Cấp thoát nước - Chương 1 pot

1
1
trờng đại học xây dựng
Chng 1.
C
CC
Cá
áá
áC CH
C CHC CH
C CHỉ
ỉỉ
ỉ TI
TITI
TIÊ
ÊÊ
ÊU
U U
U Đ
ĐĐ
Đá
áá
áNH GI
NH GINH GI
NH GIá
áá
á CHấT
CHấT CHấT
CHấT L
LL
LƯợ

ƯợƯợ
Ượng
ngng
ng n
nn
nớ
ớớ
ớc
cc
c
V
VV
Và
àà
à TI
TITI
TIÊ
ÊÊ
ÊU CHU
U CHUU CHU
U CHUẩ
ẩẩ
ẩN CHấT
N CHấT N CHấT
N CHấT L
LL
LƯợ
ƯợƯợ
Ượng
ngng

ng n
nn
nớ
ớớ
ớc
cc
c
Trn Cụng Khỏnh
BM Cp thoỏt nc,
Vin Khoa hc v K thut Mụi trng


IESE
Nội dung
1. Đánh giá chất lợng nớc
2. Quá trình keo tụ nớc
3. Xử lý sắt và mangan trong nớc
4. Khử trùng nớc
5. Làm mềm nớc
6. Xử lý ổn định nớc.
7. Một số quá trình xử lý nớc đặc biệt: khử mùi,
chất khoáng, Asen, Nitơ, Flo, Clo, khử muối
Thí nghiệm Hoá nớc Xử lý nớc cấp
2
Các nội dung tự nghiên cứu
Các kiến thức cơ bản về hoá lý, hoá keo
Dung dịch
Năng lợng bề mặt và hệ thống phân tán
keo và thô
Động hoá học

Kỹ thuật phản ứng hoá học
Chơng 1. đánh giá chất lợng nớc
1.1. Đặc điểm các nguồn
nớc tự nhiên.
1.2. Các thông số đánh giá
chất lợng nớc.
1.3. Tiêu chuẩn chất
lợng nớc cấp.
3
1.1. Đặc điểm các nguồn nớc tự nhiên
1.1.1. Thành phần và chất lợng nớc mặt:
Trong nớc mặt thờng có các thành phần sau:
+ Các chất rắn lơ lửng, trong đó có cả hữu cơ và vô cơ.
+ Các chất hoà tan, dới dạng ion và phân tử, có nguồn
gốc hữu cơ và vô cơ.
+ Các vi sinh vật: vi khuẩn, virut, đơn bào, nấm, trứng
giun sán,
Tổng quan về chất lợng nớc thiên nhiên
4
7
Thành phần các chất gây nhiễm bẩn
nguồn nớc mặt
- Các ion K
+
, Na
+
- Ca
2+
, Mg
2+

, Cl
-
, SO
4
2-
- PO
4
3-

- Các chất khí CO
2
, O
2
, N
2
,
CH
4
, H
2
S,
- Các chất hữu cơ
- Các chất mùn
- Đất sét
- Protein
- Silicat SiO
2
- Chất thải sinh hoạt hữu cơ
- Cao phân tử hữu cơ
- Vi khuẩn

- Đất sét
- Cát
- Keo Fe(OH)
3
- Chất thải hữu cơ, vi sinh
vật
- Tảo
Các chất hoà tan
d < 10
-6
mm
Các chất keo
d = 10
-4
10
-6
mm
Chất rắn lơ lửng
d > 10
-4
mm
Một số nguồn gây nhiễm bẩn nguồn nớc mặt:
+ Do các chất thải của ngời, động vật trực tiếp hay gián tiếp đa vào
nguồn nớc.
+ Do các chất hữu cơ phân huỷ từ động vật và các chất thải trong nông
nghiệp.
+ Do các loại chất thải có chứa các chất độc hại của các cơ sở công nghiệp
thải ra.
+ Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ trong quá trình khai thác, sản xuất
chế biến và cận chuyển làm ô nhiễm nặng nguồn nớc

