Công nghệ lọc nước

Tất tần tật về các phương pháp xử lý nước

10 Th6

Xử lý nước là quá trình làm thay đổi thành phần, tính chất tự nhiên của nước, phụ thuộc vào thành phần, tính chất của nước nguồn và yêu cầu chất lượng nước của đối tượng sử dụng.

Mục lục bài viết

Các phương pháp xử lý nước cơ bản

  • Phương pháp xử lý nước cơ học: sử dụng cơ học để giữ lại cặn không tan trong nước, ví dụ các công trình song chăn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc…
  • Phương pháp xử lý nước hóa học: dùng các hóa chất cho vào nước để xử lý nước như keo tụ bằng phèn, khử trùng bằng Clo, kiềm hóa nước bằng vôi, dùng hóa chất để diệt tảo (CuSO4, Na2SO4).
  • Phương pháp xử lý nước lý học: khử trùng nước bằng tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân nước để khử muối…

Trong 3 phương pháp xử lý nước nêu trên thì phương pháp cơ học là phương pháp xử lý nước cơ bản nhất. Có thể dùng phương pháp cơ học để xử lý nước độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp hóa học và phương pháp lý học để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả xử lý nước.

Các nguyên tắc lựa chọn công nghệ xử lý nước

Cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý nước dựa vào các yếu tố sau:

  • Chất lượng của nước nguồn (nước thô) trước khi xử lý nước
  • Chất lượng của nước yêu cầu (sau xử lý nước) phụ thuộc mục đích của đối tượng sử dụng
  • Công suất của nhà máy nước
  • Điều kiện kinh tế kỹ thuật
  • Điều kiện của địa phương
Cùng các chuyên gia Scitech Water – Scimitar Vietnam tìm hiểu các phương pháp xử lý nước qua bài viết dưới đây nhé.

1. Keo tụ

Bản chất lý hóa của quá trình keo tụ

Cặn bẩn trong nước thiên nhiên thường là hạt cát, sét, bùn, sinh vật phù du, sản phẩm phân hủy của các chất hữu cơ… Các hạt cặn lớn có khả năng tự lắng trong nước, còn cặn bé ở trạng thái lơ lửng. Các kỹ thuật xử lý nước bằng các biện pháp xử lý nước cơ học như lắng tĩnh, lọc chỉ có thể loại bỏ những hạt có kích thước lớn hơn 10-4 mm, còn những hạt cặn có d < 10-4 mm phải áp dụng phương pháp xử lý nước bằng lý hóa.

Đặc điểm cơ bản của hạt cặn bé là do kích thước vô cùng nhỏ nên có bề mặt tiếp xúc rất lớn trên một đơn vị thể tích, các hạt cặn này dễ dàng hấp phụ, kết bám với các chất xung quanh hoặc lẫn nhau để tạo ra bông cặn to hơn. Mặt khác các hạt cặn đều mang điện tích và chúng có khả năng liên kết với nhau hoặc đẩy nhau bằng lực điện từ. Tuy nhiên trong môi trường nước, do các loại lực tương tác giữa các hạt cặn bé hơn lực đẩy do chuyển động nhiệt Brown nên các hạt cặn luôn luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng.

Bằng việc phá vỡ trạng thái cân bằng động tự nhiên của môi trường nước, sẽ tạo các điều kiện thuận lợi để các hạt cặn kết dính với nhau thành các hạt cặn lớn hơn và dễ xử lý hơn. Trong công nghệ xử lý nước là cho theo vào nước các hóa chất làm nhân tố keo tụ các hạt cặn lơ lửng.

Các loại hóa chất dùng để keo tụ nước

  • Phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O (bánh, cục, bột)
  • Phèn sắt: FeSO4.7H2O tinh thể màu vàng
  • Vôi chưa tôi (vôi sống CaO) sản xuất ở 2 dạng cục, bột: khi tôi vôi (phản ứng với nước) sẽ tạo thành Ca(OH)2
  • Sô đa: bột màu trắng dễ hút ẩm chứa 95% Na2CO3: 1% NaCl
  • Xút NaOH: bột màu trắng đục bay hơi trong không khí có chứa (92-95%) NaOH

2. Lắng nước

Lắng là một khâu xử lý quan trọng trong công nghệ xử lý nước, là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Dựa trên nguyên lý rơi theo trọng lực, việc làm lắng có thể loại bỏ từ 90-99% lượng chất bẩn chứa trong nước.

Các loại cặn lắng

  • Cặn rắn: các hạt phân tán riêng lẻ, có độ lớn, bề mặt và hình dáng không thay đổi trong suốt quá trình lắng.
  • Cặn lơ lửng: có bề mặt thay đổi, có khả năng dính kết và keo tụ với nhau trong quá trình lắng làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặn tăng dần theo thời gian và chiều cao lắng.
  • Các bông cặn: có khả năng dính kết với nhau, khi nồng độ >1000ng/l tạo thành các đám cặn, khi đám mây cặn lắng xuống, nước từ dưới đi lên qua các khe rỗng giữa các bông cặn tiếp xúc với nhau, lực ma sát tăng lên làm hạn chế tốc độ lắng của đám bông cặn nên gọi là lắng hạn chế.

