Báo cáo Xử lý nước cấp chọn lựa công trình đơn vị và giải pháp kết hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG NGÀNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ˜&™ Báo cáo chuyên đề XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHỌN LỰA CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VÀ GIẢI PHÁP KẾT HỢP Môn học: Các quá trình hóa lý trong xử lý nước thải GVHD: Dương Hữu Huy Nhóm thực hiện: Nhóm 3 – Lớp 09CMT ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG NGÀNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ˜&™ Báo cáo chuyên đề XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHỌN LỰA CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VÀ GIẢI PHÁP KẾT HỢP Môn học: Các quá trình hóa lý trong xử lý nước thải GVHD: Dương Hữu Huy Nhóm thực hiện: Nhóm 3 – Lớp 09CMT & Danh sách nhóm: STT Họ và tên MSSV 1 Trịnh Thiên An 0922009 2 Trần Minh Duy 0922039 3 Nguyễn Thị Thanh Hải 0922065 4 Lê Phụng Hiểu 0922087 5 Trịnh Minh Mẫn 0922148 6 Hoàng Thị Oanh 0922182 7 Nguyễn Đăng Quang 0922001 8 Trác Hữu Quốc 0922005 & Bảng phân chia công việc nhóm: STT Tên thành viên MSSV Nội dung thực hiện Tự đánh giá Nhóm đánh giá Giáo viên đánh giá Ghi chú 1 Trịnh Thiên An 0922009 II.5 Các quá trình khác 10 10 2 Trần Minh Duy 0922039 III.1.2 Nhà máy cấp nước Tân Hiệp 9 9 3 Nguyễn Thị Thanh Hải 0922065 II.3 Quá trình keo tụ - tạo bông 10 10 4 Lê Phụng Hiểu 0922087 II.2 Quá trình lọc 10 10 5 Trịnh Minh Mẫn 0922148 II.1 Quá trình lắng 10 10 6 Hoàng Thị Oanh 0922182 III.3 Xử lý nước thải thành nước cấp III.4 Lọc nước mặn ra nước ngọt 10 10 7 Nguyễn Đăng Quang 0922001 II.4 Quá trình khử trùng III.1.1 Nhà máy cấp nước Thủ Đức 10 10 8 Trác Hữu Quốc 0922005 I. Tổng quan III.2 Xử lý nước ngầm 10 10 & Mục lục: I. TỔNG QUAN 1. Định nghĩa 2. Tiêu chuẩn 2.1 Tiêu chuẩn cho nước cấp sản xuất 2.2 Tiêu chuẩn cho nước cấp sinh hoạt 3. Các biện pháp xử lý 4. Dây chuyền công nghệ 5. Sơ đồ xử lý II. CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP 1. Quá trình lắng 1.1 Bể lắng ngang 1.2 Bể lắng đứng 1.3 Bể lắng lớp mỏng 1.4 Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng 2. Quá trình lọc 2.1 Giới thiệu 2.2 Các loại bể lọc 3. Quá trình keo tụ - tạo bông 3.1 Muối nhôm 3.2 Muối sắt 3.3 Chất trợ keo tụ 4. Quá trình khử trùng 4.1 Phương pháp lý học 4.2 Phương pháp hóa học 5. Các quá trình khác 5.1 Khử Sắt 5.2 Khử Mangan 5.3 Làm mềm nước III. CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP 1. Xử lý nước mặt 1.1 Nhà máy cấp nước Thủ Đức 1.2 Nhà máy cấp nước Tân Hiệp 2. Xử lý nước ngầm – Nhà máy xử lý nước Việt Hòa, Hải Dương 3. Xử lý nước thải thành nước cấp – NEWater tại Singapore 4. Lọc nước mặn ra nước ngọt 4.1 Các phương pháp sử dụng 4.2 Nguồn năng lượng 4.3 Các nhà máy lọc nước biển lớn trên thế giới 4.4 Xử lý nước biển thành nước cấp ở Việt Nam I. TỔNG QUAN: 1. ĐỊNH NGHĨA: Nước cấp là nước sau khi được xử lý tại cơ sở xử lý nước đi qua các trạm cung cấp nước và từ các trạm này nước sẽ được cung cấp cho người tiêu dùng. 2. TIÊU CHUẨN: 2.1 Tiêu chuẩn cho nước cấp sản xuất: Nước cấp cho công nghiệp thực phẩm, dệt, giấy,… yêu cầu đạt như với nước sinh hoạt. Nước làm nguội: là nhu cầu chung của các ngành công nghiệp và chiếm một số lượng lớn (như làm nguội thiết bị đúc gang thép, thiết bị lò hơi,…), nước làm nguội yêu cầu hàm lượng cặn và độ cứng tạm thời nhỏ, nhiệt độ thấp. Nước cấp nồi hơi: yêu cầu cao, không cặn, độ cứng nhỏ, hạn chế thấp nhất sự có mặt của acid silic (H2SiO3). 2.2 Tiêu chuẩn cho nước cấp sinh hoạt: TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa cho phép Phương pháp thử Mức độ giám sát I II 1 Màu sắc TCU 15 15 TCVN 6185 - 1996 (ISO 7887 - 1985) hoặc SMEWW 2120 A 2 Mùi vị - Không có mùi vị lạ Không có mùi vị lạ Cảm quan, hoặc SMEWW 2150 B và 2160 B A 3 Độ đục NTU 5 5 TCVN 6184 - 1996 (ISO 7027 - 1990) hoặc SMEWW 2130 B A 4 Clo dư mg/l Trong khoảng 0,3-0,5 - SMEWW 4500Cl hoặc US EPA 300.1 A 5 pH - Trong khoảng 6,0 - 8,5 Trong khoảng 6,0 - 8,5 TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 - H+ A 6 Hàm lượng Amoni mg/l 3 3 SMEWW 4500 - NH3 C hoặc SMEWW 4500 - NH3 D A 7 Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+) mg/l 0,5 0,5 TCVN 6177 - 1996 (ISO 6332 - 1988) hoặc SMEWW 3500 - Fe B 8 Chỉ số Pecmanganat mg/l 4 4 TCVN 6186:1996 hoặc ISO 8467:1993 (E) A 9 Độ cứng tính theo CaCO3 mg/l 350 - TCVN 6224 - 1996 hoặc SMEWW 2340 C B 10 Hàm lượng Clorua mg/l 300 - TCVN6194 - 1996 (ISO 9297 - 1989) hoặc SMEWW 4500 - Cl- D A 11 Hàm lượng Florua mg/l 1.5 - TCVN 6195 - 1996 (ISO10359 - 1 - 1992) hoặc SMEWW 4500 - F- B 12 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0,01 0,05 TCVN 6626:2000 hoặc SMEWW 3500 - As B B 13 Coliform tổng số Vi khuẩn/ 100ml 50 150 TCVN 6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222 A 14 E. coli hoặc Coliform chịu nhiệt Vi khuẩn/ 100ml 0 20 TCVN6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222 A 3. CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ: Cơ học: dùng các công trình và thiết bị làm sạch nước như song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng ,bể lọc,… Hóa học: dùng các hóa chất như dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hóa nước, dùng clo khử trùng,… Lí học: dùng các tia vật lí để khử trùng như tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân nước biển để khử muối, khử CO2 hòa tan bằng phương pháp làm thoáng,... 4. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ: Theo mức độ xử lí: triệt để và không triệt để. Triệt để: chất lượng cao cho sinh hoạt. Không triệt để: chất lượng thấp hơn cho công nghiệp. Theo biện pháp xử lí: có keo tụ và không keo tụ. Không keo tụ: cho quy mô nhỏ, quản lí thủ công. Keo tụ: xử lí công suất bất kì và chất lượng nước cao. Theo số quá trình hoặc bậc xử lí: 1 hay nhiều bậc; lắng lọc độc lập hoặc kết hợp. Theo đặc điểm dòng chảy: có áp hoặc tự chảy Tự chảy: nước tự chảy qua các công trình xử lí. Có áp: nước chuyền động trong các công trình kín,thường dùng cho trạm xử lí công suất nhỏ hoặc hệ thống tạm thời. 5. SƠ ĐỒ XỬ LÝ: II. CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP: 1. QUÁ TRÌNH LẮNG: Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 16.3 mm/s. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000 m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đừng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0.3 – 0.5 mm/s. Hiệu suất của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%. Bể lắng ngang: Bể lắng ngang là loại bể nước chảy theo chiều ngang. Bể có kích thước hính chữ nhật, làm bằng bê tông cốt thép. Bể lắng ngang sử dụng khi công suất lớn hơn 3000 m3/ ngày đêm. Cấu tạo bể lắng ngang : Bộ phận phân phối nước vào trong bể. Vùng lắng cặn. Hệ thống thu nước đã lắng. Hệ thống thu xả cặn. Có hai loại bể lắng ngang: Bể lắng ngang thu nước ở cuối ( thường kết hợp với bể phản ứng có vách ngăn hoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng). Bể lắng ngang thu nước đều trên mặt (thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng). Bể lắng đứng: Nước chảy từ dưới lên, Cặn lắng xuống. Bể lắng đứng áp dụng khi công suất nhỏ hơn 3000 m3/ ngày đêm. Bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy hình trụ (ống trung tâm). 