Thiết kế hệ thống xử lý nước uống đóng chai công suất 4m3 h

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN KỸ THUẬT

WX



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI CÔNG SUẤT 4m
3
/h







GVHD : TS. Đặng Viết Hùng
SVTH : Lê Đức Trúc Quỳnh
MSSV : 90202172

Tp. Hồ Chí Minh, 01/2007
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về tình hình sản xuất và tiêu thụ nước uống đóng chai tại
thành phố Hồ Chí Minh:
1.1.1 Đònh nghóa “nước uống đóng chai”
Theo TCVN 6096:2004 thì “ nước uống đóng chai (Bottled/packaged
drinking water) là nước đóng chai được sử dụng để uống trực tiếp và có thể chứa
khoáng chất và cacbon dioxit (CO
2
) tự nhiên hoặc bổ sung nhưng không phải là
nước khoáng thiên nhiên đóng chai và không được chứa đường, các chất tạo ngọt,
các chất tạo hương hoặc bất kỳ loại thực phẩm nào khác.”
Theo Quy đònh tạm thời về quản lý nước khoáng thiên nhiên đóng chai và
nước uống đóng chai của Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường thì “ nước uống
đóng chai (Bottled drinking water) là nước dùng để uống được đóng chai không
phải nước khoáng thiên nhiên và có các đặc điểm sau:
- lấy từ các giếng khoan của các mạch nước ngầm hoặc từ nguồn
nước cấp đô thò và qua xử lý bằng phương pháp phù hợp
- đóng chai tại nguồn nước nếu được sản xuất từ nước ngầm và bảo
đảm các yêu cầu về chất lượng vệ sinh quy đònh tại Phụ lục 3 (Yêu cầu kỹ thuật
của nước uống đóng chai).”
Theo General Standard for Bottled/packaged drinking waters (other than
natural mineral water) của FAO thì “ nước uống đóng chai, không phải nước
khoáng thiên nhiên, là nước được con người sử dụng và có thể chứa chất khoáng tự
nhiên hay bổ sung; có thể chứa carbon dioxide tự nhiên hay bổ sung; nhưng không

chứa đường, chất tạo ngọt, hương liệu hay bất kì thực phẩm nào khác.”( Packaged
water, other than mineral water, are waters for human consumption and may contain
minerals, naturally occurring or intentionally added; may contain carbon dioxide


1
Chương 1: Tổng quan
, naturally occurring or intentionally added; but shall not contain sugars, sweeteners,
flavourrings or other foodstuff.)
1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước uống đóng chai tại Việt
Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng:
Nước uống tinh khiết đã trở thành một mặt hàng quen thuộc, cần thiết với
nhiều người Việt Nam. Và nhiều thương hiệu nước uống đóng chai tinh khiết cũng
lần lượt ra đời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thò trường. Hiện nay, trên thò
trường có khoảng trên 200 nhãn hiệu nước uống đóng chai các loại, riêng ở đòa bàn
thành phố Hồ Chí Minh cũng đã có trên 100 cơ sở sản xuất mặt hàng này
(Diễn đàn
doanh nghiệp, số 86, ngày 24/ 02/2003, tr.11).
Ngày nay, xu hướng chung của các cơ quan xí nghiệp và hộ gia đình là dùng
nước tinh khiết đóng bình (20 l) thay cho việc phải đun nước hằng ngày lấy nước
nguội uống. Do đó thò trường nước uống đóng chai trở nên rất sôi nổi và năng động
với sự ra đời của nhiều thương hiệu khác nhau, nổi bật nhất vẫn là những thương
hiệu lớn và chiếm được niềm tin của khách hàng như: Aquafina, La Vie, Joy,
Sapuwa, Dapha,… ngoài ra, còn rất nhiều những nhãn hiệu mới khác như Icy, Asagiri,
Top, Lucy, Tina… Giá cả giữa các loại nước cũng không chênh lệch nhau nhiều đối
với loại 500ml: Aquafina là 3.300 đ/chai, Joy là 2.700 đ/chai, Sapuwa là 2.800 đ/chai,
Dapha là 2.800 đ/chai. Riêng đối với bình 20 l, đối với những nhãn hiệu lớn như
Aquafina, Icy, Joy, … thì giá trong khoảng từ 23.000 đ/bình đến 28.000 đ/bình; còn
với những nhãn hiệu nhỏ, sản xuất kiểu hộ gia đình thì giá cả hỗn loạn và chênh lệch
khá lớn: giá cao nhất là Evitan, Hello với 12.000 đ/bình, kế đến là Alive, Aquaguada

10.000 đ/ bình, rẻ hơn thì có I Love 7.500 đ/bình, Lave 6.000 đ/bình.
1.2 Một số quy trình sản xuất nước uống đóng chai:
1.2.1 Các nguồn nước có thể sử dụng để sản xuất nước uống đóng
chai:
1.2.1.1 Nước thủy cục:
Nước thủy cục đã được qua các quá trình xử lý sơ bộ như keo tụ, tạo bông,
lắng, lọc, khử trùng. Đây là nguồn nước thường được ưu tiên sử dụng nhiều nhất
cho việc sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai bởi do chi phí sản xuất thấp, dễ
sử dụng, mức độ ô nhiễm thấp, tiện cho việc sử dụng. Tuy nhiên, không phải nơi


