nghiên cứu xử lý nước cấp bằng công nghệ pac

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - MÔI TRƯỜNG


BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG CÔNG
NGHỆ PAC KẾT HỢP LỌC MÀNG


NGUYỄN TIẾN VĂN
NGÔ THỊ HỒNG VÂN



BIÊN HÒA, THÁNG 12/2013




TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - MÔI TRƯỜNG


BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG CÔNG
NGHỆ PAC KẾT HỢP LỌC MÀNG


Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Văn
Ngô Thị Hồng Vân
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Phú Đông



BIÊN HÒA, THÁNG 12/2013




LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Lạc Hồng tới nay
chúng em đã hoàn thành chương trình đào tạo đại học và hoàn thành đề tài nghiên
cứu khoa học. Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
 Ban giám hiệu Trường Đại Học Lạc Hồng, khoa Công Nghệ Sinh Học - Môi
Trường cùng toàn thể các thầy cô giáo.
 Các thầy cô phòng thí nghiện Trường Đại Học Lạc Hồng khoa Công Nghệ
Sinh Học - Môi Trường
 Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Th.s Lê Phú Đông, người đã trực tiếp
hướng dẫn tận tình để chúng em hoàn thành đề tài này.
 Cuối cùng, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ cùng toàn thể bạn
bè đã giúp đỡ động viên chúng em trong suốt thời gian học tập và thực hiện công
tác tốt nghiệp.

 Chúng em xin chúc các thầy, cô, các anh, chị và toàn thể bạn bè sức khỏe dồi
dào, đạt nhiều thành công trong công việc, học tập và nghiên cứu.
Biên hòa, tháng 12 năm 2013
Nguyễn Tiến Văn
Ngô Thị Hồng Vân













MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu của đề tài 1
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài 1
4. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 2
4.1. Phạm vi nghiên cứu 2

4.2. Đối tượng nghiên cứu 2
5. Phương pháp nghiên cứu 2
6. Ý nghĩa của đề tài 2
6.1. Ý nghĩa khoa học 2
6.2. Ý nghĩa thực tiễn 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4
1.1. Tổng quan về nguồn nước mặt 4
1.1.1. Điều kiện tự nhiên nước sông Đồng Nai 4
1.1.1.1. Chế độ mưa 4
1.1.1.2. Đặc điểm thảm phủ thực vật tự nhiên 4
1.1.1.3. Đặc điểm về chế độ thủy văn và thủy lực 4
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm 5
1.1.2.1. Nước thải sinh hoạt 5
1.1.2.2. Nước thải đô thị 5
1.1.2.3. Nước thải công nghiệp 5
1.1.2.4. Nước chảy tràn 5
1.1.2.5. Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên 6




1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước cấp hiện nay 6
1.2.1. Quy trình xử lý nước cấp phổ biến hiện nay ở Việt Nam 6
1.2.2. Các phương pháp xử lý hiện nay 8
1.2.2.1. Phương pháp cơ học 8
1.2.2.2. Phương pháp hóa lý 9
1.2.2.3. Xử lý nước cấp bằng phương pháp đặc biệt 10
1.3. Tổng quan về keo tụ 10
1.3.1. Lý thuyết keo tụ 10
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ 12

1.4. Tổng quan về hấp phụ 13
1.4.1. Lý thuyết về hấp phụ 13
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 14
1.5. Tổng quan về than hoạt tính (PAC: Powdered Activated Carbon) 15
1.5.1. Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính 15
1.5.2. Đặc tính của than hoạt tính 16
1.6. Tổng quan về công nghệ lọc màng 16
1.6.1. Định nghĩa 16
1.6.2. Phân loại 17
1.6.3. Cơ sở lựa chọn công nghệ MF 21
1.6.3.1. Cơ chế lọc của MF 21
1.6.3.2. Ưu điểm 21
1.7. Các nghiên cứu về công nghệ PAC kết hợp lọc màng 22
1.7.1. Xử lý nước sông Tungkang tại Đài Loan 22
1.7.2. Nghiên cứu tại Algeria 22
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.1. Thiết bị và hóa chất 24
2.1.1. Thiết bị 25
2.1.2. Hóa chất 25





2.2. Thành phần và tính chất nước mặt sử dụng nghiên cứu 24
2.3. Nội dung thực hiện 25
2.3.1. Khảo sát quá trình keo tụ 25
2.3.2. Khảo sát quá trình hấp phụ 27
2.3.3. Mô hình PAC kết hợp lọc màng 28
2.4. Các chỉ tiêu và phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 30

