Nghiên cứu nâng cao hiệu quả keo tụ trong xử lý cấp nước bằng hỗn hợp keo tụ chitosan

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
 
 
 

 
 
 

NGUYỄN VIẾT THỤY

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ KEO TỤ
TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG
HỖN HP KEO TỤ CHITOSAN/PAC
Chun ngành: Cơng Nghệ Mơi Trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH 12/2010


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1 : TS. Lê Thị Kim Phụng.
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : TS. Đặng Viết Hùng

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ........ tháng ....... năm .........


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 200. .
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
NGUYỄN VIẾT THỤY
Ngày, tháng, năm sinh:
10 – 11 – 1982
Chuyên ngành:
Công Nghệ Môi Trường

Phái: Nam
Nơi sinh: Tỉnh Bình Định
MSHV: 02508617

I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả keo tụ trong xử lý nước cấp bằng hỗn hợp
keo tụ Chitosan/PAC
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nhiệm vụ:

Nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng chitosan để nâng cao hiệu quả keo tụ trong
xử lý nước cấp.
- Nội dung:
+ Tìm các điều kiện thích hợp trong q trình keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC. Khảo
sát, đánh giá hiệu quả keo tụ của CTS/PAC đối với nước sông Đồng Nai và sơng Sài
Gịn qua một số tháng mùa khô và mùa mưa.
+ So sánh hiệu quả keo tụ của CTS/PAC và PAC đơn lẻ dựa trên các yếu tố: kỹ thuật
(hiệu quả xử lý), kinh tế (chi phí xử lý) và môi trường (bùn thải sau keo tụ) trong q
trình keo tụ nước sơng Đồng Nai và sơng Sài Gòn.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong Quyết định giao đề
tài): tháng 1 năm 2010.
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 12 năm 2010.
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
1. TS. LÊ THỊ KIM PHỤNG
2. TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày
tháng
năm
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH

 
i

 
LỜI CẢM ƠN
 
 
 

Luận văn này được thực hiện với sự giúp đỡ nhiệt tình của Thầy, Cơ trường Đại học
Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.
Tơi xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Viết Hùng, TS. Lê Thị Kim Phụng đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trỡ tơi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực
hiện đề tài.
Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả quý thầy cô Khoa Môi Trường_Trường Đại
Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt hơn hai
năm học qua.
Tôi xin gởi lời cảm ơn chị Lan_phòng Tổ chức nhân sự, các anh chị phịng kỹ thuật
(Tổng cơng ty cấp nước Sài Gịn SaWaCo) đã giúp đỡ và cung cấp nhiều số liệu q
báu để tơi thực hiện tốt q trình nghiên cứu luận văn.
Cảm ơn quý Thầy, Cô đã dành thời gian phản biện khoa học cho đề tài này.
Cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỡ tơi trong chặng đường học tập,
nghiên cứu.
Kính chúc các thầy cô sức khỏe và luôn tràn đầy nhiệt huyết với nghề.
 
 
 
 
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010

Nguyễn Viết Thụy

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Chất lượng nguồn nước mặt đang là vấn đề đáng quan tâm khi các nguồn nước này đã và
đang dần xấu đi do các hoạt động sản xuất công nghiệp và sinh hoạt của con người. Hiện
nay có nhiều có nhiều phương pháp xử lý khác nhau được sử dụng trong xử lý nước cấp,
trong đó phương pháp keo tụ tạo bông đã và đang được áp dụng rất phổ biến do hiệu quả xử
lý và tính kinh tế cao.
Trong nghiên cứu này, chất keo tụ được sử dụng là sự kết hợp của chitosan_một polymer
sinh học được sản xuất từ phế phẩm của ngành thủy sản như vỏ tơm, cua, mai
mực,…Chitosan có những đặc tính ưu việt mà các polymer tổng hợp ít có như khả năng tự
phân hủy, khơng độc hại, có khả năng kết hợp với các hạt keo trong nước, hấp phụ tốt với
các kim loại nặng,…Chitosan kết hợp với chất keo tụ PAC sẽ giảm chi phí xử lý và giúp
cho quá trình keo tụ tạo bơng đạt hiệu quả cao hơn trong quá trình xử lý độ đục, độ màu,
kim loại nặng, COD và cả dư lượng Al3+ sau keo tụ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hỗn hợp chitosan/PAC rất hiệu quả trong xử lý nước cấp. Điều
kiện thích hợp cho q trình keo tụ là: pH = 6.3 ÷ 7.5; tỷ lệ giữa CTS:PAC = 1:110 ÷1:130;

