NGHIÊN cứu QUY TRÌNH xử lý nước cấp từ NGUỒN nước mặt DÙNG CHO SINH HOẠT tại ấp AN THUẬN, xã hòa BÌNH, HUYỆN CHỢ mới, AN GIANG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP TỪ NGUỒN NƯỚC MẶT
DÙNG CHO SINH HOẠT TẠI ẤP AN THUẬN, XÃ HÒA BÌNH, HUYỆN CHỢ
MỚI, AN GIANG
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
H

1

Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặc biệt trong
việc điều hoà khí hậu2 và cho sự sống trên trái
đất. Hàng ngày cơ thể con
5
người cần 3 -10 lít nuớc cho các hoạt động sống, luợng nước này đi vào cơ
3
4
thể qua con đường
thức
ăn, nước uống để thực hiện các quá trình trao đổi
chất và trao đổi năng lượng, sau đó thải ra ngoài theo con đường bài tiết.
Ngoài ra con người còn sử dụng nuớc cho các hoạt động khác như tắm, rửa,
…
B

L

Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát
triển dân số và mức sống ngày càng tăng. Tuỳ thuộc vào mức sống của
người dân và tuỳ từng vùng mà nhu cầu sử dụng nước là khác nhau, định
mức cấp nước cho dân đô thị là 150 L/người.ngày, cho khu vực nông thôn là
40 – 70 L/người.ngày.(Nguyễn Duy Thiện, 2000)
hf

H

V~0.5 m/s

D

Khoảng 80% dân số nước ta sống ở vùng nông thôn. Hiện nay, đảm
bảo nước sinh hoạt cho nông thôn là một nhu cầu cấp bách, trong đó việc
cung cấp nước có chất lượng tốt là một nhu cầu quan trọng.
Nước vô trùng góp phần nâng cao sức khỏe giảm thiểu bệnh tật, tăng
sức lao động và mang lại cho người dân một cuộc sống văn minh. Phan triển
nguồn nước sinh hoạt ở nông thôn là góp phần vào phân bố lại dân cư và
phân vùng quy hoạch một cách hợp lí. Cho đến nay nhiều vùng nông thôn vẫn
còn sử dụng nước không hợp vệ sinh cho các nhu cầu sinh hoạt , dẫn đến
hậu quả là tỷ lệ mắc các bệnh lây lan do nước như: đường ruột, mặt hột và
bệnh ngoài da còn rất cao, gây ảnh hưởng đời sống và sức lao động chung.
Hiện trạng cấp nước nông thôn ở tỉnh An Giang hiện nay vẫn chủ yếu là
do dân tự lo nguồn nước sinh hoạt cho mình. Họ sử dụng đủ loại nguồn nước
mà chủ yếu là nguồn nước mặt bao gồm: sông, suối, ao hồ, kênh rạch…với
chất lượng nguồn nước bị ô nhiễm mức độ cao. Ấp An Thuận xã Hòa Bình,
huyện Chợ Mới là nơi vẫn chưa có hệ thống cấp nước công cộng. Các hộ dân
chủ yếu tự sử dụng nguồn nước từ kênh rạch gần nhà, có chất lượng không
được đảm bảo và sử dụng dạng nguyên khai không được xử lý. Trước tình
hình đó đề tài: “Nghiên cứu quy trình xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt cho
các hộ gia đình tại ấp An Thuận, xã Hòa Bình, Chợ Mới” được thực hiện nhằm
hướng dẫn, phổ biến những kinh nghiệm, khai thác và xử lý nguồn nước sạch
sinh hoạt dùng cho cộng đồng dân cư nhỏ tại đây.
1

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về nước cấp và tầm quan trọng của nước cấp
2.1.1. Công nghệ xử lý nước cấp
2.1.1.1. Xử lý nước cấp
Xử lý nước cấp là quá trình loại bỏ các chất bẩn, các chất hòa tan trong
nước bằng dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt
yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp theo tiêu chuẩn quy định.
(Nguyễn Thị Thu Thủy, 2000)
2.1.1.2. Tầm quan trọng của nước cấp và xử lý nước cấp
Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật, đóng vai trò đặc biệt trong
việc điều hoà khí hậu và cho sự sống trên trái đất. Hàng ngày cơ thể con
người cần 3 -10 lít nuớc cho các hoạt động sống, luợng nước này đi vào cơ
thể qua con đường thức ăn, nước uống để thực hiện các quá trình trao đổi
chất và trao đổi năng lượng, sau đó thải ra ngoài theo con đường bài tiết.
Ngoài ra con người còn sử dụng nước cho các hoạt động khác như tắm, rửa,
…
Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát
triển dân số và mức sống ngày càng tăng. Tuỳ thuộc vào mức sống của
người dân và tuỳ từng vùng mà nhu cầu sử dụng nước là khác nhau, định
mức cấp nước cho dân đô thị là 150 lít/người.ngày, cho khu vực nông thôn là
40 – 70 lít/người.ngày. Hiện nay, Tổ chức Liên Hợp Quốc đã thống kê có một
phần ba các điểm dân cư trên thế giới thiếu nước sạch sinh hoạt. Do đó người
dân phải dùng các nguồn nước không sạch. Điều này dẫn đến háng năm có
tới 500 triệu người mắc bệnh và 10 triệu người bị chết, 80% các trường hợp
mắc bệnh tại các nước đang phát triển có nguyên nhân từ việc dùng các
nguồn nước bị ô nhiễm. Vấn đề xử lý nước và cung cấp nước sạch, chống ô
nhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt và sản xuất đang là
vấn đề đáng quan tâm đặc biệt.
Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượng nước cấp,

trong đó các chỉ tiêu cao thấp khác nhau. Nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này
phải đảm bảo an toàn vệ sinh về số vi trùng có trong nước, không có chất độc
hại làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Các nguồn nước trong thiên
nhiên ít khi đảm bảo các tiêu chuẩn đó. Do tính chất có sẵn của nguồn nước
hay bị tác động ô nhiễm. Nên tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu
cầu về chất lượng nước cấp mà cần thiết phải có quá trình xử lý nước thích
hợp đảm bảo cung cấp nước có chất lượng tốt và ổn định chất lượng nước
cấp cho các nhu cầu.

2


2.1.2. Mục đích của các quá trình xử lý nước
- Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hoá học, vi trùng
học để thỏa mãn các nhu cầu về ăn uống, sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công
nghiệp và phục vụ sinh hoạt công cộng của các đối tượng dùng nước.
- Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không chứa các chất gây vẩn
đục, gây ra màu, mùi, vị của nước.
- Cung cấp nước có đủ thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo
vệ sức khoẻ của người tiêu dùng.
- Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất
lượng nước cấp cho ăn uống sinh hoạt.(Trịnh Xuân Lai, 2004)
2.1.3. Các biện pháp xử lý cơ bản
Trong quá trình xử lý nước cấp cần phải áp dụng các biện pháp xử lý
sau:
+ Biện pháp cơ học: Là biện pháp dùng các công trình và thiết bị để làm
sạch nước như: Song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc.
+ Biện pháp hoá học: Là biện pháp dùng các hoá chất cho vào nước để
xử lý nước như: Dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hoá nước, cho
clo vào nước để khử trùng.