2.4.1. Các chỉ tiêu hóa lý 30
2.4.2. Các chỉ tiêu vi sinh 31
2.4.3. Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 31
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32
3.1. Khảo sát quá trình keo tụ 32
3.1.1. So sánh hiệu quả các loại phèn 32
3.1.2. Xác định pH tối ưu 33
3.1.3. Xác định liều lượng phèn tối ưu 35
3.1.4. Xác định vận tốc khuấy tối ưu: 36
3.1.5. Xác định thời gian khuấy tối ưu 38
3.1.6. Xác định thời gian lắng tối ưu 39
3.2. Khảo sát quá trình hấp phụ 40
3.2.1. Khảo sát giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ 40
3.2.2. Khảo sát liều lượng PAC tối ưu cho quá trình hấp phụ 42
3.2.3. Khảo sát thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ 43
3.2.4. Khảo sát thời gian lắng tối ưu cho qua trình hấp phụ 44
3.3. Nghiên cứu xử lý kết hợp 46
3.3.1. Xử lý BOD
5
46
3.3.2. Xử lý COD 47
3.3.3. Xử lý độ màu 48
3.3.4. Xử lý TSS 49
3.3.5. Xử lý Ecoli 50
3.3.6. Xử lý coliform tổng 51
3.4. Kết luận chung 52

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54
4.1. Kết luận 54
4.2. Kiến nghị 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
PHỤ LỤC





















DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD
: Biochemical Oxgen Demand

BYT
: Bộ Y Tế
COD
: Chemical Oxygen Demand
MF
: Micro Filtration
NF
: Nanofiltra Filtration
PAC
: Powdered Activated Carbon
QCVN
: Quy Chuẩn Việt Nam
BOD
: Biochemical Oxgen Demand
BYT
: Bộ Y Tế
COD
: Chemical Oxygen Demand
RO
: Reverse Osmosis
TSS
: Tổng Chất Rắn Lơ Lửng
UF
: Ultra Filtration

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nguồn nước 11
Bảng 1.2: Đặc tính một số loại màng và cơ chế tách lọc 20
Bảng 1.3: Bảng tổng kết các công nghệ lọc màng 20
Bảng 2.1: Thành phần nước mặt nghiên cứu 24
Bảng 2.2: Thông số tiến hành chạy mô hình PAC kết hợp lọc màng 29
Bảng 3.1: Thông số thí nghiện xác định loại phèn 32
Bảng 3.2: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định loại phèn tốt nhất 32
Bảng 3.3: Thông số thí nghiệm xác định ph tối ưu đối với phèn nhôm
Al
2
(SO
4
)
3
33
Bảng 3.4: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định giá tri pH tối ưu 34
Bảng 3.5: Thông số thí nghiệm xác định phèn nhôm tối ưu 35

Bảng 3.6: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định liều lượng phèn tối ưu 35
Bảng 3.7: Thông số thí nghiệm xác định vận tốc khuấy tối ưu 36
Bảng 3.8: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định vận tốc khuấy tối ưu 37
Bảng 3.9: Thông số thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu 38
Bảng 3.10: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu 38
Bảng 3.11: Thông số thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu 39
Bảng 3.12: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu 40
Bảng 3.13: Thông số thí nghiệm xác định giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp
phụ 40
Bảng 3.14: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định pH tối ưu cho quá trình hấp
phụ 41
Bảng 3.15: Thông số thí nghiệm xác định liều lượng PAC hấp phụ tối ưu 42
Bảng 3.16: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định liều lượng PAC tối ưu cho
quá trình hấp phụ 42
Bảng 3.17: Thông số thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu cho quá trình
hấp phụ 43




Bảng 3.18: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian khuấy tối ưu cho
quá trình hấp phụ 44
Bảng 3.19: Thông số thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu cho quá trình
hấp phụ 45
Bảng 3.20: Kết quả phân tích thí nghiệm xác định thời gian lắng tối ưu cho quá
trình hấp phụ 45
Bảng 3.21: Thông số ban đầu tiến hành chạy mô hình kết hợp 46
Bảng 3.22: Bảng giá trị BOD
5
trước và sau xử lý 46