2
Chương 1: Tổng quan
nào cũng có nguồn nước này nên nước thủy cục không được sử dụng nhiều cho
những nhà máy có quy mô lớn.
1.2.1.2 Nước ngầm:
Xếp sau nguồn nước thủy cục là nguồn nước ngầm do nguồn nước ngầm dễ
khai thác và hiện nay được xem là không hạn chế. Nước ngầm là nước được khai
thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành
phần khoáng hóa và cấu trúc đòa tầng mà nước thấm qua. Do vậy, nước chảy qua
đòa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng; nước chảy
qua đòa tầng có chứa đá vôi thì thường nước có chứa độ cứng và độ kiềm khá cao.
Ngoài ra, đặc trưng chung của nước ngầm là:
- Độ đục thấp
- Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn đònh.
- Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO
2
, H
2
S…

- Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi,
magie, flo…
- Không có hiện diện của vi sinh vật.
1.2.1.3 Nước mặt:
Bao gồm các nguồn nước trong ao, đầm, hồ chứa, sông suối. Do kết hợp từ
các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên đặc trưng
của nguồn nước mặt là:
- Chứa khí hòa tan, đặc biệt là Oxy.
- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước chứa trong các
ao, hồ, đầm do quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng
độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo.
- Có hàm lượng chất hữu cơ cao.
- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo.
- Chứa nhiều vi sinh vật.


3
Chương 1: Tổng quan
Nước mặt rất hiếm khi được sử dụng cho việc sản xuất nước uống tinh khiết
đóng chai do tốn chi phí rất cao trong việc tiền xử lý để đạt tiêu chuẩn nước ăn
uống. Như vậy, sản phẩm sản xuất ra sẽ không thu được lợi nhuận.
1.2.2 Một số quy trình sản xuất nước uống đóng chai:
Hiện nay, trên đòa bàn thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và trên toàn quốc
nói chung, quy trình sản xuất nước tinh khiết phổ biến là:
1.2.2.1 Nước thủy cục:
được lấy vào bồn lọc thô, nhằm loại bớt cặn. Sau đó được chuyển sang bồn lọc than
hoạt tính nhằm khử các hợp chất gây mùi vò và Clo dư trong nước. Tiếp đó, nước
được chuyển sang bộ lọc tinh 5μm, 1μm và diệt khuẩn bằng tia cực tím. Tiếp tục
qua bộ lọc tinh 0,2μm và cho tiếp xúc Ozone để diệt khuẩn.
Sơ đồ 1.1: Quy trình xử lý nước uống đóng chai nói chung từ nguồn nước

thuỷ cục
UV
Đóng chai
Bồn chứa
nước tinh
Lọc tinh
1 μm
Lọc tinh
5 μm
Lọc than hoạt tính
Nguồn nước
thủy cục
Ozone
Lọc tinh
0,2 μm
Lọc cát
Bồn chứa
nước

1.2.2.2 Nước ngầm:
được khai thác thông qua giếng bơm, không bò nhiễm khuẩn, kim loại nặng, phenol,
chất phóng xạ và được trải qua 3 giai đoạn xử lý sau
- Lọc thô:
Lọc cát: lọc cơ học nhằm loại bỏ cặn bẩn
Lọc than hoạt tính: khử màu, mùi của nước


4
Chương 1: Tổng quan
- Khử khoáng/ khử cứng – Lọc tinh: nếu nước bò nhiễm sắt sẽ tiến

hành làm thoáng khử sắt. Sau đó, nước được đưa qua hệ trao đổi ion nhằm lọc bỏ
các ion dương như Ca2+, Mg2+, Fe3+, Fe2+… và các ion âm như Cl-, NO3-… Sau đó
được đưa qua hệ thống lọc tinh bao gồm hai giai đoạn lọc: lọc 1μm và lọc 0,2μm để
loại bỏ các vi khuẩn và oxit kim loại.
- Khử trùng: nước mềm được đưa qua hệ thống tiệt trùng bằng tia UV
hoặc Ozone để diệt khuẩn và tiệt trùng.
Sơ đồ 1.2: Quy trình xử lý nước uống đóng chai nói chung từ nguồn nước
ngầm
Đóng chai
Bồn chứa
nước tinh
Lọc tinh
1 μm
Lọc than hoạt tính
Ozone/UV
Lọc tinh
0,2 μm
Lọc cát
Giếng
Quạt
Làm thoáng
Trao đổi ion
(Cation)
Trao đổi ion
(Anion)

Quy trình cụ thể của một số nhà máy
• Công ty Sapuwa:
Giai đoạn 1: Nước thô được xử lý lọc qua hệ trao đổi ion (Cation – Anion ),
có tác dụng lọc những ion dương (Cation): Ca

2+
, Mg
2+
, Fe
3+
, Fe
2+
… và những ion
âm (Anion) như: Cl
-
, NO
3
-
, NO
2
-
… Nước được xử lý qua hệ thống này sẽ được đưa
vào hồ có thể tích 72 m
3
.
Giai đoạn 2: Nước được bơm từ hồ chứa lên xử lý 3 lần như sau:
- Lọc Anthracite: Lọc cơ học để loại bỏ cặn
- Lọc than hoạt tính: Khử màu, mùi của nước
- Lọc trao đổi Cation (lần hai)