+ Biện pháp lý học: Là biện pháp 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
CO2 hoà tan trong nước...(Nguyễn Ngọc Dung,1999)
2.2. Các loại nguồn nước dùng cho cấp nước
2.2.1. Nguồn nước mặt
Nước mặt là nguồn nước được hình thành trên bề mặt trái đất bao gồm:
sông suối, ao hồ, kênh mương… Do có sự kết hợp của các dòng chảy từ nơi
cao đến nơi thấp. Nước mặt có các đặc trưng: Chứa các khí hòa
tan(O2,CO2…), có hàm lượng hữu cơ cao, có độ mặn, có sự xuất hiện của
các loài thực vật thủy sinh(tảo, rong).
2.2.2. Nguồn nước ngầm
Là nguồn nước được khai thác từ các tầng chứa nằm dưới mặt đất.
Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua.
Nước ngầm có các đặc trưng: Độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hóa học
ổn định, nước thiếu khí O2 nhưng chứa nhiều khí H2S, CO2,… chứa nhiều chất
khoáng hòa tan, đặc biệt là sắt, Mangan, Flouor.
2.2.3. Nguồn nước mưa
Là nguồn nước được hình thành do quá trình tự nhiên như: bay hơi, gió
bão, tạo thành mưa rơi xuống mặt đất ở một phạm vi nhất định. Đặc trưng của
nguồn nước mưa: Có chất lượng tốt, bão hòa CO 2. Tuy nhiên nước mưa hòa
3


tan các chất hữu cơ và vô cơ trong không khí và bề mặt trái đất, đồng thời lưu
lượng không ổn định nên ít được sử dụng và chỉ sử dụng trong một số nơi có
khó khăn về nước. (Trịnh Xuân Lai, 2004)
2.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước
2.3.1. Các chỉ tiêu lý học
2.3.1.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa

xảy ra trong nước. Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh,
vào thời gian trong ngày, vào mùa trong năm… Nước mặt có nhiệt độ thay đổi
theo nhiệt độ môi trường. Ví dụ: ở Miền Bắc Việt Nam nhiệt độ nước thường
dao động từ 13oC đến 34o C, trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt
ở Miền Nam tương đối ổn định hơn (26 - 29oC).
2.3.1.2. Độ màu
Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: Các hợp chất sắt,
mangan không hòa tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra
màu vàng, còn các loại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị
nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc
đen.
Nước nguyên chất không có màu. Màu sắc mang tính chất cảm quan
và gây nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng.
Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu platin – coban.
Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ (PtCo). Độ màu biểu
kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng bị
loại bỏ bằng phương pháp lọc. Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước
phải dùng các biện pháp hóa lý kết hợp.
2.3.1.3. Độ đục
Nước là một môi trường truyền ánh sang tốt, khi trong nước có các vật
lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất, cát, các vi sinh vật…thì khả năng
truyền ánh sáng bị giảm đi. Nước có độ đục lớn chứng tỏ chứa nhiều cặn bẩn.
Đơn vị đo độ đục là NTU, JTU trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương
nhau. Nước mặt thường có độ đục 20 - 100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500 600 NTU. Nước dùng để ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục được xác định bằng chiều
sâu lớp nước thấy được (gọi là độ trong) mà ở độ sâu đó người ta vẫn đọc
được hàng chữ tiêu chuẩn. Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nước còn
thấy được càng lớn. Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1m
(hay độ đục nhỏ hơn 10 NTU).
2.3.1.4. Mùi vị

Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp
4


chất hữu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên.
Nước thiên nhiên có thể có mùi tanh hay hôi thối, mùi đất. Nước sau khi khử
trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol.
Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có
thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng…
2.3.1.5. Độ nhớt
Độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch
chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau. Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất
áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước. Độ
nhớt tăng khi hàm lượng các muối hòa tan trong nước tăng, và giảm khi nhiệt
độ tăng.
2.3.1.6. Độ dẫn điện
Nước có tính dẫn điện kém. Nước tinh khiết ở 20 oC có độ dẫn điện là
4,2µS/m. Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa
tan trong nước, và dao động theo nhiệt độ.
Thông số này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất
khoáng hòa tan trong nước.
2.3.1.7. Tính phóng xạ
Tính phóng xạ của nước là do sự phân hủy các chất phóng xạ có trong
nước tạo nên. Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các
chất này có thời gian bán phân hủy rất ngắn nên nước thường vô hại. Tuy
nhiên khi bị nhiễm bẩn phóng xạ từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ
của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép.
Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường được dùng để xác
định tính phóng xạ của nước. Trong đó các hạt α bao gồm 2 proton và 2
nơtron có năng lượng xuyên thấu nhỏ, nhưng có thể xuyên vào cơ thể sống

qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa, gây tác hại cho cơ thể do tính ion hóa
mạnh. Các hạt β có khả năng xuyên thấm mạnh hơn, nhưng dễ bị ngăn lại bởi
các lớp nước và cũng gây tác hại cho cơ thể.
2.3.2. Các chỉ tiêu hoá học
2.3.2.1. Độ cứng của nước
Độ cứng của nước gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trong nước.
Chúng phản ứng với một số anion tạo thành kết tủa. Các ion hóa trị 1 không
gây nên độ cứng của nước. Trên thực tế vì các ion Ca 2+ và Mg2+ chiếm hàm
lượng chủ yếu trong các ion đa hóa trị nên độ cứng của nước xem như là tổng
hàm lượng của các ion Ca2+ và Mg2+ . Người ta phân biệt các loại độ cứng
khác nhau :

5


+ Độ cứng carbonat (thường được ký hiệu CH : Carbonate Hardness):
là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca 2+ và Mg2+ tồn tại dưới dạng HCO3-. Độ
cứng carbonat còn được gọi là độ cứng tạm thời vì sẽ mất đi khi bị đun sôi.
+ Độ cứng phi carbonat (thường được ký hiệu là NCH : Non-Carbonate
Hardness) là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ liên kết với các
anion khác HCO3- như SO42- , Cl-…Độ cứng phi carbonat còn được gọi là độ
cứng thường trực hay độ cứng vĩnh cữu.
2.3.2.2. Độ pH của nước
PH có định nghĩa về mặt toán học : pH = -log[H+]. pH là một chỉ tiêu
cần được xác định để đánh giá chất lượng nguồn nước. Sự thay đổi pH dẫn
tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kết tủa, sự hòa tan, cân
bằng carbonat…), các quá trình sinh học trong nước. Giá trị pH của nguồn
nước góp phần quyết định phương pháp xử lý nước. pH được xác định bằng
máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ.
2.3.2.3. Độ kiềm của nước

Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng các ion HCO 3-, CO32- , OH- có
trong nước. Độ kiềm trong nước tự nhiên thường gây nên bởi các muối của
acid yếu, đặc biệt là các muối carbonat và bicarbonat. Độ kiềm cũng có thể
gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat, phosphat… và một số acid
hoặc bazơ hữu cơ trong nước, nhưng hàm lượng của những ion này thường
rất ít so với các ion HCO 3-, CO32-, OH- nên thường được bỏ qua. Khái niệm về
độ kiềm và độ acid là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học
của một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat.
Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưa tất cả
các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3.
Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ
kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH =
4,5 liên quan đến hàm lượng các ion OH -, HCO3- và CO32- ) với độ kiềm phi
carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị
chuẩn độ đến pH = 8,3 liên quan đến ion OH -). Hiệu số giữa độ kiềm tổng m
và độ kiềm p được gọi là độ kiềm bicarbonat.
2.3.2.4. Độ oxi hóa (mg/l O2 hay KMnO4)
Là lượng oxi cần thiết để oxi hóa hết các hợp chất hữu cơ có trong
nước. Chỉ tiêu oxi hóa là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của
nguồn nước. Độ oxi hóa của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm
bẩn và chứa nhiều vi trùng.
2.3.2.5. Hàm lượng sunfat và clorua (mg/lít)
Ion SO42- có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu cơ.
Với hàm lượng lớn hơn 250 mg/l gây tổn hại cho sức khỏa con người. Ở điều
kiện yếm khí, SO42- phản ứng với chất hữu cơ tạo thành khí H 2S có độc tính
6


cao. Clor tồn tại trong nước dưới dạng Cl -. Nói chung ở mức nồng độ cho
phép thì các hợp chất clor không gây độc hại, nhưng với hàm lượng lớn hơn

250 mg/lít làm cho nước có vị mặn. Nước có nhiều Cl - có tính xâm thực xi
măng.
2.3.2.6. Hàm lượng sắt
Sắt chỉ tồn tại dạng hòa tan trong nước ngầm dưới dạng muối Fe 2+ của
HCO , SO42-, Cl-…, còn trong nước bề mặt, Fe2+ nhanh chóng bị oxy hóa
thành Fe3+ và bị kết tủa dưới dạng Fe(OH)3.
3

2Fe(HCO3)2 + 0,5 O2 + H2O = 2Fe(OH)3 + 4CO2
Nước thiên nhiên thường hcứa hàm lượng sắt lên đến 30 mg/lít. Với
hàm lượng sắt lớn hơn 0,5 mg/lít nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần
áo khi giặt… Các cặn kết tủa của sắt có thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn
nước. Trong quá trình xử lý nước, sắt được loại bằng phương pháp thông khí
và keo tụ.
2.3.2.7. Hàm lượng mangan (mg/lít)
Mangan thường được gặp trong nước ngầm ở dạng Mangan(II), nhưng
với hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều. Tuy vậy với hàm lượng mangan > 0,05
mg/l đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt.
Công nghệ khử mangan thường được kết hợp với khử sắt trong nước.
2.3.2.8. Iốt và Fluo
Thường gặp trong nước dưới dạng ion và chúng có ảnh hưởng trực
tiếp đến sức khỏe của con người. Hàm lượng fluo có trong nước ăn uống nhỏ
hơn 0,7 mg/l dễ gây bệnh đau răng, lớn hơn 1,5 mg/lít sinh hỏng men răng. Ở
những vùng thiếu iốt thường xuất hiện bệnh bướu cổ, ngược lại nếu iốt quá
nhiều cũng gây tác hại cho sức khỏe.
2.3.2.9. Các chất khí hòa tan (mg/lít)
Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn. Khí
CO2 hòa tan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên.
Trong kỉ thuật xử lý nước, sự ổn định của nước có vai trò rất quan trọng. Việc
đánh giá độ ổn định trong sự ổn định nước được thực hiện bằng cách xác

dịnh hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự do. Lượng CO2 cân bằng là lượng
CO2 đúng bằng lượng ion HCO3- cùng tồn tại trong nước.(Trịnh Xuân Lai,
2004)
2.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh
Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo và
các loài thủy vi sinh khác. Tùy theo tính chất, các loại vi sinh trong nước có thể
vô hại hoặc có hại. Nhóm có hại bao gồm các loại vi trùng gây bệnh, các loài
rong rêu, tảo…Nhóm này cần phải loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng. Các vi
trùng gây bệnh như lỵ, thương hàn, dịch tả…thường khó xác định chủng loại.
7


Trong thực tế hóa nước thường xác định chỉ số vi trùng đặc trưng. Trong chất
thải của người và động vật luôn có loại vi khuẩn E.Coli sinh sống và phát triển.
Sự có mặt của E.Coli trong nước chứng tỏ chứng tỏ nguồn nước đã bị ô
nhiễm bởi phân rác, chất thải của người và động vật và như vậy cũng có khả
năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác.
Số lượng E.Coli nhiều hay ít tùy thuộc mức độ nhiễm bẩn của nguồn
nước. Đặc tính của khuẩn E.Coli là khả năng tồn tại cao hơn các loại vi khuẩn,
vi trùng gây bệnh khác nên nếu sau khi xử lý nước, nếu trong nước không còn
phát hiện thấy E.Coli thì điều đó chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị
tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định số lượng E.Coli thường đơn giản và
nhanh chóng nên loại vi khuẩn này thường được chọn làm vi khuẩn đặc trưng
trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước.
Người ta phân biệt trị số E.Coli và chỉ số E.Coli. Trị số E.Coli là đơn vị
thể tích nước có chứa 1 vi khuẩn E.Coli. Chỉ số E.Coli là số lượng vi khuẩn
E.Coli có trong 1 lít nước. Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên
tiến qui định trị số E.Coli không nhỏ hơn 100 ml, nghĩa là cho phép chỉ có 1 vi
khuẩn E.Coli trong 100 ml nước (chỉ số E.Coli tương ứng là 10). TCVN qui
định chỉ số E.Coli của nước sinh hoạt phải nhỏ hơn 20.

2.4. Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt
Nam
2.4.1. Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới
Theo lịch sử ghi nhận hệ thống cấp nước đô thị xuất hiện sớm nhất tại
La Mã vào năm 800 TCN. Điển hình là công trình dẫn nước vào thành phố
bằng kênh tự chảy, trong thành phố nước được đưa đến các bể tập trung, từ
đó theo đường ống dẫn nước đến các nhà quyền quí và bể chứa công cộng
cho người dân sử dụng. Khoảng 300 năm TCN đã biết khai thác nước ngầm
bằng cách đào giếng. Người Babilon có phương pháp nâng nước lên độ cao
khá lớn bằng ròng rọc, guồng nước.
Thế kỷ thứ XIII, các thành phố ở châu Âu đã có hệ thống cấp nước.
Thời đó chưa có các loại hóa chất phục vụ cho việc keo tụ xử lý nước mặt,
người ta phải xây dựng các bể lắng có kích thước rất lớn (gần như lắng tĩnh)
mới lắng được các hạt cặn bé. Do đó công trình xử lý rất cồng kềnh, chiếm
diện tích và kinh phí xây dựng lớn. Năm 1600 việc dùng phèn nhôm để keo tụ
nước được các nhà truyền giáo Tây Ban Nha phổ biến tại Trung Quốc. Năm
1800 các thành phố ở châu Âu, châu Mỹ đã có hệ thống cấp nước khá đầy đủ
thành phần như công trình thu, trạm xử lý, mạng lưới …
Năm 1810 hệ thống lọc nước cho thành phố được xây dựng tại PaisayScotlen.Năm 1908 việc khử trùng nước uống với qui mô lớn tại Niagara Falls,
phía Tây Nam New york. Thế kỷ XX kỹ thuật cấp nước ngày càng đạt tới tình
độ cao và còn tiếp tục phát triển, các loại thiết bị cấp nước ngày càng đa dạng
phong phú và hoàn thiện. Thiết bị dùng nước trong nhà luôn được cải tiến để
8