1.3 Bể lắng lớp mỏng: Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang nhưng khác ở chỗ trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng có các vách ngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa. Hiện nay bể lắng lớp mỏng còn ít sử dụng ở Việt Nam do có nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu (nhất là xả cặn) tuy hiệu suất lắng của bể rất cao. Có ba loại bể lắng lớp mỏng: bể lắng lớp mỏng với dòng chảy ngang bể lắng lớp mỏng với dòng chảy nghiêng cùng chiều bể lắng lớp mỏng với dòng chảy nghiêng ngược chiều 1.4 Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Có cấu tạo giống với bể lắng đứng, nhung khác ở chổ nước chảy từ dưới lên trên và tiếp xúc với lớp cặn lơ lửng. 2. QUÁ TRÌNH LỌC: 2.1 Giới thiệu: 2.1.1 Định nghĩa: Lọc là quá trình làm sạch nước thong qua lớp vật liệu lọc nhằm tách các hạt cặn lơ lững, các thể keo tụ và ngay cả vi sinh vật ra khỏi nước kết quả sau quá trình lọc, nước sẽ có chất lượng tốt hơn cả về mặt vật lí, hóa học, sinh học. Lọc là sự kết hợp giữa ngăn giữ cơ giới và hấp thụ bề mặt. 2.1.2 Lý thuyết cơ bản: Khi lọc nước có chứa các hạt cặn bẩn qua lớp vật liệu lọc có thể xảy ra các quá trình sau: Cặn bẩn chứa trong nước lắng đọng thành màng mỏng trên bề mặt của lớp vật liệu lọc. Cặn bẩn chứa trong nước lắng đọng trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc. Một phần cặn lắng đọng trên bề mặt tạo thành màng lọc, một phần thì lắng đọng trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu lọc. 2.1.3 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 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 du, 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- 0.5 m/h. Bể lọc nhanh: Với tốc độ lọc 2 - 15 m/h. Bể lọc cực nhanh: Với tốc độ lọc > 25m/h. 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 < 0.4 mm. Bể lọc hạt trung bình: kích thước hạt của lớp trên cùng d < 0.4 – 0.8 mm. Bể lọc hạt cỡ lớn: kích thước hạt của lớp trên cùng >0,8mm dùng để lọc sơ bộ. Theo chế độ làm việc: Bể lọc trọng lực: hở, không áp. Bể lọc có áp lực : lọc kín,… 2.1.4 Vật liệu lọc: Cát thạch anh nghiền. Than antraxit (than gầy). Sỏi, đá. Các loại vật liệu tổng hợp (polime). Trong đó cát được sử dụng rộng rãi nhất do giá thành rẻ, có sẵn và hiệu suất lọc khá cao. Có thể dùng nhiều vật liệu lọc xếp thành từng lớp để nâng cao hiệu quả lọc Để xác định vật liệu lọc phải dựa vào một số chỉ tiêu: Độ bền cơ học Độ bền hoá học: tránh tính xâm thực. Kích thước hạt. Hình dạng hạt. Hệ số không đồng nhất: K= d80/d10 (Trong đó: d80,d10: kích thước cỡ hạt sàng để lọt qua 80%, 10% tổng số hạt). 2.2 Các loại bể lọc: 2.2.1 Bể lọc chậm: Cấu tạo: Bể lọc Nguồn nước Đập lấy nước Cửa đưa nước vào Cửa thu nước rửa Bể chứa bước sạch Cát lọc Sỏi đỡ Sàn thu nước Van điều chỉnh tốc độ lọc. Nguyên lý hoạt động: nước từ máng phân phối đi vào bể, qua lọc , lớp cát lọc trên lớp sỏi đỡ, qua hệ thống thu nước dưới lớp sỏi. Ưu điểm: Khi cho nước qua bể lọc với vận tốc nhỏ (0.1 – 0.3m/h) trên bề mặt cát, dần dần hình thành màng lọc. Nhờ màng lọc hiệu quả xử lý cao, 95 - 99% cặn bẩn và vi trùng có trong nước bị giữ lại trên màng lọc. Xử lý nước không dùng phèn do đó không đòi hỏi sử dụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp. Quản lý, vận hành đơn giản. Nhược điểm: Diện tích lớn do tốc độ lọc chậm. Khó tự động hóa và cơ giới hóa, quản lý thủ công nặng nhọc. Bể lọc chậm thường được áp dụng để xử lý nước mặt không dùng phèn chất lượng nước có hàm lượng cặn đến 50 mg/L và độ màu đến 500. Chất lượng nguồn nước mặt phụ thuộc vào chế độ mưa, sau mỗi trận mưa hàm lượng cặn tăng rất cao. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ làm việc của bể lọc chậm, gây tắc bể lọc khi hàm lượng cặn lên cao. 2.2.2 Bể lọc nhanh trọng lực: Cấu tạo: Ống dẫn nước từ bể sang Hệ thống thu nước lọc và phân phối nước rửa Ống dẫn nước lọc Ống xả nước rửa lọc Máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc Ống dẫn nước rửa lọc Mương thoát nước Máng phân phối nước lọc Ống xả nước lọc đầu Van điều chỉnh tốc độ lọc Nguyên lý hoạt động: nước lọc từ bể lắng ngang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa ra bể chứa nước sạch. Nhược điểm: Ít sử dụng cho các nhà máy công suất lớn. Diện tích lớn, khối lượng xây dựng lớn, khó cơ giới hóa và tự động hóa trong việc rửa lọc. Ảnh hưởng của rong, tảo. Không kinh tế do chỉ thích hợp với hàm lượng cặn lơ lững từ 20 đến 50 mg/L. Trong các bể lọc hiện nay đa số là dùng cát vàng (vì giá thành rẻ) nên hiệu quả lọc rất kém và rửa vật liệu lọc rất khó khăn. Hiệu quả và tuổi thọ của bể lọc còn phụ thuộc nhiều vào chế độ vận hành và bảo dưỡng công trình, nhất là quá trình lọc. 2.2.3 Bể lọc áp lực: Cấu tạo vỏ bể cát lọc sàn phun nước phễu đưa nước vào bể lọc ống dẫn nước vào bể ống dẫn nước xả lọc ống dẫn nước rửa lọc ống xả nước rửa lọc ống gió rửa lọc van xả khí van xả nhiệt lỗ thăm Nguyên lý hoạt động: nước đi vào bể qua một phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp cát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nước trong, đi vào đáy bể và vào nguồn tiếp nhận. Ưu điểm: Tăng tốc độ lọc, rút ngắn thời gian lọc. Hệ thống gọn, lắp ráp nhanh, không chiếm nhiều diện tích vì vậy nó tiết kiệm được đất xây dựng, thích hợp cho những nơi chật hẹp. Áp lực nước sau bể lọc còn dư có thể chảy thẳng lên bể chứa hay cấp nước trực tiếp cho các vị trí tiêu thụ, không cần máy bơm đợt 2. Nước có áp lực nên không xảy ra hiện tượng chân không trong lớp lọc, chiều cao lớp nước trên mặt cát lọc chỉ cần 0.4 – 0.6 m, đủ để thu nước rửa không kéo cắt lọc ra ngoài. Nhược điểm: Khi xử lý nước sông đã đánh phèn và qua lắng phải dùng bơm bơm vào bể lọc áp lực, cánh bơm làm phá vỡ bong cặn nên hiệu quả kém. Do bể lọc làm việc trong hệ kín nên không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc. Khi mất điện đột ngột, nếu van một chiều bị hỏng, hay rò nước hoặc xảy ra tình trạng rửa ngược, đưa cát lọc về bơm. 3. QUÁ TRÌNH KEO TỤ - TẠO BÔNG: Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của các hạt thường dao động trong khoảng 0.1 đến 10 μm. Các hat này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc cá hạt có kích thước nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Van der Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang điện tích, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3+ + HOH → Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH → Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH → Me(OH)3 + H+ ………………………………………… Me3+ + HOH → Me(OH)3 + 3H+ 3.1 Những chất keo tụ thường dùng 3.1.1 Phèn nhôm: [Al2(SO4)3.18H2O] Trong các loại muối nhôm, phèn nhôm được dùng rộng rãi nhất (45%) , do có tính hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 5.0 – 7.5. Loại muối này có màu trắng đục và ở dạng cục. Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân li thành các ion Al3+, sau đó các ion này bị thủy phân thành Al(OH)3: Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ . Các ion H+ sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (được đánh giá bằng HCO3-) hoặc thêm một số chất kiềm hóa thông dụng như là vôi (CaO). Một số trường hợp khác có thể dùng xôđa (Na2CO3), hoặc xút (NaOH)... Ưu điểm: Ít ăn mòn đường ống . Nhược điểm: Chịu ảnh hưởng lớn của pH. Khoảng nhiệt thich hợp hẹp 20 - 40oC (tốt nhất 35 - 40). Chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác như thành phần ion, hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường khuấy trộn. Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng sau: Al2(SO4)3+3Ca(HCO3)2 → Al(OH)3 + 3CaSO4â + 6CO2á Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỉ lệ (10 : 1) - (20 : 1). Phản ứng xảy ra như sau: 6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12 H2O → 8Al(OH)3â + 2Na2SO4 Người ta thường sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông. 3.1.2 PAC (Poly Alumina Chloride): Công thức hóa học :([Al2(OH)nCl6.nxH2O]m). Dùng để chỉ một hợp chất có nhôm cloride mà đã có một phần phản ứng với kiềm. Khi hòa tan vào nước thì Nhôm sulfate có tính acid cao hơn PAC (nói cách khác là giảm pH ít hơn nhôm sulfate). Nó chứa oligomer nhôm với điện tích cao (ảnh hưởng mạnh đến điện tích của hạt keo) ð do đó nó có hiệu quả keo tụ mạnh hơn hẳn các muối nhôm cùng loại. Ưu điểm: Làm cho độ pH không bị tụt thấp đột ngột nên dễ điều chỉnh pH hơn trong xử lý. So với nhôm sulfate thì PAC không có nhôm sulfate do đó sẽ giảm lượng SO42- đưa vào trong nước thải. Nhược điểm: Cho quá lượng PAC sẽ gây hiện tượng tái ổn định hạt keo. Lượng cloride trong PAC sẽ gây hiện tượng ăn mòn, đặc biệt là những nơi đóng cặn bùn. 3.1.3 Phèn sắt (Fe2SO4)3.nH2O hoặc FeCl3.nH2O (n = 1 – 6) Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do: Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp. Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn. Độ bền lớn. Dùng với liều lượng ít hơn phèn nhôm. Có thể khử mùi H2S Tuy nhiên, cấc muối sắt cũng như có nhược điểm là : Tạo thành phức hòa tan có màu do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm. Quá trình keo tụ sử dụng sắt xảy ra do các phản ứng sau: FeCl3 +3H2O → Fe(OH)3↓ + HCl Fe2(SO4)3 + 6H2O → Fe(OH)3↓ + 3H2SO4 Trong điều kiện kiềm hóa: 2FeCl3 +3Ca(OH)2 → Fe(OH)3↓ + CaCl2 FeSO4 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4 Để khắc phục một số nhược điểm của mỗi loại có thể dùng kết hợp cả phèn sắt và phèn nhôm (gọi là kết tủa hỗn hợp). Tỷ lệ hỗn hợp giữa phèn sắt và phèn nhôm tương ứng là 1:1 hoặc 2:1. Kết tủa hỗn hợp thích hợp nhất là vào mùa lạnh. 3.2 Chất trợ keo tụ Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm kiều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc tạo bông keo. Các chất keo tụ có nguồn gốc thiên nhiên thường dùng như là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O) Các chất trợ keo tự tổng hợp thường là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon. Liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest. 3.3 Các loại bể keo tụ tạo bông bể keo tụ - tạo bông - lắng tách riêng. Keo tụ Tạo bông Lắng Kết hợp bể lắng với buồng trộn và keo tụ đăt ở tâm. Keo tụ Tạo bông Lắng 3.3 Thiết bị cho quá trình khuấy trộn Khuấy trộn thủy lực: Dựa vào dòng chảy rối không có thiết bị cơ khí (dễ vận hành) Thiết bị là những tấm chắn lắp bên trong ống đủ để khuấy trộn hóa chất Trộn bằng máy bơm Bể trộn vách ngăn Trộn khí nén: Dùng khí nén để trộn. Khí được đưa vào qua ống, khuếch tán làm cho khí nổi lên mặt gây xáo trộn. Trộn cơ khí: Xáo trộn gây ra do cánh khuấy ở tốc độ cao. Có nhiều loại cánh khuấy như turbin, chân vịt, cánh guồng.... 3.4 Các loại bể tạo bông Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực: sử dụng năng lượng của dòng nước, kết hợp với các giải pháp về cấu tạo để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và dính kết giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước.Có 2 loại: Bể phản ứng xoáy: gồm xoáy hình trụ và xoáy hình côn. Bể phản ứng vách ngăn: Có cấu tạo như máng hình chữ nhật. Trong ván đặt các vách ngăn. Các vách ngăn có kích thước khác nhau để tạo chuyển động xoáy làm cho dung dịch trộn đều với nước. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí: Dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sự xáo trộn dòng chảy. Bể tạo bông dùng khí nén: Dùng bọt không khí nén phân bố đều giàn ống đặt dưới đáy bể. Bể tạo bông tiếp xúc qua lớp vật liệu hạt: Áp dụng cho nguồn nước có nhiều cặn hữu cơ. Bể kao tụ tiếp xúc đồng thời là bể lọc sơ bộ, do đó phải bố trí các thiết bị rửa, dòng nước qua lớp tiếp xúc có thể đi từ trên xuống hoặc từ dưới lên. 4. QUÁ TRÌNH KHỬ TRÙNG: Nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật, vi khuẩn và các loại vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn. Trong các hệ thống cấp nước công nghiệp, các vi sinh vật gây ra sự kết bám lên thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất thủy lực của hệ thống. Quá trình khử trùng giúp loại trừ được toàn bộ vi sinh vật và vi trùng có trong nước mà các quá trình xử lý cơ học không làm được. Theo nguyên lý, các quá trình khử trùng có thể chia thành các phương pháp lý học và hóa học. 4.1 Phương pháp lý học: 4.1.1 Phương pháp nhiệt: Khi đun sôi nước ở 100oC, đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt. Một số ít vi sinh vật khi nhiệt độ tăng lên cao sẽ chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc. Để tiêu diệt được nhóm bào tử này, cần đun sôi nước đến 120oC hoặc đun theo trình tự sau: đun sôi ở điều kiện bình thường 15 đến 20 phút, để cho nước nguội đến dưới 35oC và giữ trong vòng 2 giờ cho các bào tử phát triển trở lại, sau đó lại đun sôi nước một lần nữa. Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn kém năng lượng nên thường chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ. 4.1.2 Phương pháp khử trùng bằng tia cực tím: Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm. Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước. Tia cực tím có tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254 nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất. Trong các nhà máy xử lý nước, dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn này phát ra tia cực tím có bước song 253.7 nm, bóng đèn được đặt trong hộp thủy tinh không hấp thụ tia cực tím. Đèn được lắp thành bộ trong hộp đựng có vách ngăn phân phối để khi nước chảy qua hộp, được trộn đều để cho số lượng vi khuẩn đi qua đèn trong thời gian tiếp xúc ở hộp là cao nhất. Nhược điểm của thiết bị tia cực tím: Chi phí vận hành cao. Độ vẫn đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn, dẫn đến hiệu quả khử trùng thấp. 4.1.3 Phương pháp siêu âm: Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. 