5
Chương 1: Tổng quan
Sau khi nước đã qua các quy trình lọc thô sẽ được bơm vào bồn chứa nước
mềm.

Giai đoạn 3: Nước mềm được đưa qua hệ thống tiệt trùng bằng tia UV (Ultra
– Violet) để diệt khuẩn. Sau đó đưa qua hệ thống lọc tinh bao gồm hai giai đoạn
lọc: lọc 1 μm và lọc 0,2μm, để loại bỏ vi khuẩn, các oxyt kim loại…
Giai đoạn 4: Nước được tiếp tục đi qua hệ thống xử lý Ozon: Từ máy sản
xuất, Ozon được đưa vào hệ thống trộn với nước tinh để tiệt trùng, sau đó, ozon sẽ
tự chuyển hoá thành oxy. Ozon có khả năng diệt khuẩn cao, đảm bảo vệ sinh,
không lưu lai mùi vò trong nước, làm nước ngọt hơn, tinh khiết hơn.
Sau khi qua tất cả quy trình trên, nước được bơm vào bồn chứa nước tinh
(nước thành phẩm) và chuẩn bò đưa vào sản xuất.
Sơ đồ 1.3: Quy trình xử lý nước uống đóng chai của công ty Sapuwa



Nước
giếng
Cation
Bồn chứa
V= 72 m
3
Lọc
cation
lần 2
Anion
Lọc
than
hoạt
Lọc
Athracite
Bồn chứa
nước

mềm
Khử trùng bằng UV
Lọc
1μm
Lọc
0,2μm

Tiếp xúc
Ozone
Bồn chứa
nước thành
phẩm
Đóng chai
Giai
đoạn 1
Giai
đoạn 2
Giai đoạn
cuối
Giai
đoạn 3

6
Chương 1: Tổng quan
• Công ty TNHH Alpha Việt Nam:
Đây là quy trình được thiết kế theo công nghệ mới, hoạt động tự động. Từ
nguồn nước thủy cục, qua thiết bò lọc thô những cặn và chất bẩn lơ lửng trong nước,
có kích thước trên 100 μm sẽ được giữ lại. Sau đó, nước được tiếp tục đưa sang
thiết bò khử mùi có chứa than hoạt tính để loại bỏ các chất độc hại gây mùi có
trong nước nguồn. Khi qua thiết bò làm mềm, nước được mềm hóa, khử ion Ca
2+
,
Mg
2+
. Tại thiết bò lọc tinh 5 μm, chất cặn có kích thước lớn hơn 5 μm sẽ được giữ
lại nhờ lõi lọc 5 μm.
Thiết bò lọc thẩm thấu ngược – RO được sử dụng, với hiệu suất xử lý ion
>95%. Nước qua hệ RO đã đạt tiêu chuẩn hóa lý. Trước khi đưa vào công đoạn
thành phẩm, nước được đưa vào tiệt trùng bằng phương pháp ozon. Dưới tác dụng
oxy của ozon trong nước, các tế bào vi sinh vật còn lại trong nước sẽ bò tiêu diệt.
Xác vi sinh vật được lọc sạch qua thiết bò lọc tinh bằng lõi lọc 0,2μm.
Với công nghệ xử lý nước sạch thành nước tinh khiết của Mỹ, cho thấy nước
thành phẩm do công ty ALPHA Việt Nam sản xuất đạt tiêu chuẩn chất lượng là

nước tinh khiết, nước an toàn trong sử dụng ăn uống và nước sinh hoạt.
Sơ đồ 1.4: Quy trình xử lý nước uống đóng chai của công ty Alpha Việt Nam







Nước thủy
cục
Lọc
thô
Trao đổi
ion làm
mềm
Lọc tinh
(lõi lọc
5μm)
Lọc thẩm
thấu ngược
(RO)
Tiếp xúc
Ozone
Lọc tinh
(lõi lọc
0,2μm)
Đóng chai

1.2.3 Chất lượng nước đóng chai:

(Xem phụ lục “Kết quả xét nghiệm chất lượng nước uống đóng chai trên đòa bàn tp. Hồ Chí
Minh” được cung cấp bởi Viện Vệ sinh Y tế Công cộng)