Các loại bể lắng

  • Lắng tĩnh và lắng theo từng mẻ kế tiếp: Hồ chứa nước.
  • Lắng theo từng mẻ kế tiếp: Trong công nghiệp sau 1 mẻ sản xuất nước được xả ra, để lắng bớt cặn, được bơm tuần hoàn lại để tái sản xuất.
  • Bể lắng ngang: Bể lắng có dòng nước chảy ngang, cặn rơi thẳng đứng.
  • Bể lắng đứng: Bể lắng có dòng nước chảy đi từ dưới lên, cặn rơi từ trên xuống.
  • Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Nước đi từ dưới lên qua lớp cặn lơ lửng được hình thành trong quá trình lắng cặn, cặn dính bám vào lớp cặn, nước trong thu trên bề mặt, cặn thừa đưa sang ngăn nén cặn, từng thời kỳ xả ra ngoài.
  • Lắng trong các ống tròn hoặc trong các hình trụ vuông, lục lăng đặt nghiêng so với phương ngang 600: Nước đi từ dưới lên, cặn trượt theo đáy ống.

3. Lọc nước

Lọc là một khâu xử lý quan trọng trong công nghệ xử lý nước. Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tuỳ thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của đối tượng dùng nước.

Bể lọc gồm: vỏ bể, lớp vật liệu lọc, hệ thống thu nước lọc và phân phối nước rửa , hệ thống dẫn nước vào bể lọc và thu nước rửa bể lọc.

Phân loại bể lọc

Theo đặc điểm vật liệu lọc được chia ra:

  • Vật liệu lọc dạng hạt: hạt cát, thạch cát, thạch anh nghiền, than antraxit, đá hoa macnetit (Fe3O4)…được ứng dụng rộng rãi và phổ biến nhất.
  • Lưới lọc: lớp lọc có lưới có mắt lưới đủ bé để giữ lại các cặn bẩn trong nước. Dùng làm sạch sơ bộ hoặc để lọc ra khỏi nước phù su, rong…
  • Màng lọc: lớp lọc là vải bong, sợi thuỷ tinh, sợi nilông, màng nhựa xốp. Màng lọc dùng trong bể cấp nước lưu động.

Tuỳ theo tốc độ lọc, bể lọc có hạt vật liệu lọc hạt chia ra:

  • Bể lọc chậm: Với tốc độ lọc 0,1-0,5m/h
  • Bể lọc nhanh: Với tốc độ lọc 2-15m/h
  • Bể lọc cực nhanh: Với tốc độ lọc >25 m/h

Bể lọc nhanh có thể là hạt đồng nhất về kích thước và trọng lượng riêng (cát thạch anh) hoặc có thể vật liệu hạt không đồng nhất (bể lọc 2 lớp: lớp trên là than antraxit, lớp dưới là cát thạch anh).

Bể lọc chậm nước chảy từ trên xuống dưới. Bể lọc nhanh hướng hướng chuyển động thuộc nước qua vật liệu lọc có thể khác nhau (trên xuống dưới, dưới lên ở bể lọc tiếp xúc; từ trong ra, từ trên xuống ở bể lọc 2 chiều).

Theo độ lớn của hạt vật liệu lọc chia ra:

  • Bể lọc hạt bé (ở bể lọc chậm) kích thước hạt của lớp trên cùng d<0,4mm
  • Bể lọc hạt trung bình: kích thước hạt của lớp trên cùng <0,4-0,8mm
  • Bể lọc hạt cỡ lớn: kích thước hạt của lớp trên cùng >0,8mm dùng để lọc sơ bộ

Yêu cầu vật liệu của bể lọc hạt

  • Đảm bảo thành phần hạt theo yêu cầu phân loại
  • Đảm bảo mức đồng nhất về kích thước hạt
  • Đảm bảo độ bền cơ học
  • Đảm bảo độ bền hóa học đối với nước lọc
  • Rẻ, thuận tiện trong khai thác, vận chuyển

Vật liệu đỡ

Vật liệu đỡ đặt giữa lớp vật liệu lọc và hệ thống thu nước lọc.

Chức năng của lớp đỡ là ngăn không cho hạt vật liệu lọc chui qua lỗ của hệ thống ống thu nước ra ngoài. Vật liệu đỡ còn có tác dụng phân phối đều nước rửa theo diện tích của bể lọc. Sỏi và đá dăm dùng làm lớp đỡ phải có độ bền cơ học và hóa học và không chứa ≥ 10% hạt là đá vôi.

4. Xử lý nước nhiễm sắt – Khử sắt trong nước ngầm

Khử sắt là một trong những giai đoạn quan trọng nhất trong xử lý nước ngầm. Thực chất các phương pháp khử sắt là làm giàu Oxy cho nước, tạo điều kiện oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, sau đó Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3, rồi dùng bể lọc giữ lại.