4.1.4 Phương pháp lọc: Phần lớn vi sinh vật trong nước có kích thước 1 – 2 μm. Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1 μm có thể loại trừ được đa số vi khuẩn. Lớp lọc thường dùng là các tấm sành, sứ xốp có khe rỗng cực nhỏ. Yêu cầu là nước đem lọc phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2 mg/L. F Kết luận: Khử trùng bằng các phương pháp vật lý có ưu điểm là không làm thay đổi các tính chất lý hóa của nước, không gây tác dụng phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các điều kiện cho phép. 4.2 Phương pháp hóa học: Cơ sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là: clo, brom, iod, clo dioxit, axit hypoclorit và muối của nó, ozon, kali permenganat, hydro peroxit. Do hiệu suất cao nên ngày nay khử trùng bằng hóa chất đang được áp dụng rộng rãi ở mọi quy mô. 4.2.1 Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó: Bản chất của quá trình khử trùng bằng clo: Clo là chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử acid hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra qua 2 giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào. Tốc độ phản ứng quá trình khử trùng được xác định bằng động học của quá trình khuếch tán chất diệt trùng và động học của quá trình phân hủy men tế bào. Tốc độ quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng. Tốc độ khử trùng còn phụ thuộc hàm lượng chất hữu cơ, các cặn lơ lững và các chất khử khác. Khi clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng của quá trình là thủy phân clo, tạo thành acid hypoclorit và acid clohydric: Cl2 + H2O → HOCl + HCl Và ở dạng phân ly ta có: Cl2 + H2O → 2H+ + ClO- + Cl- Tương tự khi dùng clorua vôi làm chất khử trùng ta có phản ứng sau: Ca(OCl)2 + H2O → CaO + 2HOCl 2HOCl → 2H+ + 2ClO- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng nước bằng Clo: Ảnh hưởng của pH: Khi pH tăng, hiệu quả khử trùng giảm. Bảng dưới đây cho các kết quả thực nghiệm xác định lượng clo dư tối thiểu cần thiết ứng với các giá trị pH khác nhau để diệt trùng hoàn toàn. Bảng: Hàm lượng clo dư tối thiểu để tiệt trùng hoàn toàn pH Lượng clo dư tối thiểu (mg/L) Clo tự do sau 10 phút tiếp xúc Clo hoạt tính kết hợp dạng cloramin sau 60 phút tiếp xúc 6 – 7 0.2 1.0 7 – 8 0.2 1.50 8 – 9 0.4 1.80 9 – 10 0.5 - >10 >1.0 - Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ tăng làm cho độ nhớt giảm, đồng thời chuyển động nhiệt tăng lên, quá trình khuếch tán chất khử trùng qua vỏ tế bào sinh vật tăng và quá trình khử trùng đạt hiệu quả cao hơn. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ khử trùng được biểu diễn qua mối quan hệ sau: Log = Trong đó: t1, t2: thời gian tiếp xúc (phút) cần để diệt trùng trong nước đến mức yêu cầu tương ứng ở nhiệt độ T1 và T2 tính theo độ K. E: năng lượng hoạt hóa của chất khử trùng R: hằng số chất khí, R = 1.99 kcal/độ. Ảnh hưởng của nồng độ: Khi tăng nồng độ chất khử trùng, thời gian tiếp xúc cần thiết sẽ giảm xuống và mối quan hệ này được biểu thị như sau: Cn.t = K Trong đó: C: nồng độ chất khử trùng t: thời gian cần thiết để khử trùng đến một giới hạn nhất định n: hệ số K: hằng số quá trình Khử clo dư trong nước: Dùng phương pháp hóa học, khử clo thành clorit hoặc dùng phương pháp vật lý, hấp thụ clo bằng than hoạt tính hoặc làm thoáng bề mặt. Khử clo bằng hóa chất như dùng SO2, Na2SO3, Na2S2O3 theo các phản ứng sau: Cl2 + SO2 + 2H2O → 2HCl +H2SO4 Cl2 + Na2SO3 + H2O → 2HCl + Na2SO4 4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4 Acid clohydric và acid sulfuric hình thành được trung hòa bằng độ kiềm dư của nước 4.2.2 Khử trùng nước bằng Iod: Iod là chất oxy hóa mạnh và thường được dùng để khử trùng nước ở các bể bơi. Iod được dùng ở dạng dung dịch bão hòa. Ở 0oC độ hòa tan của Iod là 100 mg/L. Ở 20oC là 300 mg/L. Khi độ pH của nước nhỏ hơn 7, liều lượng sử dụng là 0.3 – 1 mg/L. Nếu sử dụng liều lượng cao hơn 1.2 mg/L sẽ làm cho nước có mùi vị Iod. 4.2.3 Khử trùng nước bằng ion của các kim loại nặng: Các ion kim loại nặng với nồng độ rất nhỏ có thể tiêu diệt được các vi sinh vật và rêu tảo sống trong nước. Bảng: Nồng độ diệt trùng của ion kim loại nặng Kim loại Nồng độ cần (ml/L) để tiêu diệt Vi trùng Ecoli Rêu tảo Bạc – Ag 0,04 0,05 Đồng – Cu 0,08 0,15 Cadimi – Cd 0,15 0,10 Crom – Cr 0,70 0,70 Kẽm - Zn 1,40 1,40 Khử trùng bằng ion kim loại nặng đòi hỏi thời gian tiếp xúc lớn. Tuy nhiên không thể nâng cao nồng độ ion kim loại nặng để giảm thời gian diệt trùng vì ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 4.2.4 Khử trùng nước bằng Ozon: Khử trùng bằng ozon là một phương pháp tiên tiến và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Ozon trong nước không chỉ đơn thuần phá hủy men tế bào vi sinh vật mà nó còn có khả năng phá hủy cả nguyên sinh chất của tế bào. Trong khi Clo chỉ có thể phá hủy men tế bào. Ozon là chất không bền vững và bị phân hủy rất nhanh vì thế không thể lưu giữ lâu trong bình chứa nên chúng ta phải dùng máy sản xuất ozon ngay tại nơi sử dụng. Để cung cấp đủ lượng ozon khử trùng cho nhà máy xử lý nước, dùng máy phát tia lửa điện gồm 2 điện cực kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí chạy qua. Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang, đồng thời việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa các điện cực để chuyển một phần oxy thành ozon. Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ozon là nhiệt lượng, lượng nhiệt này là cho ozon dễ bị phân hủy ngược lại thành oxy do đó cần lắp thiết bị làm lạnh điện cực. Có 2 loại thiết bị làm lạnh điện cực: Làm lạnh bằng không khí Làm lạnh bằng nước Nồng độ ozon trong hỗn hợp khí đi ra khỏi máy phát từ 1 – 2% tính theo trọng lượng được đưa thẳng vào bể hòa tan và tiếp xúc với nước để khử trùng. Hiệu quả quá trình phụ thuộc vào chất lượng nước, cường độ khuấy trộn và thời gian tiếp xúc. Khả năng khử trùng của ozon: Khi mới cho vào nước, tác dụng tiệt trùng rất ít, khi ozon đã hòa tan đủ liều lượng, tác dụng khử trùng ozon mạnh và nhanh gấp 3100 lần so với Clo và thời gian khử trung xảy ra trong khoảng từ 3 – 8 giây. Liều lượng ozon để khử trùng từ 0.2 – 0.5 mg/L, tùy thuộc vào chất lượng nước đã xử lý. Ozon có tác dụng tiêu diệt virus rất mạnh khi thời gian tiếp xúc đủ dài, khoảng 5 phút. Ozon có khả năng oxy hóa phenol mà không để lại mùi vị, ozon còn có khả năng oxy hóa nhanh các ion Fe2+, Mn2+, S2-, NO2-,… nhưng lại không oxy hóa NH4+, đó là điều khác hẳn với Clo. Ngoài ra ozon còn có khả năng oxy hóa các hợp chất hữu cơ gây ra màu, mùi trong nước tốt hơn Clo. Đối với các hợp chất hữu cơ, ozon khả năng oxy hóa trực tiếp các liên kết nối đôi C = C, ví dụ như clophenol, ozon oxy hóa theo phản ứng sau: Sản phẩm của quá trình khử trùng bằng ozon thường là các chất giàu oxy và làm giảm phân tử lượng của các hóa chất. Ưu nhược điểm của việc khử trùng nước bằng ozon: Ưu điểm: Không có mùi, thời gian tác dụng nhanh, hiệu quả khử trùng cao. Làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ chất hữu cơ và các chất hoạt tính bề mặt. Khử màu, phenol, xianua. Tăng nồng độ oxy hòa tan. Không có sản phẩm phụ gây độc hại Tăng vận tốc lắng của các hạt lơ lửng. Nhược điểm: Vốn đầu tư ban đầu cao Tiêu tốn năng lượng điện. 5. CÁC QUÁ TRÌNH KHÁC: 5.1 Khử sắt. 5.1.1 Các trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong nguồn nước: Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị II: FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4,.. Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị III: Fe(OH)3, FeCl3,.. trong đó Fe(OH)3 là chất keo tự, dễ dàng lắng đọng trong các bể lắng và bể lọc. Các phức chất vô cơ của ion sắt với silicat, photphat [FeSiO(OH)3+3] Các phức chất hữu cơ của ion sắt vớ acid humic, fulvic,.. Các ion sắt hòa tan Fe(OH)+, Fe(OH)3- tồn tại tùy thuộc vào giá trị thế oxy hóa khử và pH của môi trường. 5.1.2 Lựa chọn dây chuyền công nghệ khử sắt: 5.1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử sắt: Quá trình oxy hóa sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III và thủy phân sắt hóa trị III thành bông cặn Fe(OH)3 dễ lắng động biểu hiện bằng phương trình sau: 4Fe2+ + O2 + 2H2O + 8OH- → 4Fe(OH)3 Để oxy hóa 1 mg Fe (II) tiêu tốn 0.143 mg oxy. Khi có đủ hàm lượng oxy để oxy hóa sắt, thời gian oxy hóa và thủy phân sắt trên công trình phụ thuộc vào trị số pH của nước theo tiêu chuẩn thiết kế các công trình cấp nước (TCM 33 - 85) và theo số liệu đúc kết nhiều năm của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Công nghệ cấp thoát nước thuộc Công ty Tư vấn cấp thoát nước số 2 – Bộ Xây dựng có thể lấy như sau: Tốc độ lọc qua bể tiếp xúc có thể lấy 5 – 20 m/h tùy thuộc vào thời gian lưu nước cần thiết và lượng cặn cần giữ lại sao cho qua bể lọc đợt I hàm lượng cặn còn lại đi vào bể lọc trong (lọc đợt II) < 15 mg/L. Tốc độ lọc qua bể lọc trong lấy 3 – 9 m/h tùy thuộc vào chiều dày và cỡ hạt của lớp vật liệu lọc và thời gian lưu nước cần thiết. Ngoài ra trong nước ngầm ngoài ion Fe2+ luôn có một lượng chất khử hoặc là hữu cơ hoặc vô cơ biểu thị bằng độ oxy hóa của nước tính theo mg/L oxy. Nếu trong nước có chứa các hợp chất của lưu huỳnh dưới dạng khí H2S hòa tan, ion HS- hoặc S2-, các hợp chất này là các chất khử đối với hệ sắt (tại 25oC thế oxy hóa tiêu chuẩn Eo = -0,48V nên có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình oxy hóa sắt). 2H2S + O2 → 2S + 2H2O 5.1.2.2 Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt: Sơ đồ làm thoáng đơn giản và lọc Điều kiện áp dụng: Độ màu của nước khi chưa tiếp xúc với không khí < 15. Hàm lượng SiO42- < 2 mg/L. H2S < 0.5 mg/L. NH4+ < 1 mg/L. Tổng hàm lượng sắt < 10 mg/L. Nhu cầu oxy = độ oxy hóa + H2S + Fe2+ < 7mg/L. Sơ đồ làm thoáng + lắng hoặc lọc tiếp xúc + lọc trong: Điều kiện áp dụng: Nhu cầu oxy = độ oxy hóa + 0.47 H2S + 0.15Fe2+ < 10 mg/L. Tổng hàm lượng sắt > 15 mg/L; tổng hàm lượng muối khoáng < 1000 mg/L. Hàm lượng SiO22- < 2 mg/L, NH4+ < 1.5 mg/L, H2S < 1 mg/L. pH < 6.8 thì tính toán thiết bị làm thoáng theo điều kiện khử khí CO2 để tăng pH. pH > 6.8 thì tính toán thiết bị làm thoáng theo điều kiện lấy oxy để khử sắt. Thí nghiệm khử sắt bằng mô hình: Làm thoáng đơn giản và lọc: Dùng ống lọc thí nghiệm bằng thủy tinh hay nhựa trong hình 10.6, đường kính tối thiểu 50 mm, bên trong đổ lớp cát lọc cỡ hạt 0.8 – 1.8 mm, dày 1 m. Nước thí nghiệm phải bơm liên tục từ giếng lên với lưu lượng lớn hơn 0.3 lần lưu lượng sẽ khai thác. Dùng ống cao su trích lấy một phần nước để thí nghiệm. Làm thoáng, lắng tiếp xúc và lọc: Nếu kết quả của quy trình (a) không đạt yêu cầu thì tiếp tục thí nghiệm theo quy trình sau: Dùng các chậu đục lỗ (1) và (2) làm giàn mưa (hình 10.7), chậu (1) có đường kính 100 mm, đáy khoan 100 lỗ đường kính 0.5 mm, chậu (2) có đường kính 150 mm, khoan 225 lỗ cùng đường kính 0.5mm. Lấy 5 lít nước từ giếng lên đổ vào chậu theo một cường độ tưới 10 m3/m2h. Nước chảy xuống chậu (3) để lắng 30 phút rồi lọc qua ống lọc với tốc độ 5 m/h. Tiến hành phân tích mẫu nước trước khi lắng, sau lắng và sau lọc. Lặp lại thí nghiệm nhiều lần với các cường độ tưới, thời gian lắng, tốc độ lọc khác nhau và chọn quy trình đạt các chỉ tiêu tối ưu nhất về khử sắt. Làm thoáng, pha vôi, lắng và lọc: Nếu quy trình (b) vẫn chưa cho kết quả mong muốn cần điều chỉnh độ pH của nước sau làm thoáng bằng cách pha thêm nước vôi bão hoà. Tiến hành thí nghiệm với các liều lượng vôi và thời gian lắng khác nhau và chọn lấy kết quả tối ưu. Pha clo, lắng tiếp xúc và lọc: Khi thí nghiệm bằng làm thoáng không đạt hiệu quả khử sắt thì chuyển sang dùng clo để oxy hoá sắt. Lấy năm bình thuỷ tinh có dung tích 2 lít, đổ đầy nước và pha clo với liều lượng khác nhau vào các bình rồi để lắng 45’. Lọc quy ống lọc và lấy mẫu để phân tích. Mẫu nào đạt tiêu chuẩn với liều lượng clo ít nhất sẽ được chọn. Trong thực tế quá trình khử sắt còn luôn chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố phụ, do vậy để xác định được quy trình tối ưu cần phải tiến hành thí nghiệm ở quy mô bán sản xuất và ngay cả trong quá trình quản lý. 5.2 Khử Mangan: 5.2.1 Phương pháp oxy hoá: 5.2.1.2 Xử lý có xúc tác: Bao gồm làm thoáng, lắng tiếp xúc, bể lọc một hoặc hai lớp. Cơ sở lựa chọn dựa trên điều kiện: nếu sau khi sắt bị oxy hoá hết, độ pH của nước còn giữ được cao hơn 8 thì quá trình oxy hoá Mn sẽ diễn ra thuận lợi. Bể lọc cần có lớp cát với bề dày không nhỏ hơn 1.5 m. Trong trường hợp này dùng bể lọc hai lớp (than antraxit và cát) đạt hiệu quả cao hơn. Ưu điểm của quy trình là chỉ có một cấp bể lọc, cặn Mn(OH)4 được tạo ra trước sẽ là nhân tố xúc tác cho sự oxy hoá Mn. Tuy nhiên quá trình rửa lọc sẽ rất phức tạp vì nếu rửa sạch cặn sắt nằm ở lớp vật liệu lọc bên trên (cần cường độ rửa lớn) thì khó giữ lại được lớp màng xúc tác Mn(OH)4 ở lớp cát bên dưới. 5.2.1.2 Xử lý không xúc tác: Khi hàm lượng sắt và mangan trong nước đều lớn hoặc không thoả mãn các yêu cầu của hệ một bậc thì chọn quy trình xử lý hai bậc. Quá trình khử sắt sẽ hoàn thành ở bậc một gồm các khâu làm thoáng, lắng, lọc. Sau đó xử lý nâng pH của nước lên trên 8. Nếu lượng oxy hoà tan còn lại không đủ để oxy hoá mangan tiến hành làm thoáng lại và lọc nước qua bể lọc thứ hai để xử lý mangan. Quy trình này tuy tốn kém hơn về xây dựng nhưng chất lượng và hiệu quả xử lý ổn định. Các bể lọc có chức năng khác nhau rõ ràng, nên vận hành rửa lọc đơn giản. 5.2.2 Các phương pháp khác để khử mangan: 5.2.2.1 Phương pháp hoá học: Sử dụng các chất oxy hoá mạnh như clo, ozon, KMnO4 để oxy hoá Mn2+ thành Mn4+. Clo oxy hoá Mn2+ ở pH = 7 trong 60 đến 90 phút clo dioxyde và ozone oxy hoá Mn2+ ở pH = 6.5 - 7 trong 10 đến 15 phút. Nếu trong nước có các hợp chất amoni thì quá trình oxy hoá Mn2+ bằng clo chỉ bắt đầu sau khi clo kết hợp với amoni thành cloramin và trong nước còn dư clo tự do. Kali permanganat oxy hoá Mn2+ ở mọi dạng tồn tại (kể cả dạng keo, hữu cơ) thành Mn(OH)4. 