+ Do các chất tẩy rửa tổng hợp trong sinh hoạt và trong công nghiệp thải
ra.
+ Các chất phóng xạ từ các cơ sở sản xuất và sử dụng phóng xạ.
+ Các hoá chất bảo vệ thực vật đợc dùng trong nông nghiệp.
+ Các hoá chất hữu cơ tổng hợp, đợc sử dụng rộng ri trong công nghiệp.
+ Các hoá chất vô cơ nhất là các chất dùng làm phân bón cho nông nghiệp.
Tổng quan về chất lợng nớc thiên nhiên
5
Nguồn nớc mặt: Nớc sông, hồ, suối, kênh, mơng, biển
- Nớc mặt là dòng chảy của nớc ma, tuyết tan, nớc chảy ra từ
các mạch lộ, đợc tập trung, tích lại thành dòng chảy. Do có
lợng ma phong phú nên nớc mặt Việt nam rất dồi dào, với
mạng lới sông ngòi dày đặc. Đây là nguồn nớc chủ lực phục vụ
cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất.
- Chất lợng nguồn nớc mặt phụ thuộc vào điều kiện địa chất, thổ
nhỡng, khí hậu, hình thái địa lý (địa hình), những tác động của
con ngời, Nhìn chung, nớc mặt thờng bị nhiễm bẩn do đất
bờ xói mòn, rửa trôi, cây cỏ, xác súc vật thối rữa, do chất thải từ
sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp, giao thông vận tải, vv
- Nớc mặt chịu ảnh hởng đáng kể bởi thời tiết: mùa ma, nguồn
nớc mặt thờng có trữ lợng lớn hơn nhiều so với mùa khô, chất
lợng nớc cũng thay đổi lớn theo các mùa, gây khó khăn trong
việc khai thác, xử lý. Chất lợng nớc nhiều sông ngòi vùng ven
biển còn bị ảnh hởng bởi thủy triều.
- Phải xử lý nớc mặt trớc khi sử dụng là điều kiện bắt buộc.
Phân loại các nguồn nớc mặt
Phân loại nớc mặt theo nồng độ khoáng hoá
(TDS, mg/l):
Rất thấp: < 100 mg/l
Thấp: 100 - 200 mg/l

Trung bình: 200 - 500 mg/l
Tơng đối cao: 500 - 1000 mg/l
Cao: > 1000 mg/l
Nớc biển: nớc chứa tới 33 đến 37 g/l muối hoà
tan
6
Phân loại các nguồn nớc mặt
Sự có mặt của các chất mùn (humic):
Nớc ít đục: < 350
Độ đục trung bình: 35 - 1200
Độ đục cao: 1200
Mức độ ô nhiễm về mặt vi sinh theo chỉ số Coli:
Ô nhiễm nặng: > 10.000 con/l (Coli-Index);
Ô nhiễm: > 1000 con/l;
Ô nhiễm nhẹ: > 100 con/l;
Chấp nhận đợc: > 10 con/l;
Tốt: < 3 con/l.
Phân loại các nguồn nớc mặt
Ngời ta còn phân loại các nguồn nớc mặt cho các
hệ thống cấp nớc tập trung theo tuần suất đảm bảo
lu lợng nớc cấp trung bình tháng tối thiểu nh
sau:
+ Hệ thống cấp nớc loại I: 95%
+ Hệ thống cấp nớc loại II: 90%
+ Hệ thống cấp nớc loại III: 85%
7
- Nớc ngầm ít chịu ảnh hởng bởi sự tác động của con ngời.
- Không có các hạt keo hay các hạt cặn lơ lửng.
- Không chứa rong, tảo. Các chỉ tiêu vi sinh tốt hơn nhiều trong
nớc mặt.

- Chứa nhiều các tạp chất khoáng hoà tan.
- Có nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay đổi, nớc không có oxy
hoà tan.
1.1.2. Thành phần và chất lợng nớc ngầm
Bản chất địa chất của đất có ảnh hởng lớn đến thành phần
hoá học của nớc ngầm. ở tất cả thời điểm, nớc luôn tiếp xúc
với đất trong đó nó có thể bị giữ lại hoặc lu thông, nó tạo nên
sự cân bằng giữa thành phần của đất và của nớc. Nớc chảy
dới lớp đất cát hoặc granit là axit và ít muốn khoáng. Nớc
chảy trong đất chứa canxi là hydrocacbonat canxi.
Đặc tính chung về thành phần và tính chất của nớc ngầm là:
Nớc có độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay
đổi, nớc không có oxy hoà tan. Trờng hợp các lớp nớc trong
môi trờng khép kín chủ yếu, lu thông kiểu cactơ, thành phần
của nớc có thể thay đổi đột ngột với sự thay đổi độ đục và ô
nhiễm khác nhau. Những thay đổi này liên quan tới sự thay đổi
lu lợng của lớp nớc sinh ra do nớc ma. Ngoài ra nớc
ngầm thờng có sự thuần khiết vi khuẩn lớn.
1.1.2. Thành phần và chất lợng nớc ngầm
8
Sự khác nhau chủ yếu giữa nớc mặt và nớc ngầm
Vi khuẩn do sắt gây ra xuất hiệnVi trùng virut các loại và taoCác vi sinh vật
Thờng có ở nồng độ
cao do
phân hoá học
Thờng thấpNitrat
Thờng có nồng độ caoThờng có ở nồng độ trung bìnhSiO
2
Thờng xuyên có mặtXuất hiện ở các nguồn nớc
nhiễm bẩn

