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

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
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 nuớc 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
L/người.ngày, cho khu vực nông thôn là 40 – 70 L/người.ngày.(Nguyễn Duy Thiện,
2000)
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.
2.1.2. 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.
2


- 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 CO2. Tuy nhiên nước mưa hòa 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
3


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 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.
4


2.3.1.6. Độ dẫn điện
Nước có tính dẫn điện kém. Nước tinh khiết ở 20oC 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 Ca2+ 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 :
+ Độ cứng carbonat (thường được ký hiệu CH : Carbonate Hardness): là độ cứng
gây ra bởi hàm lượng Ca2+ 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.

5


2.3.2.3. Độ kiềm của nước
Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng các ion HCO3-, 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 HCO3-, 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, SO42phản ứng với chất hữu cơ tạo thành khí H2S có độc tính 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 Fe2+ của HCO3-,
SO42-, Cl-…, còn trong nước bề mặt, Fe2+ nhanh chóng bị oxy hóa thành Fe3+ và bị kết
tủa dưới dạng Fe(OH)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
6

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. 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.

7


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 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
m3/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
8


đợt, NMN Sông Đà 600.000 m3/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
m3/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.
- 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:
9


+ 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

MỤC ĐÍCH

- Tách các mảnh vụn vật thô, vật nổi
Tiền xử lí

- Diệt khuẩn gây bệnh
- Hạn chế mùi vị

H/C keo tụ,
chỉnh pH
- Phá vỡ thế ổn định hệ keo
Keo tụ

Tạo bông

- Tạo bông nhỏ

- Kết dính các bông cặn
nhỏ thành bông cặn lớn

- Lắng tách bông cặn

Lắng

- Lọc các bông cặn còn
lại

Lọc
Hợp chất sát
trùng Cl2, O3,
ClO2...
Sát trùng

- Tiêu diệt loại bỏ vi sinh
vật

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.
10


- 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:
- Nồng độ chất dinh dưỡng cần thiết cho vi khuẩn trong nước rất thấp.
- Nhiệt độ của nước nhỏ hơn 370C 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 CuSO4 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 NH4+, 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.
11


Clo hóa nâng pH hoặc là làm thoáng khí
- Tách photphat ra khỏi nước bằng cách kết tủa với Fe3+, 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,
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 m) 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):
12


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 Fe3+, 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+

(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(nx) 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.

13


Lớp ion trái dấu

Hạt nhân


Thế nhiệt động,  o
Thế dzeta, 
Lớp điện kép

Lớp ion quyết định dấu
hay lớp hấp phụ

Hình 4.1- Cấu tạo hạt keo và sự thay đổi thế  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, nFe3+) nằm trên bề mặt hạt nhân tích điện
dương hoặc âm (trong trường hợp nFe3+ là dương), điện thế tương ứng của nó là thế
nhiệt động hay là thế Nernst, o; 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 m, trong trường hợp lọc tốt nhất là lớn hơn 0,1
m. Đối với những hạt cỡ 0,1 m trở xuống rất khó lắng và không thể lọc được bằng
lọc cát thông thường. Để có thể lọc chúng bằng lọc 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.
14

Bảng 4.1 - Kích thước hạt và thời gian lắng do trọng lực
Đường kính,
mm

Loại hạt

Diện tích bề mặt, m2/m3

Thời gian lắng 1 m
nước

Sỏi đệm

10

6.102

1s

Cát lọc

1

6.103

10 s

Cát đen

0,1

6.104

120 s

Bùn

0,01

6.105

2h

Vi khuẩn

0,001

6.106

8 ngày

Hạt keo

0,0001

6.107

2 năm

Hạt keo

0,00001

6.108

20 năm

Hạt keo

0,000001

6.109

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  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  = 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
15


hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu 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, FeCl3 và PAA nhằm thực hiện đồng thời một,
hai hay cả ba giải pháp trên.
100
Al3+

Ca2+

Na+

50

100
C12H25N+H3

50

100
Al3+

50

100
Poplyacrylamit

50

0
10–8

10–6

10–4

10–2

100

Nång ®é keo tô – t¹ o b«ng (mol/L)

16


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

17

(5)


Độ đục (NTU)
20

15

10

5

2.0

20

4.0

6.0

8.0

10

12

14

16

18

20

22

24

Liều lượng
(mg/L)

15

10

5

pH

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

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:
K=F

6
– ĐK + 1 = 0,0175F – ĐK + 1
324

Trong đó:
18

(7)


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 NH4Al(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 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 m là các mảnh của bông cặn Al(OH)3 có  = 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 Al2O3 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
19


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 Al3+ 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 Al13, 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 Al3+ rất 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 Al3+ (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.
20


 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:
- 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 104-105. 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.
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

CH3
CH2

N

Cl
CH3
n

21


- poly(dialyl-dimetyl amôni clorua):
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.