5.2.2.2 Phương pháp sinh học: Sử dụng vật liệu đã được cấy trên bề mặt một loại vi khuẩn có khả năng hấp thụ mangan trong quá trình sinh trưởng. Xác vi khuẩn chết sẽ tạo ra trên bề mặt hạt vật liệu lọc một màng mangan oxit có tác dụng như chất xúc tác trong quá trình khử mangan. 5.3 Làm mềm nước: Làm mềm nước là quá trình làm giảm nồng độ của ion canxi và magie là chất gây ra độ cứng của nước. Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm nước thích hợp. 5.3.1 Quy trình công nghệ làm mềm nước bằng vôi và soda. 5.3.1.1 Khử độ cứng carbonate của nước bằng vôi: Khử độ cứng carbonate bằng vôi có thể áp dụng trong trường hợp ngoài yêu cầu giảm độ cứng cần phải giảm cả độ kiềm của nước cũng như trong những trường hợp giảm độ kiềm là yêu cầu chính, có thể kết hợp với phương pháp làm mềm nước bằng Na – cationit để thu được nước có độ cứng bé đến mức cần thiết và có độ kiềm thấp. Khi cho dung dịch vôi bão hòa hay sữa vôi vào nước, trước hết chúng kết hợp với CO2 hòa tan trong nước tạo thành ion hydrocacbonat theo phản ứng: 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 Tiếp tục cho vôi vào nước, vôi sẽ kết hợp với ion hydrocacbonat thành ion cacbonat. Ion cacbonat mới tạo thành kết hợp với ion canxi có trong nước, nếu tích số nồng độ của ion cacbonat và ion canxi lớn hơn tích số hòa tan của CaCO3 thì cặn CaCO3 sẽ lắng đọng, tách ra khỏi nước. Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O Để khử magie phải pha vào nước một lượng vôi đủ để tạo thành hydroxit magie không tan. Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O Nếu trong nước có hydrocacbonat natri thì khi pha vôi vào nước sẽ tạo ra cặn CaCO3 và cacbonat natri. 2NaHCO3 + Ca(OH)2 à CaCO3 + Na2CO3 + H2O Nếu hàm lượng của các ion HCO3- + CO32- có trong nước nhỏ hơn tổng hàm lượng của Ca2+ và Mg2+ hì sẽ có một lượng Mg hòa tan trong nước dưới dạng muối của acid mạnh, ví dụ MgSO4 và MgCl2. Trong trường hợp này nếu xử lý nước bằng vôi thuần túy sẽ xảy ra việc chuyển các muối cứng không cacbonat của ion magie thành hydroxide magie không tan đồng thời tạo ra một lượng tương đương muối cứng canxi của các acid mạnh tan trong nước. MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2 Quá trình này làm giảm độ cứng magie nhưng độ cứng tổng không giảm bởi vì ion canxi của vôi hòa tan trong nước thay thế cho ion magie tách ra khỏi nước đúng một lượng tương đương của nó. Như vậy để giảm độ cứng trong trường hợp này phải pha thêm vào nước một lượng ion CO32- sao cho tích số nồng độ CO32- mới cho vào và nồng độ ion Ca2+ của vôi đã thay thế cho ion Mg2+ lớn hơn tích số hòa tan của CaCO3. Liều lượng vôi cần pha vào nước để khử độ cứng cacbonat phụ thuộc vào tỷ số của các ion canxi, magie, hydrocacbonat (tính bằng mđlg/L) có trong nước. Nếu nồng độ của ion canxi có trong nước lớn hơn nồng độ của ion hydrocacbonat (hình 11.1a) thì lượng vôi cần thiết để khử độ cứng cacbonat có thể xác định bằng lượng vôi cần thiết để chuyển CO2 và ion hydrocacbonat thành ion cacbonat là ion sẽ kết hợp với ion canxi có trong nước thành hợp chất không tan CaCO3. Như đã nói trên trong trường hợp này không cần tính lượng vôi để khử độ cứng magie. 5.3.1.2 Làm mềm nước bằng sođa (Na2CO3): Làm mềm nước bằng vôi và soda là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất kỳ của nước. Khi cho vôi vào nước khử được độ cứng canxi và magie ở mức tương đương với hàm lượng của ion hydrocacbonat trong nước. Nếu cho thêm vôi vào nước sau khi đã chuyển tất cả CO2 và ion hydrocacbonat thành ion cacbonat và để lắng xuống dưới dạng hợp chất CaCO3 thì tùy trong nước có tạo ra cặn không tan Mg(OH)2 làm giảm độ cứng magie, nhưng tổng độ cứng lúc đó không giảm vì Ca2+ của vôi mới cho vào thay ion Mg2+ kết hợp với anion của các acid mạnh tạo thành muối canxi của các acid mạnh tan trong nước. Trong thực tế xử lý nước thường dùng soda Na2CO3. Khi cho Na2CO3 vào nước ion Ca2+ còn dư sẽ chuyển thành cặn theo phản ứng: CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl Còn magie chuyển thành cặn do cho thêm vôi vào theo phản ứng: MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2 5.3.1.3 Làm mềm nước bằng photphat và bari: Khi làm mềm nước bằng vôi và soda do độ cứng của nước sau khi làm mềm còn tương đối lớn, người ta bổ sung phương pháp làm mềm triệt để bằng photphat. Hóa chất thường dùng là trinatri photphat hay dinatri hydrophotphat. Khi cho các hóa chất này vào nước chúng sẽ phản ứng với ion canxi và magie tạo ra muối photphat của canxi và magie không tan trong nước. Quá trình làm mềm nước bằng photphat để đạt được độ cứng bé thường tiến hành ở nhiệt độ nước lớn hơn 100oC. Với quá trình này có thể thu được nước sau làm mềm có độ cứng gần 0.04 – 0.05 mđlg/L. Do giá thành cao của photphat, nên thường không dùng thuần túy photphat để làm mềm nước mà thường chỉ dùng photphat sau khi đã làm mềm trước bằng vôi và sođa. Để khử độ cứng sulfate có thể dùng carbonate bari BaCO3, bari hydroxyde Ba(OH)2 hay aluminat bari Ba(AlO2)2. Quá trình làm mềm diễn ra theo các phản ứng sau: 5.3.2 Làm mềm bằng phương pháp nhiệt: Làm mềm bằng phương pháp nhiệt dựa trên nguyên tắc: khi đun nóng nước cân bằng hợp chất cacbonic chuyển dịch về phía tạo ra cặn không tan cacbonat canxi. Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O Trạm để làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt gồm các công trình sau: Thiết bị pha và định lượng hóa chất, thiết bị đun nóng nước, bể lắng và bể lọc. Dùng xút thay cho vôi đơn giản được các thiết bị pha và định lượng nhưng giá thành của xút đắt hơn rất nhiều nên thực tế hầu như không dùng xút. 5.3.3 Làm mềm nước bằng cationit: Làm mềm nước bằng cationit dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationit, nhưng có khả năng trao đổi ion, khi ngâm trong nước các chất này hấp thụ cation của muối hòa tan lên bề mặt hạt và nhả vào nước một số lượng tương đương cation đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước. Sở dĩ cationit có tính chất như vậy là vì trong thành phần cấu tạo của nó có nhóm trao đổi ion hay còn gọi là nhóm hoạt tính. Nếu quy ước gọi lõi không thay đổi này bằng chữ R thì vào nhóm oxy hóa hydroxyn (OH) hay cacboxyn (COOH) được tạo ra trên bề mặt lõi khi oxy hóa. Các nhóm này có khả năng phân ly, nghĩa là trong môi trường nước diễn ra quá trình: ROH → RO- +H+ RCOOH → RCOO- + H+ Đại bộ phân vật liệu trao đổi ion thuộc loại nhựa tổng hợp. Vật liệu trao đổi của ionit, những ion di động có khả năng trao đổi có thể tích điện dương hoặc tích điện âm. Khi tích điện dương cation di động là ion H+. Cationit như vậy thực chất là một acid đa hóa trị, và anionit có nhóm trao đổi OH- là kiềm đa hóa trị. Độ di động của các ion có khả năng trao đổi bị giới hạn bởi khoảng cách mà với khoảng