NH
4
+
Thờng không tồn tạiThờng gần bo hoàKhí O
2
hoà tan
Thờng xuyên xuất hiện ở nồ
ng
độ cao
Thờng rất thấp hoặc gần bằng
không
Khí CO
2
hoà tan
Thờng xuyên cóRất thấp, trừ dới đáy hồFe và Mn hoá trị 2
ít thay đổi, cao hơn nớc mặt ở
cùng một vùng
Thay đổi theo chất lợng đất,
lợng ma
Chất khoáng hoà
tan
Thấp hay hầu nh không cóThờng cao và thay đổi theo mùa
độ đục
Tơng đối ổn địnhThay đổi theo mùaNhiệt độ
Nớc ngầmNớc mặt
đặc tính
Một số loại nớc ngầm chủ yếu:
+ Nớc thổ nhỡng (gần mặt đất)
+ Nớc ngầm (trầm tích trên mặt và những lớp trên
của vỏ phong hoá).

+ Nớc Kastơ (Đá vôi, đôlômít, các đá rửa lũa
khác).
+ Nớc Actêzi (Các bồn, đá trầm tích)
+ Nớc mạch (khe nứt) (các đới khe nứt kiến tạo)
+ Nớc mỏ (phát sinh trong qua trình khai thác mỏ)
9
Phân loại các loại nớc ngầm
Theo hàm lợng các chất khoáng (Tổng độ
khoáng hoá TDS)
Siêu nhạt < 0,2 g/l hay < 0,02%
Nhạt 0,2 - 1 g/l hay 0,02 - 0,1%
Lợ 1 -3 g/l hay 0,1 - 0,3%
Hơi mặn 3 - 10 g/l hay 0,3 - 1%
Mặn 10 - 35 g/l hay 1,0 - 3,5%
Muối > 35 g/l hay > 3,5%
Phân loại các loại nớc ngầm
Theo độ pH
Kiềm pH = 11 - 14
Kiềm nhẹ 8 - 10
Trung tính 7
Axit nhẹ 4 - 6
Axit 1 - 3
10
Phân loại các loại nớc ngầm
Theo độ cứng toàn phần (mgđl/l): 6 loại :
Ctp = 0 ữ 40 dH - nớc rất mềm (0 - 1,5 mgđl/l)
Ctp = 4 - 80 dH - nớc mềm (2,5 - 3 mgđl/l)
Ctp = 8 -120 dH - nớc có độ cứng trung bình (3 - 4,5
mgđl/l )
Ctp = 12 -180 dH - nớc tơng đối cứng (4,5 - 6

mgđl/l)
Ctp = 18 -300 dH - nớc cứng (6 - 10
mgđl/l)
Ctp > 300 dH - nớc rất cứng (>10 mgđl/l)
1.1.3. Nớc ma
Nớc ma: có chất lợng tốt, bo hoà CO2. Tuy
nhiên, nớc ma sẽ hoà tan các chất vô cơ và hữu
cơ khác nhau trong không khí và trong quá trình
thấm qua đất. Nguồn nớc ma đợc sử dụng
không nhiều lắm, chỉ giới hạn trong các
trờnghợp khó khăn về nớc.
Chất lợng phụ thuộc cờng độ/lợng ma, tần
suất ma, điều kiện địa chất thuỷ văn, thổ nhỡng
lu vực, phơng pháp thu gom và lu trữ, các điều
kiện kèm theo trong quá trình ma,
11
1.1.3. Nớc ma
Do rơi từ trên cao xuống, rửa và cuốn theo nhiều tạp chất trong
không khí, nớc ma thờng có cấu tạo hóa học và vi sinh phức tạp
và thờng không sạch nh ngời ta vẫn quan niệm. Nớc ma có
thể bị nhiễm các chất bẩn từ bụi - khí thải công nghiệp, những sản
phẩm cháy - phun trào của núi lửa, sản phẩm của tia sét, sấm, gió
cuốn, các bụi phóng xạ, cho đến các chất bẩn từ bề mặt diện tích
thu hứng và máng dẫn: bụi bặm, lá cây mục, phân chim chóc, côn
trùng, rêu mốc, vv Thờng thì nớc ma đợt đầu bẩn hơn nớc
ma đợt sau.
Trong nớc ma, hàm lợng Flo, Iot tơng đối thấp so với tiêu
chuẩn chất lợng nớc dùng cho nhu cầu sinh hoạt, vì vậy cần lu
ý kiểm tra khi sử dụng và bổ sung những chất trên vào nớc cấp
cho ăn uống nếu cần.