phù hợp và thuận tiện cho người sử dụng. Kỹ thuật điện tử và tự động hóa
cũng được sử dụng rộng rãi trong cấp thoát nước. Có thể nói kỹ thuật cấp
nước đã đạt đến trình độ rất cao về công nghệ xử lý, máy móc trang bị thiết bị
và hệ thống cơ giới hóa, tự động hóa trong vận hành, quản lý.
2.4.2. Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam

Ở Việt Nam, hệ thống cấp nước đô thị được bắt đầu bằng khoan giếng
mạch nông tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh (Sài Gòn) cũ vào năm 1894.
Nhiều đô thị khác như Hải Phòng, Đà Nẵng… hệ thống cấp nước đã xuất
hiện, khai thác cả nước ngầm và nước mặt. Hiện nay hầu hết các khu đô thị
đã có hệ thống cấp nước.Nhiều trạm cấp nước đã áp dụng công nghệ tiên tiến
của các nước phát triển như Pháp, Phần Lan, Australia…Những trạm cấp
nước cho các thành phố lớn đã áp dụng công nghệ tiên tiến và tự động hóa.
Hiện nay Đảng và nhà nước đang quan tâm đến vấn đề cấp nước cho nông
thôn, đòi hỏi các chuyên gia trong lĩnh vực cấp nước cần phải đóng góp sức
mình và sáng tạo nhiều hơn để đáp ứng yêu cầu thức tế.
Công nghệ đang áp dụng
- Hiện nay ở đô thị sử dụng nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm.
Ngoài ra, một số hộ vùng ven đô và nông thôn có sử dụng cả nước mưa.
Trong toàn quốc, tỷ lệ sử dụng nguồn nước mặt khoảng 60%, nước ngầm
khoảng 40%. Ở các thành phố lớn, các nhà máy nước (NMN) có công suất
khoảng từ vài chục ngàn m3/ngày.đêm tới vài trăm ngàn m3/ngày.đêm. Tiêu
biểu như:
NMN Thủ Đức (TP HCM) có tổng công suất 1.200.000
3
m /ngày.đêm, các NMN xử lý nước ngầm ở Hà Nội có công suất từ 30.000 60.000 m3/ngày.đêm (thường chia thành đơn nguyên 30.000 m3/ngày.đêm,
xây dựng thành từng đợt, NMN Sông Đà 600.000 m 3/ngày.đêm, giai đoạn 1 đã
xây dựng 1 đơn nguyên 300.000 m3/ngày.đêm đã hoạt động). Tại các thành
phố, thị xã trực thuộc tỉnh, các nhà máy nước có công suất phổ biến từ 10.000
m3/ngày.đêm tới 30.000 m3/ngày.đêm. Các trạm cấp nước của các thị trấn
thường có công suất từ 1000 m3/ngày.đêm tới 5.000 m 3/ngày.đêm, phổ biến
nhất xung quanh 2.000 m3/ngày.đêm.
Công nghệ và công trình xử lý nước
- Công nghệ xử lý nước mặt phổ biến là:
Keo tụ + lắng + lọc nhanh trọng lực + khử trùng
- Công nghệ xử lý nước ngầm chủ yếu là khử sắt ( hoặc khử mangan)

bằng phương pháp:
Làm thoáng + lắng tiếp xúc + lọc nhanh trọng lực + khử trùng
Các công trình đơn vị trong trạm xử lý đa dạng
- Các công trình keo tụ ( đa số dùng phèn nhôm, PAC) với bể trộn đứng,
trộn cơ khí, bể tạo bông có vách ngăn ziczac, tạo bông có tầng cặn lơ lửng,
tạo bông kiểu cơ khí.
9


- Các công trình lắng: bể lắng đứng ( cho trạm công suất nhỏ) bể lắng
ngang thu nước cuối bể, thu nước bề mặt được sử dụng khá rộng rãi ở các
dự án thành phố, thị xã, bể lắng ngang lamen được sử dụng tại 6 tỉnh miền
núi phía Bắc: Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Hoà Bình, Hưng Yên và sân bay Đà
Nẵng. Loại bể đang được phổ biến ở một số địa phương khác như bể lắng
Pulsator ( công nghệ Pháp) được dùng ở Nam Định, Cần Thơ và bể lắng ly
tâm ( Thái Bình) là 2 loại bể lằng ít được sử dụng.
- Các công trình lọc: Bể lọc nhanh trọng lực ( lọc hở với vật liệu lọc là
cát) được dùng rộng rãi, được dùng khá nhiều ở các dự án cấp tỉnh, thành
phố.
- Khử trùng: phổ biến dùng clo lỏng, một số trạm nhỏ dùng nước giaven
hoặc ôzôn.
- Trạm bơm đợt 2: một số trạm dùng máy biến tần để điều khiển chế độ
hoạt động của máy bơm, một vài nơi có dùng đài nước trong trường hợp địa
hình thuận lợi, một số nơi tận dụng đài nước đã có trước.
- Các công trình làm thoáng: Phổ biến dùng tháp làm thoáng tự nhiên
( Dàn mưa), một số ít dùng thùng quạt gió ( làm thoáng cưỡng bức), một số
trạm khác dùng tháp làm thoáng tải trọng cao theo nguyên lý làm việc của
Ejector. Chất lượng nước sau xử lý hầu hết đạt tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu
chuẩn cuả tổ chức y tế thế giới. Một số nhà máy còn một vài chỉ tiêu chưa đạt
như mangan, amôni, arsenic.