7
Chương 1: Tổng quan
• Nhận xét, đánh giá:
- Về dây chuyền công nghệ: tùy vào điều kiện kinh tế và nguồn nước cụ
thể ở từng khu vực sản xuất mà có những dây chuyền sản xuất nước uống đóng
chai khác nhau đôi chút nhưng nhìn chung đều qua các công đoạn lọc cát, lọc than,
trao đổi ion, lọc tinh và khử trùng, có nơi còn có thể có thêm lọc RO. Các công
đoạn trên dù khác hay giống nhau đều có chung mục đích là đạt chất lượng nước
yêu cầu (theo TCVN 6096:2004 và Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y tế)
và nâng cao chất lượng nước tốt hơn nữa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của
con người.
- Về chất lượng sản phẩm:
Về kết quả xét nghiệm lý hóa: theo bảng “Kết quả xét nghiệm chất
lượng nước uống đóng chai trên đòa bàn tp. Hồ Chí Minh” được cung cấp bởi Viện
Vệ sinh Y tế Công cộng, ta có thể thấy được chất lượng nước có sự dao động rất
lớn đối với các cơ sở sản xuất, đặc biệt là hàm lượng TDS – từ 10 mg/L đến 104
mg/L. Tuy không vượt tiêu chuẩn nước uống đóng chai nhưng điều đó cho thấy
được dây chuyền công nghệ ở những nơi này hoặc có sự khác biệt (để đạt hàm
lượng TDS là 10 mg/L cần phải qua lọc màng RO) hoặc thiết bò làm việc không
hiệu quả (tắt nghẽn màng, hư màng, làm việc quá công suất…).

Yếu tố thứ hai có sự chênh lệch có thể thấy đó là nồng độ Cl
-
- dao
động từ 1 mg/L đến 15 mg/L – ion Cl

-
đánh giá độ mặn của nước.
Yếu tố thứ ba quan tâm đó là nồng độ F
-
- dao động từ 0 mg/L đến 0,2
mg/L – theo phương diện dòch tễ học thì hàm lượng Flo tốt nhất trong nước ăn uống
là từ 0,7 – 1 mg/L; nếu hàm lượng quá cao (1 – 1,5 mg/L) hoặc hoàn toàn thiếu Flo
trong nước thì khi sử dụng trong thời gian dài sẽ gây ra bệnh hoại men răng.
Về kết quả xét nghiệm độc chất (như Fe tổng, Mn
2+
, Al
3+
, Cr
6+
, Cu
2+
,
Pb
2+
, Zn
2+
, As, Cd
2+
, Hg
2+
, Phenol) thì hầu hết hoàn toàn bằng 0.
Về kết quả xét nghiệm vi sinh, thì trên tổng số 12 kết quả có 2 kết quả
không đạt chỉ tiêu Coliform tổng số (Aguavida là 15/100ml và Apollo là 2/100ml).
Chỉ tiêu Coliform tổng số cho thấy mức độ vệ sinh trong quá trình sản xuất, đóng
chai, vận chuyển, chỉ tiêu này không đạt biểu hiện mức độ vệ sinh an toàn thực

phẩm trong quá trình sản xuất không bảo đảm. Tuy nhiên, điều này có thể khắc


8
Chương 1: Tổng quan
phục bằng cách đảm bảo vệ sinh trong quá trình sản xuất như: nhân viên làm việc
cần đeo bao tay, khẩu trang, tránh tiếp xúc trực tiếp với nước và các dụng cụ đã
được khử trùng, đảm bảo vệ sinh sạch sẽ nhà xưởng…
Các chỉ tiêu còn lại (E.coli, Clostridium khử sunfit, Streptococcus
feacalis, Pseudomonas aeruginosa) thường đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn
nước do thông thường các dạng vi sinh vật này tồn tại sẵn có trong nước nguồn,
không phát sinh trong quá trình sản xuất. Nếu trong nước đóng chai có những loại
vi sinh vật này nguyên nhân có thể do khử trùng không triệt để. Vì vậy, ta cần xem
xét lại thiết bò, liều lượng khử trùng, đồng thời cũng nên xem lại hiệu quả khử SS
của các cột lọc vì SS cũng làm ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình khử trùng.
• Nhiệm vụ đề tài: trước tình hình sôi nổi của thò trường nước uống tinh
khiết đóng chai như vậy, công ty Hồng Vónh Phát, với nguồn nước sử dụng là nước
giếng được khai thác ở độ sâu 220m và đã có phần tiền xử lý đạt yêu cầu tiêu
chuẩn nước ăn uống sinh hoạt, đang có nhu cầu thiết kế hệ thống xử lý nước tinh
khiết đóng chai công suất 4 m
3
/h. Đây cũng chính là nhiệm vụ đặt ra cho luận văn
này.
1.3 Tổng quan về các biện pháp xử lý nước tinh khiết:
1.3.1 Tiền xử lý: nguồn sử dụng là nước ngầm
1.3.1.1 Khử sắt: ta có các phương pháp khử sắt sau
1.3.1.1.1 Phương pháp làm thoáng: với mục đích
- Đuổi CO
2
Ỉ tăng độ kiềm Ỉ tăng pH

- Khuếch tán oxy vào nước Ỉ tăng DO
Phương pháp làm thoáng có các dạng sau:
o Làm thoáng đơn giản:
- Ứng dụng khi Fe ≤ 10 mg/L, Amonia < 1mg/L. pH sau làm thoáng >6,8
- Nước được phun hoặc để tràn trên bề mặt lọc có chiều cao từ đỉnh tràn
đến mực nước cao nhất >0,6m
- Khử được 30 – 35% CO
2



9
Chương 1: Tổng quan
- Tốc độ lọc 5 – 7m/h, đường kính hạt vật liệu lọc d = 0,9 –1,3mm, chiều
cao lớp vật liệu lọc H = 1 – 1,2m
- Cường độ rửa lọc: nước 10 –12 l/s.m
2
, khí 20l/s.m
2