Việt Nam: Lợng ma trung bình hàng năm khoảng 1500 - 2500
mm, thuộc loại cao trên thế giới. Lợng ma tập trung chủ yếu vào
mùa ma (85 - 95% tổng lợng ma). Có sự phân bố rất khác nhau
về lợng ma ở các vùng.
đánh giá chất lợng nớc
Đánh giá chất lợng nớc: theo các
chỉ tiêu vật lý (nhiệt độ, hàm lợng
cặn lơ lửng, độ màu, mùi, vị, ), hoá
học (pH, độ cứng, độ kiềm, độ oxi
hoá, hàm lợng sắt, ), sinh học (các
thuỷ sinh vật) và vi sinh (tổng số
lợng vi khuẩn, chỉ số Coli, ).
12
1.2. Một số tính chất vật lý của nớc
Có ảnh hởng quan trọng đến lựa chọn công nghệ và
hiệu quả xử lý nớc !
Nớc tinh khiết: chất lỏng trong suốt, không mầu, không mùi,
không vị.
1ml nớc sạch (tinh khiết) = 1 g.
Nhiệt độ đóng băng: 0,00
0
C; Nhiệt độ sôi : 100,00
0
C
(
(
ở
ở
á
á

p
p
suất
suất
760 mm Hg).
760 mm Hg).
Nớc bay hơi (tuỳ theo áp suất khí quyển, độ ẩm k.khí, vận tốc
gió, diện tích mặt thoáng, vv
Nớc đóng băng
1.2. Một số tính chất vật lý của nớc
Độ nhớt động học của nớc:
là đại lợng biểu thị độ trở bên trong hay lực
ma sát sinh ra trong quá trình dịch chuyển.
t
0
tăng-> độ nhớt giảm
Nhiệt độ của nớc.
là đại lợng phụ thuộc vào điều kiện môi
trờng và khí hậu
13
Nớc có nhiệt dung lớn (heat capacity)
Độ dẫn điện (ở 18
0
C) : 4,3.10
-8
(1/.cm)
Độ dẫn điện rất thấp + Nhiệt dung lớn ->
Sử dụng nớc làm chất dẫn nhiệt.
Nớc đóng vai điều hoà nhiệt độ trên trái
đất (mùa đông chậm mất nhiệt và nguội

đi chậm, mùa hè nóng lên chậm).
1.2. Một số tính chất vật lý của nớc
Tính
Tính
dị
dị
th
th


ờng
ờng
c
c
ủ
ủ
a
a
n
n
ớ
ớ
c
c
Khi tăng từ 0 -> 4
0
C, thể tích nớc không tăng mà lại
giảm.
Tỷ trọng max: không phải ở 0
0

C mà là ở 4
0
C (chính xác
là 3,98
0
C):
Khi đóng băng -> thể tích tăng, tỷ trọng giảm (khác các
chất khác)
t
o
đóng băng của nớc khi P (chứ không tăng nh các
chất khác):
Nhiệt dung riêng của nớc rất lớn so với các chất khác
Hằng số điện môi của nớc lớn -> có khả năng hoà tan
cao
14
Sức căng mặt ngoài của nớc
Sức căng mặt ngoài của nớc là khả năng của các phân tử
nằm ngoài biên dính bám, kéo và tự nén -> tạo nên 1 lớp
màng căng trên bề mặt.
Đ
Đ
ể
ể
ph
ph
á
á
v
v

ỡ
ỡ
m
m
à
à
ng
ng
c
c
ă
ă
ng
ng
đ
đ
ó,
ó,
c
c
ầ
ầ
n
n
t
t
á
á
c
c

dụng
dụng
1
1
l
l
ự
ự
c
c
nhất
nhất
đ
đ
ịnh
ịnh
.
.