liều lượng CTS/PAC sử dụng tỷ lệ thuận với độ đục, độ màu của nguồn nước cấp đầu vào.
Lượng CTS/PAC sử dụng để keo tụ nguồn nước cấp đầu vào thấp hơn PAC khoảng 1÷ 2
ml/500ml; trong khi hiệu quả khử độ đục, độ màu và COD của hỗn hợp CTS/PAC tương
ứng luôn cao hơn 1.07 ÷ 2.33%, 2.02 ÷ 2.58% và 22.89 ÷ 35.52% so với khi sử dụng PAC
đơn lẻ làm chất keo tụ. Chất lượng nguồn nước sau keo tụ ứng với độ đục 2÷3 (NTU), độ
màu 7 ÷ 12 (Pt_Co) và COD 1.05 ÷ 1.45 (mg O2/l) đạt tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống,
nước sạch số 09/2005/QĐ BYT ngày 11-3-2005.
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả kinh tế khi xử lý 1 m3 nước nguồn đầu vào khi
sử dụng CTS/PAC khoảng 213 ÷ 298 đồng/m3, trong khi chi phí keo tụ bằng PAC khoảng
252 ÷ 324 đồng/m3. Như vậy, nếu sử dụng hỗn hợp CTS/PAC để thay thế PAC thì sẽ tiết
kiệm được 11.45 ÷ 15.48% chi phí hóa chất để xử lý keo tụ 1m3 nước. Bên cạnh đó, hàm
lượng bùn sinh ra sau lắng khơng đáng kể và có khả năng tự phân hủy sinh học. Đây cũng là
một ưu điểm khi sử dụng chitosan kết hợp với PAC làm chất keo tụ để xử lý nước cấp.

iii


MUÏC LUÏC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .................................................................................. I
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... II
TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................. III
MỤC LỤC ........................................................................................................................IV
DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................VI
DANH MỤC CÁC BẢNG ..............................................................................................IX
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT_KÝ HIỆU .............................................................. X
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
1.1
1.2
1.3
1.4

1.5

ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................................... 1
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:.................................................................................. 4
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: .................................................................................................... 4
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: ............................................................................................. 6
Ý NGHĨA KHOA HỌC, Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI: ................................... 6

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN ............................................................................................. 8
2.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NGUỒN NƯỚC MẶT: ................................................................ 8
2.1.1 Thành phần và tính chất nguồn nước sông Sài Gòn: ............................................... 8
2.1.2 Thành phần và tính chất nguồn nước sông Đồng Nai: ............................................. 9
2.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHÊ XỬ LÝ NƯỚC THƯỜNG GẶP: ................................................................. 10
2.3 QUÁ TRÌNH KEO TỤ, TẠO BÔNG: ....................................................................................... 13
2.3.1 Nguyên tắc: ........................................................................................................... 13
2.3.2 Mục tiêu: ............................................................................................................... 14
2.3.3 Bản chất quá trình keo tụ ...................................................................................... 14
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ: .......................................................... 18
2.3.5 Một số hóa chất keo tụ thường được sử dụng: ....................................................... 21
2.3.6 Hóa chất trợ keo tụ:............................................................................................... 25
2.4 GIỚI THIỆU VỀ CHITOSAN: .............................................................................................. 26
2.4.1 Chitosan: ............................................................................................................... 26
2.4.2 Điều chế chitosan: ................................................................................................. 29
2.4.3 Tính chất hóa lý:.................................................................................................... 32
2.4.4 Độc tính Chitosan: ................................................................................................. 34
2.4.5 Cơ chế keo tụ của Chitosan: .................................................................................. 35
2.4.6 Một số nghiên cứu và ứng dụng của chitosan trong xử lý nước ở Việt Nam và Thế
Giới: ............................................................................................................................... 36

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................... 39 

3.1
3.2
3.3

ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU: ................................................................................................ 39
HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU:........................................................................ 39
MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU: ................................................................................................... 40

iv


3.4
3.5
3.6
3.7

THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU: .......................................................................... 40
CHUẨN BỊ HỖN HP KEO TỤ CHITOSAN/PAC: .................................................................. 41
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:. ................................................................................................. 41
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU: ........................................................................ 43

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN......................................... 44 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................................... 72 
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 1 
A.
B.
C.
D.
E.

MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG NGHIÊN CỨU: ............................................................ 1
DIỄN BIẾN CHẤT LƯNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN: ................................................ 1
DIỄN BIẾN CHẤT LƯNG NƯỚC SÔNG ĐỒNG NAI: ............................................. 1
BẢNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: ................................................................................. 1
BẢNG CHI PHÍ SỬ DỤNG HÓA CHẤT KEO TỤ: ...................................................... 1

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Lưu vực sông Đồng Nai và sông Sài Gòn ................................................ 10 
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp truyền thống ........................................... 11 
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp Nhà máy nước Tân Hiệp ....................... 12 
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp, nhà máy nước Thủ Đức......................... 13 
Hình 2.5 Cấu tạo hạt keo sắt................................................................................... 15 
Hình 2.6 Phản ứng tạo bông cặn ............................................................................. 18 
Hình 2.7 Hình dạng chế phẩm chitosan .................................................................. 27 
Hình 2.8 Cấu trúc chuỗi phân tử chitin, chitosan .................................................... 28 
Hình 2.9 Phương pháp tổng quát điều chế chitosan từ nguyên liệu hải sản .......... 30 
Hình 2.10 Sơ đồ điều chế chitin .............................................................................. 31 
Hình 2.11 Sơ đồ điều chế Chitosan từ Chitin.......................................................... 32 
Hình 2.12 Chitosan và các dẫn xuất được ứng dụng trong khoa học, kỹ thuật và
đời sống ................................................................................................................... 35 
Hình 2.13 Khả năng hấp phụ ion Cu2+ của chitosan theo thời gian ........................... 38 
Hình 3.1 Mô hình Jartest được sử dụng trong thí nghiệm ....................................... 40 
Hình 4.1 Ảnh hưởng pH đến độ đục sau keo tụ của mẫu nước sông Đồng Nai
(tháng 5) .................................................................................................................. 47 
Hình 4.2 Ảnh hưởng pH đến độ màu sau keo tụ của nước sông Đồng Nai (tháng 5)
................................................................................................................................. 48 
Hình 4.3 Ảnh hưởng pH đến độ đục sau keo tụ của nước sông Sài Gòn (tháng 5) 48 