1: Ống khoan lỗ phân phối nước
2: Bể lọc nhanh
Nước ra
Nước vào
2

Hình 1.1: Dàn làm thoáng đơn giản
o Dàn mưa:
- Làm thoáng tự nhiên
- Khử 75 – 80% CO

2
, tăng DO (55% DO bão hòa)
- Cấu tạo bao gồm: hệ thống phân phối nước; sàn tung nước (1 – 4 sàn,
mỗi sàn cách nhau 0,8m); sàn đỡ vật liệu tiếp xúc (than, cốc, sỏi, cuội), khe/lỗ
chiếm 30 –40% diện tích sàn, lớp vật liệu tiếp xúc dày 30 –40 cm; hệ thống cửa
chớp lấy và thoát khí; sàn và ống thu nước
- Cường độ tưới: 5 – 10m
3
/m
2
.h


10
Chương 1: Tổng quan
1: Hệ thống phân phối nước
2: Vùng thu nước
3: Cửa chớp lấy và thoát khí
4: Sàn tung nước (có thể có
thêm vật liệu tiếp xúc như sỏi,
cuội )
Dòng nước
BỂ LẮNG
4
3
2
1

Hình 1.2: Dàn mưa
o Thùng quạt gió:

- Làm thoáng tải trọng cao/ làm thoáng cưỡng bức: gió và nước đi ngược
chiều
- Khử được 85 –90% CO
2
, tăng DO (70 –85% DO bão hòa)
- Cấu tạo gồm: thùng kín; hệ thống phân phối nước; lớp vật liệu tiếp xúc
(thanh gỗ/ tre sắp xen kẽ, thẳng góc hoặc vòng sứ, nhựa), chiều cao 1,5 – 4m tùy
thuộc độ kiềm; máy quạt gió (10 m
3
/m
3
nước, tổn thất áp lực qua lớp vật liệu tiếp
xúc là 30 mm/ m chiều cao, áp lực sơ bộ là 100 –150 mm cột nước
- Cường độ tưới: 40 – 50m
3
/m
2
.h
1.3.1.1.2 Phương pháp hóa chất
o Điều kiện áp dụng:
Khi trong nước có các chất hữu cơ, các tổ hợp chất hữu cơ tạo thành keo bảo
vệ của ion sắt, chúng ngăn cản quá trình thuỷ phân và oxy hóa sắt. Trong nhiều
trường hợp, muốn khử sắt trước hết phải phá vỡ màng bảo vệ hữu cơ bằng tác dụng
của các chất oxy hóa mạnh. Đối với nước ngầm, khi hàm lượng sắt quá cao đồng
thời tồn tại cả H
2
S thì lượng oxy thu được bằng làm thoáng không đủ để oxy hóa
toàn bộ H
2
S và sắt do đó cần sử dụng hóa chất để khử sắt.

11
Chương 1: Tổng quan
o Các loại hóa chất sử dụng:
- Chất oxy hóa mạnh như Chlorine, KMnO
4
, O
3

2Fe
2+
+ Cl
2
+ 6H
2
O Ỉ 2Fe(OH)
3
+ 2Cl
-
+ 6H
+
Để oxy hóa 1mg Fe cần 0,64 mgCl
2
và độ kiềm giảm đi 0,018 meq/L
- Vôi (có kết hợp với quá trình làm mềm nước): khi sắt và độ cứng cao
Trường hợp có DO:
4Fe(HCO
3
)

2
+ O
2
+ Ca(HCO
3
)
2
+ 9Ca(OH)
2
Ỉ 4Fe(OH)
3
↓ + 10CaCO
3
↓ +
12H
2
O
Trường hợp không có DO:
Fe(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
Ỉ FeCO
3
↓ + CaCO
3
↓ + H
2

O
1.3.1.1.3 Trao đổi ion
1.3.1.1.4 Vi sinh (bể lọc chậm)
1.3.1.2 Lắng
Lắng nước là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để
hoàn thành quá trình làm trong nước. Trong công nghệ xử lý nước, quá trình
lắng xảy ra rất phức tạp. Chủ yếu lắng ở trạng thái động (trong quá trình lắng,
nước luôn chuyển động), các hạt cặn không tan trong nước là những tập hợp hạt
không đồng nhất (kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng khác nhau) và không
ổn đònh (luôn thay đổi hình dạng, kích thước trong quá trình lắng do dùng chất
keo tụ).
Theo phương chuyển động của dòng nước qua bể, người ta chia ra thành các
loại bể lắng sau:
Bể lắng ngang: nước chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể đến cuối bể.
-
Bể lắng đứng: nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên trên.
-
Bể lắng ly tâm: nước chuyển động từ trung tâm bể ra phái ngoài.
-
-
Bể lắng lớp mỏng, lắng trong các ống hình trụ đặt nghiêng:bằng cách đưa
vào bể lắng ngang những ô lắng hình trụ đặt nghiêng một góc từ 45 – 60
0
so với
phương ngang làm tăng diện tích bề mặt bể lắng, tăng hiệu quả lắng.