S
S
ứ
ứ
c
c
c
c
ă
ă

ng
ng
m
m
ặ
ặ
t
t
ngo
ngo
à
à
i
i
c
c
ủ
ủ
a
a
n
n
ớ
ớ
c
c
l
l
ớ
ớ

n
n
nhất
nhất
trong
trong
c
c
á
á
c
c
chất
chất
l
l
ỏ
ỏ
ng
ng
Chì lỏng > nớc > xăng > axeton > rợu > c.lỏng khác
500.10
-5
N/cm 29.10
-5
N/cm 22.10
-5
N/cm
72.10
-5

N/cm 24.10
-5
N/cm
Có sức căng mặt ngoài cao <-> độ dính ớt (dính bám) cao ->
mao dẫn

Độ đục (Nephelometric
Turbidity Unit - NTU)

Độ trong (cm): Đĩa Secchi
15
Độ màu
Do các hợp chất hoà tan hay keo, thực vật gây ra.
Xác định theo thang màu tiêu chuẩn.
Thang màu Cobalt Bicromat: 1 lít nớc chứa 0,175
g K
2
Cr
2
O
7
và 4 g CoSO
4
lấy bằng 1000 độ chuẩn.
Thang màu Platin - Cobalt: đây là màu của dung
dịch chứa 2,49 gam K
2
PtCl
6
và 2,08 g CoCl

2
trong
1 lít nớc, lấy bằng 1000 độ)
* H
2
S : mùi thối rữa
* Fe : mùi tanh
* Thực vật thối rữa : mùi bùn, mốc
Xác định: dựa vào khả năng nhận biết đợc mùi sau khi trộn
lẫn mẫu với nớc sạch hay không khí sạch (không mùi) ->
pha long tới mức độ nhận biết đợc.
Đo bằng ppmV (ppm by Volume) hay thang điểm
(5 điểm: 0 -> 5) hay phân loại (thơm, mùi cá, mùi )
Mùi của nớc
16
Vị của nớc
Các muối hoà tan trong nớc gây nên những vị khác
nhau của nớc nh mặn, đắng, ngọt, chua, chát, ,
làm giảm chất lợng nớc.
Ngỡng nhận biết vị theo nồng độ các muối trong
nớc (mg/l):
NaCl: 165 FeCl
2
: 0,35
FeSO
4
:1,6 CaCl
2
: 470
MgSO

4
: 250 NaHCO
3
: 450
MgCl
2
: 135 CaSO
4
: 70
MnCl
2
: 1,8 MnSO
4
: 15,7
Hàm lợng chất rắn trong nớc:gồm có chất
rắn vô cơ, chất rắn hữu cơ.
Tổng hàm lợng cặn TS (Total Solids),
Tổng hàm lợng cặn lơ lửng TSS (Total
Suspended Solids) (chỉ tiêu vật lý)
Tổng chất rắn hoà tan TDS (Total Dissolved
Solids).
(chỉ tiêu hoá học)
TS = TDS + TSS
Hàm lợng chất rắn trong nớc (mg/l)
17
Tạo bởi hệ tán sắc thô, gồm các chất huyền phù (chiếm thành
phần chủ yếu) và nhũ tơng trong nớc. Chúng thờng có
nhiều trong nguồn nớc mặt. Huyền phù đợc tạo ra bởi các
hợp chất vô cơ (oxit kim loại, khoáng sét, ) và các thủy sinh
vật (vi khuẩn, tảo, ).

Hàm lợng cặn lơ lửng (mg/l)
Các chất lơ lửng Kích thớc, mm
Độ lớn thuỷ lực,
mm/s
Thời gian lắng qua
chiều sâu 1 m
Các phần tử keo
Sét mịn
Sét
Bùn
Hạt cát mịn
vừa
lớn
2.10
-4
ữ 1.10
-6