Cấp nước nông thôn - Các loại mô hình cấp nước sinh hoạt nông thôn
- Người dân nông thôn Việt Nam tuỳ điều kiện của mình đã sử dụng cả
3 loại nguồn nước (nước mưa, nước ngầm và nước mặt) cho nhu cầu cấp
nước phục vụ sinh hoạt. Từ những đặc điểm riêng biệt từng vùng ở nông thôn
Việt Nam hiện đang tồn tại 2 loại hệ thống công trình cấp nước cơ bản:
+ Các công trình cấp nước phân tán: Các công trình cấp nước nhỏ lẻ
truyền thống phục vụ cho từng hộ gia đình, những nhóm hộ dùng nước hay
các cụm dân cư sống độc lập, riêng lẻ mật độ thấp…
+ Các công trình cấp nước theo kiểu công nghiệp tập trung: Hệ thống
dẫn nước tự chảy và hệ thống bơm dẫn nước phục vụ cho các thị trấn, thị tứ,
các cụm dân cư sống tập trung của xã... (Trần Hiếu Nhuệ, 2010)
Nước sông hậu
Tiền xử lí
Keo tụ
Tạo bông
H/C keo tụ, chỉnh pH
Lắng
Lọc

10


Sát trùng
Hợp chất sát trùng Cl2, O3, ClO2...
- Tách các mảnh vụn vật thô, vật nổi
- Diệt khuẩn gây bệnh
- Hạn chế mùi vị

- Phá vỡ thế ổn định hệ keo
- Tạo bông nhỏ

- Kết dính các bông cặn nhỏ thành bông cặn lớn
- Lắng tách bông cặn
- Lọc các bông cặn còn lại
- Tiêu diệt loại bỏ vi sinh vật
MỤC ĐÍCH

2.4.2.1.Tiền xử lý
Xử lí sơ bộ nước bề mặt rất quan trọng. Trước khi dẫn nước vào dây
chuyền xử lí, người ta lưu nước một thời gian dài với mục đích:
- Tạo qúa trình lắng tự do của các hạt bụi và các kim loại nặng có nồng
độ cao trong nước thô không tách được bằng quá trình keo tụ như côban,
niken, xyanua (CN-), chì,cađimi và các kim loại độc hại khác cũng lắng xuống
đáy.
- Xúc tiến làm sạch tự nhiên để tách được phần lớn các chất hữu cơ
nhỏ và các tạp chất vô cơ.
- Có thể dùng các biện pháp trao đổi khí nhân tạo để tăng hàm lượng
oxy hòa tan trong nước.
-Xử lý sơ bộ với dịch vôi để duy trì độ cứng của nước từ 8.5-9.00 D.
Tóm lại, nhờ các quá trình hóa, lý, sinh học tự nhiên xảy ra trong hồ nên
chất lượng nước trong hồ tốt hơn nguồn nước đã đưa vào hồ. Nhờ bổ sung
quá trình nhân tạo nên nồng độ tảo thấp, độ cứng và nồng độ kim loại độc hại
giảm đi, kết quả là giảm đi rất nhiều chi phí cho giai đoạn tiếp theo.
2.4.2.1.1. Khử vi khuẩn virut nhờ các quá trình tự nhiên trong hồ chứa
nước
Các quá trình tự nhiên xảy ra trong hồ chứa nước có thể giảm đáng kể
lượng vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước , bởi vì:
11


- Nồng độ chất dinh dưỡng cần thiết cho vi khuẩn trong nước rất thấp.

- Nhiệt độ của nước nhỏ hơn 37 0C nên tốc độ sinh sản của vi khuẩn vi
rút rất chậm.
- Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thù của vi
khuẩn vi rút.
- Các động vật nguyên sinh, nấm trong nước thường là kẻ thù của vi
khuẩn, vi rút.
- Tia cực tím của ánh sáng mặt trời tiêu diệt vi khuẩn ở lớp bề mặt.
- Vi khuẩn, vi rut thường bị lắng cùng với các hạt cặn trong nước.
- Cá chất vô cơ, các chất độc trong nước có thể hủy hoại vi khuẩn, độ
pH không thích hợp cho vi khuẩn.
2.4.2.1.2 Ngăn ngừa sự phát triển của tảo
Để ngăn ngừa sự phát triển của tảo trong cá nguồn nước có thể sử
dụng các phương pháp sau đây:
a.

Sử dụng hóa chất để diệt tảo
Người ta dùng các hóa chất như CuSO 4 nồng độ từ 0.1-10mg/l, những
hợp chất của clo nông độ từ 0.3 đến 1.0 mg/l, natri sunfat, chất diệt cỏ 2.4
D...Tuy nhiên, đưa hóa chất đặc biệt là các hóa chất bảo vệ thực vật vào các
hồ chứa không phải là biện pháp tối ưu.

b.

Giảm chất dinh dưỡng cho tảo trong nước
Các chất dinh dưỡng như nitơ, photphat trong nước có thể được giảm
bớt bằng cách ngăn ngừa việc thải nước thải sinh hoạt, chất thải của con
người và động vật cũng như các chất thải có chứa NH 4+, NO3-, PO43- vào
nguồn nước...Hoặc có thể áp dụng các phương pháp tách chất dinh dưỡng ra
nguồn thải như sau:
-Xử lý sinh hóa kết hợp với khử NO3- trong điều kiện yếm khí.

Clo hóa nâng pH hoặc là làm thoáng khí
- Tách photphat ra khỏi nước bằng cách kết tủa với Fe 3+, Al3+
hoặcCa(OH)2.
c. Giảm cường độ ánh sáng tới hồ chứa
Cường độ ánh sáng xuyên qua nưốc theo phương trình
I = Io. E-zd
Trong đó:
I0-cường độ ánh sáng ở bề mặt nước;

I-

cường độ ánh sáng ở dộ sau d,
12


z- hệ số hấp phụ ánh sáng của nước.
Như vậy, muốn giảm được lượng ánh sáng hấp phụ vào nước cần tăng
độ sau hoặc giảm hệ số hấp phụ của nước bằng cách giảm độ đục của nước.
2.4.2.2.Keo tụ- tạo bông
Dung dịch keo là hệ bền (khó lắng) nhờ cấu trúc đặc biệt của các hạt
keo. Trong nhóm này phải kể đến virus, các chất có phân tử lượng lớn có
nguồn gốc tự nhiên như axit humic. Hạt keo có kích thước nhỏ (< 0,5 µm) nên
bằng mắt và hiển vi thông thường không thể nhìn thấy.
Hạt keo kị nước có độ bền nhờ lớp điện kép tích điện cùng dấu. Hạt keo
ưa nước có độ bền nhờ tương tác hạt-nước thông qua các chóm chức ưa
nước trên các phân tử hạt keo.
2.4.2.2.1.Cấu tạo hạt keo và tính bền của hệ keo
Theo Atkins hệ keo là tên gọi cổ điển của các hệ phân tán dị thể của
các hạt có kích thước nhỏ hơn 500 nm trong môi trường khác về chất so với
chất hạt (ở đây ta chỉ đề cập đến môi trường lỏng).