cách đó, sự liên kết của các ion di động với các ion không di động tích điện trái đấu gắn trên bề mặt của lõi còn chưa bị mất. Không gian giới hạn xung qunh lõi ionit, trong đó có chứa các ion di động, có khả năng trao đổi gọi là bầy khí quyển ion của ionit. Dung tích trao đổi ionit phụ thuộc vào số nhóm hoạt tính trên bề mặt hạt ionit. Do đó ionit có cấu trúc xốp được sử dụng rộng rãi hơn. III. CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP: 1. XỬ LÝ NƯỚC MẶT 1.1 Nhà máy cấp nước Thủ Đức: 1.1 Đặt vấn đề: Đặc trưng của nước mặt: Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên trong nước mặt có thể tìm thấy các thành phần sau đây: Các khí hòa tan, đặc biệt là oxy Các chất hòa tan dưới dạng ion và phân tử, có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ. Các chất rắn lơ lửng. Sự hiện diện của nhiều loại tảo là vi sinh vật. Chất lượng nước thay đổi theo mùa và bị ảnh hưởng mạnh mẽ của hoạt động con người. Đến năm 2010, trong lưu vực sông Đồng Nai đã có hơn 60 khu công nghiệp với hàng nghìn nhà máy sản xuất hóa chất, năng lượng, xi măng, dệt nhuộm, chế biến thực phẩm, luyện kim, cơ khí, điện tử, da giày,.....Nhiều khu công nghiệp nằm ở thượng nguồn sông và đang xả thải trực tiếp vào hệ thống sông này. Với dân số hiện tại trong khu vực khoảng 15 triệu người, các hoạt động phát triển kinh tế xả hội trên hệ thống sông Đồng Nai rất đa dạng, phức tạp gắn với nhiều mục đích khác nhau: thủy điện, thủy lợi, tưới tiêu, cấp nước, giao thông, du lịch, nuôi trồng thủy sản,... tạo ra các chất thải sinh hoạt và vận chuyển các chất thải này vào môi trường nước. Nước là nguyên liệu sản xuất không thể thay thế và là nguồn sống rất đặc biệt. Ngày nay, cùng với sự phát triển về kinh tế, xã hội, nhu cầu về nước cho sinh hoạt, công nghiệp tăng nhanh cả về sản lượng lẫn chất lượng. Vì thế con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để phục vụ cho mình. Nguồn nước mặt ở Việt Nam rất dồi dào, sử dụng cho nông nghiệp tỷ lệ gần 100% và phục vụ cho công nghiệp, sinh hoạt chiếm tỷ trọng khoảng 70%. Hầu hết các nhà máy nước của khu dân cư tập trung đều sử dụng nước mặt, nguồn nước sử dụng cho các nhà máy là các con sông. Trong kỹ thuật xử lý nước cấp, tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về chất lượng nước cấp mà người ta quyết định quá trình xử lý để có được chất lượng nước cấp đảm bảo các chỉ tiêu và ổn định chất lượng nước cấp cho các nhu cầu sử dụng. Thành phố Hồ Chí Minh là một trung tâm thương mại lớn, có mật độ dân cư đông nhất nước thì vấn đề cung cấp nước sạch và liên tục cũng là mối quan tâm hàng đầu. Điều đó đòi hỏi phải có một công nghệ xử lý nước với quy mô lớn, đảm bảo chất lượng và ổn định. Nhà máy nước Thủ Đức đã đáp ứng nhu cầu đó với công suất xử lý ổn định là 750.000 m3/ngày đêm, chất lượng đầu ra đạt tiêu chuẩn. Công nghệ xử lý nước mặt của Nhà máy còn được xem là tiêu biểu và hoàn chỉnh nhất ở nước ta hiện nay. 1.2 Nguyên tắc hoạt động của các công trình đơn vị: Giai đoạn Keo tụ - tạo bông: Giai đoạn này được thực hiện khi nguồn nước quá đục (nước sông có nhiều chất lơ lửng) để tăng hiệu quả lắng, giảm khối tích của các công trình làm sạch, tuy nhiên nó tốn nhiều chi phí quản lý. Trong giai đoạn này người ta cho vào nước các loại phèn thích hợp dưới dạng dung dịch, nó tác dụng với muối Ca2+, Mg2+ trong nước tạo thành các bông kết tủa. Các bông này khi rơi xuống sẽ kéo theo các chất lơ lửng khác và nước được làm sạch sơ bộ. Khi cho phèn vào nước thì phản ứng xảy ra như sau: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3) → 3CaSO4 + 2Al(OH)3↓ + 6CO2 Các loại phèn thường dùng là phèn nhôm Al2(SO4)3 và phèn sắt FeSO3, FeCl3. Tại Nhà máy nước Thủ Đức, giai đoạn kết tủa được thực hiện trong các công trình sau đây: Công trình để dự trữ, chuẩn bị và định liều lượng phèn: kho máy nghiền, cân đong đo phèn… Các công trình để hoà trộn phèn với nước thành dung dịch: thùng hoá trộn (hoà sơ bộ phèn với nước), thùng dung dịch và các thiết bị đo liều lượng phèn cho vào nước. Công trình trộn đều phèn với nước để tăng hiệu quả phàn ứng kết tủa: các bể trộn (2 bể). Các công trình để tạo thành bông kết tủa: các ngăn, bể phản ứng (nơi phản ứng hoàn thành, bông kết tủa bắt đầu xuất hiện) Hình ảnh: Máy khuấy trên bể phản ứng (Keo tụ - tạo bông) Giai đoạn lắng: Thực hiện trong các bể lắng, giữ lại phần lớn (gần 60%) các hạt cặn lơ lửng trong nước. Bể lắng hoạt động dựa trên các nguyên tắc sau: Nước chảy từ từ qua bể lắng, dưới tác dụng của trọng lực bản thân, các bông cặn trong quá trình di chuyển tới cuối bể sẽ rơi dần xuống đáy bể. Thực nghiệm cho thấy rằng việc lắng cặn chậm dần so với thời gian, lúc đầu cặn lắng nhanh hơn, các hạt cặn rơi trước đến một lúc nào đó ( 1- 1,5 giờ) có thể coi như cặn lắng không rơi nữa. Tại Nhà máy nước Thủ Đức, giai đoạn lắng được thực hiện bằng loại bể lắng ngang. hoạt động và cấu tạo bể như sau: Bể lắng ngang giống như một bể chứa hình chữ nhật, làm bằng gạch hay bê tông cốt thép, gồm 4 phần: ngăn phân phối nước, ngăn lắng, ngăn chứa cặn và ngăn thu. Ngăm phân phối nước thường đi liền với bể phản ứng có bề rộng 0,7 - 2,0m phụ thuộc vào công suất xử lí. Nước từ ngăn phân phối đi qua vùng lắng, cặn rơi vào vùng chứa và đọng lại. Thu nước có thể theo hình thức thu nước ở cuối bể và cũng co thể thu nước bề mặt. Đáy bể có độ dốc hướng về ống tháo cặn. tốc độ nước chảy qua bể vào khoảng. Chiều sâu H của bể bằng 3 - 5m. Bể lắng ngang thích hợp cho trạm xử lý có công suất lớn. Hình ảnh: Bể lắng Giai đoạn lọc: Là giai đoạn kết thúc của quá trình làm trong nước và được thực hiện trong các bể lọc. Các bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ và một số vi khuẩn còn lại sau giai đoạn lắng. Việc lọc nước được thực hiện bằng cách cho nước chảy qua một lớp vật liệu lọc thường là cát thạch anh có cỡ hạt 0.5 - 1mm hoặc than Antraxit có kích thước tương tự. Chiều dày lớp vật liệu lọc khoảng 0.7 – 1.2m. Ngoài ra để giữ cho cát không chui vào ống thu, trong bể lọc còn có đặt các vật liệu đổ cát như cuội, sỏi, đá dăm,… có độ lớn tăng dần theo chiều nước chảy khi lọc nước. Qua một thời gian là việc, các lớp vật liệu lọc bị bẩn là giảm công suất của bể và ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sau lọc, khi đó người ta phải tiến hành rửa lọc. Giai đoạn khử trùng: Sau khi qua bể lắng, bể lọc, phần lớn vi trùng trong nước (khỏang 90%) bị giữ lại và tiêu diệt. Tuy nhiên để đảm bảo hoàn toàn vệ sinh người ta tiếp tục khử trùng cho đến khi đạt tới giới hạn cho phép (< 20 con E.Coli/1 lít nước). Phương pháp khử trùng thường dùng nhất là clorua hóa, tức cho Clo hơi hoặc Clorua vôi (25 - 30%) vào nước dưới dạng dung dịch để khử trùng. Khi cho Clorua vôi (CaCl2) vào nước, phản ứng diễn ra như sau: 2CaCl2 → Ca(OCl)2 + CaCl2 (tự phân hủy) Ca(OCl)2 + CO2 + H2O →CaCO3 + 2HOCl (CO2 có sẵn trong nước) HOCl →HCl + O↑ Oxi tự do sẽ oxi hóa các chất hữu cơ và giết chết vi trùng. Để phản