1.10
-3
ữ 5.10
-4

24.10
-4

5.10
-2
ữ 27.10
-3

0,1
0,5
1,0
7.10
-6

7.10 ữ 17.10
-5

5.10
-3

1,7 - 0,5
7
50
100
4 năm
0,5 - 2 tháng
2 ngđ
10 - 30 min
2,5 min
20 s
10 s

Các hạt rắn có kích thớc nhỏ dới 0,1àm đợc gọi là
huyền
huyền
ph
ph

ù
ù
keo
keo;
từ 0,1 - 5àm là
huyền
huyền
ph
ph
ù
ù
m
m
ả
ả
nh
nh;
từ 5 - 1000àm (1mm) là
huyền
huyền
ph
ph
ù
ù
mịn
mịn;
lớn hơn 1mm là các
huyền
huyền
ph

ph
ù
ù
th
th
ô
ô
.
.
Các khoáng sét, các oxit kim loại, các cácbonát, cũng
nh các axit humic, các protein có khối lợng phân tử
lớn và các vi rút tạo ra các loại huyền phù ở trạng thái
phân tán keo. Chúng có thể đợc loại bỏ ra khỏi nớc
bằng các phơng pháp keo tụ/đông tụ - lắng, lọc hay vi
lọc, siêu lọc,
18
Sự có mặt của các hạt lơ lửng/huyền phù gây ra
sự cản trở ánh sáng truyền qua lớp nớc do hiệu
ứng khuyếch tán Tyndall và tạo ra độ đục của
nớc.
Xác định hàm lợng cặn lơ lửng: lọc, sau đó sấy
ở 105
0
C và cân.
Sấy và nung tiếp lợng cặn còn lại ở 550
0
C: xác
định đợc hàm lợng cặn bay hơi (các hợp chất
hữu cơ) và tro (các chất dạng vô cơ).
Hàm lợng cặn của nớc ngầm thờng nhỏ (30 ữ

ữữ
ữ 50
mg/l), chủ yếu do cát mịn có trong nớc gây ra.
Hàm lợng cặn của nớc sông dao động rất lớn (20 ữ
ữữ
ữ
5.000 mg/l), có khi lên tới 30.000 mg/l.
Cùng một nguồn nớc, hàm lợng cặn dao động theo
mùa, mùa khô nhỏ, mùa lũ lớn.
Cặn có trong nớc sông là do các hạt cát, sét, bùn bị
dòng nớc xói rửa mang theo và các chất hữu cơ nguồn
gốc động, thực vật mục nát hoà tan trong nớc.
Hàm lợng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để
lựa chọn biện pháp xử lý đối với các nguồn nớc mặt.
Hàm lợng cặn của nớc nguồn càng cao thì việc xử lý
càng phức tạp và tốn kém.
Tính phóng xạ: là do sự phân huỷ các chất phóng xạ có
trong nớc tạo nên.
19
1.3. Một số chỉ tiêu hoá học của nớc.
1.3.1. Độ pH:
Đặc trng cho tính kiềm hoặc tính axit của nớc.
pH = 7 - Nớc trung tính
pH <7 - tính axit
pH>7 - tính kiềm
Nớc sinh hoạt: pH =6,5 - 8,5

pH
pH
ả

ả
nh
nh
h
h
ở
ở
ng
ng
đ
đ
ến
ến
hi
hi
ệ
ệ
u
u
suất
suất
qu
qu
á
á
tr
tr
ì
ì
nh

nh
keo
keo
tụ
tụ
,
,
kh
kh
ử
ử
s
s
ắ
ắ
t, l
t, l
à
à
m
m
mềm
mềm
n
n
ớ
ớ
c
c
,

,
kh
kh
ử
ử
tr
tr
ù
ù
ng
ng
!
!
Nớc là chất điện ly yếu, phân ly:
H
2
O H
+
+OH
-
K: tích các ion của nớc.
Nếu t
0
=const -> K = const
ở nhiệt độ xác định: [H
+
].[OH
-
] = K=const
T

0
= 25
0
C -> K=1.10
-14
g.ion/l.
pH = - lg [H
+
]
pH xác định nồng độ ion [H
+
] có trong nớc
OH
OHH
K
2
]].[[
+
=
20
1.3. Một số chỉ tiêu hoá học của nớc (tiếp)
1.3.2. Các liên kết của Axit Cácboníc trong nớc.
CO
2
+ H
2
O H
2
CO
3

H
+
+ HCO
3
-
2H
+
+ CO
3
2-
(1)
(PT cân bằng động của hệ Cácbonic trong nớc)
Hàm lợng các thành phần của H
2
CO
3
gồm: HCO
3
-
,
CO
3
2-
, CO
2
ở cùng một nhiệt độ phụ thuộc vào giá trị pH
Với t
o
= const -> K
+