4.1. Khử sắt bằng làm thoáng

a. Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường tự do (Khử sắt bằng giàn mưa hay thùng quạt gió)

Trong nước ngầm, Fe(HCO3)2 là muối không bền vững, thường phân ly theo dạng:

  • Fe(HCO3)2 → 2HCO3– + Fe2+

Nếu trong nước có oxy hòa tan, quá trình oxy hóa và thủy phân diễn ra:

  • 4Fe2+ + O2 + 10H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+
  • H+ + HCO3– → H2O + CO2

Các yếu tố ảnh hưởng:

  • Độ pH: quá trình thủy phân giải phóng H+, nếu môi trường quá nhiều H+ (độ pH thấp) thì phản ứng sẽ bị kìm hãm.
  • Độ kiềm: độ kiềm càng lớn thì phản ứng càng nhanh, do ion HCO3– trong nước sẽ tác dụng với H+ vừa giải phóng để tạo H2O và CO2. Ngoài ra độ kiềm còn cần thiết cho quá trình thủy phân Fe3+ ở dạng ion thành dạng hydroxit Fe(OH)3.
  • CO2: CO2 giải phóng trong quá trình oxy hóa sắt là nguyên nhân làm giảm pH, làm chậm trể quá trình khử trùng.
  • Lượng O2 hòa tan trong nước: tốc độ phản ứng tăng khi nồng độ O2 hòa tan trong nước tăng
  • Hàm lượng sắt trong nước ngầm, nhiệt độ, thời gian phản ứng
  • H2S, NH3, các chất hữu cơ trong nước: nếu trong nước có chứa các hợp chất của lưu huỳnh dưới dạng khí H2S, ion HS–, S2–, các hợp chất này là chất khử đối với hệ sắt nên ảnh hưởng rất lớn đến quá trình oxy hóa sắt.

Phạm vi ứng dụng:

  • H2S < 0,2mg/l; NH4 < 1mg/l; độ oxy hóa của nước < [0,15 [Fe2+].3] mg/l O2
  • Sau làm kháng pH > 7, độ kiềm > 2mgđl/l

b. Phản ứng oxy hóa Fe2+ và thuỷ phân Fe3+ trong môi trường dị thể của lớp vật liệu lọc (Khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc)

Làm thoáng để cung cấp oxy cho nước. Khi làm thoáng, Fe2+ oxy hóa thành Fe3+ với tỷ lệ nhỏ. Quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thuỷ phân Fe3+ thành Fe(OH)3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc.

Quá trình làm thoáng như vậy, sẽ tạo ra trên bề mặt các hạt vật liệu lọc một lớp màng, có cấu tạo từ hợp chất sắt như: Fe2+, Fe3+, Fe(OH)2, Fe(OH)3. Lớp màng này có tác dụng làm tăng tốc độ oxy hóa Fe2+ và có khả năng hấp thụ O2.

Khi Fe2+ đến gần bề mặt màng xúc tác quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thuỷ phân Fe3+ thành Fe(OH)3 xảy ra quá trình lọc các cặn sắt không tan mà là một quá trình phức tạp. Thời gian để tạo thành lớp màng tiếp xúc tác gọi là thời gian luyện vật liệu lọc.

Thời gian này phụ thuộc vào các yếu tố: cỡ hạt, chiều dày lớp vật liệu, tốc độ lọc, hàm lượng cặn. Thời gian luyện vật liệu học khoảng 140-330 giờ.

Để rút ngắn thời gian lọc, người ta đưa thêm vào dung dịch FeSO4 5% với tỷ lệ sao cho hàm lượng sắt đạt 30-40mg/l.

Phạm vi ứng dụng:

  • pH > 6,8; Fe2+ ≤ 15mg/l; NH4 < 1mg/l
  • Độ oxy hóa ≤ [0,15 [Fe2+].5] mg/l O2
  • Độ màu khi chưa tiếp xúc với không khí ≤ 15

c. Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ khi có mặt lớp màng xúc tác là oxit mangan

Lớp màng oxit mangan là chất xúc tác làm tăng quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ ngay cả trong trường hợp pH thấp (pH<5)

MnOMn2O7 + 4Fe(HCO3)2 + H2O → 3MnO2 + 4Fe(OH)3 + 8CO2
3MnO2 + O2 → MnOMn2O7

Dưới tác dụng xúc tác của MnOMn2O7, hợp chất Fe2+ đi qua sẽ tạo thành Fe(OH)3. Kết thúc phản ứng MnOMn2O7 lại được hình thành. Do đó lớp màng càng dày, quá trình phản ứng xảy ra càng nhanh.

Trong quá trình sử dụng, lớp màng tăng lên đến 1 giới hạn nhất định thì phải bỏ lớp màng đi để thay thế.

Thực tế luyện cát lọc với KMnO4 tạo thành lớp màng MnOMn2O7.

4.2. Khử sắt bằng hóa chất

Khi sắt tồn tại dưới dạng các chất không tan, dùng biện pháp khử sắt bằng làm thoáng không mạng lại hiệu quả, mới dùng khử sắt bằng hóa chất.

a. Khử sắt bằng các chất oxy hóa mạnh

Các chất oxy hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3… Khi cho các chất oxy hóa mạnh vào nước, phản ứng diễn ra:

  • 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + Cl– + 6H+
  • 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6H+ + 6HCO3–
  • 3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O → 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+
  • 5Fe2+ + MnO4– + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Trong phản ứng, để oxy hóa 1mg Fe2+ cần 0,64 mg Cl2 hoặc 0,94mg KMnO4 và đồng thời độ kiềm của nước giảm đi 0,018mgđl/l.

So sánh với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng, dùng chất oxy hóa mạnh phản ứng xảy ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn (pH<6). Trong nước có tồn tại các hợp chất như: H2S, NH3 thì chúng sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử sắt.

b. Khử sắt bằng vôi

Khử sắt bằng vôi thường kết hợp với quá trình làm ổn định nước hoặc làm mềm nước do thiết bị pha chế cồng kềnh phức tạp.

