôm Nếu trong nước thiếu độ kiềm (ĐK), pH sẽ giảm; nếu đủ ĐK sẽ có phản ứng: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ® 2Al(OH)3¯ + 3CaSO4 + 6CO2 (6) Theo phương trình (6) cứ 342 mg Al2(SO4)3 khan, hàm lượng 100% cần 6 mdl ĐK (HCO3–). Nếu ĐK trong nước không đủ thì cần bổ sung vôi hoặc sôđa để bù, nếu không pH sẽ hạ. Lượng kiềm cần (K) tính theo công thức: K = F – ĐK + 1 = 0,0175F – ĐK + 1 (7) Trong đó: K = lượng kiềm cần thêm, mđl/L ; F = lượng phèn, mg/L; ĐK = độ kiềm của nước, mđl/L. Để chuyển đổi ra đơn vị g/L, đối với vôi K sau khi tính theo pt. (7) cần nhân với 37; đối với sôđa nhân với 58. Khi sử dụng phèn nhôm hay bất kì chất keo tụ nào khác cần lưu ý nồng độ và vùng pH tối ưu (hình 4), pH hiệu quả tốt nhất với muối nhôm là khoảng 5,5 ¸ 7,0. Có thể dùng phèn kép KAl(SO4)2.12H2O để thay phèn nhôm, mọi quy luật tương tự phèn nhôm song giá đắt hơn nhiều. Không dùng NH4Al(SO4)2 trong xử lí nước cấp vì gây nhiễm amôni. ở các nước công nghiệp người ta có đòi hỏi rất cao về độ trong của nước lọc. Nếu đo bằng độ đục kế thì độ đục nước lọc phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 đến 3 NTU (AWWA Task Group 225