Tuy nhiên kích thước không phải là yếu tố quyết định mà cấu tạo hạt
keo mới là yếu tố quyết định đến tính bền của các hệ keo.
Tuỳ vào cấu tạo hạt và nguyên nhân gây ra độ bền ta có hai loại hạt
keo: loại ưa dung môi cụ thể là ưa nước (hydrophilic) và loại kị dung môi hay
kị nước (hydrophobic).
Loại ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử chất hữu cơ
hoà tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phân cực, có ái lực cao
với các phân tử nước.
Loại kị nước là các loại keo có gốc ôxit hoặc hyđroxit kim loại. Do kích
thước hạt rất nhỏ hệ keo có bề mặt cực lớn, vì vậy về mặt nhiệt động chúng
không bền và có xu thế co cụm để giảm năng lượng bề mặt. Mặt khác do hạt
keo có cấu tạo đặc biệt của lớp điện kép tạo nên lực đẩy tĩnh điện hạt-hạt nên
chúng khó tiếp cận gần nhau, hút nhau và co cụm thành hạt lớn hơn đủ nặng
để có thể lắng được nên hệ này có tính bền.
Cấu tạo đặc biệt của hạt keo có thể được làm rõ trên cơ sở ví dụ keo
Fe(III):
Khi hoà tan FeCl3 trong nước sẽ xảy ra phản ứng thủy phân:
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl

(1)

Kết tủa Fe(OH)3 co cụm dưới dạng tập hợp hạt [mFe(OH)3] rất nhỏ,
được gọi là hạt nhân, nó có khả năng hấp phụ những ion giống các thành
phần tạo ra nó, ví dụ hấp phụ các ion Fe 3+, tạo thành lớp ion Fe3+ trên bề mặt
hạt được gọi là lớp hấp phụ hay là lớp ion quyết định dấu:
[mFe(OH)3] + nFe3+ → [mFe(OH)3]nFe3n+
13

(2)

Như vậy, ta có một hạt mới mang điện tích 3n+, nó có xu thế hút 3n các
ion trái dấu (Cl−) trong dung dịch để trung hoà điện tích 3n+. Trong thực tế
không phải tất cả 3n hạt Cl− bám chặt vào nhân mà chỉ có 3(n-x) hạt Cl − bám
vào, lớp ion Cl− bám vào này được gọi là lớp điện tích trái dấu. Cùng với lớp n
ion Fe3+ đã hấp phụ cố định ta có 3(n-x) ion Cl − bám theo hạt [mFe(OH)3] tạo
thành lớp điện kép gồm 3n điện tích dương và 3(n-x) điện tích âm, kết quả là
hạt keo (phần giữa dấu {}) mang điện tích 3x+:
[m Fe(OH)3]nFe3n+ + 3(n-x) Cl− → {[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl−}3x+

(3)

Phần còn lại 3x hạt Cl− “trôi nổi” trong dung dịch ở khoảng không gian
gần hạt, tạo nên lớp khuyết tán. Như vậy, nếu viết dưới dạng công thức hoá
học hạt keo có cấu tạo tổng thể như sau:
{[mFe(OH)3]nFe3n+3(n-x)Cl−}3x+3xCl−
hạt nhân
lớp hấp phụ

(lớp ion quyết định dấu)

lớp điện tích trái dấu
lớp khuếch tán
Hạt keo
Trong không gian, hạt keo có dạng như một quả cầu tích điện (hình
4.1).
Theo hình 4.1 hạt nhân là quả cầu gồm tập hợp các phân tử Fe(OH) 3(r)
nằm ở tâm. Các ion quyết định dấu gắn chặt vào quả cầu. Các điện tích trái
dấu ở lớp gần nhất tạo thành lớp ion nghịch và mặt biên A-A, các điện tích trái
dấu – phần còn lại nằm ở lớp khuếch tán khá linh động, vây quanh hạt keo

tích điện như đám mây quanh trái đất.

14


Lớp ion trái
dấu

Hạt nhân

A

A

Thế nhiệt động ,

Thế dzeta ,
Lớp điện kép

Lớp ion quyết định dấu
hay lớp hấp phụ
A

X

Hình 4.1- Cấu tạo hạt keo và sự thay đổi thế ξ theo khoảng cách từ
bề mặt hạt keo
Tóm lại, để hạt keo trung hoà về điện hạt keo phải có hai lớp điện tích
trái dấu có cùng lượng điện tích: lớp hấp phụ (ví dụ, nFe 3+) nằm trên bề mặt
hạt nhân tích điện dương hoặc âm (trong trường hợp nFe 3+ là dương), điện

thế tương ứng của nó là thế nhiệt động hay là thế Nernst, ϕo; tiếp theo là lớp
ion trái dấu tích điện ngược lại (âm hoặc dương). Hai lớp điện tích này tạo nên
một cấu trúc tương tự như hai bản cực song song của một tụ điện, trong đó
một bản cực tích điện dương (hoặc âm) gắn chặt với hạt nhân là lớp ion quyết
định dấu, còn bản cực kia tích điện trái dấu và tạo nên lớp điện kép. Đây là
cấu tạo thông thường của tụ điện phẳng.
Kĩ thuật xử lí nước cấp từ nước tự nhiên, và kể cả một số công đoạn
trong dây chuyền xử lí nước thải thông thường là kĩ thuật lắng – lọc. Để hình
dung tốc độ lắng của những hạt không tích điện dưới tác dụng của trọng
trường và đánh giá khả năng sử dụng bể lắng để xử lí làm trong nước xem
bảng 2.1.
Ta thấy các kỹ thuật lắng - lọc thông thường trong ngành nước chỉ có
hiệu quả nhất định đối với hạt có kích thước cỡ µm, trong trường hợp lọc tốt
nhất là lớn hơn 0,1 µm. Đối với những hạt cỡ 0,1 µm trở xuống rất khó lắng và
không thể lọc được bằng lọc cát thông thường. Để có thể lọc chúng bằng lọc
15


cát thông thường phải biến chúng thành những hạt lớn hơn. Phương pháp
phổ biến để thực hiện việc này là phương pháp keo tụ nghĩa là xử lí nước
bằng những chất keo tụ trước khi lắng - lọc.
Bảng 4.1 - Kích thước hạt và thời gian lắng do trọng lực
Loại hạt
Sỏi đệm
Cát lọc
Cát đen
Bùn
Vi khuẩn
Hạt keo
Hạt keo

Hạt keo

Đường kính,
mm
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
0,000001

Diện tích bề mặt,
m2/m3
6.102
6.103
6.104
6.105
6.106
6.107
6.108
6.109

Thời gian lắng 1 m
nước
1s
10 s
120 s
2h

8 ngày
2 năm
20 năm
200 năm

Ghi chú: Tính theo phương trình Stoke
2.4.2.2.2. Cơ chế keo tụ - tạo bông
Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn (bụi trong không khí,
bùn, phù sa trong nước...) các hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớn
hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiện tượng giọt nước, giọt thủy
ngân luôn tự vo tròn để giảm diện tích bề mặt).
Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập
hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực
trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ. Hiện tượng này xảy ra
khi thế ξ được triệt tiêu. Hiện tượng keo tụ có tính thuận nghịch nghĩa là hạt
keo đã keo tụ lại có thể tích điện trở lại và trở nên bền (xem phần tiếp theo).
Các hoá chất gây keo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất
keo tụ.
Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là
dùng các tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn,
nặng để lắng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực
hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt
với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ. Khác với keo tụ có tính thuận nghịch,
các chất có khả năng tạo bông được gọi là các chất tạo bông hay trợ keo tụ,
quá trình tạo bông là bất thuận nghịch.
Như vậy, để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây:
1. Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp
điện kép tới mức thế ξ = 0, khi đó lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt bằng không, tạo
điều kiện cho các hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễ kết
tủa. Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu

16


để trung hoà điện tích hạt keo. Điện tích trái dấu này thường là các ion kim
loại đa hoá trị.
2. Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của
chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ − bám dính (hiệu ứng quét).
3. Dùng những chất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt
nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng.
Việc xử lý nước bằng phèn nhôm, FeCl 3 và PAA nhằm thực hiện đồng
thời một, hai hay cả ba giải pháp trên.