Khử sắt bằng vôi áp dụng

  • Khi sắt ở dạng keo, pH, độ kiềm Ki thấp, dùng vôi khử sắt.
  • Dây chuyền công nghệ tương tự xử lý nước mặt (bể trộn, bể phản ứng, bể lắng, bể lọc).

Quá trình khử sắt bằng vôi xảy ra theo 2 trường hợp:

  • Nước có O2 hòa tan: 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3 + 4Ca(HCO3)2
  • Nước không có O2 hòa tan: Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → FeCO3 + CaCO3 + H2O

4.3. Khử sắt bằng phương pháp khác

a. Khử sắt bằng trao đổi Cation

Cho nước đi qua lớp vật liệu lọc có khả băng trao đổi iôn. Các ion H+ và Na+ có trong thành phần vật liệu lọc sẽ trao đổi với ion Fe2+ có trong nước, kết quả Fe2+ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc.

  • 2[K]Na + Fe(HCO3)2 → [K]2Fe + 2NaHCO3
  • 2[K]H + Fe(HCO3)2 → [K]2Fe + H2CO3

Cation được tái sinh bằng HCl, NaCl

  • HCl + [K]2Fe → [K]H + FeCl2
  • NaCl + [K]2Fe → [K]Na + FeCl2

Phương pháp này đem lại hiệu quả khử sắt cao, thường sử dụng cho nguồn nước có chứa Fe2+ ở dạng hòa tan. Dùng kết hợp với làm mềm nước. Chi phí cho khử Fe2+ bằng trao đổi cation giá khá đắt.

b. Khử sắt bằng điện phân

Dùng cực âm bằng sắt, nhôm, cực dương bằng đồng, bạch kim hay đồng mạ kền.

c. Khử sắt bằng phương pháp vi sinh vật

Cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cát lọc của bể lọc.

d. Khử sắt ngay trong lòng đất

Dựa trên nguyên tắc, các ion Ca2+, Mn2+ gắn trên khoáng vật của tầng đất đá chứa nước có khả năng trao đổi ion với các ion Fe2+ của nước ngầm.

5. Xử lý nước nhiễm mangan – Khử mangan trong nước ngầm

Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion Mn2+ trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do đó việc khử mangan thường được tiến hành đồng thời với khử sắt.

Mangan ở dạng hòa tan Mn2+ khi bị oxy hóa chuyển dần thành Mn3+ và Mn4+ ở dạng hydroxit kết tủa:

  • 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O → 2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3–

Quá trình khử mangan phụ thuộc vào pH của nước. Thực nghiệm cho thấy nếu pH <8 và không có chất kết xúc tác thì quá trình oxy hóa Mn2+ rất chậm. Độ pH tối ưu: 8,5-9,0.

Tương tự như với sắt, quy trình khử mangan cơ bản cũng bao gồm các khâu làm thoáng, lắng, lọc. Trong quá trình lọc, hạt lọc được phủ dần 1 lớp Mn(OH)4 điện tích âm, lớp Mn(OH)4 có tác dụng như chất xúc tác hấp phụ các ion Mn2+ và oxy hóa nó theo phương trình:

  • Mn(OH)4 + Mn(OH)2 → 2Mn(OH)3
  • 4Mn(OH)3 + O2 + H2O → 4Mn(OH)4

Lớp phủ Mn(OH)4 lại tham gia vào phản ứng mới cứ như vậy tạo ra 1 chu trình phản ứng liên tục. Như vậy hiệu quả khử mangan lại phụ thuộc vào lớp phủ Mn(OH)4 do chính quá tình khử tạo ra trên bề mặt hạt cát lọc.

Trong thực tế để đưa bể lọc vào chế độ hoạt động ổn định, cần pha thêm nước dung dịch KMnO4 với liều lượng 1-3mg/l vài ngày đầu hoặc nâng pH lên trên 9.

5.1. Khử Mangan bằng làm thoáng

Sơ đồ 1

  • Làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng cưỡng bức, lắng tiếp xúc, lọc 1 lớp vật liệu lọc.
  • Vật liệu lọc dùng cát thạch anh dày 1,2-1,5m.
  • Áp dụng: Hàm lượng mangan trong nước nhỏ và tồn tại dưới dạng Mn2+ hòa tan.

Sơ đồ 2

  • Làm thoáng tự nhiên hoặc cưỡng bức – lắng tiếp xúc lọc 1 hay 2 lớp vật liệu lọc.
  • Một lớp vật liệu là cát đen dày 1,5m; hoặc 2 lớp vật liệu lọc là lớp vật liệu lọc.
  • Một lớp vật liệu lọc là cát đen dày 1,5m; hoặc 2 lớp vật liệu lọc là than Angtraxit và cát dày ≥ 1,5m.
  • Áp dụng: Hàm lượng mangan trong nước nguồn cao.

Sơ đồ 3

  • Làm thoáng cưỡng bức – lắng tiếp xúc – lọc 2 bậc.
  • Khử sắt được thực hiện ở làm thoáng – lắng tiếp xúc – lọc.
  • Sau đó nâng pH lên 8 – làm thoáng – lọc ở bể lọc bậc 2 để khử mangan.
  • Phương pháp này tốn kém nhưng đem lại hiệu quả xử lý ổn định.