12
Chương 1: Tổng quan
- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: lắng qua môi trường hạt, nước chuyển

động từ dứơi lên.
1.3.1.3 Lọc
Mục tiêu:
- Khử các hạt mòn vô cơ và hữu cơ
- Trong xử lý nước, loại bỏ bông cặn mòn không lắng được ở bể lắng
Cơ chế lọc:
- Cơ chế bắt giữ: giữ cặn trên bề mặt vật liệu lọc, khi cặn bám lên bề mặt
làm cho khoảng cách giữa các hạt vật liệu lọc giảm Ỉ có thể bắt giữ các hạt nhỏ
hơn. Khi bề mặt lớp lọc bò bít làm cho tổn thất áp lực tăng và thủy lực kéo các hạt
mòn qua lớp lọc làm tăng độ đục, khi đó cần tiến hành rửa ngược để làm sạch lớp
vật liệu lọc.
- Cơ chế hấp phụ: bao gồm
• Cơ chế tiếp xúc: khi hạt cặn theo dòng nước đến gần sát bề mặt hạt
vật liệu lọc thì sẽ bò dính vào hạt vật liệu lọc.
• Cơ chế lắng: cặn tách khỏi dòng dưới tác động của trọng lực dẫn
đến sự khác nhau của trọng lực và lực đẩy nổi làm cho hạt cặn có thể dính trên hạt
vật liệu lọc.
• Cơ chế khuếch tán: do chuyển động Brown (chảy tầng), hiệu quả
tiếp xúc và lắng làm gia tăng kích thước hạt. Hiệu quả Brown tăng khi kích thước
hạt giảm.
• Cơ chế hấp dẫn điện tích: hạt vật liệu lọc có thể mang điện tích trái
dấu với hạt cặn trong nước.
• Cơ chế tạo bông: hai hạt cặn mòn trên quỹ đạo lắng có thể kết dính
tạo thành hạt to hơn Ỉ tăng hiệu quả tiếp xúc và lắng.
Phân loại:
Theo tốc độ lọc chia ra:
-
•
Bể lọc chậm (SSF): có tốc độ lọc 0.1- 0.5 m/h.
•

Bể lọc nhanh (RSF): có tốc độ lọc 5- 15 m/h.


13
Chương 1: Tổng quan
• Bể lọc cao tốc: có tốc độ lọc 25 m/h trở lên.
Theo chế độ dòng chảy chia ra:
-
•
Bể lọc trọng lực : là bể lọc hở, không áp.
•
Bể lọc áp lực: là bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra nhờ áp lực nước
phía trên lớp vật liệu lọc.
Theo chiều của dòng nước chia ra:
-
•
Bể lọc xuôi: là bể lọc cho nước chảy qua lớp vật liệu lọc từ trên
xuống như: bể lọc chậm, bể lọc nhanh phổ thông
•
Bể lọc ngược: nước chảy qua lớp vật liệu lọc từ dưới lên như: bể lọc
tiếp xúc.
Theo số lượng lớp vật liệu lọc chia ra:
-
•
Bể lọc một lớp vật liệu lọc (single medium)
•
Bể lọc hai lớp vật liệu lọc (double medium)
•
Bể lọc nhiều lớp vật liệu lọc (multi medium)
Theo cỡ hạt vật liệu lọc chia ra: (tính theo lớp trên cùng).

-
•
Bể lọc có cỡ hạt nhỏ: d< 0.4 mm.
•
Bể lọc có cỡ hạt vừa: d= 0.4 –0.8 mm.
•
Bể lọc có cỡ hạt thô: d> 0.8 mm.
Theo cấu tạo của vật liệu lọc chia ra:
-
•
Bể lọc có vật liệu lọc ở dạng hạt gồm các hạt cát, thạch anh ngiền,
than anthraxit…, đây là vật liệu lọc được ứng dụng phổ biến nhất trong lãnh vực xử
lý nước.
•
Bể lọc lưới: lớp lọc là lưới có mắt lưới đủ bé để giữ lại các cặn bẩn
trong nước. Lưới lọc dùng để làm sạch sơ bộ hoặc để lọc rong tảo, chất phù du, sinh
vật ra khỏi nước.
•
Bể lọc có màng lọc: lớp lọc là vải bông, vải sợi thủy tinh, vải sợi
nilon, màng nhựa xốp…Màng lọc dùng trong các bể lọc để cấp nước lưu động.



14
Chương 1: Tổng quan
- Theo vật liệu lọc:
• Lọc vật liệu cố đònh.
• Lọc vật liệu nổi: hạt có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng
của nước, thường là nhựa tổng hợp, kích thước lớn hơn vài mm. áp dụng cho bể lọc
phá, có thể làm vật liệu tiếp xúc cho xử lý sinh học.