+ HHCOCOH
332
][
][].[
32
3
1
3
COH
HfHCOf
K
HHCO
+
=
HCO
+
+ HCO
2
33
][
][].[
3
2
3
2
3
2

+

=
HCOf
HfCOf
K
HCO
HCO
H
+
+ HCOCO 2
2
332
][
][].[
.
32
22
3
21
3
COH
HfCOf
KKK
HCO
+
==
constKK
=
,,
21
21

pH = 4: CO
2
= 98%
pH tăng ( 4 8,4%): CO
2
giảm, HCO
3
-
tăng
pH = 8,4: HCO
3
-
= 98%
CO
2
= 2%
pH tăng (8,4 12): HCO
3
-
giảm; CO
2
tăng
pH = 12: CO
3
2-
= 98%
HCO
3
-
= 2%

Khi trong nớc có các Ion Ca
2+
, phơng trình cân
bằng hệ Cácbonat có dạng:
Ca
2+
+ 2HCO
3
-
CaCO
3
+ CO
2
+ H2O
Hằng số cân bằng phản ứng:
Nếu coi nồng độ [H
2
O] và [CaCO
3
] là không đổi
(hằng số), còn [Ca
2+
] = 2[HCO
3
-
], khi đó:
Nghĩa là các ion HCO
3
-
tồn tại trong dung dịch chỉ

khi nào có mặt axit cácbonic (ở dạng CO
2
) tự do.
ở nhiệt độ 25
0
C, k
1
= 4,45.10
-7
; k
2
= 5,6.10
-11
.
[
]
[
]
[
]
[ ][ ]
2
3
2
223
1
+
=
HCOCa
OHCOCaCO

K
[
]
[ ]

=
3
2
2
HCO
CO
K
22
2HCO
3
-


CO
2
+ CO
3
2-
+ H
2
O (2)
Hàm lợng CO
2
cân bằng đợc xác định:
CO

2
cb
= pK
1
pK
2
+ pS
CaCO3
+ 2lg[HCO
3
-
] + lg(Ca
2+
)
- 34 5,96
Trong đó:
K
1
hằng số phân ly bậc một của axit cacbonic (pK
1
= - lgK
1
);
K
2
- hằng số phân ly bậc hai của axit cacbonic (pK
2
= - lgK
2
);

S
CaCO3
tích số hoà tan của CaCO
3
(pS
CaCO3
= - lgS
CaCO3
);
(Ca
2+
) hàm lợng ion canxi mg/l;
[HCO
3
-
] hàm lợng ion hydrocacbonat mđlg/l;
CO
2
cb
hàm lợng CO
2
cân bằng mg/l;
Việc xác định hàm lợng CO
2
tự do trong nớc đợc thực
hiện bằng nhiều phơng pháp.
Khi độ pH của nớc nhỏ hơn hoặc bằng 8,4 thì tổng độ kiềm
của nớc bằng nồng độ ion HCO
3
-

và trong nớc chỉ tồn tại
CO
2
và HCO
3
-
. Do đó nếu giải phơng trình phân ly bậc một
của axit cacbonic, có thể tính đợc hàm lợng CO
2
tự do hoà
tan trong nớc theo công thức:
CO
2
=
Trong đó:
K
1
- độ kiềm của nớc, mđlg/l;
CO
2
- hàm lợng CO
2
tự do trong nớc, mg/l;
pH - độ pH thực của nớc.
Khi không đòi hỏi có độ chính xác cao, để đơn giản quá
trình tính toán có thể xác định lợng CO
2
tự do theo biểu
đồ. (Langlier)
44K

1
K
1
10
pH 0,5à
23
- Để đánh giá độ ổn định của nớc, ngời ta so sánh pH nớc nguồn
(pH
o
) với pH của nớc đợc cân bằng bo hoà bởi cácbonat canxi
(pHs), đợc xác định theo phơng trình Langlier:
pH
s
= pK
2
pS
CaCO3
lg(Ca
2+
) lgK
t
+ 2,5à + 7,6
Trong đó:+ K
2
- hằng số phân ly bậc 2 của Axit Cácbonic;
+ Tích số tan của CaCO3;
+ [Ca
2+
] và K
i