Bảng 3.23: Bảng giá trị COD trước và sau xử lý 47
Bảng 3.24: Bảng độ giá trị màu trước và sau xử lý 49
Bảng 3.25: Bảng giá trị TSS trước và sau xử lý 49
Bảng 3.26: Bảng giá trị ecoli trước và sau xử lý 50
Bảng 3.27: Bảng giá trị coliform tổng trước và sau xử lý 51
Bảng 3.28: Kết quả tổng hợp trước và sau xử lý bằng phương pháp PAC kết
hợp lọc màng. 53


















DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3.1: Biểu đồ thể hiện loại phèn tối ưu 33
Biểu đồ 3.2: Biểu đồ thể hiện giá trị PH tối ưu 34
Biểu đồ 3.3: Biểu đồ thể hiện liều lượng phèn tối ưu 35
Biểu đồ 3.4: Biểu đồ thể hiện vận tốc khuấy tối ưu 37

Biểu đồ 3.5: Biểu đồ thể hiện thời gian khuấy tối ưu 39
Biểu đồ 3.6: Biểu đồ thể hiện thời gian lắng tối ưu 40
Biểu đồ 3.7: Biểu đồ thể hiện giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ 41
Biểu đồ 3.8: Biểu đồ thể hiện liều lượng PAC hấp phụ tối ưu 43
Biểu đồ 3.9: Biểu đồ thể hiện thời gian hấp phụ tối ưu 44
Biểu đồ 3.10: Biểu đồ thể hiện thời gian lắng tối ưu 45
Biểu đồ 3.11: Biểu đồ thể hiện giá trị BOD
5
theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa
xử lý 47
Biểu đồ 3.12: Biểu đồ thể hiện giá trị BOD
5
theo tháng của nước sông Đồng Nai sau
xử lý bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng. 47
Biểu đồ 3.13: Biểu đồ thể hiện giá trị COD

theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa
xử lý. 48
Biểu đồ 3.14: Biểu đồ thể hiện giá trị COD

theo tháng của nước sông Đồng Nai sau xử
lý bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng. 48
Biểu đồ 3.15: Biểu đồ thể hiện giá trị độ màu theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa
xử lý. 49
Biểu đồ 3.16: Biểu đồ thể hiện giá trị TSS

theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa xử
lý. 50
Biểu đồ 3.17: Biểu đồ thể hiện giá trị ecoli

theo tháng của nước sông Đồng Nai chưa
xử lý. 51
Biểu đồ 3.18: Biểu đồ thể hiện giá trị coliform

theo tháng của nước sông Đồng Nai
chưa xử lý. 52
Biểu đồ 3.19: Biểu đồ thể hiện giá trị coliform

theo tháng của nước sông Đồng Nai sau
xử lý bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng. 52




DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp được sử dụng phổ biến
ở Việt Nam hiện nay 6
Hình 1.2: Mô tả màng lọc 17
Hình 1.3: Kích thước lỗ rỗng của một số loại màng 17
Hình 1.4: Sự vận chuyển các chất qua màng vi lọc 21
Hình 2.1: Mô hình keo tụ 25
Hình 2.2: Mô hình PAC kết hợp lọc màng 29

1



MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, hơn 70% các nhà máy cấp nước ở Việt Nam sử dụng nước mặt là
nguồn nước chính, phục vụ cho nhu cầu cấp nước sinh hoạt và sản xuất. Tuy
nhiên, ở nhiều nơi, nguồn nước mặt lại là nơi tiếp nhận các loại chất thải sinh
hoạt, công nghiệp, nông nghiệp từ các khu đô thị, khu dân cư, nông thôn, các làng
nghề sản xuất với nhiều loại chất ô nhiễm, kể cả các hợp chất hữu cơ phức tạp,
đa dạng, có những dạng tồn tại khó xử lý, làm cho nước có màu sắc và mùi, vị
khó chịu, nguy hiểm cho sức khoẻ con người.
Một số nhà máy nước đã có những biện pháp cố gắng giảm thiểu sự tồn tại
của các hợp chất ô nhiễm trong nước sau xử lý và đảm bảo độ an toàn cho nước
sinh hoạt, tuy nhiên còn thiếu những sơ sở khoa học chắc chắn, hiệu quả xử lý
phần lớn chưa cao, còn nhiều vấn đề khó khăn trong giải pháp bố trí công trình và
trong quản lý vận hành. Oxy hóa sơ bộ nước thô bằng Clo để giảm hàm lượng
chất ô nhiễm trong nguồn nước là biện pháp đang được áp dụng phổ biến ở nhiều

nhà máy nước tại Việt Nam do chi phí thấp, tận dụng được các công trình sẵn có.
Tuy nhiên đây không phải là biện pháp hiệu quả cao để loại bỏ các hợp chất ô
nhiễm, bởi có rất nhiều hợp chất ô nhiễm bền vững. Mặt khác, cũng như việc áp
dụng phổ biến biện pháp khử trùng bằng Clo, các biện pháp này còn gây nguy hại
đến sức khỏe con người.
Với nghiên cứu xử lý nước cấp bằng phương pháp PAC kết hợp lọc màng có
thể đem lại hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm trong nước đảm bảo chất lượng nước
cấp, an toàn cho sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống, giảm thiểu chi phí
xử lý góp phần tăng trưởng kinh tế xã hội đất nước.
2. Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu xử lý nước cấp bằng công nghệ PAC kết hợp lọc màng.
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài:
Đề tài nghiên cứu được thực hiện gồm 3 nội dung:
2



 Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính (PAC) trong nước sông thông
qua các chỉ tiêu pH, SS, COD, độ màu, ecoli, coliform.
 Phân tích, đánh giá hiệu quả xử lý của than hoạt tính, than hoạt tính kết hợp
lọc màng.
 Nghiên cứu, đề xuất các công nghệ xử lý nước sông.
4. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
4.1. Phạm vi nghiên cứu
 Nghiên cứu được thực hiện với quy mô phòng thí nghiệm.
 Các thông số theo đõi đo đạc: pH, TSS, BOD, COD, ecoli, coliform, độ màu.
 Đánh giá hiệu quả phương pháp PAC kết hợp công nghệ lọc màng.
4.2. Đối tượng nghiên cứu
 Nước sông Đồng Nai sau quá trình keo tụ.
 Than hoạt tính (PAC_Powdered Activated Carbon).

 Màng lọc vi lọc (MF_Micro Filtration).
5. Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp lý thuyết.
 Phương pháp thực nghiệm.
 Phương pháp phân tích theo tiêu chuẩn Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater.
 Phương pháp thông kê và xử lý số liệu thu thập.
6. Ý nghĩa của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
Việc nghiên cứu khảo sát phương pháp xử lý nước cấp bằng công nghệ
PAC kết hợp lọc màng là một hướng nghiên cứu mới, đơn giản được quá trình xử
lý nước mà hiện nay đang áp dụng.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Phương pháp xử lý nước cấp bằng công nghệ PAC kết hợp lọc màng góp
phần:
3



 Tiết kiệm chi phí (hóa chất clo, xây dựng các bể khử trùng…), đem lại giá trị
kinh tế cao.
 Và để đảm bảo chất lượng nước cấp, an toàn cho sức khỏe và nâng cao chất
lượng cuộc sống của người dân.

4



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nguồn nước mặt
1.1.1. Điều kiện tự nhiên nước sông Đồng Nai
1.1.1.1. Chế độ mưa
Phân thành 2 mùa, mùa mưa từ tháng 5 tới tháng 10, lượng mưa chiếm 80 -
90% lượng mưa cả năm, mưa lớn tập trung vào tháng 9 – 10 hàng năm. Mùa khô
kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, hầu như không có mưa. Lương mưa mùa
khô chiếm khoảng 10-20% lượng mưa cả năm.
1.1.1.2. Đặc điểm thảm phủ thực vật tự nhiên
Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nguồn nước ở lưu vực
sông Đồng Nai là đặc điểm thảm thực vật trên lưu vực, bao gồm hệ thống rừng tự
nhiên và thảm thực vật canh tác nhằm đảm bảo tích trữ nước để điều hòa lưu lượng

sông vào mùa khô và hạn chế khả năng xói mòn, rửa trôi đất vào mùa mưa.
Lưu vực sông có 28 loại sử dụng đất chính liên quan đến mức độ che phủ và
đây là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng môi trường cho toàn lưu
vực. Các loại sử dụng đất chính này được phân chia thành 5 lớp bao gồm: đất nông
nghiệp, đất lâm nghiệp, đất ở, chuyên dụng và nhóm đất khác.
1.1.1.3. Đặc điểm về chế độ thủy văn và thủy lực
Đoạn sông chảy qua thành phố Biên Hòa có nhiều công trình trên và ven sông
như cầu Hóa An, cầu Ghềnh, cầu Đồng Nai, và nhiều cảng sông, nhà máy, chợ, nhà
cửa và các công trình công cộng. Các công trình trên và ven sông, cùng với đặc
điểm địa hình của lòng sông đã làm cho chế độ dòng chảy của đoạn sông này hết
sức phức tạp. Cơ bản mỗi ngày có 2 lần triều lên và triều xuống, một chu trình triều
thường 14 – 15 ngày, biên độ triều cực đại tại Biên Hòa khoảng 3m. Chế độ dòng
chảy bị ảnh hưởng và chịu tác động lẫn nhau tùy thuộc vào sự thay đổi của các yếu
tố sau:
 Dòng chảy đầu nguồn.
 Chế độ thủy triều.
 Các hoạt động khai thác của con người trong lưu vực.
5



1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm
Các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu xuất phát từ quá trình sinh hoạt và
hoạt động sản xuất của con người tạo nên (công nghiệp, thủ công nghiệp, nông
ngư nghiệp, giao thông thủy, dịch vụ…). Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên
(núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường
xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn
cầu. Các nguồn gây ô nhiễm nước thường gặp
1.1.2.1. Nước thải sinh hoạt
Là nước thải phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan

trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người.
Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt: chất hữu cơ chứa trong nước
thải sinh hoạt bao gồm các chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%)
gồm tinh bột, đường và xenlulo; các chất béo (5-10%) còn lại là chất dinh dưỡng
(photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng.
1.1.2.2. Nước thải đô thị
Là loại nước thải tạo thành do sự gộp chung nước thải sinh hoạt, nước thải
vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại. Nước thải đô thị được thu gom vào
hệ thống cống thải thành phố, đô thị để xử lý chung. Thông thường ở các đô thị có
hệ thống cống thải, khoảng 70 đến 90% tổng lượng nước sử dụng của đô thị sẽ trở
thành nước thải đô thị và chảy vào đường cống. Thành phần cơ bản của nước thải
đô thị cũng gần tương tự nước thải sinh hoạt.
1.1.2.3. Nước thải công nghiệp
Là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao
thông vận tải. Khác với nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị, nước thải công
nghiệp không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc vào ngành sản xuất
công nghiệp cụ thể.
1.1.2.4. Nước chảy tràn
Nước chảy tràn từ mặt đất do mưa, hoặc do thoát nước từ đồng ruộng là
nguồn gây ô nhiễm nước sông, hồ. Nước chảy tràn qua đồng ruộng có thể cuốn
6



Bể chứa
nước sạch
Trạm bơm
cấp II
Trạm phân phối
Mạng lưới

phân phối
nước
Đo lưu lượng
Tháp chống va
Chlor
Nguồn
nước
sông
Trạm bơm
cấp I
Bể giao
liên
Bể lắng
ngang
Bể lọc
Bể trộn
sơ cấp
Bể phản
ứng
Bể trộn
thứ cấp
Đồng hồ đo
lưu lượng
Chlor
Chlor
phèn
theo chất rắn (rác), hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón. Nước chảy tràn qua khu
dân cư, đường phố, cơ sở sản xuất công nghiệp, có thể làm ô nhiễm nguồn nước
do chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng.
1.1.2.5. Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên:

Nước sông vùng ven biển và có thể ở các vùng khác sâu hơn trong nội địa
cũng có thể bị nhiễm mặn. Nước sông bị nhiễm mặn theo các kênh rạch đưa nước
mặn vào các hồ chứa gây nhiễm mặn các vùng xa bờ biển. Nước sông, kênh
rạch bị nhiễm phèn có thể chuyển axit, sắt, nhôm đến các vùng khác gây suy
giảm chất lượng nước vùng bị tác động.
1.2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước cấp hiện nay
1.2.1. Quy trình xử lý nước cấp phổ biến hiện nay ở Việt Nam















Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp được sử dụng phổ biến ở Việt
Nam hiện nay
7