5.2. Khử Mangan bằng hóa chất

Sử dụng các chất có tính oxy hóa mạnh như Clo, Ozon, Kali permanganat.

  • Clo oxy hóa Mn2+ ở pH = 7 trong t = 60-90 phút
  • ClO2 và Ozon oxy hóa Mn2+ cần 1,35 ClO2 hay 1,45mg O3
  • KMnO4 oxy hóa Mn2+ ở mọi dạng tồn tại kể cả keo hữu cơ để tạo thành Mn(OH)4

5.3. Khử Mangan bằng vi sinh vật

Cấy một loại vi sinh vật có khả năng hấp thụ mangan trong quá trình sinh trưởng lên bề mặt vật liệu lọc. Xác vi sinh vật sẽ tạo thành lớp màng oxit mangan trên bề mặt hạt vật liệu lọc có tác dụng xúc tác quá trình khử Mangan.

6. Xử lý nước cứng – Làm mềm nước

Làm mềm nước hay khử độ cứng trong nước là khử các loại muối Ca và Mg có trong nước. Thường nước cấp cho một số lĩnh vực công nghiệp cần làm mềm là: công nghiệp dệt, sợi nhân tạo, hóa chất, chất dẻo, giấy… và nước cấp cho các loại nồi hơi.

Các phương pháp làm mềm nước:

  • Phương pháp nhiệt
  • Phương pháp hóa học
  • Phương pháp trao đổi ion

6.1. Xử lý nước cứng – Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt

Khi đun nước, dưới tác dụng của nhiệt độ, các hợp chất bicarbonat (muối bicarrbonat HCO3–) phân li tạo CO2, H2O và các chất khó tan như CaCO3, Mg(OH)2 sẽ tủa xuống.

Đun nước lên đến 1000C, có thể khử toàn bộ độ cứng cacbonat và 1 phần nhỏ độ cứng không cacbanat.

Có thể biểu diễn sự làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt theo các phương trình phân li sau:

Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O
Mg(HCO3)2 → MgCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O
MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 ↓ + CO2 ↑

Phương pháp nhiệt chỉ áp dụng cho các hệ thống cấp nước nồi hơi, vì tận dụng được lượng nhiệt thừa của nồi hơi.

6.2. Xử lý nước cứng – Làm mềm nước bằng phương pháp hóa học

Cơ sở của phương pháp là đưa vào nước các hóa chất có khả năng kết hợp với các ion Ca2+, Mg2+ để tạo ra các chất không tan và loại trừ khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc.

a. Khử độ cứng carbonat và làm mềm nước bằng vôi

Khi khử độ cứng carbonat và làm mềm nước bằng vôi, phải dùng vôi ở dạng vôi sữa. Khi lượng vôi dùng hàng ngày ít hơn 0,25 tấn tính theo CaO, thì được phép cho vôi vào nước ở dạng dung dịch vôi bão hòa.

b. Khử độ cứng carbonat và làm mềm nước bằng muối phosphat

Khi cần làm mềm nước triệt để, sử dụng vôi vẫn chưa hạ độ cứng của nước xuống được đến mức tối thiểu. Để đạt được hiệu quả, cho vào nước Na3PO4 sẽ khử được hết các ion Ca2+, Mg2+ ra khỏi nước ở dạng các muối không tan.

Quá trình làm mềm nước bằng phốt phát chỉ diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ lớn hơn 1000C. Sau xử lý độ cứng của nước giảm xuống còn 0,04-0,05 mgđl/l.

Do giá thành của Na3PO4 cao, nên chỉ dùng với liều lượng nhỏ và sau khi đã làm mềm nước bằng vôi.

6.3. Xử lý nước cứng – Làm mềm nước bằng phương pháp Natricationit

Phương pháp Natri – Cationit dùng để làm mềm nước ngầm và nước mặt có hàm lượng chất lơ lửng không vượt quá 5-8mg/l và độ màu không quá 300. Khi dùng phương pháp này, độ kiềm của nước không thay đổi.

Độ cứng của nước có thể giảm xuống đến 0,03-0,05 mgđl/l khi dùng phương pháp Natri – Cationit một bậc và giảm xuống còn 0,01 mgđl/l khi dùng hai bậc.

Hoàn nguyên bể lọc cationit bằng muối ăn. Sau khi hoàn nguyên, cần phải rửa cationit bằng nước chưa làm mềm, cho đến khi lượng clorua trong nước lọc gần bằng lượng clorua trong nước rửa.

6.4. Xử lý nước cứng – Làm mềm nước bằng phương pháp Hydronatri – Cationit

Phương pháp Hydronatri – Cationit dùng để khử các cation Ca và Mg có trong nước, đồng thời làm giảm độ kiềm của nước. Dùng phương pháp này để xử lý nước ngầm và nước mặt có hàm lượng chất lơ lửng không quá 5-8 mg/l.

vat lieu trao doi ion
Vật liệu trao đổi ion

7. Khử mùi vị

Hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều có mùi và vị, nhất là mùi. Theo nguồn gốc phát sinh, mùi được chia làm 2 loại: mùi tự nhiên và ùi nhân tạo. Mùi tự nhiên chủ tếu là do hoạt động sinh sống và phát triển của các vi sinh vật và rong tảo có trong nước. Mùi nhân tạo chủ yêu là do ảnh hưởng của nước thải công nghiệp gây ra. Ngoài mùi, nước thiên nhiên có thể có nhiều vị khác nhau như: mặn, đắng, chua, cay… Theo tiêu chuẩn nước ăn uống, sinh hoạt, nước không được có mùi, vị. Vì vậy cần tiến hành khử mùi vị.

Thông thường các quá trình xử lý nước đã khử được hết mùi vị có trong nước. Chỉ khi nào các biện pháp trên không đáp ứng được yêu cầu cần khử mùi, vị thì mới áp dụng các biện pháp khử mùi vị độc lập.

7.1. Khử mùi bằng làm thoáng

Dựa trên nguyên tắc: Các công trình làm thoáng có thể bay hơi các loại khí gây mùi cho nước và đồng thời oxy hóa các chất có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ gây mùi.

Các công trình làm thoáng khử mùi cũng tương tự như các công trình làm thoáng để khử sắt: dàn mưa, phun mưa, bể làm thoáng cưỡng bức.

7.2. Khử mùi bằng các chất oxy hóa mạnh

Các chất oxy hóa mạnh để khử mùi có thể là: Clo và các hợp chất của Clo, Ozon, Permangannat Kali…

Dùng Clo và Ozon để khử mùi, vị gây nên bởi các vi sinh có nguồn gốc động, thực vật là biện pháp tương đối thông dụng. Đa số các trường hợp đều dùng Clo để khử mùi, vị trong nước. Tuy nhiên còn một số trường hợp, dùng Clo không hiệu quả, cần phải thay thế bằng Ozon.

Ngoài ra có thể dùng Kali permanganats KMnO4 để khử mùi mới xuất hiện trong quá trình Clo hoá nước. Ưu điểm của việc dùng KMnO4 là ngoài việc khử mùi Clo, nó còn khử được mùi dầu thầu dầu, là một trong những mùi khó khử nhất.

7.3. Khử mùi bằng phương pháp dùng than hoạt tính

Than hoạt tính có khả năng hấp thụ rất cao đối với các chất gây mùi. Dựa vào khả năng này, người ta khử mùi của nước bằng cách lọc nước qua than hoạt tính. Các loại than hoạt tính thường dùng là: than antraxit, than cốc, than bạch dương hay than bùn dạng bột để cho vào nước.

Than hoạt tính dùng trong các bể lọc khử mùi có kích thước d = 1-3mm, chiều dày lớp than 1,5-4m. Tốc độ lọc có thể đạt 50m/h. Các bể lọc than hoạt tính thường bố trí sau bể lọc trong và khử trùng. Để phục hồi khả năng hấp thụ của than hoạt tính dùng dung dịch kiềm nóng.

than hoat tinh
Vật liệu than hoạt tính

8. Khử trùng nước

Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng tỏng quá trình xử lý nước ăn uống, sinh hoạt để tiêu diệt hoàn toàn các vi trung gây bệnh. Các biện pháp khử trùng nước đang đuợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam:

  • Khử trùng bằng chất oxy hóa mạnh: Clo nguyên chất, Clorua vôi, Natrihypoclorit (nước javen) hoặc Canxi Hydroclorit và Clodioxit
  • Khử trùng bằng tia vật lý
  • Khử trùng bằng siêu âm
  • Khử trùng bằng các ion kim loại nặng

8.1. Khử trùng bằng chất oxy hóa mạnh

a. Khử trùng bằng Clo lỏng

Clo lỏng là dạng Clo nguyên chất có màu vàng xanh, trọng lượng riêng là 1,47 kg/l. Clo lỏng sản xuất trong nhà máy đựng trong các bình có dung tích từ 50-500 lít, áp suất trong bình 6-8at hoặc thùng có dung tích lớn từ 800-4000 lít, khi sử dụng để pha Clo lỏng dưới áp suất cao vào nước, người ta dùng thiết bị giảm áp suất, Clo bốc thành hơi và hòa vào trong nước.

Khi dùng Clo hóa lỏng để khử trùng nước, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Cloratơ, Cloratơ có chức năng pha chế và định lượng Clo hơi nước.

Khi cho Clo vào nước:

  • Cl2 + H2O → HOCl + HCl
  • Cl2 + H2O → H+ + OCl– + Cl–

OCl– có tính oxy hóa mạnh khuyếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây ra phản ứng với men bên trong của tế bào làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.

b. Khử trùng bằng Clorua vôi hay Canxihypoclorit (CaOCl2)

Trong Clorua vôi (Canxihypoclorit) CaOCl2, hàm lượng Clo hoạt tính chiếm 30-40%.

Clorua vôi được bảo quản dưới dạng bột. Khi đưa vào sử dụng pha chế theo qui trình: cho hóa chất vào thùng hòa trộn đạt nồng độ 10%, để lấy tách cặn bẩn và tạp chất. Sau đó đưa dung dịch này vào thùng tiêu thụ và giảm nồng độ còn 0,5-1,0%.

Khi sử dụng clorua vôi:

  • CaOCl2 + H2O → CaO + 2HOCl
  • 2HOCl → 2H+ + 2OCl–

Để đảm bảo cho phản ứng khử trùng xảy ra triệt để và còn được trực tiếp tục trong quá trình vận chuyển trên đường ống đến điểm dùng nước ở cuối mạng lưới, cần đưa thêm 1 lượng Clo dư, ngoài lượng Clo tính toán. Lượng Clo dư ở đầu mạng lưới tối thiểu 0,5 mg/l. Lượng Clo dư ở cuối mạng lưới tối thiểu 0,5 mg/l và không lớn hơn mức có mùi khó chịu.

Liều lượng Clo đưa vào nước để khử trùng thường được xác định bằng thực nghiệm. Khi cần thiết sơ bộ có thể lấy hàm lượng Clo để khử trùng đối với nước ngầm là 0,7-1,0 mg/l; đối với nước mặt 2,0-3,0 mg/l

Khi lượng Clo dư trong nước quá lớn, cần khử clo dư trong nước xuống dưới mức cho phép. Có thể áp dụng các biện pháp sau:

  • Clo hóa nước kết hợp với amoniac hóa: Trường hợp nước có chứa phenol phải tiến hành amoniac hóa tính (để tránh tạo Clophenol có mùi khó chịu). Liều lượng amoniac hay muối amôni lấy từ 0,5-1,0g tính theo ion NH4+ cho 1g Cl. Sau đó cho Clo vào nước pH>7.
  • Dùng than hoạt tính hấp thụ Clo dư: lọc nước có Clo dư qua lớp than hoạt tính dày 2-2,5 m, kích thước hạt từ 1,5-2,5 mm, tốc độ lọc 20-30 m/h.
  • Hoàn nguyên lại độ hấp thụ của than hoạt tính bằng dung dịch canxihypôdorit hoặc dung dịch kiềm nóng.

c. Khử trùng bằng nước Javen (NaClO)

NaClO là sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch muối ăn. Nước Javen có chứa nồng độ Clo hoạt tính từ 6-8 g/l.

Áp dụng: Cho nhà máy có công suất nhỏ.

Nguyên lý: Muối ướt hòa tan từ bể dự trữ, được đưa sang bể trộn,pha chế đến nồng độ 20-25%, sang bể tiêu thụ pha thành nồng độ 8-9%, đưa vào bể điện phân.

8.2. Các phương pháp khử trùng khác

a. Khử trùng bằng tia tử ngoại: Dùng đèn bức xạ tử ngoại đặt tỏng dòng chảy của nước. Các tia tử ngoại tác dụng lên phần tử prôtit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thế chúng bị tiêu diệt.

b. Khử trùng bằng siêu âm: Dòng siêu âm với cường độ tác dụng lớn trong khoảng t = 5 phút có thể tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật có trong nước.

c. Khử trùng bằng nhiệt: Đây là phương pháp khử trùng truyền thống. Đun sôi nước ở
1000C có thể tiêu diệt phần lớn vi sinh vật.

d. Khử trùng bằng ion bạc: Với hàm lượng 2-10 ion g/l bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Tuy nhiên trong môi trường có độ màu cao, có chất hữu cơ và nhiều muối thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng. Để thu được ion bạc có thể sử dụng các biện pháp sau:

  • Tăng diện tích tiếp xúc trực tiếp giữa nước và bạc
  • Sản xuất viên ôxit bạc để hòa vào nước
  • Điện phân với điện cực bằng hạt

9. Khử mặn và khử muối trong nước

Khử mặn là giảm hàm lượng muối trong nước đến trị số thỏa mãn yêu cầu đối với nước dùng cho ăn uống. Khử muối là giảm triệt để lượng muối hòa tan trong nước dến trị số thỏa mãn yêu cầu công nghệ sản xuất quy định.

Các phương pháp khử mặn hiện nay: tuỳ thuộc vào hàm lượng muối:

  • Nước có hàm lượng muối dưới 2-3 g/l dùng theo phương pháp trao đổi ion
  • Nước có hàm lượng muối từ 2,5-15 g/l dùng theo phương pháp điện phân hay lọc qua màng lọc bán thấm
  • Nước có hàm lượng ,muối lớn hơn 10 g/l, dùng phương pháp chưng cất, đông lạnh, hay lọc qua màng bán thấm

9.1. Khử mặn và khử muối trong nước bằng phương pháp trao đổi ion

Dùng phương pháp trao đổi ion để khử mặn và khử muối khi nước nguồn có các chỉ tiêu chất lượng như sau:

  • Hàm lượng muối nhỏ hơn 3000 mg/l
  • Hàm lượng cặn không lớn hơn 8 mg/l
  • Độ mầu của nước không lớn hơn 300
  • Độ oxy hóa lớn hơn 7 mg/l O2 ( tính theo KMnO4).
  • Khi độ oxy hóa lớn hơn, phải lọc nước qua bể lọc than hoạt tính

Khử mặn nước bằng phương pháp trao đổi ion có thể thực hiện theo các dạng sau:

  • Khử muối 1 bậc: Lọc nối tiếp của bể lọc H- cationit có dung tích chứa ion cao và bể lọc anionít yếu. Khi dùng sơ đồ này, cần phải khử khí CO2 ra khỏi nước đã lọc qua bể cationit. Hàm lượng muối còn lại trong nước sau lọc ≤ 150 mg/l, ≤ 25 mg/l, ≤ 15 mg/l tương ứng với hàm luợng muối trong nước nguồn đến 3000 mg/l, 2000 mg/l, 1500 mg/l. Hàm lượng muối yêu cầu đối với nước cấp cho ăn uống sinh hoạt là 500-100 mg/l, trong đó hàm lượng clorua không lớn hơn 350 mg/l và sunphat không lớn hơn 500 mg/l, thu được bằng cách trộn lẫn 1 phần nước đã lọc với nước nguồn.
  • Khử muối 2 bậc: Gồm bể lọc H – cationit bậc I, bể lọc có than hoạt tính để khử chất hữu cơ, dàn khử khí để khử CO2, bể lọc H – cationit bậc 2, bể lọc H – Na – cationit. Trong khử muối 2 bậc, bể lọc H – cationit bậc 2 có vật liệu lọc bằng anionit kiềm mạnh để khử axit silic. Nước sau xử lí có hàm lượng muối ≤ 1 mg/l , hàm lượng axit silic ≤ 0,2 mg/l.
  • Khử muối 3 bậc: Thay bể lọc H – Na – cationit trong khử muối 2 bậc bằng bể lọc có vật liệu lọc hỗn hợp cationit và anionit. Sau đó là bể lọc anionit bậc 3 có chất anionit kiềm mạnh. Khử muối 3 bậc sử dụng khi cần cho ra nước có tổng hàm lượng muối sau xử lý ≤ 0,1 mg/l và hàm lượng axit silic ≤ 0,05 mg/l.

9.2. Khử mặn bằng phương pháp điện phân

Áp dụng để khử mặn nước ngầm và nước mặt có hàm lượng muối từ 2500-15.000 mg/l. Nước sau khi qua điện phân, hàm lượng muối sẽ giảm xuống đến 500 mg/l.

Nước đưa vào thiết bị điện phân phải có: Hàm lượng cặn ≤ 2 mg/l , độ màu ≤ 200, độ oxy hóa ≤ 5 mg/l O2, hàm lượng sắt ≤ 0,05 mg/l, mangan ≤ 0,05 mg/l.

  • Cơ sở của phương pháp: Dòng điện 1 chiều đi qua lớp nước cần điện phân, tạo nên 1 trường hợp điện. Các cation của muối đi về cực âm và các anion đi về cực dương và nước được khử muối.
  • Ưu điểm của phương pháp quản lý đơn giản và có thể tự động hóa hoàn toàn.
  • Nhược điểm là tốn điện, chi phí điện năng khoảng 18-20 KW/h cho 1m3 nước ngọt.

9.3. Khử muối bằng phương pháp nhiệt hay chưng cất

  • Thiết bị đơn giản để khử muối được áp dụng ở một số nước dồi dào năng lượng mặt trời.
  • Hiện nay người ta còn dùng hệ thống cất nước bằng nồi hơi 1 bậc hoặc nhiều bậc.
  • Nước cần khử muối được đưa vào nồi hơi, hơi nước cấp một đi từ nồi hơi qua ống xoắn được làm lạnh thành nước không chứa muối.
  • Nếu dùng sơ đồ nhiều bậc, thì nước được làm lạnh hơi cấp trước được bốc thành hơi ở cấp tiếp theo và được làm lạnh thành nước không chứa muối.

10. Flo hóa nước

Khi nước cấp cho ăn uống sinh hoạt có hàm lượng Flo < 0,5 mg/l thì cần phải pha thêm Flo vào nước. Để Flo hóa có thể dùng các hóa chất sau: silic florua natri, florua natri, silic florua amoni.

11. Khử Flo trong nước

Trong nước ăn uống sinh hoạt, nếu hàm lượng Flo lớn hơn giới hạn cho phép, sẽ sinh ra bệnh hỏng men răng. Vì vậy phải khử bớt Flo trong nước. Để khử Flo của nước dùng phương pháp lọc nước qua oxit nhôm hoạt tính.

12. Khử Sunfua (H2S) và Hydrosunfit (HS) trong nước

Dùng các phương pháp xử lý nước sau để khử H2S và HS trong nước: Clo hóa, làm thoáng – clo hóa – axit hóa, làm thoáng – keo tụ – lọc.

13. Khử Acid Silic hòa tan trong nước

Dùng các phương pháp xử lý nước sau để khử Acid Silic hòa tan trong nước:

  • Để giảm hàm lượng SiO44- đến 3-5 mg/l, dùng keo tụ bằng phèn sắt hoặc phèn nhôm.
  • Để giảm hàm lượng SiO32- đến 1-1,5 mg/l, khi độ kiềm của nước ≤ 2 mgđl/l, xử lý bằng magie oxit kiềm và phải đun nóng nước trên 350C.
  • Để giảm hàm lượng SiO32- đến 0,1-0,3 mg/l thì lọc nước qua chất hấp thụ oxit magie theo sơ đồ 2 bậc.

14. Khử Oxy hòa tan trong nước

Dùng các phương pháp xử lý nước sau để khử Oxy hòa tan trong nước: Phun nước trong chân không, liên kết giữa oxy hòa tan và chất khử.

Mới hơn Các phương pháp xử lý nước uống
Về trang trước
Cũ hơn Hệ thống lõi máy lọc nước RO [Cập nhật 2024]