Hình 4.4 Ảnh hưởng pH đến độ màu sau keo tụ của nước sông Sài Gòn .............. 49 
Hình 4.5 Ảnh hưởng pH đến độ đục sau keo tụ của nước sông Đồng Nai (tháng 5)
................................................................................................................................. 52 
Hình 4.6 Ảnh hưởng pH đến hiệu quả khử độ màu sau keo tụ của nước sông Đồng
Nai (tháng 5) ........................................................................................................... 52 
Hình 4.7 Ảnh hưởng pH đến độ đục sau keo tụ của nước sông Sài Gòn ............... 53 
Hình 4.8 Ảnh hưởng pH đến hiệu quả khử độ màu sau keo tụ của nước sông Sài
Gòn .......................................................................................................................... 53 
Hình 4.9 Biến thiên độ đục sau keo tụ của hỗn hợp Chitosan/PAC (theo tỷ lệ giữa
Chitosan:PAC và hàm lượng Chitosan/PAC sử dụng) của nước sông Đồng Nai ... 54 
Hình 4.10 Hiệu suất khử màu sau keo tụ của hỗn hợp Chitosan/PAC (theo tỷ lệ
giữa Chitosan:PAC và hàm lượng Chitosan/PAC sử dụng) của nước sông Đồng
Nai ........................................................................................................................... 55 
Hình 4.11 Biến thiên COD sau keo tụ của hỗn hợp Chitosan/PAC (theo tỷ lệ giữa
Chitosan:PAC và hàm lượng Chitosan/PAC sử dụng) của nước sông Đồng Nai ... 55 

vi


Hình 4.12 Biến thiên độ đục sau keo tụ của hỗn hợp Chitosan/PAC (theo tỷ lệ
giữa Chitosan:PAC và hàm lượng Chitosan/PAC sử dụng) của nước sông Sài Gòn
................................................................................................................................. 56 
Hình 4.13 Hiệu suất khử màu sau keo tụ của hỗn hợp Chitosan/PAC (theo tỷ lệ
giữa Chitosan:PAC và hàm lượng Chitosan/PAC sử dụng) của nước sông Sài Gòn
................................................................................................................................. 56 
Hình 4.14 Biến thiên COD sau keo tụ của hỗn hợp Chitosan/PAC (theo tỷ lệ giữa
Chitosan:PAC và hàm lượng Chitosan/PAC sử dụng) của nước sông Sài Gòn ..... 57 
Hình 4.15 Hiệu quả xử lý độ đục sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ .................................................................................................................... 58 
của nước sông Đồng Nai ......................................................................................... 58 

Hình 4.16 Hiệu quả xử lý COD sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ .................................................................................................................... 59 
của nước sông Đồng Nai ......................................................................................... 59 
Hình 4.17 Hiệu quả xử lý độ đục sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ .................................................................................................................... 59 
của nước sông Sài Gòn ........................................................................................... 59 
Hình 4.18 Hiệu quả xử lý COD sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ .................................................................................................................... 60 
của nước sông Sài Gòn ........................................................................................... 60 
Hình 4.19 Hiệu quả xử lý độ đục sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Đồng Nai (tháng 7) ........................................................... 61 
Hình 4.20 Hiệu quả xử lý COD sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Đồng Nai (tháng 7) ........................................................... 61 
Hình 4. 21 Hiệu quả xử lý độ đục sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Sài Gòn (tháng 7) .............................................................. 62 
Hình 4. 22 Hiệu quả xử lý COD sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Sài Gòn (tháng 7) .............................................................. 62 
Hình 4.23 Hiệu quả xử lý độ đục sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Đồng Nai (tháng 8) ........................................................... 63 
Hình 4.24 Hiệu quả xử lý COD sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Đồng Nai (tháng 8) ........................................................... 63 
Hình 4.25 Hiệu quả xử lý độ đục sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Sài Gòn (tháng 8) .............................................................. 64 
Hình 4.26 Hiệu quả xử lý COD sau khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Sài Gòn (tháng 8) .............................................................. 64 
Hình 4.27 Hiệu quả xử lý độ đục bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC của nước sông
Đồng Nai qua một số tháng mùa khô và mùa mưa ................................................ 66 
vii

Hình 4.28 Hiệu quả xử lý COD bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC của nước sông
Đồng Nai qua một số tháng mùa khô và mùa mưa ................................................ 67 
Hình 4.29 Hiệu quả xử lý độ đục bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC của nước sông
Sài Gòn qua một số tháng mùa khô và mùa mưa................................................... 67 
Hình 4.30 Hiệu quả xử lý COD bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC của nước sông
Sài Gòn qua một số tháng mùa khô và mùa mưa................................................... 68 
Hình 4.31 Chi phí hóa chất xử lý keo tụ của nước sông Đồng Nai bằng CTS/PAC
và PAC qua các tháng mùa khô và mùa mưa......................................................... 69 
Hình 4.32 Hiệu quả/chi phí keo tụ của nước sông Đồng Nai theo CTS/PAC và
PAC qua các tháng mùa khô và mùa mưa.............................................................. 70 
Hình 4.33 Chi phí hóa chất xử lý keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC riêng lẻ
của nước sông Sài Gòn qua các tháng mùa khô và mùa mưa ................................ 70 
Hình 4.34 Hiệu quả/chi phí hóa chất xử lý keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC và PAC
riêng lẻ của nước sông Sài Gòn qua các tháng mùa khô và mùa mưa .................. 71 
Hình A.1 Mẫu nước đầu vào (tháng 5) của nhà máy nước Tân Hiệp và nhà máy
nước Thủ Đức (phải) ............................................................................................. A-1 
Hình A.2 Thí nghiệm phân tích hiệu quả keo tụ với mô hình Jartest ..................... A-1 
(phòng thí nghiệm ĐH Bách Khoa Tp HCM) ....................................................... A-1 
Hình A.3 Chitosan sau khi được hòa tan trong acid acetic ................................... A-2 
(hòa tan 1g chitosan : 1ml acid acetic 99% : 98 ml nước cất, khuấy trộn trong 5h,
nhiệt độ 25oC) ....................................................................................................... A-2 
Hình A.4 Phần nước trong và bùn lắng sau keo tụ (bằng CTS/PAC_trái, bằng
PAC_phải) ............................................................................................................. A-2 
Hình A.5 Phần nước trong (phía trên) sau khi keo tụ và để lắng trong 30 phút trong
một mẻ thí nghiệm, chuẩn bị đem phân tích các chỉ tiêu ..................................... A-3 
Hình A.6 Mẫu nước được keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC, để lắng 30 phút và loại
bỏ bùn lắng............................................................................................................ A-4 

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
 
 

Bảng 2.1 Kết quả phân tích độ độc LC 50 của chitosan ......................................... 34 
Bảng 2.2 Mối quan hệ giữa nồng độ chất keo tụ và khả năng khử COD và SS ở nước
đầu ra ....................................................................................................................... 37 
Bảng 3. 1 Các phương pháp phân tích và thiết bị phân tích: .................................. 43 
Bảng 4. 1 Chất lượng nước nguồn đầu vào cấp cho nhà máy nước Thủ Đức và Tân
Hiệp ......................................................................................................................... 44 
Bảng B: Diễn biến chất lượng nước sông Sài Gòn năm 2009-2010 ....................... 1 
(Nguồn: Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn SaWaCo) ................................................ 1 
Bảng C: Diễn biến chất lượng nước sông Đồng Nai năm 2009-2010 ...................... 1 
(Nguồn: Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn SaWaCo) ................................................ 1 
Bảng D.1: Xác định pH thích hợp khi keo tụ bằng hỗn hợp CTS/PAC: .................. 1 
Bảng D.2: Xác định lượng PAC thích hợp cho quá trình keo tụ (tháng 5): ............. 3 
Bảng D.3: Xác định tỷ lệ giữa CTS:PAC và liều lượng CTS/PAC thích hợp (tháng
5): .............................................................................................................................. 4 
Bảng D.4: Kết quả keo tụ khi sử dụng PAC và CTS/PAC tháng 6: ........................ 8 
Bảng D.5: Kết quả keo tụ khi sử dụng PAC và CTS/PAC tháng 7: ........................ 9 
Bảng D.6: Kết quả keo tụ khi sử dụng PAC và CTS/PAC tháng 8: ....................... 11 
Bảng E.1: Đơn giá (bán lẻ) hóa chất keo tụ: ....................................................... E-1 
Bảng E.2: Lượng hóa chất sử dụng để keo tụ 1m3 nước sông Đồng Nai: .......... E-1 
Bảng E.3: Chi phí hóa chất sử dụng để keo tụ 1m3 nước sông Đồng Nai: .......... E-1 
Bảng E.4: Lượng hóa chất sử dụng để keo tụ 1m3 nước sông Sài Gòn:.............. E-2 
Bảng E.5: Chi phí hóa chất sử dụng để keo tụ 1m3 nước sông Sài Gòn: ............ E-2 
Bảng E.6: Tính kinh tế khi keo tụ CTS/PAC và PAC cho nước sông Đồng Nai và
Sài Gòn: ................................................................................................................ E-3 
 

 
 
 
 
 
 
ix


 
 
 
 
 
 
 
 

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT_KÝ HIỆU
PAC

Poly Aluminum Chloride

NTU

Neophelometric Turbidity Unit, là đơn vị hiệu chuẩn để đo độ đục theo
phương pháp tán xạ ánh sang trắng tại 90o theo tiêu chuẩn kỹ thuật của USEPA (Environmental Protection Agency, USA) dựa vào dung dịch
formazine.

FAU

Formazine Attenuation Units, là đơn vị hiệu chuẩn tuân theo ISO 7027 để
đo độ đục bỡi ánh sáng tán xạ dựa vào dung dịch formanzine.
(1 NTU = 1 FAU = 1 FTU = 1 FAU)

COD

Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học

SS

Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng

CTS

Chitosan

CTS/PAC

Hỗn hợp keo tụ Chitosan và PAC

AOAC

Association of Official Analytical Chemist (Hiệp hội các nhà hóa phân tích)

SMEWW

Standard Methods for the Examination of Water and Waster Water_ Các
phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải của Cơ quan Y tế Công
cộng Hoa Kỳ.

x


 
 

xi


CHƯƠNG I MỞ ĐẦU
1.1

Đặt vấn đề

Cùng với quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, các vấn đề về ô
nhiễm, suy thoái và các sự cố môi trường ngày càng trở nên trầm trọng. Lượng
nước thải công nghiệp chưa xử lý hoặc đã xử lý nhưng hiệu quả chưa cao đổ vào
các con sông ngày càng nhiều, gây ô nhiễm môi trường sinh thái và vượt quá giới
hạn tự làm sạch của các con sông. Nguồn nước cung cấp cho nhà máy nước hiện
nay ở các thành phố lớn đa số vẫn là nguồn nước mặt lấy từ các con sông này.
Theo ông Võ Quang Châu_phó tổng giám đốc SaWaCo, hàm lượng ammonia, hàm
lượng các chất hữu cơ trên cả sông Sài Gòn và sông Đồng Nai đều tăng và vượt
nhiều lần tiêu chuẩn cho phép. Riêng nước sông Sài Gòn, hàm lượng độ đục và
hàm lượng mangan vượt tiêu chuẩn 1.5 ÷ 5.5 lần.
Mặt khác, nguồn nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp nước ta hiện nay ở những
khu dân cư tập trung trong các đô thị, thành phố, khu công nghiệp còn nhiều mặt
hạn chế, chất lượng nước chưa cao, chưa đáp ứng được nhu cầu chất lượng nước
ngày càng tăng của người dân. Đặc biệt là hàm lượng chất hữu cơ sau xử lý vẫn
còn cao; cộng với quá trình kiểm soát hàm lượng chất hữu cơ sau xử lý và dư lượng

clo trong quá trình vận hành chưa được quan tâm đúng mức là nguyên nhân dẫn
đến việc sản sinh các hợp chất gây ung thư.
Do đó, không thể tránh khỏi những mặt hạn chế về chất lượng nước cấp với nguồn
nước cấp và công nghệ xử lý truyền thống như hiện nay (Phụ lục diễn biến chất
lượng nước dọc sông Đồng Nai và sông Sài Gòn).
Phương pháp keo tụ tạo bông chiếm vai trò quan trọng trong công nghệ xử lý nước
cấp. Nâng cao hiệu quả keo tụ tạo bông không chỉ nâng cao chất lượng nước sau
xử lý mà còn giảm tải trọng cho các công trình xử lý phía sau. Mặt khác, nước sinh
hoạt được cung cấp từ các nhà máy cấp nước khu vực mà giá cả của nó chịu ảnh
hưởng trực tiếp bỡi giá cả và lượng tiêu dùng hóa chất keo tụ và các hóa chất

1


khác. Việc lựa chọn và áp dụng loại hóa chất liều lượng sử dụng ít, cho chất lượng
nước sạch là mục tiêu thường xuyên của các nhà máy cấp nước.
Phương pháp keo tụ tạo bông hiện nay đa số dùng phèn nhôm, phèn sắt hay PAC
và một số chất trợ keo tụ. Tuy nhiên hiệu quả keo tụ vẫn chưa cao. Nhu cầu sử
dụng nước sinh hoạt trong vài năm tới sẽ tăng vọt đòi hỏi phải tăng cường sản xuất
và cung cấp những hóa chất xử lý nước cũng như ứng dụng những tiến bộ kỹ thuật
vào sản xuất các hóa chất có hiệu quả xử lý nước tốt hơn phèn đơn, phèn kép
truyền thống vì bản thân phèn nhôm, phèn sắt bộc lộ một số nhược điểm:
Làm giảm độ pH của nước sau xử lý, bắt buộc phải dùng vôi để hiệu chỉnh
lại pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng.
Khi cho quá liều lượng cần thiết xảy ra hiện tượng keo tụ bị phá hủy làm
cho nước đục trở lại. Như vậy, khi độ đục, độ màu nước nguồn cao, nhôm
sunfat kém tác dụng.
Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ, trợ lắng…
Hàm lượng nhôm tồn dư trong nước sau xử lý cao hơn so với khi dùng các
hóa chất keo tụ khác và có thể cao hơn mức quy định vệ sinh (0.2 mg/l).

Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng
thường hạn chế.
Do đó, yêu cầu cấp thiết là phải có những phương pháp xử lý mới nhằm nâng cao
chất lượng và hiệu quả xử lý nước cấp, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước chất lượng
tốt của người dân, đồng thời giảm chi phí và áp lực cho ngành y tế trong việc chăm
sóc sức khỏe người dân do việc sử dụng nguồn nước kém chất lượng.
Ngành chế biến thủy hải sản nước ta nói riêng và Thế Giới nói chung phát triển
một cách nhanh chóng. Kéo theo đó là một lượng lớn các chất thải, phế thải thủy
hải sản như: vỏ tôm, cua,… Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm
từ 30-35% tổng sản lượng nguyên liệu ở Việt Nam. Hàng năm, các nhà máy chế
biến đã thải bỏ một lượng lớn khoảng 70.000 tấn, đặc biệt là các tỉnh miền trung.
Riêng ở Khánh Hòa lượng phế liệu này khoảng 2.257 tấn/năm. Các phế thải này
2


tuy không ảnh hưởng đến môi trường sinh thái nhưng một lượng lớn lượng phế thải
này gây mất mỹ quan môi trường. Bên cạnh đó, chitin có trong vỏ tôm, cua có đặc
tính phân hủy sinh học rất chậm, nên việc xử lý một lượng chất thải lớn như vậy sẽ
gặp nhiều khó khăn.
Trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu tận dụng loại phế thải này, chiết suất thành
những sản phẩm có lợi như: chitin, chitosan,… phục vụ cho các ngành như:
 Trong y tế.
 Trong thực phẩm.
 Trong mỹ phẩm.
 Trong nông nghiệp.
 Trong xử lý môi trường.
Chitosan là dạng cationic polysaccharide, là một polymer keo tụ quan trọng trong
xử lý nước thải (Juang, Tseng, Wu, & Lin,1996; Lasco & Hurt,1999). Trong mắc
xích phân tử chitosan, có nhiều nhóm chức amino (_NH2) và nhóm chức hydroxyl
(_OH), là những nhóm chức thiếu điện tử, chúng có khả năng kết hợp với các ion

kim loại để tạo thành một cấu trúc phức bền (_N_M_O_) (Zhang,1979). Do đó
chitosan có khả năng loại bỏ các ion kim loại nặng không mong muốn trong nước
như: Al3+ , Zn2+, Cr3+, Hg2+, Ag+ , Pb2+ ,Ca2+ ,Cu2+ ,Cd2+ ,… Bên cạnh đó, trong cấu
trúc phân tử chitosan, có nhóm chức amino linh động (_NH2) có thể proton hóa với
các ion H+ trong nước. Do đó, phân tử chitosan có tính lôi cuốn và hấp thụ cao. Vì
vậy, các phân tử chitosan có thể tạo thành những bông cặn có kích thước lớn và
lắng được. Dựa vào đặc tính này, chitosan có hiệu quả cao trong việc loại bỏ COD
(thành phần hữu cơ) (Ishii, Koyama & Mitani,1995) và SS trong kỹ thuật xử lý
nước (Bolto,1995).
Với những đặc tính ưu việt trên, việc tận dụng nguồn phế liệu ngành thủy sản như
chitosan nhằm nâng cao hiệu quả keo tụ và chất lượng nước trong xử lý nước cấp
là yêu cầu cấp thiết hiện nay.

3


1.2

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Xác định các điều kiện thích hợp để ứng dụng Chitosan trong xử lý nước cấp
nhằm:
Nâng cao hiệu quả xử lý nước cấp.
Tận dụng chếá phẩm Chitosan trong ngành công nghiệp chế biến thủy hải
sản.

1.3

Nội dung nghiên cứu:

Nội dung nghiên cứu
Nhiệm vụ 1

Nhiệm vụ 2

Khảo sát, đánh giá
hiệu quả keo tụ của CTS/PAC
đối với nước sông Đồng Nai và
sông Sài Gòn

TN với nước
sông Sài Gòn
và sông Đồng
Nai trong mùa
khô

So sánh hiệu quả keo tụ của
CTS/PAC và PAC

Thí nghiệm keo tụ
với CTS/PAC

TN với nước
sông Sài Gòn
và sông Đồng
Nai trong mùa
mưa

So sánh

Thí nghiệm keo tụ với
PAC

Hiệu quả xử lý
Chi phí xử lý
Xử lý bùn thải

pH
thích hợp

Tỷ lệ
thích hợp

Liều lượng
thích hợp

4


Nhiệm vụ 1:
Khảo sát, đánh giá hiệu quả keo tụ của hỗn hợp CTS/PAC trong xử lý nước
cấp:
Xác định điều kiện thích hợp trong quá trình keo tụ khi sử dụng hỗn hợp
keo tụ chitosan/PAC.


Xác định pH thích hợp trong quá trình keo tụ bằng hỗn hợp
CTS/PAC.



So sánh mối tương quan của nồng độ chất keo tụ của hỗn hợp
Chitosan/PAC; tỷ lệ giữa Chitosan và PAC với độ đục, độ màu, COD
trong nước đầu ra của nước sông Sài Gòn và nước sông Đồng Nai. Từ
đó xác định điều kiện thích hợp để quá trình keo tụ bằng hỗn hợp
CTS/PAC là hiệu quả.

Đánh giá hiệu quả keo tụ của hỗn hợp CTS/PAC và ảnh hưởng chất lượng
nước đầu vào các tháng mùa khô và một số tháng mùa mưa điển hình trong
năm đến liều lượng hỗn hợp keo tụ chitosan/PAC cần sử dụng.
Nhiệm vụ 2:
So sánh liều lượng sử dụng của hỗn hợp Chitosan/PAC và PAC đơn lẻ
So sánh hiệu quả khử độ đục, độ màu, COD của hỗn hợp Chitosan/PAC và
PAC đơn lẻ.
So sánh hiệu quả xử lý bùn thải sau keo tụ khi sử dụng CTS/PAC và PAC
riêng lẻ.
So sánh tính kinh tế, hiệu quả xử lý/giá thành của hỗn hợp Chitosan/PAC
và khi sử dụng PAC riêng lẻ.

5


1.4

Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp tổng quan tài liệu.
Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước.
Phương pháp phân tích thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Phương pháp thống kê, xử lý số liệu. Vẽ đồ thị để tìm ra mối liên hệ giữa
các yếu tố thí nghiệm.

1.5

Ý nghóa khoa học, ý nghóa thực tiễn và tính mới của đề tài:
1.5.1 Ý nghóa khoa học:

Luận văn sử dụng chitosan kết hợp với PAC làm hợp chất keo tụ, được kế thừa
kết quả từ những nghiên cứu trước đây ở trong và ngoài nước.
Nghiên cứu đưa ra hướng mới trong việc tận dụng phế phẩm ngành thủy sản là
chitosan.
Bên cạnh đó, các hóa chất keo tụ được sử dụng hiện nay tại các nhà máy nước
như phèn sắt, phèn nhôm, PAC,… có khả năng sinh ra dư lượng ion Al3+ lớn nên
ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp sau xử lý.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu chitosan_một loại chất keo tụ sinh học vừa có khả
năng keo tụ; xử lý hiệu quả độ màu, độ đục và kim loại nặng là điều cần thiết và
hợp lý.
1.5.2 Ý nghóa thực tiễn:
Chất lượng các nguồn nước cấp cho các nhà máy cấp nước ở các thành phố lớn
hiện nay ngày càng xấu đi, trong khi đó hiện nay chúng ta vẫn đang sử dụng các
hóa chất xử lý nước truyền thống. Do đó tương lai sẽ không thể đáp ứng được nhu
cầu sử dụng nước về chất lượng và số lượng của người dân.

6


Nhờ những đặc tính ưu việt của chitosan trong việc xử lý độ màu, độ đục, kim
loại nặng, có tính kháng khuẩn nên việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả keo tụ
trong xử lý nước bằng cách kết hợp chitosan và PAC sẽ là một giải pháp mới giúp
nâng cao chất lượng nước cấp của các nhà máy nước hiện nay.

1.5.3 Tính mới của đề tài:
Các nghiên cứu ứng dụng chitosan trong xử lý nước trước đây đa số vẫn là trong
lónh vực xử lý nước thải. Trong lónh vực xử lý nước cấp, chitosan vẫn còn là hóa
chất hoàn toàn mới và chưa được nghiên cứu nhiều.
Ngoài ra, trong quá trình keo tụ với các hóa chất keo tụ truyền thống, người ta
thường quan tâm đến hiệu quả xử lý độ đục, độ màu, ít khi quan tâm đến hiệu quả
xử lý COD vì với các hóa chất keo tụ truyền thống, hiệu quả xử lý COD thấp. Do
đó hướng nghiên cứu của luận văn là thử nghiệm và so sánh hiệu quả keo tụ của
hợp CTS/PAC so với PAC riêng lẻ trong xử lý nước cấp với các chỉ tiêu độ đục, độ
màu, COD.
Việc nghiên cứu ứng dụng thành công hóa chất keo tụ chitosan trong xử lý nước
cấp sẽ mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong việc ứng dụng các hóa chất mới
thay thế cho các hóa chất keo tụ truyền thống nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước
cấp cho các nhà máy cấp nước.

7


Chương II: TỔNG QUAN
2.1 Thành phần và tính chất nguồn nước mặt:
2.1.1 Thành phần và tính chất nguồn nước sông Sài Gòn:
Sông Sài Gòn bắt nguồn từ lưu vực hồ Dầu Tiếng đến ngã ba sông Đồng Nai,
có tổng chiều dài 107 km, chảy qua tỉnh Tây Ninh, tỉnh Bình Dương và Tp
HCM. Đây là nguồn nước thô cung cấp cho Nhà máy nước Tân Hiệp.
Chất lượng nước sông có xu hướng biến đổi theo chiều hướng ngày càng xấu do
các hoạt động sản xuất công nghiệp và sinh hoạt:
Nguồn thải của tỉnh Tây Ninh: chủ yếu là do hoạt động nuôi trồng thủy
sản gần khu vực Dầu Tiếng.
Nguồn thải của tỉnh Bình Dương: chủ yếu do hoạt động sản xuất công
nghiệp với lưu lượng xả thải 20.200 m3/ngày và nước thải sinh hoạt từ các

đô thị với lưu lượng xả thải 37.000 m3/ngày.
Nguồn thải của Thành phố Hồ Chí Minh: chủ yếu do nước thải từ khu
công nghiệp Tân Quy và Tân Phú Trung (Củ Chi)
(Nguồn: Hội thảo bảo vệ môi trường nước sông Sài Gòn phục vụ an toàn cấp
nước trên lưu vực sông, 12/2007)

Với sự xả thải nước từ các nguồn trên, mức độ ô nhiễm nước sông Sài Gòn
đang có chiều hướng gia tăng đặc biệt là chất hữu cơ, ammonia, Mn, kim loại
nặng,… gây nhiều khó khăn cho quá trình vận hành và quản lý hệ thống xử lý
nước của nhà máy nước.

8


Bảng phân tích thành phần và tính chất nguồn nước sông Sài Gòn được trình
bày ở phụ lục B.

2.1.2

Thành phần và tính chất nguồn nước sông Đồng Nai:

Sông Đồng Nai có một vị trí khá quan trọng về mặt tài nguyên nước, nguồn
điện và mặt giao thông thủy. Sông Đồng Nai bắt nguồn từ vùng núi phía bắc
thuộc cao nguyên Lang Biang (Nam Trường Sơn) ở độ cao 1.770m. Hướng chảy
chính của sông là đông bắc_tây nam và bắc_nam. Sau khi hợp hai nhánh Đa
Nhim và Đa Dung, sông Đồng Nai vòng bao lưu vực sông La Ngà, chảy qua
nhiều thác ghềnh, mà thác cuối cùng nổi tiếng là thác Trị An cách Biên Hòa 30
km. Từ thượng nguồn đến hợp lưu với sông Sài Gòn, dòng sông chính dài
khoảng 530 km. Đây là nguồn nước thô cung cấp cho nhà máy nước Thủ Đức.
Trên lưu vực sông hiện có 103 khu công nghiệp, hàng chục cụm công nghiệp và

khoảng 20 triệu dân. Theo ông Hoàng Trung Tùng, Giám đốc Trung tâm quan
trắc Môi trường, Tổng cục Môi trường cho biết chỉ khoảng 62 khu công nghiệp
đã có hệ thống xử lý nước thải tập trung, chưa kể nhiều nơi vận hành không
thường xuyên.

9


Hình 2.1 Lưu vực sông Đồng Nai và sông Sài Gòn

Chất lượng nguồn nước cấp của sông Đồng Nai qua kết quả quan trắc tại trạm
bơm Hóa An cũng có xu hướng ngày một xấu đi do việc thải bỏ nước thải từ
các khu chế xuất, khu công nghiệp, các hoạt động nuôi trồng thủy sản và sinh
hoạt của con người. Thành phần và tính chất nguồn nước cấp đầu vào của sông
Đồng Nai được trình bày chi tiết ở bảng phụ lục C.

2.2 Sơ đồ công nghê xử lý nước thường gặp:
2.2.1 Sơ đồ 1: Áp dụng khi nước nguồn có chất lượng loại A theo tiêu chuẩn
nguồn nước cấp, nước nguồn có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 10 NTU tương đương
khoảng 20 mg/l.
Phèn
Nước nguồn

Bể trộn

Cl
Bể lọc
tiếp xúc

Lắng nước

rửa lọc

10

Bể tiếp xúc
khử trùng

Cung cấp

Đưa về bể trộn hoặc xả ra
cuối nguồn nước


2.2.2 Sơ đồ 2: Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp truyền thống

Phèn
Nước nguồn
Clo

Bể trộn

Ozon

Chất trợ keo
tụ

Lắng nước
rửa lọc

Tạo bông

cặn

Bể lắng

Bể lọc

Lọc qua than
hoạt tính

Clo

Tiếp xúc
khử trùng

Cung cấp

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp truyền thống

2.2.3 Sơ đồ 3: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước – nhà máy nước Tân
Hiệp:

Sông Sài Gòn

Công trình
thu nước

Châm Vôi

Bể chắn rác

Châm Clo

Trạm bơm nước thô

Bể phân chia lưu lượng

11

Bể trộn

Châm clo
sơ cấp
Châm phèn
Châm vôi


Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp Nhà máy nước Tân Hiệp

2.2.4 Sơ đồ 4: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước – nhà máy nước Thủ
Đức:
Sông Đồng Nai

Trạm bơm Hóa An

Bể giao liên

Châm Clo

Bể trộn sơ cấp

Dung dịch phèn

Máy đo lưu
lượng nước sông

12
Bể phản öùng

Dung dòch polymer