- nồng độ Ca
2+
và độ kiềm của nớc;
+ à - lực tác dụng Ion của dung dịch, phụ thuộc vào
tổng hàm lợng muối của dung dịch;
+ p - ký hiệu logarit âm.
hoặc viết ở thể rút gọn theo ký hiệu:
pHs = f
1
(t) f
2
(Ca
2+
) f
3
(K
t
) + f
4
(P), trong đó:
pH
s
trị số pH của nớc tơng ứng với trạng thái cân bằng của
các hợp chất của axit cacbonic và đợc gọi là pH bo hoà;
f1(t) hàm số nhiệt độ của nớc,
f1(t) = pK
2
pS
CaCO3
f

2
(Ca
2+
) hàm số phụ thuộc lợng ion canxi có trong nớc với
f
2
(Ca
2+
) tính bằng mđlg/l;
f
4
(P) hàm lợng biểu thị tổng hàm lợng muối của nớc.
Để thuận tiện cho tính toán, Langlier đa ra biểu đồ dùng để
xác định trị số pH
s
của nớc.
24
Chỉ số bo hoà I : I = pH
0
- pH
s
a.
(CO
(CO
2
2
td
td
= CO
= CO

2
2
cb
cb
)
) Nớc ổn định (I = 0)
b.
CO
CO
2
2
td
td
> CO
> CO
2
2
cb
cb
Nớc có tính xâm thực (không ổn định) (I <
0).
- Ăn mòn (xâm thực) bê-tông:
CO
2
+CaCO
3
+ H
2
O

Ca(HCO
3
)
2
tan
- Khi xử lý nớc bằng phơng pháp keo tụ:
Al
2
(SO
4
)
3
+ 3Ca(HCO
3
)
2
= 2Al(OH)
3


+ 3CaSO
4


+
6CO
2

Cho vào nớc 1 mg Al
2
(SO
4
)
3
tạo 0,8 mg CO
2
.
c.
CO
CO
2
2
td
td
< CO
< CO
2
2
cb
cb
Nớc không ổn định (có tính lắng cặn)
(I > 0)
CO
3
2-
d
+
=

3
2
CaCOCa
1.3.3. Độ kiềm:
Do sự thuỷ phân của các muối gốc axit yếu và
kiềm mạnh, xảy ra theo phơng trình:
A
-
+ HOH HA + OH
-
.
Khi cho vào nớc các ion H
+
cân bằng chuyển
dịch sang phải quá trình thuỷ phân muối xảy ra
hoàn toàn
L
L
ợ
ợ
ng
ng
axit
axit
c
c
ầ
ầ
n
n

thiết
thiết
để
để
trung
trung
ho
ho
à
à
c
c
á
á
c
c
ion OH
ion OH
-
-
trong
trong
1
1
lít
lít
n
n
ớ
ớ

c
c
g
g
ọ
ọ
i
i
l
l
à
à
độ
độ
kiềm
kiềm
to
to
à
à
n
n
ph
ph
ầ
ầ
n
n
hay
hay

độ
độ
kiềm
kiềm
đ
đ
ịnh
ịnh
ph
ph
â
â
n
n.
25


Đ
Đ
ộ
ộ
kiềm
kiềm
to
to
à
à
n
n
ph

ph
ầ
ầ
n
n
c
c
ủ
ủ
a
a
n
n
ớ
ớ
c
c
:
:
K
i
tp = [HCO
3
-
] + 2[CO
3
2-
] + [OH
-
] + [BO

2
-
] + [HPO
4
-
] +
2[HPO
4
2-
] + 3[PO
4
3-
] + [HS
-
] + [HSiO
3
-
] +
[mùn (humic)] - [H
+
] (mgđl/l)

Khi nớc thiên nhiên có độ màu lớn (> 40
0
Cobalt), độ
kiềm toàn phần bao gồm cả độ kiềm do muối của các axit
nữu cơ gây ra.
[
]
[

]
[
]

++= OHCOHCOK
tp
i
2
33
1.3.3. Độ kiềm:
*
Đ
Đ
ộ
ộ
kiềm
kiềm
t
t
ự
ự
do
do
Độ kiềm, đặc trng cho tính đệm của nớc
thiên nhiên, có ý nghĩa quan trọng trong công
nghệ xử lý nớc.
Trong một số trờng hợp, khi độ kiềm trong
nớc nguồn thấp, cần phải bổ sung hoá chất
để kiềm hoá nớc.
[

]
[
]

+= OHCOK
tudo
i
2
3
5,0
1.3.3. Độ kiềm: