Thiết kế và xây dựng hệ thống xử lý nước cho khu dân cư

SVTH: Đặng Minh Thuấn
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP
I. CÁC NGUỒN CẤP NƯỚC Ở NƯỚC TA:
Năm 1896, hệ thống xử lý nước đầu tiên của Hà Nội được chính thức đưa vào vận
hành. Hiện nay, hệ thống cấp nước của thành phố Hà Nội đã được cải tạo và xây dựng
mới với trang thiết bị hiện đại, nâng công suất lên 390 000 m3/ngày. Đối với các thành
phố khác ở miền Bắc, nhiều hệ thống cấp nước cũng đã được cải tạo và phát triển.
Ở miền Nam, các hệ thống cấp nước cho các đô thị lớn cũng được cải tạo và nâng cấp.
Nhiều nhà máy nước xây dựng từ thời thuộc Pháp đã được cải tạo, thay đổi công nghệ
xử lý. Hiện nay, ở thành phố Hồ Chí Minh, nhà máy nước Thủ Đức I có công suất 700
000 m3/ngày đang hoạt động, nhà máy nước Tân Hiệp, nhà máy nước ngầm Hóc Môn
và nhà máy nước Thủ Đức II có công suất 300 000 m3/ngày đang khởi công xây dựng
đảm bảo cung cấp nước sạch sinh hoạt và sản xuất của toàn thành phố.
Trong thời điểm hiện nay, nhiều trạm cấp nước đã được xây dựng mới, áp dụng những
công nghệ tiên tiến của các nước phát triển như Pháp, Phần Lan, Australia, Singapore,
…Các loại công trình xử lý như bể lắng ngang có các tấm lamen, bể lắng kiểu
accelator, kiểu pulsator, bể lọc sử dụng vật liệu nổi, bể lọc kiểu Aquazuz V đã được áp
dụng ở nhiều nơi. Trong công nghệ xử lý nước ngầm, áp dụng ejector thu khí, tháp
oxy hóa, nước chảy chuyển bậc để oxy hóa sắt thay cho giàn mưa cổ điển. Những trạm
cấp nước cho các thành phố lớn đã áp dụng công nghệ tiên tiến và tự động hóa cao.
Trong tương lai, các hệ thống cấp nước sẽ được nâng cấp để theo kịp các nước trong
khu vực.
1. Nước dùng cho sinh hoạt:
Là loại nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người như nước dùng để ăn uống,
tấm rửa, giặt, chuẩn bị nấu ăn, cho các khu vệ sinh, tưới đường, tưới cây,…Loại nước
pg. 1
SVTH: Đặng Minh Thuấn
này chiếm đa số trong các khu dân cư. Nước dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo các tiêu
chuẩn về hóa học, lý học và vi sinh theo các yêu cầu của quy phạm đề ra, không chứa
các thành phần lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến sức khỏe của con người
2. Nước dùng cho sản xuất

Có rất nhiều ngành công nghiệp dùng nước với yêu cầu về lưu lượng và chất lượng
nước rất khác nhau. Có ngành yêu cầu chất lượng nước không cao nhưng số lượng lớn,
ngược lại có những ngành yêu cầu số lượng nước không nhiều nhưng chất lượng nước
rất cao, ví dụ nước cho các ngành công nghiệp dệt, phim ảnh, nước cấp cho các nồi
hơi, nước cho vào sản phẩm là các đồ ăn uống,…Nước cấp cho các ngành công nghiệp
luyện kim, hóa chất yêu cầu lượng nước lớn nhưng yêu cầu chất lượng thường không
cao. Lượng nước cấp cho sản xuất của một nhà máy có thể tương đương với nhu cầu
dùng nước của một đô thị hàng ngàn dân.
3. Nước dùng cho chữa cháy
Dù là khu vực dân cư hay khu công nghiệp đều có khả năng xảy ra cháy. Vì vậy, hệ
thống cấp nước cho sinh hoạt hay sản xuất đều phải tính đến trường hợp có cháy.
Nước dùng cho việc chữa cháy luôn được dự trữ trong bể chứa nước sạch của thành
phố
II. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC CẤP:
1. Nước ngầm cấp cho sinh hoạt:
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về
chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo
thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt
pg. 2
SVTH: Đặng Minh Thuấn
nước mưa…nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng
trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn là
nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước nặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng
khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh
hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất
lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như: không có các hạt keo hay các hạt lơ
lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp.
Thông số Nước ngầm Nước bề mặt
Nhiệt độ Tương đôi ổn định
Chất rắn lơ lửng Rất thấp, hầu như không

có(30-50 mg/l)
Thường cao và thay đổi
theo mùa(hàm lượng dao
động lớn có khi lên tới
3000m/l)
Chất khoáng hoà tan Ít thay đổi, cao hơn so với
nước mặt
Thay đổi tuỳ thuộc chất
lượng đất, lượng
mưa.
Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Thường xuyên có trong
nước.hàm lượng tùy thuộc
vào địa chất của mạch
nước
Rất thấp, chỉ có khi nước ở
sát dưới đáy hồ
Khí CO2 hoà tan Có nồng độ cao(hàm lượng
tùy thuộc vào địa chất của
mạch nước)
Rất thấp hoặc bằng 0
pg. 3
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Khí O2 hoà tan Thường không tồn tại Gần như bão hoà
Khí NH3 Thường có(hàm lượng tùy
thuộc vào địa chất của
mạch nước)
Có khi nguồn nước bị
nhiễm bẩn
Khí H2S Thường có Không có
SiO2 Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình

NO3- Có ở nồng độ cao, do bị
nhiễm bởi phân
bón hoá học
Thường rất thấp
Vi sinh vật Chủ yếu là các vi trùng do
sắt gây ra
Nhiều loại vi trùng, virut
gây bệnh và tảo.
Bảng I.1: Một số đặc điểm khác nhau giữ nước ngầm và nước mặt
Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân
gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất
hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong
hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều
chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất
khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài
ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con ng ười. Các chất thải của
con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phân
bón hoá học…tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn
nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm
do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi
khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc
pg. 4
SVTH: Đặng Minh Thuấn
trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ. pH nước ngầm khá thấp, thường dao
động từ 3 - 6
2. Thành phần nước mặt:
a. Nhiệt độ:
là yếu tố liên quan đến sự tồn tài và phát triển của các sinh vật thủy sinh, đồng thời là
nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước,
ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan. Qua đó ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của

nguồn nước tự nhiên nên những thay đổi của nhiệt độ ảnh hưởng nhiều mặt đến chất
lượng nước. Nhiệt độ là yếu tố quyết định loài sinh vật nào chiếm ưu thế trong môi
trường nước.(ở việt nam nhiệt độ nước dao động từ 13-34
o
C “theo trịnh xuân lai”)
Theo độ sâu, nhiệt độ phân thành 3 tầng rõ rêt:Tầng mặt, tầng chuyển tiếp và tầng đáy.
Trong tầng mặt: nước có nhiệt độ cao nên tỷ khối thấp. Do ảnh hưởng của gió nên
nước trong tầng mặt xáo trộn mạnh làm cho nhiệt độ tương đối đồng đều, nồng độ
ôxy hòa tan cao, tiếp nhận ánh sáng tốt nên quang hợp diễn ra mạnh mẽ. Tầng này rất
thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học.
Tầng chuyển tiếp: có nhiệt độ giảm rõ rệt theo độ sâu
Tầng đáy, nước không bị khuấy đảo và tách biệt với tầng mặt bởi tầng chuyển tiếp nên
nồng độ oxy hòa tan thấp, ánh sáng mặt trời không xuyên tới. Trong tầng này, quá
trình phân hủy hữu cơ diễn ra trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân hủy có mùi và
độc hại H
2
S, NH
3
b. Màu sắc
pg. 5
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Màu của nước là do các chất tạo ra trong quá trình phân hủy các mảnh vụn hữu cơ như
lá cây, gỗ hoặc các hợp chất vô cơ chứa Fe(III) khi có trong mẫu nước. Những thành
phần gây màu tự nhiên trong nước dưới dạng những hạt keo mang điện tích âm , nên
có thể loại bỏ bằng quá trình đông tụ bởi muối của các ion kim loại hóa trị III như của
Fe, Al. Màu của nước do các chất lơ lửng tạo nên loại bỏ bằng phương pháp lọc . Màu
của nước do các chất hòa tan tạo nên loại bỏ bằng phương pháp hóa lý kết hợp
Nước bị nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt và công nghiệp thường có màu xanh đậm
hoặc màu đen.
Độ màu đo bằng đơn vị PtCo( Platin- coban) . Nước tự nhiên có độ màu nhỏ hơn 200

PtCo
Dựa vào màu nước để quyết định mức độ xử lý và lựa chon phương pháp xử lý, hóa
chất dùng trong xử lý(theo Trịnh Xuân Lai thì nước thiên nhiên thường có độ màu thấp
hơn 200 độ(ptCo))
c. Độ đục
Độ đục của nước là do trong nước có nhiều loại chất lơ lửng dạng keo hoặc dạng phân
tán thô bị cuốn trôi từ bề mặt lưu vực xuống thủy vực. Độ đục xác định thông qua khả
năng lan truyền của ánh sáng qua nước. Nó phản ánh mức độ ngăn trở ánh sáng xuyên
qua nước của các chất lơ lửng vô cơ và hữu cơ. Thông qua độ đục có thể đánh giá tình
trạng nhiễm bẩn của nước. . Đơn vị đo độ đục là NTU, Nước mặt có độ đục 20-100
NTU. Mùa lũ tới 500 NTU. Nước cấp cho ăn uống nhỏ hơn 5 NTU
d. Mùi vị
pg. 6
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Nước ô nhiễm có mùi do các hợp chất hóa học chủ yếu các hợp chất hữu cơ hay các
sản phẩm từ phân hủy vật chất. Nước bị ô nhiễm nặng do các chất hữu cơ có mùi hôi
thối rất khó chịu do các khí độc hại như SO
2
, H
2
S sản phẩm từ phân hủy yếm khí.
e. Độ dẫn điện
Độ dẫn điện tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao động
theo nhiệt độ. Dùng để đánh giá tổng lượng các chất khoáng hòa tan trong nước. nước
tinh khiết ở 20
o
c là 4,2 µs/m
f. Tính phóng xạ
Tính phóng xạ do sự phân hủy các thành phần có chất phóng xạ trong nước tạo nên.
Xác định thông qua tổng hoạt độ phóng xạ ampha và beta.

g. Tổng số chất rắn
Tống số chất rắn là toàn bộ các chất có mặt trong nước, xác định bằng cách sấy mẫu
nước ở nhiệt độ 103 – 105 độ, sau khi nước bay hơi hết, phần còn lại là chất rắn. Các
chất rắn có mặt trong nước gồm chất rắn hòa tan và lơ lửng, trong đó quan trọng nhất
là chất rắn lơ lửng
h. Chất rắn lơ lửng
Lượng chất rắn lơ lửng là thông số đánh giá cường độ nước thải, hiệu quả của thiết bị
xử lý. Xác đinh dùng phương pháp lọc mẫu nước bằng chén Gút, sau đó đo khối lượng
chất rắn có trong màng lọc của chén (mg/l)
pg. 7
SVTH: Đặng Minh Thuấn
pg. 8
SVTH: Đặng Minh Thuấn
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP
I. CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC:
Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn nước. Công trình thu nước mặt có
các dạng kết hợp hoặc phân ly, thu nước sát bờ bằng cửa thu hoặc thu nước giữa dòng
bằng ống tự chảy, xiphông. Công trình thu nước ngầm thường là giếng khoan, thu
nước từ nguồn nước ngầm mạch sâu có áp. Chọn vị trí công trình thu nước dựa trên cơ
sở đảm bảo lưu lượng, chất lượng, độ ổn định, tuổi thọ công trình và thuận tiện cho
việc bảo vệ vệ sinh nguồn nước.
II. CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC:
Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước thô từ công trình thu lên trạm xử lý nước.
Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nước, có trường hợp lấy
nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet thậm chí hàng chục
kilomet. Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với công
trình thu hoặc xây dựng riêng biệt. Công trình thu nước sông hoặc hồ có thể dùng cửa
thu và ống tự chảy, ống xiphông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tự
pg. 9
SVTH: Đặng Minh Thuấn

chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạm xử lý. Khi sử
dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có áp lực cao, bơm
nước từ giếng khoan đến trạm xử lý
III. XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC
1. Hồ chứa và lắng sơ bộ
Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: tạo điều kiện thuận lợi
cho các quá trình tự làm sạch như: 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.
2. Song chắn rác 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. Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có thể có kích
thước nhỏ như que tăm nổi, hoặc nhành cây non khi đi qua máy bơm vào các công
trình xử lý có thể bị tán nhỏ hoặc thối rữa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu của
nước. Song chắn rác có cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn cỡ 8 hoặc 10, hoặc
tiết diện hình chữ nhật kích thước 6 x 50 mm đặt song song với nhau và hàn vào
khung thép. Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 ÷ 50 mm. Vận tốc nước chảy qua
song chắn khoảng 0,4 ÷ 0,8 m/s. Song chắn rác được nâng thả nhờ ròng rọc hoặc tời
quay tay bố trí trong ngăn quản lý. Hình dạng song chắc rác có thể là hình chữ nhật,
hình vuông hoặc hình tròn. Lưới chắn rác phẳng có cấu tạo gồm một tấm lưới căng
pg. 10
SVTH: Đặng Minh Thuấn
trên khung thép. Tấm lưới đan bằng các dây thép đường kính 1 ÷ 1,5 mm, mắt lưới 2 x
2 ÷ 5 x 5 mm. Trong một số trường hợp, mặt ngoài của tấm lưới đặt thêm một tấm lưới
nữa có kích thước mặt lưới 25 x 25 mm đan bằng dây thép đường kính 2 – 3 mm để
tăng cường khả năng chịu lực của lưới. Vận tốc nước chảy qua băng lưới lấy từ 0,15 ÷
0,8 m/s. Lưới chắn quay được sử dụng cho các công trình thu cỡ lớn, nguồn nước có

nhiều. Cấu tạo gồm một băng lưới chuyển động liên tục qua hai trụ tròn do một động
cơ kéo. Tấm lưới gồm nhiều tấm nhỏ nối với nhau bằng bản lề. Lưới được đan bằng
dây đồng hoặc dây thép không gỉ đường kính từ 0,2 ÷ 0,4. Mắt lưới kích thước từ 0,3 x
0,3 mm đến 0,2 x 0,2 mm. Chiều rộng băng lưới từ 2 ÷ 2,5 m. Vận tốc nước chảy qua
băng lưới từ 3,5 ÷ 10 cm/s, công suất động cơ kéo từ 2 ÷ 5 kW.
3. Bể lắng cát:
ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250 mg/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 0,2 mm và tỷ trọng lớn 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.
4. 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. Trong bể lắng
ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 16,3
pg. 11
SVTH: Đặng Minh Thuấn
mm/s. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000
m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới
lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường
thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%. Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể
lắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể
lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằng nhựa.
Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằm ngang và
song song với nhau. Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp
mỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang. Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm
5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm
là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy

ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng. Hiệu quả xử
lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn. Tuy nhiên, bể lắng trong
có cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vận hành cao. Vận tốc nước đi từ dưới lên ở vùng lắng
nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ.
5. 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. Sau
một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọc
giảm dần. Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng
pg. 12
SVTH: Đặng Minh Thuấn
nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Tốc độ lọc là
lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời
gian (m/h). Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h). Để thực hiện
quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc có nguyên tắc làm việc, cấu tạo
lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau. Thiết bị lọc có thể được phân loại
theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạng
của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chân
không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới áp suất thủy
tĩnh của cột chất lỏng; …Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn không cần sử
dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu
lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu
hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa
phương. Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau:
- Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học;
- Lắng trọng lực;
- Giữ hạt rắn theo quán tính;
- Hấp phụ hóa học; Hấp phụ vật lý;

- Quá trình dính bám;
- Quá trình lắng tạo bông
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. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc
hở dao động trong khoảng 1-2 m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1 m.
IV. XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ
1. Làm thoáng
pg. 13
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Bản chất của quá trình làm thoáng là hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa
sắt hóa trị II, mangan hóa trị II thành sắt hóa trị III, mangan hóa trị IV tạo thành các
hợp chất hydroxyl sắt hóa trị III và hydroxyl mangan hóa trị IV Mn(OH)4 kết tủa dễ
lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng, lọc. Làm thoáng để khử CO2, H2S có trong
nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hóa
và thủy phân sắt và mangan, nâng cao công suất của các công trình lắng và lọc trong
quy trình khử sắt và mangan. Quá trình làm thoáng làm tăng hàm lượng oxy hòa tan
trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình
oxy hóa các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và mùi của nước. Có hai phương
pháp làm thoáng: Đưa nước vào trong không khí: cho nước phun thành tia hay thành
màng mỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hay cho nước phun
thành tia và màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng như ở các
dàn làm thoáng cưỡng bức. Đưa không khí vào nước: dẫn và phân phối không khí
nén thành các bọt nhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên,
nước được làm thoáng. Hỗn hợp hai phương pháp trên: làm thoáng bằng máng tràn
nhiều bậc và phun trên mặt nước.
pg. 14
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Hình 2.2 quá trình làm thoáng
2. 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
pg. 15
SVTH: Đặng Minh Thuấn
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.
3. Keo Tụ - Tạo Bông
Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán,
kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 m. Các hạt này không
nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số
diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên
rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do
lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt
ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển
động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán
keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang
tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các
ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các
hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần
trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các
hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành
bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là
quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra
theo các giai đoạn sau:
Me
3+
+ HOH Me(OH)
2+
+ H
+

Me(OH)
2+
+ HOH Me(OH)
+
+ H
+
+ Me(OH)
+
+ HOH Me(OH
)
3
+ H
+
pg. 16
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Me3+ + HOH Me(OH)3 + 3H+
Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như
Al
2
(SO
4
)
3
, Al
2
(SO
4
)
2
.18H

2
O, NaAlO
2
, Al
2
(OH)
5
Cl, Kal(SO
4
)
2
.12H
2
O,
NH
4
Al(SO
4
)
2
.12H
2
O, FeCl
3
, Fe
2
(SO
4
)
2

.2H
2
O, Fe
2
(SO
4
)
2
.3H
2
O, Fe
2
(SO
4
)
2.
7H
2
O
a. Muối Nhôm
Trong các loại phèn nhôm, Al
2
(SO
4
)
3
được dùng rộng rãi nhât do có tính hòa tan tốt
trong nước, chi phi thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 5,0 – 7,5. Quá
trình điện ly và thủy phân Al
2

(SO
4
)
3
xảy ra như sau:
Al
3+
+ H
2
O = AlOH
2+
+ H
+
AlOH
+
+ H
2
O = Al(OH)
2+
+ H
+
Al(OH)
2+
+ H
2
O = Al(OH)
3
(s) + H
+
Al(OH)

3
+ H2O = Al(OH)
4-
+ H
+
Ngoài ra, Al
2
(SO
4
)
3
có thể tác dụng với Ca(HCO
3
)
2
trong nước theo phương trình
phản ứng sau
Al
2
(SO
4
)
3
+ 3Ca(HCO
3
)
2
Al(OH)
3
+ 3CaSO

4
+ 6CO
2
Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO
2
vàAl
2
(SO
4
)
3
theotỷ
lệ (10:1) – (20:1). Phản ứng xảy ra như sau:
6NaAlO
2
+ Al
2
(SO
4
)
3
+ 12H
2
O 8Al(OH)
3
+ 2Na
2
SO
4
Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường

cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông.
b. Muối Sắt
pg. 17
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối
nhôm do:
- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp;
- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn;
- Có thể khử mùi H
2
S.
Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có màu do
phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Quá trình keo tụ sử dụng muối sắt xảy
ra do các phản ứng sau:
FeCl
3
+ 3H
2
O Fe(OH)
3
= HCl+Fe
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O+Fe(OH)
3

+ 3H
2
SO
4
Trong điều kiện kiềm hóa:
2FeCl
3
+ 3Ca(OH)
2
= Fe(OH)
3
+ 3CaCl
2
+FeSO
4
+ 3Ca(OH)
2
2Fe(OH)
3
+ 3CaSO
4
c. Chất Trợ Keo Tụ
Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo
tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ,
giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo
tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C
6
H
10
O

5
)
n
, các ete,
cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO
2
.yH
2
O). Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường
dùng là polyacrylamit (CH
2
CHCONH
2
)
n
. Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà
các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH
2
CHCOO)n
hoặc polydiallyldimetyl-amon.
4. Khử trùng nước
pg. 18
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong
nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng. 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,…
a. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo

Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước tạo
thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước,
chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với
men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị
tiêu diệt.
Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau:
Cl
2
+ H
2
O HOCl + HCl
Hoặc có thể ở dạng phương trình phân ly:
Cl
2
+ H
2
O H+ + OCl
-
+ Cl
-
Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau:
Ca(OCl)
2
+ H
2
O = CaO + 2HOCl +2HOCl 2H
+
+ 2OCl
-
b. Dùng ozone để khử trùng

Ozone là một chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con
người. Ơ trong nước, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử.
pg. 19
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Ozone có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất
nhiều lần. Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gây
mùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol.
c. Khử trùng bằng phương pháp nhiệt
Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền. Đun sôi nước ở nhiệt độ 1000C có thể tiêu
diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước. Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ cao
sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc. Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất
nhỏ. Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên
chỉ dùng trong quy mô gia đình.
d. Khử trùng bằng tia cực tím (UV)
Tia cực tím là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm, có tác dụng diệt
trùng rất mạnh. Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước. Các tia
cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu
trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ
đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Sát trùng
bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước.
e. Khử trùng bằng siêu âm
Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian
trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước
f. Khử trùng bằng ion bạc
Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Với hàm lượng 2 – 10 ion g/l
đã có tác dụng diệt trùng. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là: nếu trong
pg. 20
SVTH: Đặng Minh Thuấn
nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối,…thì ion bạc không phát huy
được khả năng diệt trùng.

V. KHỬ SẮT TRONG NƯỚC NGẦM
1. Trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong các nguồn nước
Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe
2+)
là thành phần
của các muối hoà tan như: Fe(HCO
3
)
2
; FeSO
4
…hàm lượng sắt có trong các nguồn
nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất
sâu. Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước co mùi tanh và có màu vàng, gây ảnh
hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất. Do đó, khi mà
nước có hàm lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải
tiến hành khử sắt
Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị II
Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị II
FeS, Fe(OH)
2
, FeCO3, Fe(HCO
3
)
2
, FeSO
4
, v.v…
Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị III:
Fe(OH)

3
, FeCl
3
…trong đó Fe(OH)
3
là chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng trong các bể
lắng và bể lọc. Vì thế các hợp chất vô cơ của sắt hoà tan trong nước hoàn toàn có thể
xử lý bằng phương pháp lý học: làm thoáng lấy oxy của không khí để oxy hoá sắt hoá
trị II th ành sắt hoá trị III và cho quá trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)
3
xảy ra hoàn toàn
trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và các bể lọc Các phức chất vô cơ của ion sắt với
silicat, photphat FeSiO(OH)
3
+3
) Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic,
funvic,…Các ion sắt hoà tan Fe(OH)+, Fe(OH)
3
tồn tại tuỳ thuộc vào giá trị thế oxy
pg. 21
SVTH: Đặng Minh Thuấn
hoá khử và pH của môi trường. Các loại phức chất và hỗn hợp các ion hoà tan của sắt
không thể khử bằng phương pháp lý học thong thường, mà phải kết hợp với phương
pháp hoá học. Muốn khử sắt ở dạng này phải cho thêm vào nước các chất oxy hoá
như: Cl
-
,KMnO
4
, Ozone, đã phá vỡ liên kết và oxy hoá ion sắt thànhion hoá trị III hoặc
cho vào nước các chất keo tụ FeCl

3
, Al(SO
4
)
3
và kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp
cho quá tr ình đồng keo tụ các loại keo sắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể
lọc tiếp xúc và bể lọc trong.
2. Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước
a. Phương pháp oxy hoá sắt
Nguyên lý của phương pháp này là oxy hoá (II) thành sắt (III) và tách chúng ra khỏi
nước dưới dạng
hyđroxyt sắt (III). Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là một muối không bền, nó dễ
dàng thuỷ phân thành sắt (II)hyđroxyt theo phản ứng:
Fe(HCO)
3
)
2
+ 2H
2
O → Fe(OH)
2
+ 2H
2
CO
3
Nếu trong nước có oxy hoà tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bị oxy hoá thành sắt (III) hyđroxyt
theo phản ứng:
4Fe(OH)
2

+ 2H
2
O + O
2
→ 4Fe(OH)
3
↓
Sắt (III) hyđroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra khỏi
nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.
Kết hợp các phản ứng trên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hoá sắt như sau:
4Fe
2+
+ 8HCO
3
+ O
2
+ H
2
O → 4Fe(OH)
3
+ 8H
+
+ 8HCO
3-
pg. 22
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Nước ngầm thường không chứa ôxy hoà tan hoặc có hàm lượng ôxy hoà tan rất thấp.
Để tăng nồng độ ôxy hoà tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng.
Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu ôxy cho quá trình khử sắt.
b. Phương pháp khử sắt bằng quá trình ôxy hoá

 Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc
Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng dàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc. Chiều
cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính từ 5-7mm, lưu
lượng tưới vào khoảng 10 m
3
/m
2
Lượng ôxy hoà tantrong nước sau khi làm thoáng ở
nhiệt độ 25
0
C lấy bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 25
0
C lượng ôxy bão hoà
bằng 8,1 mg/l).
 Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên
Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bặc hay nhiều bặc với các sàn
rải xỉ hoặc tre gỗ.Lưu lượng tưới và chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên.
Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 55% lượng ôxy hoà tan bão hoà. Hàm lượng
CO2 sau làm thoáng giảm 50%.
 Làm thoáng cưỡng bức
Cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m
3
/h.
Lượng không khí tiếpxúc lấy từ 4 đến 6 m
3
cho 1m
3
nước. Lượng ôxy hoà tan sau làm
thoáng bằng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão hoà.Hàm lượng CO
2

sau làm thoáng
giảm 75%.
c. Khử sắt bằng hoá chất
pg. 23
SVTH: Đặng Minh Thuấn
Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra
dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơbảo
vệ bằng tác dụng của các chất ôxy hoá mạnh. Đối với nước ngầm, khi làm lượng sắt
quá cao đồng thời tồn tại cả H
2
S thì lượng ôxy thu được nhờ làm thoáng không đủ để
ôxy hoá hết H
2
S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt.
 Biện pháp khử sắt bằng vôi
Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH
-
, các ion Fe
2+
thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)
2
và lắng xuống một phần, thế ôxy hoá khử tiêu
chuẩn của hệ Fe(OH)
2
/Fe(OH)
3
giảm xuống, do đó sắt (II) dễ dàng chuyển hoá thành
sắt (III). Sắt (III) hyđroxyt kết tụ th ành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thểdễ dàng
tách ra khỏi nước.Phương pháp này có thể áp dụng cho cả nước mặt và nước ngầm.
Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh,

quản lý phức tạp, cho n ên thường kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác
như xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa.
 Biện pháp khử sắt bằng Clo
Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO
3
)
2
+ Cl
2
+ Ca(HCO
3
)
2
+ 6H
2
O → 2Fe(OH)
3
CaCl
2
+ 6H+ + 6HCO
3-
 Biện pháp khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO
4
)
Khi dùng KMnO
4
để khử sắt, qua trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV) hyđroxyt
vừa được tạo thành sẽ
là nhân tố xúc tác cho quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phương trình sau:

pg. 24
SVTH: Đặng Minh Thuấn
5Fe
2+
+ MnO
4-
+ 8H
+
→ 5Fe
3+
+ Mn
2+
+ 4H
2
O
Biện pháp khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt
Các vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá tr ình ôxy hoá khử Fe2+
thành Fe
3+
và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình diễn ra rẩt nhanh chóng và có hiệu quả
cao. Cát đen là một trong những chất có đặc tính như thế.
 Biện pháp khử sắt bằng phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng. Khi sử
dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm không được tiếp xúc với không khí vì
Fe
3+
sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ionic. Chỉ có hiệu quả khi khử nước ngầm
có hàm lượng sắt thấp.
 Biện pháp khử sắt bằng phương pháp vi sinh
Một số loại vi sinh có khả năng ôxy hoá sắt trong điều kiện m à quá trình ôxy hoá hoá

học xảy ra rất khó khăn. Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cáy lọc của bể lọc,
thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước. Thường sử dụng
thiết bị bể lọc chậm để khử sắt.
pg. 25