17


Hình 4.2- Các đường keo tụ đối với bốn loại chất keo tụ
Lôi kéo hạt keo bằng bông cặn
(a)
(b)
(c)

Hình 4.3- Mô hình quá trình keo tụ − tạo bông
(a) Sự đẩy giữa các hạt keo cùng dấu; (b) Hiện tượng co lớp điện kép
và sự hút nhau giữa các hạt keo bị trung hoà về điện; (c) Hiện tượng tạo bông
nhờ PAA: các hạt keo âm bị phân tử PAA “khâu lại” thành bông lớn.
2.4.2.2.3.Chất keo tụ và các yếu tố ảnh hưởng
a. Phèn nhôm Al2(SO4)3.nH2O (n = 14 ÷ 18)
Đây là chất keo tụ phổ biến nhất, đặc biệt là ở Việt Nam. Khi dùng phèn
nhôm làm chất keo tụ sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân:
Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 6H+ + 3SO42−

18

(5)


5

Độ đục

10
15
20
2.0
6.0
10
14
18
20
24
4.0
8.0
12
16
22

5.0
5.5
6.0
6.5

7.0

19


7.5
8.0
5
10
15

p

20

Liều lượng
(mg/L)

Hình 4.4- ảnh hưởng của pH và liều lượng đến khả năng gây keo tụ của
phèn nhôm
Nếu trong nước thiếu độ kiềm (ĐK), pH sẽ giảm; nếu đủ ĐK sẽ có phản
ứng:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2

(6)

Theo phương trình (6) cứ 342 mg Al2(SO4)3 khan, hàm lượng 100% cần
6 mdl ĐK (HCO3–). Nếu ĐK trong nước không đủ thì cần bổ sung vôi hoặc
sôđa để bù, nếu không pH sẽ hạ. Lượng kiềm cần (K) tính theo công thức:

6
K = F 324 – ĐK + 1 = 0,0175F – ĐK + 1

(7)

Trong đó:
K

= lượng kiềm cần thêm, mđl/L ;

F

= lượng phèn, mg/L;

ĐK

= độ kiềm của nước, mđl/L.

Để chuyển đổi ra đơn vị g/L, đối với vôi K sau khi tính theo pt. (7) cần
nhân với 37; đối với sôđa nhân với 58.
Khi sử dụng phèn nhôm hay bất kì chất keo tụ nào khác cần lưu ý nồng
độ và vùng pH tối ưu (hình 4.4), pH hiệu quả tốt nhất với muối nhôm là
khoảng 5,5 ÷ 7,0.
Có thể dùng phèn kép KAl(SO4)2.12H2O để thay phèn nhôm, mọi quy
luật tương tự phèn nhôm song giá đắt hơn nhiều. Không dùng NH 4Al(SO4)2
trong xử lí nước cấp vì gây nhiễm amôni.
ở các nước công nghiệp người ta có đòi hỏi rất cao về độ trong của
nước lọc. Nếu đo bằng độ đục kế thì độ đục nước lọc phải nhỏ hơn hoặc bằng
0,1 đến 3 NTU (AWWA Task Group 225 M).
Thậm chí khi nước có độ đục rất thấp 0,1 NTU vẫn có rất nhiều cặn

không thể thấy bằng mắt thường. Nó có thể là những hạt cặn rất tinh chưa bị
tác động của chất keo tụ hoặc bản thân những mảnh vỡ nhỏ của các bông kết
20


tủa chất keo tụ không thể lắng – lọc được. Người ta đã xác định được ứng với
SS = 0,1 mg/L có thể có tới 200 triệu hạt cỡ 0,1 µm là các mảnh của bông cặn
Al(OH)3 có ρ = 1,01. Tuy nhiên đây là đại lượng không nguy hiểm vì chỉ ứng
với hàm lượng Al3+ bằng 0,06 mg/L (theo QĐ BYT 1329/2002, hàm lượng Al ≤
0,2 mg/L).
Ở Việt Nam phèn nhôm được sản xuất ở các nhà máy hoá chất Việt Trì,
Tân Bình ... và có hàm lượng nhôm quy về Al 2O3 là khoảng 14% (đối với hoá
chất tinh khiết là 15,1%). Do độ ngậm nước rất thay đổi nên cần định lượng
hàm lượng nhôm khi sử dụng.
b. Muối sắt Fe2(SO4)3.H2O hoặc FeCl3.nH2O (n = 1 ÷ 6)
Muối sắt chưa phổ biến ở Việt Nam nhưng rất phổ biến ở các nước
công nghiệp. Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhôm nghĩa là khi thuỷ
phân sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi.
Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2

(8)

So với phèn nhôm muối sắt có ưu thế là vùng pH tối ưu rộng hơn, từ 5
đến 9, bông cặn bền hơn và nặng hơn nên lắng tốt hơn, lượng sắt dư thấp
hơn.
c. Các polime nhôm, sắt
Sự hình thành các hạt polyme nhôm trong dung dịch được làm rõ từ
những năm 1980. Đây là cơ sở khoa học để sản xuất PAC cũng như ứng
dụng PAC.
Hoá học của quá trình keo tụ:

Thông thường khi keo tụ chúng ta hay dùng muối clorua hoặc sulphát
của Al(III) hoặc Fe(III). Khi đó, do phân li và thuỷ phân ta có các hạt trong
nước: Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH) phân tử và Al(OH) 4-, ba hạt polime:
Al2(OH)24+, Al3(OH)45+ và Al13O4(OH)247+ và Al(OH)3 rắn. Trong đó Al13O4(OH)247+
gọi tắt là Al13 là tác nhân gây keo tụ chính và tốt nhất.
Với Fe(III) ta có các hạt: Fe3+, Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe(OH) phân tử và
Fe(OH)4-, polime: Fe2(OH)24+, Fe3(OH)45+ và Fe(OH)3 rắn. Các dạng polime
Fex(OH)y(3x-y)+ hoặc FexOy(OH)x+r(2x-2y-r)+
Trong công nghệ xử lí nước thông thường, nhất là nước tự nhiên với pH
xung quanh 7 quá trình thuỷ phân như đã nêu xảy ra rất nhanh, tính bằng
micro giây, khi đó hạt Al 3+ nhanh chóng chuyển thành các hạt polime rồi
hyđroxit nhôm trong thời gian nhỏ hơn giây mà không kịp thực hiện chức năng
của chất keo tụ là trung hoà điện tích trái dấu của các hạt cặn lơ lửng cần xử lí
để làm chúng keo tụ.
Khi sử dụng PAC quá trình hoà tan sẽ tạo các hạt polime Al 13, với điện
tích vượt trội (7+), các hạt polime này trung hoà điện tích hạt keo và gây keo
tụ rất mạnh, ngoài ra tốc độ thuỷ phân của chúng cũng chậm hơn Al 3+ rất
21


nhiều, điều này tăng thời gian tồn tại của chúng trong nước nghĩa là tăng khả
năng tác dụng của chúng lên các hạt keo cần xử lí, giảm thiểu chi phí hoá
chất. Ngoài ra, vùng pH hoạt động của PAC cũng lớn gấp hơn 2 lần so với
phèn, điều này làm cho việc keo tụ bằng PAC dễ áp dụng hơn. Hơn nữa, do
kích thước hạt polime lớn hơn nhiều so với Al 3+ (cỡ 2 nm so với nhỏ hơn 0,1
nm) nên bông cặn hình thành cũng to và chắc hơn, thuận lợi cho quá trình
lắng tiếp theo.
d. Chất trợ keo tụ - tạo bông
Có bốn nhóm chất trợ keo tụ: các chất hiệu chỉnh pH, dung dịch axit
silixic hoạt tính, bột đất sét và polime.

•

Các chất hiệu chỉnh pH

Như đã nêu quá trình keo tụ thường kèm theo sự tiêu thụ ĐK, nếu độ
kiềm của nước nguồn thấp gây giảm pH. Chất hiệu chỉnh pH thường là vôi.
Vôi sống là CaO, khi dùng phải tôi nghĩa là hoà vào nước để tạo Ca(OH) 2. Do
độ tan của vôi thấp (trong khoảng 20÷30 oC, độ tan của Ca(OH)2 bằng
1,65÷1,53 g/L) vôi thường được sử dụng dưới dạng huyền phù Ca(OH)2.
Sử dụng vôi ngoài khả năng ổn định pH tăng hiệu quả keo tụ bằng phèn
còn tăng cường xử lí các axit humic, độ cứng.
•

Axit silixic hoạt tính (AS)

AS thường được điều chế tại chỗ bằng cách trung hoà thuỷ tinh lỏng
Na2SiO3 bằng axit ở những điều kiện cụ thể. Axit silixic tạo thành thực chất là
polime vô cơ, mang điện tích âm. Khi vào nước các phân tử AS âm điện
nhanh chóng hút các hạt bông cặn nhỏ mang điện dương của kết tủa hyđroxit
nhôm hoặc sắt tạo bông lớn.
•

Bột đất sét

Bột sét tác dụng tương tự AS do chúng mang điện tích âm, hơn nữa
chúng còn có khả năng, tuy yếu, hấp phụ một phần các chất hữu cơ gây màu,
bông cặn tạo thành cũng nặng hơn. Cũng như AS, bột sét ở liều lượng thích
hợp dùng tốt khi phối hợp với phèn nhôm và muối sắt.
•

Các chất tạo bông hữu cơ - cao phân tử

Đây là nhóm chất có tác dụng tạo bông tốt nhất. Các polyme dùng làm
chất tạo bông cho quá trình xử lý nước phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Tan tốt trong nước;
- Không độc;
- Có khả năng tạo bông tốt nhờ ái lực cao đối với hạt keo và bông cặn
nhỏ trong nước xử lí.
Tùy vào bản chất nhóm chức mà người ta phân ra làm 3 loại:
22


- Loại không phân ly (nhóm chức amid −CONH2).
- Loại tạo anion (nhóm chức axit −COO−)
- Loại tạo cation (nhóm chức amin bậc cao ≡N+Cl-)
Tạo bông hữu cơ bao gồm các hợp chất tự nhiên và các hợp chất tổng
hợp.
Các hợp chất tự nhiên chủ yếu có cấu trúc đuờng, bao gồm:
- gôm thực vật
- pectin
- xantan (sản phẩm lên men yếm khí đường mía) ...
Các hợp chất tổng hợp:
Thường chúng là các hợp chất cao phân tử, có phân tử khối ở mức 10 410 . Chúng có thể được sử dụng riêng, nhưng thường phối hợp với chất keo
tụ vô cơ. Khi sử dụng chúng liều lượng muối vô cơ giảm mạnh, bùn sinh ra sẽ
ít hơn nhiều so với sử dụng keo tụ vô cơ.
5

Thường gặp bốn nhóm hợp chất:
- Sản phẩm trùng ngưng melaminphoocmaldehit:
CH2

N

NH
N

NH

CH2

N
NH2

n

- sản phẩm trùng ngưng của epiclohyđrin và dimetylamin:
OH
CH2 CH CH2

CH3
N

Cl
CH3
n

- poly(dialyl-dimetyl amôni clorua):

23

CH2

CH

CH

CH2

CH2 CH2
N Cl
CH3 CH3

n

- Nhóm phổ biến nhất hiện nay là các polyacrylamit (PAA) tan trong
nước, hiện nhập ngoại. Liều dùng trong xử lí nước cấp của chúng là 5÷15
phần triệu. Tốt nhất là dùng PAA kết hợp với phèn. Khi dùng PAA, dung dịch
PAA thường được đưa vào sau khi khuấy trộn phèn khoảng 1 ÷ 2 phút. Điểm
khác cơ bản của quá trình tạo bông là tốc độ tạo bông lớn (trong vòng 2 phút
so với phèn cần 20 phút) và kích thước bông cặn cũng như độ bền bông cặn
hơn hẳn bông cặn phèn.
PAA còn được sử dụng phổ biến trong xử lí nước thải, xử lí bùn và
nhiều ngành công nghiệp với liều dùng lên tới 5-50 g/m3.
Nhược điểm chính của PAA là sản phẩm nhập, đắt và phải lựa chọn
chủng loại PAA và liều lượng cho phù hợp với từng loại nước bằng thực
nghiệm.

24

Công thức cấu tạo của các loại PAA phổ biến cho ở hình .
Loại không phân li (non-ionic):
CH2

CH
C=O
NH2

n

Loại anion (anionic):
CH2

CH

CH2

C=O
NH2

CH
C=O
O Na

n

m

Loại cation (cationic):

R
CH2

CH

CH2

C

C=O

C=O

NH2

O

n

CH2

Cl
2

N

CH3
CH3

m

Hình 4.5- Công thức cấu tạo của các loại PAA xử lý nước
e. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ
Ngoài yếu tố bản chất của chất keo tụ (nhất là giá trị và dấu điện tích)
và tạp chất có trong nước các yếu tố sau là quan trọng nhất.
•

Yếu tố pH

Mỗi chất keo tụ, dù là muối nhôm hay sắt, đều có khoảng pH tối ưu cho
sự hình thành kết tủa hyđroxit tương ứng. Thấp hơn giá trị này các bông
Me(OH)3 tạo thành sẽ bị hoà tan bởi axit. Cao hơn giá trị này sẽ tạo thành các
muối bazơ khó kết tủa.
Đối với các chất điện li polime pH sẽ ảnh hưởng đến khả năng phân li
của các nhóm chức, gây tăng hoặc giảm mật độ các nhóm chức hoạt động
làm thay đổi khả năng tương tác phân tử polime − hạt keo.
•

Yếu tố hữu cơ
25