22


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

CH

C=O

NH2

O Na

n

m

Loại cation (cationic):
R
CH2

CH

CH2

C

C=O

C=O

NH2

O

n

Cl

CH2

N

CH3
CH3

2

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

Khi xử lý nước bằng chất keo tụ cần lưu ý hiện tượng làm bền keo bởi các chất
bị hấp phụ hữu cơ. Các chất hữu cơ tự nhiên (ví dụ, axit humic  AH) phổ biến trong
nước có tính làm bền keo rõ rệt nhờ khả năng tạo phức với Fe2/3+, ngoài ra lớp màng
chất hấp phụ hữu cơ vây quanh hạt keo ngăn cản tương tác giữa các hạt keo với các tác
23


nhân keo tụ ta chủ động đưa vào, giảm rõ rệt tác dụng làm trong nước của chất keo tụ.
Về phần mình, lượng HA trong keo đất có thể đánh giá qua pH, bảng 4.2 cho ta thấy tỉ
lệ HA thường gặp trong keo đất phụ thuộc vào pH như thế nào.
Đây chính là trường hợp ta gặp khi nước có mầu (do chất hữu cơ tan trong nước).
Cách xử lý thường là nâng pH bằng vôi để giảm tỉ lệ HA/đất hoặc tiền xử lý bằng các chất
ôxy hoá như clo, ôzôn để phá hủy một phần chất hữu cơ trước khi keo tụ.
Bảng 4.2 - Sự phụ thuộc tỉ lệ HA/đất (phần HA/100 phần đất) vào pH môi trường nước
Ph

HA/đất

pH

HA/đất

3,85

9,60

6,95

6,28

5,0

8,18

7,25

5,37

5,1

7,26

8,50

2,05

f. Ứng dụng
Quá trình keo tụ – tạo bông thường áp dụng trước lắng hoặc lọc để:
- Làm trong nước, xử lí một phần độ màu trước khi lọc (xử lí nước cấp): các chất
keo tụ trong xử lí nước cấp thường là phèn nhôm, gần đây xuất hiện Poly-AluminiumChloride (PAC) là muối nhôm dạng polime, các chất trợ keo tụ PAA. Muối nhôm thường
sử dụng ở mức trên 10 mg/L, PAC sử dụng ở mức bằng 1/21/4 muối nhôm, PAA sử
dụng ở mức 0,20,5 ppm.
- Giảm hàm lượng SS trước khi vào xử lí sinh học (xử lí nước thải)
- Tăng cường khả năng lắng của bể lắng cấp 2 trong xử lí nước thải
- Lọc trực tiếp nếu SS không quá cao
Trong một số trường hợp các chất keo tụ ở liều cao có thể áp dụng để xử lí màu
trong nước thải công nghiệp, ví dụ nước thải dệt nhộm, nước thải giấy.
Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách trộn nước với chất keo tụ trong các
thiết bị khuấy trộn nhanh, sau đó nước được đưa vào bể tạo bông với sự khuấy trộn nhẹ

nhàng nhằm tăng cường tiếp xúc hạt - hạt làm cho bông phát triển kích thước, tránh vỡ
bông. Tiếp theo nước vào bể lắng thực hiện quá trình tách rắn/lỏng.
Sự keo tụ - tạo bông được coi là hiệu quả nếu bông cặn tạo ra dễ dàng nhìn thấy
bằng mắt thường (kích thước gần 1 mm trở lên), khi đó nước sẽ lắng trong nhanh trong
ống quan sát trong vòng 10 - 15 phút để yên.
Ngoài những ứng dụng trong xử lí nước chất keo tụ tạo bông còn áp dụng nhiều
trong việc xử lí bùn nhằm tăng khả năng tách nước khỏi bùn, áp dụng trong công nghiệp
giấy nhằm điều chỉnh đặc trưng lưu biến của hỗn hợp bột...
24


g .Khuấy trộn
Khuấy trộn là quá trình mà hầu hết các hệ phản ứng đều cần thực hiện. Mục đích
chính của nó là tạo tiếp xúc tối đa giữa các phân tử, ion, các thành phần phản ứng, giảm
thiểu cản trở gây ra do khuếch tán chậm.
Đối với hệ lỏng hoặc rắn(ít)/lỏng(nhiều) ta dùng thuật ngữ khuấy (hoặc cả khuấy
trộn), đối với hệ rắn/rắn hoặc rắn(nhiều)/lỏng(ít) ta thường dùng thuật ngữ trộn.
Ngoài việc tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra nhanh hơn, giảm thiểu tác động
của yếu tố khuếch tán, khuấy trộn còn có các tác dụng quan trọng khác như:
- Làm đều hỗn hợp (trong công nghệ vật liệu bột)
- Làm vỡ các hạt, giọt lớn (trong công nghệ hoá học).
- Tăng cường tốc độ truyền nhiệt, giảm nhẹ hiện tượng tăng giảm nhiệt độ cục
bộ.
Trong quá trình keo tụ – tạo bông khuấy trộn nhằm:
- Phân bố nhanh, đều chất keo tụ, tạo bông trong toàn thể tích nước cần xử lý.
- Tăng hiệu quả xử lí, suy ra giảm chi phí trong quá trình keo tụ.
- Tăng tiếp xúc hạt – hạt nhỏ, thúc đẩy tạo bông.
- Làm lơ lửng các hạt rắn trong lỏng (trong hệ xử lí vi sinh) hoặc khí
Khi đó cần phân biệt: đối với quá trình phản ứng, cần phân bố đều hoá chất nhanh
tối đa nên ta sử dụng quá trình khuấy nhanh; đối với quá trình tạo bông hyđroxit kim

loại khuấy nhanh sẽ làm vỡ bông cặn, khi đó ta cần khuấy nhẹ nhàng. Hiệu quả quá trình
khuấy phụ thuộc vào công suất khuấy.
Tính công suất khuấy
Để định lượng quá trình khuấy ta dùng đại lượng građien vận tốc G. Trong giới
hạn nhất định, đại lượng G càng lớn sự khuấy càng tiến tới lý tưởng. G chính là hàm của
công suất khuấy áp cho một đơn vị thể tích cần khuấy:
G

P
 .V

hoặc hệ quả:
Trong đó:

(9)
Gto 

1
Q

P.V



G = građien vận tốc, s-1
P = Công suất tuyền vào chất lỏng, w
V = Thể tích cần khuấy, m3
 = Độ nhớt động học chất lỏng, Pa.s
Q = lưu lượng, m3/s
25