1.3.2 Hấp phụ
1.3.2.1 Nguyên tắc hấp phụ:
Nguyên tắc của hấp phụ là sự chuyển hóa khối lượng (chất bẩn được giữ lại
trên bề mặt chất rắn). Khả năng hấp phụ của một chất phụ thuộc vào:
- diện tích bề mặt chất hấp phụ (m
2
/g): diện tích tăng Ỉ khả năng hấp phụ
tăng
- hàm lượng chất bò hấp phụ
- đặc tính thủy động học: vận tốc tương đối giữa hai pha rắn và lỏng
- cơ chế cầu nối lý/hóa
Các loại chất hấp phụ:
- Tự nhiên: sét/ Alumina, zeolite, silica gel
- Tổng hợp: nhựa cao phân tử, than hoạt tính
Ứng dụng:
- Xử lý bổ sung: nước uống tinh khiết
- Xử lý chất ô nhiễm vi lượng:
• Nguồn nước mặt: mùi và vò
• Ô nhiễm tai nạn: sự cố tràn dầu,…
- Xử lý bậc cao nước thải sinh hoạt, công nghiệp: chất hữu cơ khó oxy hóa
sinh học, khử COD còn lại sau quá trình sinh học.





15
Chương 1: Tổng quan
Loại hấp phụ:
- Hấp phụ lý học:

• Khi phân tử qua bề mặt chất hấp phụ sẽ đi vào khe rỗng và dính kết
trên bề mặt chất hấp phụ bằng các lực lý học: lực Van-der-Waals
• Hấp phụ nhiều lớp: lớp hạt mới bò hấp phụ lên lớp hạt đã bò hấp phụ
trước đó
- Hấp phụ hóa học:
• Lực hóa học có thể gây nên sự dính bám do các phản ứng hóa học
xảy ra đối với chất hấp phụ và chất bò hấp phụ
1.3.2.2 Than hoạt tính:
1.3.2.2.1 Cấu tạo:
Than hoạt tính sau khi được hoạt hóa sẽ có nhiều khe rỗng bên trong giúp
than hoạt tính có tính hấp phụ tốt.








Hình 1.3: Cấu tạo than hoạt tính
Macropores có kích thước >25 nm
Mesopores có kích thước >1 nm và < 25nm
Micropores có kích thước < 1 nm




16
Chương 1: Tổng quan
1.3.2.2.2 Các loại than hoạt tính:

Hiện nay, trong công nghệ xử lý nước có hai dạng than hoạt tính được sử
dụng là GAC (Granule Activated Carbon) và PAC (Powder Activated Carbon)







Hình 1.4: GAC và PAC
1.3.2.2.3 Sản xuất than hoạt tính:
Than hoạt tính được sản xuất bởi nhiều loại vật liệu khác nhau, thường gặp
nhất là các loại như gỗ, than đá, than bùn, lignin, mạt cưa, vỏ trái dừa. Quá trình
sản xuất bao gồm hai giai đoạn: carbon hóa và hoạt hóa.
Giai đoạn carbon hóa: thỉnh thoảng còn được gọi là giai đoạn than hóa. Đây
là giai đoạn gia nhiệt chậm vật liệu gốc trong điều kiện không có không khí đến
nhiệt độ 600
0
C để tạo thành than.
Giai đoạn hoạt hóa: xử lý than bằng các tác nhân oxi hóa như hơi nước, CO
2

hoặc O
2
ở nhiệt độ 800 - 900
0
C. Sau giai đoạn này than sẽ có những lỗ rỗng to, nhỏ
để đạt khả năng hấp phụ tốt.

Hình 1.5: Chu trình sản xuất than hoạt tính

17
Chương 1: Tổng quan
1.3.3 Trao đổi ion
1.3.3.1 Đònh nghóa
Trao đổi ion là quá trình hóa lý trong đó các ion chuyển đổi từ pha rắn sang
pha lỏng và ngược lại
1.3.3.2 Nhựa trao đổi ion
Nhựa trao đổi là loại nhựa tổng hợp được trùng ngưng từ Styren và
Divinylbenzen, liên kết trong nhựa là liên kết 3 chiều tạo nên tính chất rỗ.
Sơ đồ 1.5: Các loại nhựa trao đổi ion









Nhựa trao đổi ion
Kiềm mạnh
Nhựa anion (R-A) Nhựa cation (R-K)
Kiềm yếu Acid mạnh Acid yếu
R-H R-Na R-OHR-Cl



Cation-exchange resin Anion-exchange resin

Hình 1.6: Nhựa Cation và nhựa Anion




18
Chương 1: Tổng quan
1.3.3.3 Ứng dụng
- Khử cứng (Ca, Mg): cho nước ăn uống, nước cấp nồi hơi.
- Khử khoáng: cho nước cấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực
phẩm, dược phẩm, điện tử…
- Khử sắt, nitrat, nitrit cho nước uống.
- Xử lý nước thải: xi mạ (Cr, Zn, Cu, Pb)…
- Thu hồi kim loại q: vàng bạc, uranium.
1.3.4 Quá trình màng
1.3.4.1 Cấu trúc màng:
Màng được chế tạo từ cellulose acetate, polymer hữu cơ, polymer vô cơ.
Màng có cấu trúc không đối xứng gồm:
- lớp màng polymer rất mỏng nhằm giảm lực cản qua màng
- lớp màng dày có cấu trúc rỗ, cùng vật liệu với lớp mỏng, tạo nên kết
cấu khung đỡ chòu được áp suất cao
1.3.4.2 Các loại màng:




19
Chương 1: Tổng quan

Hình 1.7: Dãy kích thước hạt ứng dụng màng
1.3.4.3 Các dạng màng:

Hình 1.8: Dạng màng sợi rỗng (hollow fiber membrane)


Hình 1.9: Dạng màng xoắn (spiral-wound membrane)


20
Chương 1: Tổng quan


Hình 1.10: Đơn nguyên màng xoắn (spiral-wound membrane elements)

Hình 1.11: Dạng màng đóa (plate and frame membrane)

Hình 1.12: Dạng màng ống (tubular membrane)



21
Chương 1: Tổng quan
1.3.4.4 Ứng dụng màng:
Xử lý nước cấp:
- Sản xuất nước có hàm lượng Na
+
thấp và nước tinh khiết đóng chai,
- Sản xuất nước có TDS thấp dùng cho nồi hơi, thiết bò lạnh,
- Khử mặn,

- Khử màu, mùi, acid humid,
- Khử vi khuẩn, virus,
- Xử lý sơ bộ trước khi trao đổi ion.
Xử lý nước thải:
- Thu hồi đường hoặc các sản phẩm khác trong chất thải ngành nước giải
khát hoặc công nghiệp hóa học,
- Cô đặc nước thải.
1.3.5 Khử trùng
1.3.5.1 Bằng tia UV:
Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng 4 – 400 nm. Độ dài sóng
của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường. Dùng tia cực
tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước.
Tia cực tím có tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, ta cực tím có
độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất. Trong các nhà máy xử
lý nước, người ta dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn này
phát ra tia cực tím có bước sóng 253,7 nm, bóng đèn đặt trong hộp thủy tinh không
hấp thụ tia cực tím ngăn cách đèn và nước. Đèn được lắp thành bộ trong hộp đựng
có vách ngăn phân phối để khi nước chảy qua hộp được trộn đều để cho số lượng vi
khuẩn đi qua đèn trong thời gian tiếp xúc ở hộp là cao nhất. Lớp nước đi qua đèn
có độ dày 6mm, năng lượng tiêu thụ từ 6000 đến 13000 mW/s. Các loại đèn áp lực
thấp sản xuất hiện nay có thể phát ra công suất 30000 mW/s, độ bền 3000 giờ đến
8000 giờ. (Trònh Xuân Lai, 2002)
- Ưu điểm:
• Nhỏ gọn, dễ lắp đặt và vận hành


22
Chương 1: Tổng quan
• Không sản sinh ra các chất độc hại và sản phẩm phụ
• Không nguy hiểm khi quá liều

• Cần thời gian tiếp xúc rất ngắn (vài giây)
• Không gây mùi, không ảnh hưởng đến các khoáng chất trong nước
• Không yêu cầu chỗ chứa các hóa chất độc hại
- Nhược điểm:
• Chi phí vận hành cao
• Độ vẩn đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn
cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn, do đó hiệu quả khử trùng thấp.


Hình 1.13: Hệ thống diệt khuẩn bằng UV
Inlet: đầu vào
Outlet : đầu ra
Ultraviolet rays : tia UV
Germicidal lamp in quartz sleeve : đèn sát trùng trong vỏ bọc
Stainless steel chamber : vỏ ngoài bằng thép không gỉ


23
Chương 1: Tổng quan
Patent wiper mechanism : chổi quét
Wiper rod : trục gắn chổi quét
Wiper knob : núm điều khiển chổi quét
Electrical enclosure : bộ phận điện đi kèm
Sight port : lỗ kiểm tra
Head clamp : chốt
1.3.5.2 Bằng ozone:
Ozone là chất khí không màu, có mùi giống như mùi không khí sau có hiện
tượng sấm chớp. Ozone có công thức hóa học là O
3
, ở điều kiện bình thường ozone

là chất khí không bền vững, dễ bò phân hủy thành oxy.
Thiết bò tạo ozone: trong xử lý nước, ozone được sản xuất bằng cách cho
máy phát tia lửa điện gồm hai điện cực kim loại đặt cách nhau một khoảng cho
không khí chạy qua. Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ
quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa hai điện
cực để chuyển hóa một phần oxy thành ozone. Nguồn không khí vừa là nguồn cấp
oxy vừa là chất điện môi để san đều điện tích phóng ra trên toàn bề mặt điện cực,
ngăn cản hiện tượng quá tải cục bộ. Sản phẩm phụ của quá trình là nhiệt lượng,
ozone rất dễ phân hủy thành oxy khi ở nhiệt độ cao. Luồng không khí đi qua khe
hở không đủ để hạ nhiệt điện cực, do đó cần lắp thêm thiết bò làm lạnh ở máy sản
xuất ozone. Có hai loại thiết bò làm lạnh điện cực: làm lạnh bằng không khí và làm
lạnh bằng nước.
Dưới tác dụng của tia lửa điện, một phần Nito phản ứng với nước thành acid
nitric có tác dụng ăn mòn điện cực. Do đó, không khí trước khi qua máy tạo ozone
cần phải được làm sạch để loại trừ hoàn toàn độ ẩm.
Để khuấy trộn hòa tan ozone vào nước ta có các biện pháp:
- đi qua lớp lọc nổi
- dùng ejector
- dùng cánh khuấy để hòa tan khí


24