Chương 2 xử lý nước cấp (bộ môn quản lý tài nguyên nước)

1
1
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.1. ðại cương
Nguồn nước mặt, nước ngầm thường chứa các tạp chất
không phù hợp mục ñích sử dụng (sinh hoạt, sản xuất)
⇒ cần xử lý.
ðối tượng xử lý thường gồm:

Các chất rắn lơ lửng (SS)

Các chất vô cơ hòa tan (Fe
2+
, Ca
2+
, Mg
2+
, NH
4
+
, NO
3
-
,…)

Các chất hữu cơ hòa tan

Màu


Các vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, protozoa,…)
Các quá trình xử lý nước cấp có thể là cơ học, hóa-lý,
hóa học hay sinh học.
Kết hợp các quá trình xử lý theo trình tự nhất ñịnh →
công nghệ xử lý.
2
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Bảng 2.1. Tóm tắt các quá trình xử lý nước
Loại một số chất nhiễm bẩn vô cơ (như Fe, Mn, radium)Lọc kết hợp oxy hóa
Loại một số chất nhiễm bẩn vô cơ, gồm các chất tạo ñô cứngTrao ñổi ion
Loại hầu hết các chất nhiễm bẩn vô cơThẩm thấu ngược, ñiện thẩm tách
Ngăn ngừa sư tạo cắn và ăn mònKiểm soát ăn mòn
Loại các VOC, H2S, các khí hòa tan; oxy hóa Fe (II) và Mn (II). Thông khí (Làm thoáng)
Loại các chất hữu cơ hòa tan như thuốc trừ sâu, dung môi, THMs, Hấp phu bằng than hoạt tính
Tiêu diệt các sinh vật gây bệnh. Khư trùng
Loại các hạt không lắng ñược, có thê bao gồm cả các vi sinh vật.Lọc
Loại ñô cứngLàm mềm
Loại các hạt lắng ñượcLắng
Chuyển các hạt keo thành các hạt có thê lắng.Keo tụ/Tạo bông
Loại tảo, thủy sinh vật, các mẩu rắn nho. Vi lọc (Microstraining)
Loại sỏi, cát, bùn và các vật liệu hạt khác. Lắng sơ bô
Loại trừ tảo, khư trùng sơ bô, oxy hóa sơ bô Fe, MnXư lý hóa học sơ bô (clo, ozon hóa)
Loại các mẩu vụn thô (lá cây, cành cây, cá, ) Chắn rác
Mục ñích xư lýQuá trình
2
3
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI

Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Lựa chọn công nghệ xử lý phụ thuộc:

Loại nguồn nước (mặt, ngầm)

ðặc ñiểm chất lượng nguồn nước

Yêu cầu chất lượng nước cấp (theo tiêu chuẩn).
Ví dụ:

Với nguồn nước mặt – chủ yếu xử lý làm trong, khử màu và khử trùng:
Hình 2.1.
Sơ ñồ công nghệ ñiển hình xử lý nước mặt Huế

Với nguồn nước ngầm – chủ yếu loại sắt, khử trùng:
Hình 2.2.
Sơ ñồ công nghệ ñiển hình xử lý nước ngầm Hà Nội
Keo tụ/
Tạo bông
Nước mặt
Lắng
Lọc cát
nhanh
Khử trùng
Nước sạch
Chất keo tụ
Cl
2
Làm thoáng
ñơn giản

Nước ngầm
Lọc cát
nhanh
Khử trùng
Nước sạch
Cl
2
4
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.2. Keo tụ- Tạo bông (Coagulation – Flocculation)
2.2.1. Cơ sở lý thuyết
Kích thước các hạt trong nước và khả năng tách chúng:
Các quá trình cơ học (lắng, lọc, ly tâm) chỉ tách hiệu quả các hạt lơ lửng có
ñường kính hạt >10
-3
mm (bùn, cát, tảo, protozoa, )
ðối với các hạt lơ lửng rất nhỏ và dạng keo ñường kính 10
-6
– 10
-3
mm (sét,
ñại phân tử hữu cơ,…) thường rất khó lắng lọc (mất thời gian dài); ñể tách
hiệu quả thường sử dụng biện pháp keo tụ - tạo bông trước khi lắng, lọc.

ðối tượng xử lý chủ yếu của keo tụ là các hạt keo
Hòa tan
10
-4

10
-5
10
-3
10
-2
10
-1
1
10 10
2
10
3
10
4
µm
mm110
-3
10
-1
Keo
Lơ lửng
10
-4
10
-6
10
-2
Lắng trọng lực, lọc, tuyển nổi…Keo tụ
Thô

1010
-5
10
-7
10
-8
Hình 2.3.
Kích thước hạt trong nước và khả năng tách
3
5
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Cấu tạo hạt keo:

Trong nước tự nhiên, các hạt keo có thể mang ñiện tích âm hoặc dương:
•
hạt keo có nguồn gốc silicat, các hợp chất hữu cơ có ñiện tích âm (ña số);
•
các hydroxit sắt, nhôm mang ñiện tích dương.

Xét hạt keo âm. Hạt keo mang ñiện âm
hút các cation ñến gần bề mặt ñể trung
hòa ñiện tích, phân bố thành 2 lớp:
• Lớp thứ nhất rất mỏng, mang ñiện tích
dương và liên kết chặt chẽ với hạt keo
gọi là
lớp Stern.
• Lớp thứ hai dày hơn, là hỗn hợp các ion
(hầu hết là cation), liên kết lỏng lẻo, gọi

là
lớp khuếch tán
.
Tập hợp hai lớp trên gọi là
lớp kép
, có
ñiện tích dương. Giữa 2 lớp là mặt trượt.
Thế ñiện ñộng xuất hiện giữa 2 lớp gọi
là
thế zeta
.
Ở trạng thái tĩnh, ñiện tích hạt ñược bù
bởi ñiện tích lớp khuếch tán.
Hình 2.4. Cấu tạo hạt keo âm
6
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Giữa hai hạt keo luôn luôn tồn tại hai loại lực tương tác:

Lực ñẩy tĩnh ñiện
Coulomb
giữa hai lớp kép có ñiện tích cùng dấu,

Lực hút
van der Waals
tác ñộng trong một khoảng ngắn.
Lực tổng hợp quyết ñịnh trạng thái ổn ñịnh hạt keo:

Khi lực ñẩy > lực hút (lực tổng hợp là ñẩy): hệ keo bền vững;


Khi lực ñẩy ≤ lực hút (lực tổng hợp là hút hay bằng không): không còn
"hàng rào năng lượng“, các hạt keo dính kết với nhau và xảy ra sự
keo
tụ
. Như vậy, quá trình keo tụ diễn ra khi trạng thái ổn ñịnh của hạt keo bị
phá vỡ.
Các hạt keo ñã mất ổn ñịnh hay tập hợp khởi ñầu của chúng sẽ ñược
tăng cường khả năng tập hợp tạo bông cặn kích thước lớn khi có mặt
các cầu nối – quá trình
tạo bông
.

Keo tụ (coagulation)
là sự phá vỡ trạng thái ổn ñịnh của các hạt keo
ñể tạo ra sự tập hợp khởi ñầu các hạt keo .

Tạo bông (flocculation)
là sự tổ hợp các hạt keo ñã bị keo tụ.
4
7
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Hình 2.5. Sơ ñồ minh họa keo tụ và tạo bông
8
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Các chất keo tu thường dùng: Al

2
(SO
4
)
3
.18H
2
O (phèn
nhôm); Fe
2
(SO
4
)
3
.8H
2
O; FeCl
3
; Al
n
(OH)
m
Cl
x
(SO
4
)
y
(Polyaluminium chloride hay PAC).
Cơ chế loại các hạt keo với muối Al (III), Fe (III):


Các ion Al
3+
, Fe
3+
sẽ ñi vào lớp ñiện kép, trao ñổi làm trung hòa
ñiện tích hạt keo ⇒ giảm thế zeta ⇒ keo tu.

Thủy phân tạo các ion phức ña nhân tích ñiện cao Al
x
(OH)
y
n+
(ví
du Al
8
(OH)
20
4+
, Al
3
(OH)
4
5+
, Al
13
O
4
(OH)
24

7+
…), hấp phu lên bề mặt
hạt keo ⇒ trung hòa ñiện tích hạt keo ⇒ giảm thế zeta ⇒ keo tu.

Thủy phân tạo kết tủa Al(OH)
3
, Fe(OH)
3
, các kết tủa này kéo theo
các hạt keo lắng xuống.

Hiệu quả keo tu phu thuộc pH
: pH 4,5 – 7,0 với phèn nhôm; pH
8,5 -10,0 với Fe
2
(SO
4
)
3
; pH 4,5 – 7,5 với PAC.
Các chất tạo bông (hay trơ keo tu) thường dùng:

Polymer thiên nhiên: dextrin, chitin,…

Polymer tổng hợp: polyacrylamide [–CH
2
–CH(CONH
2
)–]
n

,
polyacrylic acid [–CH
2
–CH(COOH)–]
n
,…
5
9
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.2.2. Áp dụng
Hai công ñoạn xử lý nước bằng keo tụ-tạo bông tiến
hành với các ñiều kiện khuấy trộn khác nhau:

Keo tụ: Khuấy nhanh trong thời gian ngắn ñể làm bất ổn ñịnh hạt
keo và tạo các bông keo có kích thước nhỏ
(gradient vận tốc G =
500 – 1000 s
-1
, thời gian khuấy t =30 – 120 s)

Tạo bông: Khuấy chậm trong thời gian dài ñể tạo bông keo lớn
(G
= 30 – 60 s
-1
; t = 15 – 45 phút)
Có thể thực hiện khuấy bằng thiết bị khuấy cơ học hay
theo nguyên tắc thủy lực (dùng vách ngăn tạo dòng chảy
zikzak).

Trước khi áp dụng thực tế, cần tiến hành thực nghiệm
keo tụ trong PTN ñể xác ñịnh các ñiều kiện keo tụ: liều
keo tụ, liều trợ keo tụ, pH, tốc ñộ khuấy, thời gian
khuấy, Thường sử dụng hệ thống JAR TEST.
10
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Hình 2.6.
Hệ thống JAR TEST.
6
11
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.3. Lắng (Sedimentation/Clarification)
2.3.1. Cơ sở lý thuyết
Lắng (còn gọi là làm trong) là quá trình dùng ñể tách các chất rắn có
thể lắng ñược hay các bông cặn sau keo tụ-tạo bông.
Nguyên tắc: dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt có khối
lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của nước sẽ lắng xuống ñáy
thiết bị và ñược loại khỏi nước.
Lý thuyết lắng

Theo nồng ñộ và sự tương tác giữa các hạt có bốn dạng lắng:

lắng loại 1 hay lắng hạt riêng lẻ (discrete particle settling) - hạt không thay
ñổi kích thước trong quá trình lắng

lắng loại 2 hay lắng tạo bông (flocculent settling) - các hạt kết hợp nhau, kích

thước hạt lớn dần trong quá trình lắng,

lắng loại 3 hay lắng vùng (zone settling)

lắng loại 4 hay lắng nén (compression settling).

Trong xử lý nước, lắng hạt riêng lẻ và lắng tạo bông ñóng vai trò quyết
ñịnh

Lý thuyết lắng khá phức tạp, nhất là lắng loại 2, 3, 4.
12
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Lý thuyết lắng hạt riêng lẻ
Vận tốc lắng của hạt tuân theo phương trình Newton:
[2.1]
hoặc trong trường hợp riêng, theo phương trình Stokes:
[2.2]
v
s
– vận tốc lắng (m/s)
ρ
s
, ρ
w
- khối lượng riêng của hạt và nước (kg/m
3
)
s

s
– tỷ khối của hạt so với nước (không thứ nguyên)
g – gia tốc trọng trường (9,81 m/s
2
)
d – ñường kính hạt (m)
C
D
– hệ số ma sát
µ – ñộ nhớt tuyệt ñối (N.s/m
2
)
ν– ñộ nhớt ñộng học (m
2
/s)
Ví dụ:
hạt có d=0,1 mm và tỷ khối 2,65 sẽ lắng trong nước ở 15
0
C
(µ=1,13×10
-3
N.s/m
2
) với vận tốc v
s
≈ 8 mm/s (cần khoảng 2 phút ñể lắng
xuống 1 m).
wD
ws
s

C
dg
v
ρ
ρρ
3
)(4 −
=
( ) ( )
22
1
18
hay
18
ds
g
vd
g
v
sswss
−=−=
ν
ρρ
µ
7
13
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Bể lắng hình hộp, dòng chảy ngang-

một hạt trong bể lắng sẽ chịu:
-
chuyển ñộng theo dòng chảy - vận tốc v
h
(=Q/A = lưu lượng/tiết diện)
-
lắng do trọng lực - vận tốc lắng v
s
(tính như trên).
ðiều kiện ñể hạt bị giữ lại trong bể lắng: v
s
≥ v
0
v
0
: vận tốc lắng tới hạn (ứng với hạt ñi vào ñiểm trên cùng ñầu vào
ñến ñiểm dưới cùng ñầu ra vùng bể lắng)
[2.3]
(L: dài, B: rộng, H: sâu)
d
0
(ứng với vận tốc lắng
v
0
):
cỡ hạt thiết kế
Hạt có cỡ hạt ≥ d
0
sẽ lắng 100%
Hạt có cỡ hạt d

x
< d
0
sẽ lắng với hiệu quả v
x
/v
0
(v
x
: vận tốc lắng ứng với d
x
)
Thời gian lưu nước t = LBH/Q = H/v
0
0
v
H
v
L
h
=
h
v
L
H
v ×=
0
B
L
Q

B
H
Q
L
H
v
×
=
×
×=
0
H
L
v
h
v
0
B
Q
v
h
v
x
Q
14
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Bể lắng ñứng dòng chảy ngược (dưới lên)
ðiều kiện ñể hạt bị giữ lại trong bể lắng: v

s
> v
u
v
u
: vận tốc dòng chảy = Q/A
Thời gian lưu cần thiết:
[2.4]
Thực tế: nước chứa nhiều cỡ hạt khác nhau, không thể
xác ñịnh cỡ hạt, khối lượng riêng. Thường tiến hành thí
nghiệm lắng ñể xác ñịnh các thông số thiết kế.
u
v
H
Q
HA
t =
×
=
A
Q
v
u
v
s
H
8
15
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI

Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.3.2. Áp dụng
Vai trò của lắng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước:
Xử lý nước ngầm

Tách bông cặn Fe(OH)
3
sau khi oxi hóa Fe(II) thành Fe(III);

Xử lý nước rửa lọc.
Xử lý nước mặt

Xử lý sơ bộ trước khi lọc nhanh và chậm;

Lắng bông cặn sau keo tụ - tạo bông, trước khi vào bể lọc nhanh

Xử lý nước rửa lọc nhằm cô ñặc bùn từ thiết bị lọc.
Các loại bể lắng trong xử lý nước:

Bể lắng ngang – dạng hình hộp (Hình 2.7)

Bể lắng ñứng – dạng hình trụ (Hình 2.8)

Bể lắng với các ống nghiêng (tube settler) hay tấm nghiêng (lamellar
settler) (Hình 2.9)

Bể lắng tiếp xúc (contact clarifier) hay bể lắng tạo bông
(clariflocullator) (Hình 2.10)
16
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế

PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
• Thông số thiết kế:
 v
0
= 20 – 60 m
3
/m
2
/d = 0,23 – 0,70 mm/s
 t = 2 – 4 h
 H = 3 – 5 m
 Tỷ lệ L/H = 3/1 – 5/1
 ðộ dốc ñáy: 5 -8 %
Hình 2.7.
Bể lắng ngang
1: cửa phân dòng vào; 2: Vách
ngăn dòng vào; 3: Bộ phận
gom váng; 4: Vách ñiều chỉnh
dòng ra; 5: Vách chắn; 6: Băng
tải cào bùn; 7: Hố chứa bùn;
8: Ống dẫn bùn ra
9
17
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Thông số thiết kế:

t = 2 - 4 h


H = 3 – 5 m

D = 10 – 30 m (ñường kính)

ðộ dốc ñáy = 5 – 10 %
Hình 2.8.
Bể lắng ñứng
18
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Thông số thiết kế:

ðộ nghiêng = 40 – 60
0

Khoảng cách giữa các tấm = 2,5 - 5 cm
Hình 2.9.
Bể lắng lamellar
10
19
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Xảy ra ñồng thời keo tụ-tạo bông-lắng trong 1 bể
Áp dụng ñược với nước có ñộ ñục cao, chi phí thấp
Thông số thiết kế: vận tốc chảy ngược ≤ 5 m/h
Hình 2.10.
Bể lắng tiếp xúc

20
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Tham khảo:
Source: Environmental Engineers’ Handbook,
©1999 CRC Press LLC
11
21
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.4. Lọc (Filtration)
2.4.1. Cơ sở lý thuyết
Lọc ñược sử dụng ñể tách các hạt lơ lửng nhỏ và các vi sinh vật
không loại ñược trong quá trình lắng ra khỏi nước.
Lọc là quá trình tách các chất rắn lơ lửng khỏi nước bằng cách cho
chảy qua vật liệu lọc (VLL).
Cơ chế giữ chất rắn trong lớp vật liệu lọc phức tạp, bao gồm các quá
trình vật lý-hóa học và ñôi khi cả sinh học. Ví dụ các cơ chế:

sàng (straining) – hạt bị giữ do kích thước lớn hơn khe hở giữa các VLL

lắng (sedimentation) – hạt nhỏ hơn sẽ lắng trọng lực lên bề mặt VLL

chặn (interception) – dòng nước mang hạt chuyển ñộng ñến gần bề mặt
VLL trong khoảng cách 1 bán kính hạt sẽ bị va ñập và chặn lại

hấp phụ (adsorption) – hạt bị hấp phụ lên bề mặt VLL bởi các lực vật lý
(hấp dẫn, hút tĩnh ñiện) hay tạo liên kết hóa học.


hoạt ñộng sinh học (biological action) – chất bẩn hữu cơ trong nước
nằm lại trên bề mặt lớp VLL sẽ giữ các vi sinh vật và tạo lớp nhầy
22
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Theo thời gian, SS bám trên bề mặt VLL tăng dần ⇒ khoảng hở cho
dòng chảy giảm dần ⇒ tổn thất áp lực (head loss, h
L
) tăng dần. Khi h
L
tăng ñến giá trị giới hạn phải tiến hành làm sạch, phục hồi khả năng
lọc của VLL.
Vật liệu lọc

VLL sử dụng:

Cát

Than anthracite

Các loại khoáng (ilmenite, diatomit…)

Than hoạt tính…

Các ñặc trưng quan trọng của VLL:

Tỷ khối (s
s

) hay khối lượng riêng (ρ
s
)

Cỡ hạt hiệu quả (ES: Effective size) – cỡ rây (mm) cho phép 10% khối lượng
VLL lọt qua.

Hệ số ñồng nhất (UC: Uniformity coefficient) – tỷ số giữa cỡ rây cho phép
60% VLL lọt qua và cỡ hạt hiệu quả.
Tùy theo vận tốc lọc, phân biệt 2 loại bể lọc:

Lọc nhanh (Rapid filter)

Lọc chậm (Slow filter).
12
23
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.4.2. Áp dụng
2.4.2.1. Bể lọc chậm
ðối tượng:

Ở quy mô nhỏ (nông thôn)

Nguồn nước có ñộ ñục thấp (<40 NTU hay <50 mg-SS/L).
Ưu ñiểm: Xử lý trực tiếp nước tự nhiên với hiệu quả loại SS và vi
khuẩn cao, thiết bị và vận hành ñơn giản.
Nhược ñiểm: tốn diện tích, khối lượng xây dựng lớn
Cấu tạo bể lọc chậm (

Hình 2.11
), gồm (từ trên xuống):

Lớp cát làm VLL (cỡ hạt hiệu quả 0,2 – 0,35 mm)

Lớp sỏi ñể ñỡ cát lọc, hoặc nhiều lớp mỏng có cỡ hạt lớn dần (lớp trên
gấp 4 lần cỡ hạt cát, lớp tiếp theo gấp 4 lần cỡ hạt lớp trên,…)

Máng thu nước lọc có ñộ dốc.
Làm sạch: Cào lớp cát bẩn trên bề mặt 3-5 cm ñể rửa, sau 10-15
lần rửa cần bổ sung cát sạch; sau nhiều năm phải thay cát sạch.
Thường lắp 2 hay nhiều bể lọc hoặc chia nhiều ngăn ñể luân phiên
làm sạch.
24
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Hình 2.11.
Cấu tạo bể lọc chậm
13
25
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.4.2.2. Bể lọc nhanh
ðối tượng:

Ở quy mô lớn (các nhà máy nước)

Xử lý nước mặt: sau keo tụ-tạo bông-lắng; nếu ñộ ñục thấp có thể bỏ

qua lắng.

Xử lý nước ngầm: sau làm thoáng
Ưu ñiểm:

xử lý ñược nước có ñộ ñục cao

tải trọng lọc cao

diện tích lọc nhỏ
Nhược ñiểm: hiệu quả loại SS và vi khuẩn không cao, cần xử lý tiếp
theo (lọc chậm, khử trùng)
Cấu tạo bể lọc nhanh (
Hình 2.12
)

VLL: có thể 1 lớp cát; tuy nhiên tốt hơn sử dụng 2 lớp (dual-media) hay
nhiều lớp (multi-media), ví dụ: than anthracit-cát

Hệ thống thu nước lọc (có thể dùng lớp sỏi)

Hệ thống rửa ngược (back-washing)
26
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Hình 2.12.
Cấu tạo bể lọc nhanh
14
27

BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Vật liệu lọc
Các VLL thường dùng trong lọc nhanh:

Cát: s
s
= 2,6 - 2,65; ES = 0,45 – 0,55 mm; UC = 1,2 – 1,7.

Than antracite: s
s
= 1,4 - 1,6; ES = 0,7 mm; UC < 1,75

Sa khoáng (ilmenit): s
s
= 4,2

Plastics: s
s
= 1,05
Nguyên tắc xếp lớp:
lớp trên có cỡ hạt lớn hơn, khối lượng riêng (hay tỷ
khối) nhỏ hơn lớp dưới.
Anthracite
d =1 mm
Cát
d =0,5 mm
50 cm

25 cm
Anthracite
d=1,0 – 1,5 mm
Cát
d = 0,5 mm
Sa khoáng
d=0,2 – 0,4 mm
45 cm
20 cm
10 cm
Hình 2.13.
Ví dụ bố trí các cột lọc 2 và 3 lớp
28
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Rửa ngược
Khi h
L
tăng ñến 2,5 – 3,0 m
Khi rửa: khóa van nước vào; cho mức nước ngập bề mặt 15 – 20 cm;
ñóng van nước sạch ra; mở van nước rửa; nước rửa chảy ngược
mang theo cặn bẩn tràn qua máng thu.
Các thông số:

Thời gian rửa ngược = 4 - 10 phút

ðộ giãn nỡ thể tích lớp VLL: 10 – 30 %


Lượng nước dùng cho rửa ngược = 3 - 6 % công suất xử lý

Vận tốc rửa ngược: quá lớn sẽ làm trôi VLL hoặc trộn lẫn 2 lớp VLL; quá
nhỏ không ñủ rửa sạch VLL. Thực tế:
v
W
= 0,3 ~ 10D
60
m/min ñối với cát
0,3 ~ 4,7D
60
m/min ñối với than anthracite
(D
60
: cỡ rây cho phép 60% khối lượng hạt lọt qua)
15
29
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Bảng 2.3. So sánh bể lọc cát chậm và lọc nhanh
CaoThấpChi phí vận hành
Thấp hơn (~90 – 99 %)Cao (~99,9 %)Hiệu quả xử lý vi khuẩn
Nhanh chóngKhóKhả năng ñiều chỉnh ñầu ra
CaoCaoChi phí ñầu tư
3 – 6 % nước sạch0,2 – 0,6 % nước sạchTiêu thụ nước làm sạch
ñơn lớp, 2 lớp hoặc ña lớp
(vd., antracite-cát + lớp sỏi ñỡ)
ñơn lớp (1 lớp cát 1 m+
lớp sỏi ñỡ 0,3 m)

Cấu trúc VLL
Rửa ngượcCào, rửa sạch lớp bề mặtPhương pháp làm sạch
1 – 2 ngày20 – 90 ngàyThời gian làm việc
≤ 3 m≤ 1 mTổn thất áp lực (h
L
)
0,5 – 1,5 mm0,2 – 0,35 mm Cỡ hạt
nhỏ, ≤ 100 m
2
lớn, 100 – 2.000 m
2
Tiết diện lọc
5 – 10 m/h
(120 – 250 m
3
/m
2
/d)
0,1 – 0,4 m/h
(2,5 – 10 m
3
/m
2
/d)
Vận tốc lọc
Lọc nhanhLọc chậmThông số
30
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP

2.5. Khử trùng
Trong nguồn nước thô chứa nhiều VSV, trong ñó có các VSV gây
bệnh. Các quá trình keo tụ-tạo bông, lắng, lọc loại ñược một phần
các VSV.
Khử trùng: tiêu diệt các VSV gây bệnh trong nước còn lại ñể phù
hợp nhu cầu sử dụng nước.
2.5.1. Các phương pháp khử trùng
2.5.1.1. Các PP vật lý
(1).
Khử trùng bằng nhiệt
: ở nhiệt ñộ sôi của nước (100
0
C) hầu hết
VSV bị tiêu diệt; 1 số ít sống sót do tạo bào tử.
(2).
Khử trùng bằng tia UV
: cho nươc chảy qua thiết bị có ñèn UV
(Hình 2.14); hiệu quả khử trùng giảm nếu hàm lượng chất hữu cơ
và ñộ ñục cao.
(3).
Khử trùng bằng siêu âm
(4).
Khử trùng bằng vi lọc
: dùng lớp lọc có kích thước khe lọc < 1 µm
– giữ các VSV (kích thước 1-2 µm, trừ virus).
16
31
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP

2.5.1.2. Các PP hóa học
(1).
Khư trùng bằng clo và các hợp chất clo
: Cl
2
, NaClO (natri hypoclorit),
Ca(ClO)
2
(canxi hypoclorit) (chi tiết ở phần 2.5.2).
(2).
Khư trùng bằng ozon
:
Ưu ñiểm: thời gian tác dụng nhanh, trong cùng ñiều kiện hoạt tính khử trùng
gấp 600-3000 lần clo, không tạo ra các sản phẩm phụ nguy hại, ít chịu tác
ñộng của yếu tố pH
Nhược ñiểm:giá thành xử lý cao (2-3 lần clo), ít hòa tan trong nước nên khó
duy trì dư lượng ozon ñể tránh quá trình tái nhiễm khuẩn
Hình 2.14.
Thiết bị khử
trùng với tia UV
32
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.5.2. Lý thuyết quá trình khử trùng bằng clo

Hóa học quá trình
Khi cho clo vào nước, sẽ có các phản ứng:
Cl
2

+ H
2
O
⇔
HClO + H
+
+ Cl
-
[2.5]
K = [HClO][H
+
][Cl
-
]/[Cl
2
] = 4,5 × 10
-4
(ở 25
0
C)
HClO
⇔
H
+
+ ClO
-
[2.6]
K = [H
+
][ClO

-
]/[HClO] = 2.9 × 10
-8
(ở 25
0
C)
Từ Pt.[2.5] và [2.6]: ở pH>4 (ñiều kiện nước bình thường), không còn tồn
tại dạng Cl
2
⇒
Tác dụng khử trùng là do HClO và ClO
-
, trong ñó hoạt tính
HClO mạnh hơn ClO
-
(40 - 80 lần).
Tổng nồng ñộ của HClO và ClO
-
gọi là
clo tự do (free available chlorine)
hay
dư lượng clo tự do (free chlorine residual).
Dư lượng clo tự do trong nước
cấp thường quy ñịnh từ 0,3-0,5 mg/L.
Khi sử dụng các hợp chất hypoclorit, sẽ có các phản ứng tạo ClO
-
và HClO:
Ca(ClO)
2
→

Ca
2+
+ 2ClO
-
[2.7]
NaClO
→
Na
+
+ ClO
-
[2.8]
ClO
-
sẽ cân bằng với HClO theo p.ư [2.6]
17
33
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Ảnh hưởng pH ñến khử trùng
với clo:

Cân bằng giữa HClO và ClO
-
phụ thuộc vào pH (Hình 2.14):

pH < 7: chủ yếu dạng HClO

pH > 8: chủ yếu dạng ClO

-

ở pH = 7,5: [HClO] = [ClO
-
]

Vì HClO có hoạt tính khử trùng
cao hơn ClO
-
⇒
quá trình khử
trùng cần tiến hành ở pH
≤
7.

ðể tiêu diệt ñược 99% số VK
E.coli có trong nước với liều
lượng 0,1 mg/L clo tự do, thời
gian cần thiết tăng từ 6 phút
khi pH=6 ñến 180 phút khi
pH=11.
pH
% HClO
% ClO
-
Hình 2.14
. Tỷ lệ giữa HClO và ClO
-
phụ thuộc vào pH
34

BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Các yếu tố ảnh hưởng khác:

ðộ ñục của nước
– tiêu thụ một lượng clo tự do, cản trở tiêu
diệt các VSV do chúng có thể hấp phụ và cư trú trên các hạt SS
⇒ giảm hiệu quả khử trùng.

Nhiệt ñộ
- càng cao tốc ñộ tiêu diệt VSV càng tốt; tuy nhiên
tăng nhiệt ñô làm giảm sư hòa tan các khí trong nước ⇒ clo tư
do sẽ giảm. Tốt nhất ở nhiệt ñộ thường.

Sư có mặt các chất khư
trong nước (amoniac/amoni, sunfua,
Fe(II), các chất hữu cơ ) làm giảm hiệu quả của việc khư trùng
do tiêu thụ một lượng clo tự do.
ðặc biệt, clo sẽ oxy hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan (DOC) tạo
ra sản phẩm phu là các THMs (trihalomethanes) có kha năng
gây ung thư!
18
35
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Phản ứng với NH
3
và clo hóa ñiểm tới hạn


Khi clo hóa nước có mặt NH
3
, sẽ xảy ra các phản ứng:
NH
3
+ HOCl → NH
2
Cl (monochloramine) + H
2
O [2.9]
NH
2
Cl + HOCl → NHCl
2
(dichloramine) + H
2
O [2.10]
NHCl
2
+ HOCl → NCl
3
(trichloramine) + H
2
O [2.11]
Các chloramine có hoạt tính khử trùng; clo dưới các dạng
chloramine gọi là
dư lượng clo kết hợp (combined chlorine
residual).


Biến thiên dư lượng clo trong quá trình thêm clo vào
nước (
Hình 2.15.)
36
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Hình 2.15.
ðồ thị minh họa clo hóa ñiểm tới hạn
(nồng ñộ NH
3
: 1 mg-N/L)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5
4
3
2
1
0
Tỷ lệ mol [HOCl]/[NH
3
]: 0,5 1,0 1,5
ñiểm tới hạn
(breakpoint)
Liều clo, mg/L
Dư lượng clo, mg/L
D
ư
l
ư

ợ
n
g
c
l
o
k
ế
t
h
ợ
p
D
ư
l
ư
ợ
n
g
c
l
o
t
ự
d
o
O
A
B
C

⇒ ðiểm tới hạn (lý thuyết): 7,6 mg Cl
2
/mg-N
19
37
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Biến thiên dư lượng clo trong quá trình thêm clo vào nước
(
Hình 2.15.)
:

Ban ñầu ([HOCl]/[NH
3
] ≤1): tạo thành mono- và dichloramine –
dư
lượng clo (dạng dư lượng kết hợp) tăng dần (
ñoạn OA)
.

Tăng liều clo ([HOCl]/[NH
3
]>1): xảy ra phản ứng tạo trichloramine
và oxy hóa NH
3
–
dư lượng clo kết hợp giảm dần (ñoạn AB)
.
2NH

3
+ 3HOCl → N
2
+ 3H
2
O + 3HCl [2.12]

Khi ñã oxy hóa hết NH
3
([HOCl]/[NH
3
] =1,5):
dư lượng clo lại tăng
lên, lúc này là dạng dư lượng tự do (
ñoạn BC)
.

ðiểm bắt ñầu tăng dư lượng clo tự do gọi là ñiểm tới hạn hay
ñiểm gãy (breakpoint)
38
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5
4
3
2
1
0

Tỷ lệ mol [HOCl]/[NH
3
]: 0,5 1,0 1,5
ñiểm tới hạn
(breakpoint)
Liều clo, mg/L
Dư lượng clo, mg/L
D
ư
l
ư
ợ
n
g
c
l
o
k
ế
t
h
ợ
p
D
ư
l
ư
ợ
n
g

c
l
o
t
ự
d
o
O
A
B
C
Khi tỷ lệ [HOCl]/[NH
3
] ≤ 1: tạo NH
2
Cl và NHCl
2
20
39
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5
4
3
2
1
0
Tỷ lệ mol [HOCl]/[NH

3
]: 0,5 1,0 1,5
Liều clo, mg/L
Dư lượng clo, mg/L
D
ư
l
ư
ợ
n
g
c
l
o
k
ế
t
h
ợ
p
D
ư
l
ư
ợ
n
g
c
l
o

t
ự
d
o
O
A
B
C
Khi tỷ lệ [HOCl]/[NH
3
] ≥ 1: tạo NCl
3
và oxy hóa NH
3
D
ư
l
ư
ợ
n
g
c
l
o
k
ế
t
h
ợ
p

g
i
ả
m
40
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5
4
3
2
1
0
Tỷ lệ mol [HOCl]/[NH
3
]: 0,5 1,0 1,5
Liều clo, mg/L
Dư lượng clo, mg/L
D
ư
l
ư
ợ
n
g
c
l
o

k
ế
t
h
ợ
p
D
ư
l
ư
ợ
n
g
c
l
o
t
ự
d
o
O
A
B
C
Khi tỷ lệ [HOCl]/[NH
3
] > 1,5: hết NH
3
, clo tự do tăng
21

41
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
Chloramine-B, Chloramine-T
ðây là 2 hóa chất khử trùng nước ñược sử dụng rộng rãi cho cộng
ñồng, có tác dụng ức chế trao ñổi chất của các vi khuẩn
Chloramine-B
C
6
H
5
ClNO
2
S·Na
Sodium N-
Chlorobenzenesulfonamide
Bột trắng-vàng nhạt
Tan tốt trong nước
Chậm phân hủy trong không khí
Chloramine-T
C
7
H
7
ClNO
2
S·Na
Sodium p-
Toluenesulfonchloramide
Bột trắng
Tan tốt trong nước

Chậm phân hủy trong không khí
CH
3
42
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.6. Loại sắt và mangan
Fe và Mn ñược quan tâm trong nước cấp không phải do ñộc tính mà do ảnh
hưởng ñến ñộ cứng và tính chất cảm quan (màu, mùi vị).
TC nước uống VN: Fe < 0,5 mg/L, Mn <0,5 mg/L; TC nước uống Mỹ: Fe <
0,3 mg/L, Mn <0,05 mg/L.
Trong nước tư nhiên, Fe và Mn thường tồn tại ñồng thời
⇒
xử lý ñồng thời
Xư lý Fe và Mn trong nước ngầm quan trọng hơn nước mặt: do tồn tại trong
nước mặt ở dạng không tan, trong nước ngầm ở dạng Fe
2+
, Mn
2+
tan (muối
CO
3
2-
, HCO
3
-
).
2.6.1. Cơ sơ lý thuyết
Oxy hóa Fe (II) và Mn (II) thành Fe(III) và Mn(IV) dưới dạng kết tủa, dễ

tách khỏi nước bằng lắng, lọc.
Tác nhân oxy hóa có thể là: O
2
, Cl
2
, O
3
, KMnO
4
. Có ý nghĩa thực tế nhất là
oxy hóa với oxy không khí bằng quá trình làm thoáng hay thông khí:
4Fe
2+
+ O
2
+ 4H
2
O
→
4Fe(OH)
3
+ 8H
+
[2.12]
2Mn
2+
+ O
2
+ 2H
2

O
→
2MnO
2
+ 4H
+
[2.13]
Tốc ñô oxy hóa với O
2
nhanh ở pH cao: thường oxy hóa Fe, Mn ở pH > 8.
Fe (II) dễ bị oxy hóa hơn Mn(II) trong cùng ñiều kiện.
22
43
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.6.2. Áp dụng
(1). Loại sắt bằng phương pháp làm thoáng
Việc xử lý sắt bằng biện pháp làm thoáng có thể ñược tiến hành theo
các kỹ thuật khác nhau:

Làm thoáng ñơn giản trên bề mặt lọc (Hình 2.16.a)

dùng ống khoan phun nước lên trên bề mặt bể lọc

chiều cao giàn phun = 0,7 m; lỗ phun = 5-7 mm; Q=10 m
3
/m
2
/h


Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên (Hình 2.16.b)

dùng tháp làm thoáng 1 hay nhiều bậc

nước ñược tưới tự nhiên xuống các sàn có chứa vật liệu tiếp xúc (sỏi, than
cốc)

Q=10 m
3
/m
2
/h; chiều dày lớp vật liệu 30-40 cm.

Làm thoáng cưỡng bức (Hình 2.16.c)

dùng quạt gió ñể cấp không khí cho tháp làm thoáng, không khí ñi từ dưới
lên

Q=30-40m
3
/m
2
/h; lượng không khí cấp: 4-6 m
3
/m
3
nước

Ngoài ra, có thể tăng khả năng tiếp xúc với O

2
bằng thiết bị có lớp tiếp
xúc bằng màng mỏng.
H
2
S, NH
3
, các chất hữu cơ hòa tan trong nước ngăn cản quá trình
oxy hóa Fe
2+
.
44
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Hình 2.16.
Các
dạng thiết bị làm
thoáng
(a): Làm thoáng ñơn
giản; (b): Tháp làm
thoáng phun mưa tự
nhiên; (c): Tháp làm
thoáng cưỡng bức
(a)
(c)
(b)
23
45
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế

PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
(2). Loại mangan bằng phương pháp làm thoáng
Quy trình xử lý mangan tương tự với sắt: bao gồm các khâu làm
thoáng, lắng và lọc.
Các dạng thiết bi làm thoáng như với sắt.
Riêng bể lọc, khi muốn loại Mn, cần phải có bề dày dày hơn
(thường từ 1,2 – 1,5 m) ñể Mn(II) tiếp tục bị oxy hóa chậm trên bể
lọc.
ðặc biệt, Mn(OH)
4
tạo thành phủ dần lên VLL có tác dụng như chất
xúc tác thúc ñẩy sự hấp thụ và oxy hóa các ion Mn
2+
.
Mn(OH)
4
↓ + Mn(OH)
2
→ 2 Mn(OH)
3
[2.14]
4 Mn(OH)
3
+ O
2
+ 2 H
2
O → 4 Mn(OH)
4

↓ [2.15]
Nếu có xúc tác phản ứng có hiệu quả ngay từ pH = 8,2 thay vì pH
= 9. Trong thực tế, ñể bể lọc sớm ổn ñịnh cần thêm vào nước dd
KMnO
4
với liều lượng 1-3 mg/L trong vài ngày ñầu, hoặc nâng pH
của nước lên 9.
46
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.7. Làm mềm nước
2.7.1. Khái niệm và phân loại ñộ cứng
Nước cứng:
nước cản trở sự tạo bọt xà phòng, do có mặt các ion Ca
2+
, Mg
2+
,
Sr
2+
, Fe
2+
, Mn
2+
, trong ñó chủ yếu là Ca
2+
, Mg
2+.
ðộ cứng

là tổng nồng ñộ ion Ca
2+
, Mg
2+
trong nước (ñơn vị: mg CaCO
3
/L).
Phân loại ñộ cứng:
-
ðộ cứng tạm thời (hay ñộ cứng cacbonat):
mất ñi khi ñun nóng, gây ra do
các muối HCO
3
-
:
Ca(HCO
3
)
2
CaCO
3
↓
+ CO
2
+ H
2
O [2.16]
Mg(HCO
3
)

2
Mg(OH)
2
↓
+ 2CO
2
[2.17]
-
ðộ cứng vĩnh cữu (hay ñộ cứng phi cacbonat
): không mất khi ñun nóng, gây ra
do các muối tan khác của Ca, Mg như Cl
-
, SO
4
2-
, NO
3
-
,…
Thang ñộ cứng:
t
0
t
0
Rất cứng> 300
Cứng150 – 300
Tương ñối cứng50 – 150
Mềm0 – 50
Mức ñộ cứngmg CaCO
3

/L
24
47
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
2.7.2. Các phương pháp làm mềm nước
(1). Làm mềm bằng vôi-soda (Ca(OH)
2
+ Na
2
CO
3
)
Các phản ứng:
Ca(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
→ 2CaCO
3
↓ + 2H
2
O [2.18]
Mg(HCO
3
)
2

+ 2Ca(OH)
2
→ Mg(OH)
2
↓ + 2CaCO
3
↓ + 2H
2
O [2.19]
SO
4
2-
SO
4
2-
Mg
2+
+ 2Cl
-
+ Ca(OH)
2
→ Ca
2+
+ 2Cl
-
+ Mg(OH)
2
↓ [2.20]
2NO
3

-
2NO
3
-
SO
4
2-
SO
4
2-
Ca
2+
+ 2Cl
-
+ Na
2
CO
3
→ 2Na
+
+ 2Cl
-
+ CaCO
3
↓ [2.21]
2NO
3
-
2NO
3

-
Lưu ý:

Nếu chỉ dùng vôi thì khi có ñộ cứng phi carbonat, chỉ giảm ñược Mg
2+
mà không
giảm ñược ñộ cứng toàn phần, do tạo thành một lượng tương ñương Ca
2+
theo
phản ứng [2.20]. Việc kết hợp soda là ñể loại triệt ñể Ca
2+
theo phản ứng [2.21].

Thường thêm phèn sắt ở bể lắng ñể giúp lắng CaCO
3
tốt hơn (không dùng phèn
Al do pH >9).

Tái carbonat hóa ñể hòa tan lượng dư CaCO
3
sau lắng (Hình 2.17)
48
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Hình 2.17.
Sơ ñồ hệ thống làm mềm nước bằng vôi-soda
Phèn
Fe
Vôi+

soda
Nước
cứng
Nước ñã
làm mềm
CO
2
Bể keo tụ
kết hợp
lắng
Bùn cặn
Tái carbonat
hóa
Bể lọc
có áp
25
49
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP
(2). Làm m
ề
m b
ằ
ng phosphat
Thường dùng khi cần làm mềm triệt ñể mà PP vôi-soda không ñạt ñược.
Sử dụng muối natri phosphate (Na
3
PO
4

) hay tripolyphosphate (Na
5
P
3
O
10
)
Các phản ứng:
3M(HCO
3
)
2
+ 2Na
3
PO
4
→
M
3
(PO
4
)
2
↓
+6NaHCO
3
[2.22]
3MCl
2
+ 2Na

3
PO
4
→
M
3
(PO
4
)
2
↓
+ 6NaCl [2.23]
3MSO
4
+ 2Na
3
PO
4
→
M
3
(PO
4
)
2
↓
+ 3Na
2
SO
4

[2.24]
(M: Ca, Mg)
(3). Làm m
ề
m b
ằ
ng trao ñ
ổ
i ion v
ớ
i zeolit (Na
2
Z)
Trao ñổi: 2HCO
3
-
2HCO
3
-
M
2+
2Cl
-
+ Na
2
Z → 2Na
+
2Cl
-
+ MZ [2.25]

SO
4
2-
SO
4
2-
Tái sinh nhựa: MZ + NaCl → Na
2
Z + MCl
2
[2.26]
(M: Ca, Mg)
(4). Làm m
ề
m b
ằ
ng nhi
ệ
t
Loại ñộ cứng tạm thời như các phản ứng [2.16], [2.17]
Thường áp dụng cho cấp nước công nghiệp, tận dụng nguồn nhiệt dư của
nồi hơi.
50
BM KTMT - Khoa Môi trường – Trường ðHKH Huế
PHẦN A. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
Chương 2. XỬ LÝ NƯỚC CẤP