 Thuyết minh quy trình công nghệ:
Nước sông được dẫn qua lưới lọc để loại bỏ tất cả các vật chất lơ lửng có tiết

diện lớn hơn 6mm. Sau khi ra khỏi ống hút, nước được châm Clo để tiền khử trùng,
nước sông từ trạm bơm cấp I được nhận từ bể giao liên, mực nước ở đây luôn được
duy trì độ cao nhất định để tạo dòng tự chảy qua các công trình xử lý tiếp theo.
Rời bể giao liên nước sông được dẫn qua kênh hở có lắp đồng hồ đo lưu
lượng. Tại đầu kênh dẫn hở này có đặt ống châm dung dịch phèn, tận dụng dòng
nước chảy rối trong kênh dẫn để dung dịch phèn và nước sông được hòa trộn. Kênh
dẫn chia nước vào các bể trộn sơ cấp, có lắp máy khuấy để tăng cường độ khuấy
trộn, trộn đều nước sông và dung dịch phèn với nhau, sau đó nước sông qua bờ tràn
dẫn vào bể phản ứng. Các hạt keo được cánh khuấy khuấy trộn, tạo điều kiện tiếp
xúc với các hạt lơ lửng để tạo bông cặn lớn hơn và nhiều hơn.
Rời bể phản ứng nước đi qua kênh dẫn để phân phối đều cho các bể lắng
ngang. Tại kênh phân phối có đặt hệ thống thổi hơi ở đáy bể để ngăn không cho cặn
lắng xuống tại đây.
Tại các bể lắng ngang, dưới tác dụng của trọng lực, các bông cặn sẽ chìm dần
xuống đáy bể, giai đoạn này giữ lại phần lớn các hạt cặn lơ lửng trong nước (80%),
cặn lắng xuống nhiều nhất ở khoảng 1/3 chiều dài đầu bể. Lượng bùn lắng tích tụ
nhiều sẽ ảnh hưởng đến cơ chế thủy lực của bể, vì vậy trung bình 3 tháng bể lắng
cần được xả cặn để rửa bùn. Nước ra khỏi bể lắng được đưa vào 1 kênh dẫn chung,
phân phối nước cho các bể lọc. Lớp vật liệu lọc thường được sắp xếp thành 2 lớp:
lớp sỏi đỡ và lớp cát. Các bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ và vi khuẩn mà
hồ lắng không thể giữ lại được. Theo trọng lực nước đi qua lớp vật liệu lọc, các hạt
cặn, bông cặn được giữ lại và cho lớp nước trong vào van thu nước dẫn ra qua bể
trộn thứ cấp.
Từ hồ lọc nước được thu vào một mương chung dẫn đến bể trộn thứ cấp. Tại
đây có đường ống châm vôi, Clo và Flo, đưa vào bể trộn các hóa chất này đạt hàm
lượng cho phép, đảm bảo nước tiêu chuẩn ăn uống sinh hoạt. Sau đó nước được dẫn
vào bể chứa nước sạch bằng kênh dẫn.
8

Nước từ các bể chứa nước sạch được dẫn vào trạm bơm cấp II bằng một
mương dẫn nước ngầm, tại đây dung dịch Clo được châm vào nước một lần nữa để
đảm bảo hàm lượng Clo dư đạt tiêu chuẩn nước cấp. Từ trạm bơm cấp II nước được
bơm vào thành phố qua đường ống phân phối đến các hộ dân qua mạng lưới cấp
nước thành phố.
1.2.2. Các phương pháp xử lý hiện nay
Phương pháp cơ học: hồ chứa và lắng sơ bộ, song chắn rác, lưới chắn rác, bể
lắng, bể lọc.
Phương pháp hóa học: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hóa
nước, cho Clo vào nước để khử trùng.
Phương pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại,
sóng siêu âm. Điện phân nước biển để khử muối. Khử khí CO
2
hòa tan trong nước
bằng phương pháp làm thoáng.
1.2.2.1. Phương pháp cơ học:
 Hồ chứa và lắng sơ bộ
Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: lắng bớt cặn lơ
lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các
phản ứng oxy hóa do tác dụng của oxy hòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều
hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn nước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm
bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lý nước.
 Song chắn và lưới chắn rác
Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ
loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao
hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý.
 Bể lắng cát
Ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250mg/l sau lưới chắn,
các hạt cặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, có khả

năng lắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát. Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều
kiện tốt để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2mm và tỷ trọng lớn
9



hơn hoặc bằng 2,5, để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí
và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng.
 Lắng
Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn
thành quá trình làm trong nước. Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể
lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng.
 Lọc
Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy
thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước. Quá trình
lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ
lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có
trong nước.
Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm
chí cả than nâu hoặc than gỗ. Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành
thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín.
1.2.2.2. Phương pháp hóa lý
 Clo hóa sơ bộ
Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc. Clo hóa
sơ bộ có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy
hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các
kết tủa tương ứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triển của
rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc.
 Keo tụ - tạo bông
Keo tụ là quá trình xảy ra phản ứng hóa học kết dính các hạt keo và các hạt

cặn lơ lửng trong nước, phá vỡ tính bền vững của hệ keo. Hóa chất keo tụ thường là
phèn nhôm hay phèn sắt.
Tạo bông là quá trình dính kết, lôi kéo các hạt (đã phá vỡ độ bền) trên lại, giữ
chúng lại thành các cục bông nhỏ nhờ các polyme mạch dài, hoặc là polymer cation
10



hoặc polime anion. Sau đó, chúng tiếp tục kết hợp thành các cụm to hơn và lắng
được gọi là kết bông.
 Khử trùng nước
Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh
hoạt. Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các
vi trùng đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải
tiến hành khử trùng nước. Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như:
khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt,
ion kim loại nặng,…
1.2.2.3. Xử lý nước cấp bằng phương pháp đặc biệt
Ngoài các phương pháp xử lý trên, khi chất lượng nước cấp được yêu cầu cao
hơn nên trong xử lý nước cấp còn sử dụng một số phương pháp sau:
 Khử mùi và vị bằng làm thoáng, chất oxy hóa mạnh, than hoạt tính.
 Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt, phương pháp hóa học, phương pháp
trao đổi ion.
 Khử mặn và khử muối trong nước bằng phương pháp trao đổi ion, điện phân,
lọc qua màng, nhiệt hay chưng cất.
1.3. Tổng quan về keo tụ
1.3.1. Lý thuyết keo tụ
Trong nước sông thường chứa các hạt cặn có nguồn gốc, thành phần và kích
thước rất khác nhau. Đối với các loại cặn này dùng biện pháp xử lý cơ học trong
công nghệ xử lý nước như lắng, lọc có thể loại bỏ được các cặn có kích thước lớn

hơn 10
-4
mm còn các hạt có kích thước nhỏ hơn 10
-4
mm không thể tự lắng được, mà
luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng, phải dùng biện
pháp xử lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các
chất phản ứng, để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và dính kết
các cặn lơ lửng có trong nước, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng
kể. Do đó các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng và bị giữ lại
trong bể lọc.
11



Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng thích
hợp như: phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3
, phèn sắt loại FeSO
4
hoạc FeCl
3
. Các loại phèn này
được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan.
Dùng phèn nhôm: khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành ion
Al

3+
, sau đó các ion này bị thủy phân thành Al(OH)
3

Al
3+
+ 3H
2
O = Al(OH)
3

Trong phản ứng thủy phân trên đây, ngoài Al(OH)
3
là nhân tố quyết định hiệu
quả keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H
+
. Các ion H
+
này sẽ được
khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO
3-
). Trường hợp độ
kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H
+
thì cần phải kiềm hóa
nước. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là vôi (CaO). Một số trường hợp
khác có thể dùng xôđa (Na
2
CO
3

), hoạc xút (NaOH).
Trong thực tế, lượng phèn tối ưu sử dụng cho mỗi nguồn nước được xác định
cụ thể bằng thực nghiệm tại nguồn nước, có thể sử dụng cho bảng sau:
Bảng 1.1: Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nguồn nước
Hàm lượng cặn của nước
nguồn ( mg/l)
Liều lượng phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3

không chứa nước (mg/l)
đến 100
25 – 35
101 - 200
30 – 45
201 - 400
40 – 60
401 - 600
45 – 70
601 - 800
55 – 80
801 - 1000
60 – 90
1401 - 1800
75 -115
1801 - 2200
80 – 125

2201 - 2500
90 - 130
(nguồn: TCXD – 33: 1985)
Dùng phèn sắt: phèn sắt chia thành 2 loại: phèn sắt (II), phèn sắt (III)
12



Phèn sắt II (FeSO
4
) khi cho vào nước phân ly thành Fe
2+
và bị thủy phân
thành Fe(OH)
2
:
Fe
2+
+ 2H
2
O = Fe(OH)
2
+ 2H
2
Fe(OH)
2
vừa được tạo thành vẫn còn độ hòa tan rất lớn, khi trong nước có ôxi
hòa tan Fe(OH)
2
sẽ bị ôxi bằng Fe(OH)

3
.
4Fe(OH)
2
+ O
2
+ 2H
2
O = 4Fe(OH)
3

Quá trình ôxi hóa chỉ diễn ra tốt khi pH của nước đạt được trị số pH 8÷9 và
nước phải có độ kiềm cao. Vì vậy thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi
làm mềm nước. Ngoài ra nếu nước thiên nhiên có nhiều hữu cơ thì dùng phèn sắt II
không thích hợp. Phèn sắt FeSO
4
kỹ thuật ở dạng tinh thể trong, màu xanh lơ, khi
tiếp xúc với không khí bị ôxi hóa thành màu đỏ sẩm có chứa 47 ÷ 53% FeSO
4
.
Phèn sắt III loại FeCl
3
hoạc Fe
2
(SO
4
)
3
khi cho vào nước phân ly thành Fe
3+

và
bị phân hủy thành Fe(OH)
3
.
Fe
3+
+ 2H
2
O = Fe(OH)
3
+ 3H
+

Vì phèn sắt III không bị oxi hóa nên không cần nâng cao pH của nước như sắt
II. Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh
chóng khi pH = 5,5 ÷ 6,5. Phèn sắt III thủy phân ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, vì
vậy nhiệt độ của nước gần bằng 0
0
C vẫn có thể dùng phèn sắt III để keo tụ.
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ
Giá trị pH của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân. Khi pH >
4.5 thì không xảy ra quá trình thủy phân. Khi pH > 7.5 làm cho muối kiềm tan ít đi
và hiệu quả keo tụ bị hạn chế. Thông thường phèn nhôm đạt được hiệu quả keo tụ
cao nhất khi nước có pH = 5.5 – 7.5.
Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Nhiệt độ của nước cao, tốc
độ keo tụ xảy ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt được càng cao, giảm lượng phèn
cho vào nước. Độ đục của nước nguồn càng cao, thì ảnh hưởng của nhiệt độ càng rõ
rệt. Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm vào khoảng 20 -40
o
C, tốt nhất

là 30
o
C.
13



Nồng độ chất keo tụ: Nồng độ chất keo tụ vừa đủ. Quá ít hiệu quả tạo bông
không tốt. Quá nhiều thì các hạt bông trở về trạng thái ban đầu (các hạt keo tụ lơ
lửng).
Ngoài ra còn có một số nhân tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
như: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều
kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng…
(Nguồn: [1])
1.4. Tổng quan về hấp phụ
1.4.1. Lý thuyết về hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí - rắn, lỏng -
rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là
chất hấp phụ, còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
Ngược lại với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ. Đó là quá trình đi
ra của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ.
Hấp phụ là quá trình ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thực
phẩm và nhiều lĩnh vực chế biến khác, từ việc tách triệt để các chất khí có hàm
lượng thấp, tẩy màu, tẩy mùi các dung dịch đến hấp phụ các chất độc hại có trong
nước và khí thải. Ngày nay các chất hấp phụ đã được chế tạo để tách các đồng phân
paraffin, tách nhiều phân tử hửu cơ phân tử thấp thay cho quá trình chưng luyện
trong những trường hợp khó khăn, tách không khí thành 2 phần: một phần giàu ôxi
(95%) và một phần giàu N
2
(99%). Chất hấp phụ còn giữ vai trò quan trọng trong

việc sản xuất các chất xúc tác.
Hấp phụ xảy ra do lực hút tồn tại ở trên và gần sát bề mặt trong các mao quản.
Mạnh nhất là các lực hóa trị, gây nên hấp phụ hóa học, tạo ra các chất khá bền trên
bề mặt, khó nhã hoặc chuyển phân tử thành các nguyên tử gọi là hấp phụ hóa học.
Lực hấp phụ do lực hút Van Der Waals tác dụng trong khoảng không gian gần sát
bề mặt gọi là hấp phụ vật lý. Một hiện tượng thường xảy ra trong hấp phụ từ pha
khí là ngưng tụ thành chất lỏng trong các mao quản nhỏ. Nó xảy ra dưới tác dụng
của lực mao quản.