ứng xảy ra hòan tòan thì thời gian tiếp xúc giữa dung dịch Clo và nước tối thiểu là 30 phút. Clo và Clorua vôi thường cho vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa, liều lượng Clo có thể bằng 0.5 – 1 mg/l để tránh cho nước có mùi Clo. 1.3 Hoạt động của nhà máy cấp nước Thủ Đức: Trụ sở giao dịch chính của Nhà máy nước Thủ Đức đặt tại số 02 Lê Văn Chí, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh. Tổng diện tích của Nhà máy nước Thủ Đức là 51.44 ha, diện tích sử dụng là 29 ha. Nhà máy được Xây dựng năm 1963 và đưa vào hoạt động năm 1966, là đơn vị trực thuộc Tổng công ty cấp nước Sài Gòn. Nhà máy nước Thủ Đức là đơn vị cấp nước sạch chủ lực của Tổng công ty Cấp nước Sài Gòn cũng như Thành phố. Công suất hoạt động của Nhà máy là 750.000 m3/ngày đêm. Ngoài ra mỗi ngày bổ sung thêm 100.000 m3 của Công ty Cấp nước Bình An. Vậy tổng lượng nước sạch của Nhà máy nước Thủ Đức cung cấp cho Thành phố với lưu lượng ổn định là 850.000 m3/ngày đêm. Sơ đồ công nghệ của Nhà máy cấp nước Thủ Đức: Trình bày quy trình công nghệ: Từ trạm bơm cấp I Hóa An, nước sông Đồng Nai qua công trình thu gồm 2 ống bê tông ϕ2000 mm cách bờ 34m, sâu 4m, bơm vào ống truyền tải nước thô ϕ2400 mm dẫn về Nhà máy nước Thủ Đức. Tại Nhà máy, nước sông được nhận từ bể giao liên, mực nước ở đây luôn được duy trì độ cao nhất định tạo dòng tự chảy qua các công trình xử lý tiếp theo. Rời bể giao liên nước được dẫn qua ống ngầm, tiếp đó có lắp đồng hồ đo lưu lượng nước sông nối tiếp với kênh dẫn hở, tại đầu kênh dẫn hở này có đặt ống châm dung dịch phèn, tận dụng dòng nước chảy rối trong kênh dẫn để dung dịch phèn và nước sông được hòa trộn. Kênh dẫn nước sông chia nước vào 2 bể trộn sơ cấp, trên mỗi bể trộn sơ cấp có lắp 2 máy khuấy 30kW – 105 vòng/phút để tăng cường độ khuấy trộn đều nước sông và dung dịch phèn, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng thủy phân phèn ở bể phản ứng, sau đó nước sông qua bờ tràn dẫn vào 2 bể phản ứng. Tại ngõ ra bể trộn sơ cấp có gắn hệ thống châm dung dịch polymer (chất trợ lắng). Thời gian lưu nước tại bể trộn này là 70 - 80 giây. Hệ thống châm polymer chỉ sử dụng tăng cường vào mùa mưa khi nước có độ đục cao. Nước sông vào 2 bể phản ứng với thời gian lưu nước 19 phút, trên mỗi bể phản ứng lắp đặt 32 máy khuấy phân bố đều suốt chiều dài bể, tại mỗi bể phản ứng dung dịch phèn được thủy phân thành dung dịch keo mang điện tích dương có khả năng hấp thụ các hạt lơ lửng trong nước mang điện tích trái dấu để tạo thành các bông cặn. Các hạt keo được cánh khuấy tương tác trở nên năng động, tạo điều kiện tiếp xúc với các hạt lơ lửng để thêm cặn nhiều và lớn hơn. Rời bể phản ứng, nước đi qua 1 kênh dẫn hình thang để phân phối đều cho 7 bể lắng ngang. Tại kênh phân phối này đặt hệ thống thổi hơi ở đáy bể giữ cho cặn không lắng xuống. Trong giai đoạn này, nước sẽ chảy từ từ qua bể, dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, các bông cặn sẽ chìm dần xuống đáy bể. Giai đoạn này giữ lại phần lớn các hạt lơ lửng trong nước (80%), cặn lắng xuống nhiều nhất ở khoảng ¼ chiều dài của bể. Thời gian lưu nước trong bể lắng khoảng 2 giờ, phần lớn nước trong trên mặt sẽ tràn qua máng phẳng thu nước (bể lắng lớn có 6 máng thu và bể lắng nhỏ có 2 máng thu). Lượng bùn lắng tích tụ nhiều sẽ ảnh hưởng đến cơ chế thủy lực trong bể, vì vậy trung bình 3 tháng bể lắng được xả cạn để rửa bùn. Nước ra khỏi bể lắng được đưa vào 1 kênh dẫn chung, phân phối nước cho 20 bể lọc. Mỗi bể lọc có diện tích 132.6 m2, tốc độ lọc trung bình 13 m/h và công suất là 37.500 m3/ngàyđêm. Hồ lọc có khoang thu nước ở đáy, phía trên là lớp đan đỡ vật liệu lọc, đan có lỗ gắn chụp lọc nhựa đuôi dài. Lớp vật liệu lọc được sắp xếp thành 2 lớp: lớp sỏi đỡ dày 100 mm, lớp cát dày 950 mm. Các bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ và vi khuẩn mà hồ lắng không thể giữ lại được để làm trong nước. Theo trọng lực nước đi qua lớp vật liệu lọc, các hạt cặn, bông cặn được giữ lại và cho lớp nước trong vào khoang thu nước dẫn ra ngoài. Sau thời gian lọc trung bình 24 giờ, bể lọc bị nghẽn lọc, tồn thất áp lực tại lớp vật liệu lọc đạt 1.5 m; hệ thống lọc báo nghẹt và phát tín hiệu yêu cầu rửa. Khi bể lọc rửa, hoạt động lọc tạm ngưng, hệ thống điều khiển tác động vào các van hồ lọc thực hiện 3 giai đoạn của quá trình rửa lọc: rửa gió, rửa gió kết hợp với nước và rửa nước với tổng thời gian rửa lọc mất 21 phút và lượng nước rửa lọc là 500 m3/hồ lọc. Từ hồ lọc nước được thu vào 1 mương chung dẫn đến bể trộn thứ cấp, bể có trang bị 2 máy khuấy 50HP. Tại đây có đường ống châm vôi, Clo và Fluor, đưa vào bể trộn các hóa chất này đạt hàm lượng cho phép, đảm bảo tiêu chuẩn nước ăn uống sinh hoạt. Các máy khuấy trộn tại bể thứ cấp trộn đều dung dịch hóa chất và nước lọc trước khi theo kênh dẫn vào bể chứa nước sạch. Nước từ các bể chứa nước sạch được dẫn vào trạm bơm cấp II bằng 1 mương dẫn nước ngầm. Trên mương có gắn 1 thiết bị Ventury đo lưu lượng nước lọc, tại đây dung dịch Clo được châm vào nước 1 lần nữa để đảm bảo hàm lượng Clo dư đạt tiêu chuẩn trong mạng lưới cấp nước. Từ trạm bơm cấp II, nước được bơm cấp cho Thành phố qua đường ống ϕ2000 mm, dài 12.4 km (đến trạm phân phối cầu Điện Biên Phủ) và phân phối đến các hộ dân qua mạng lưới cấp nước Thành phố. 1.2 Nhà máy cấp nước Tân Hiệp: Nhà máy nước Tân Hiệp là một đơn vị sản xuất trực thuộc Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn được thành lập vào tháng 1 năm 2004. Nhà máy bao gồm Trạm bơm nước thô Hòa Phú tại khu vực Bến Than, xã Hòa Phú, huyện Củ Chi và Khu xử lý nước Tân Hiệp tại ấp Thới Tây I, xã Tân Hiệp, huyện Hóc Môn. Hiện nay nhà máy đang sản xuất 300.000 m3 nước sạch/ngày với qui trình công nghệ xử lý như sau: nước sông Sài Gòn được trạm bơm Hòa Phú đưa về khu xử lý nước Tân Hiệp theo tuyến ống 1800 mm. Nước thô được châm thêm vôi và clo nhằm hạn chế và loại bỏ rong tảo và các loài vi sinh vật đồng thời khử màu, amonia và các hợp chất hữu cơ có trong nguồn nước. Sau đó nước từ bể phân chia lưu lượng sẽ chảy sang bể trộn. Tại đây, vôi và phèn được trích thêm vào để thực hiện quá trình keo tụ tạo bông nhằm loại bỏ độ đục và nâng cao chất lượng nước. Tiếp tục nước được lắng và lọc để đạt được độ trong suốt cần thiết trước khi được khử trùng bằng clo. Nước cấp từ bể chứa nước sạch được trạm bơm cấp 2 đưa vào mạng lưới cấp nước của thành phố. XỬ LÝ NƯỚC NGẦM – NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC VIỆT HÒA, HẢI DƯƠNG: Đặc trưng của nước ngầm: Nguồn nước ngầm có trữ lượng ổn định, có pH thấp (5.2 – 5.6), chứa nhiều khoáng (kim loại nặng). Trong đó hàm lượng sắt từ 20 – 30 mg/L và hàm lượng Mangan khoảng 2.1 mg/L. Nhưng nhờ công nghệ hiện đại của Nhật nên hàm lượng Fe và Mn giảm xuống ở mức 0 mg/L sau xử lí. Nhà máy nước Việt Hoà là nhà máy sản xuất nước sinh hoạt lấy nguồn là nước ngầm cách nơi xử lý gần 30 km. Công ty thiết kế là công ty tư vấn thiết kế PCI. Vốn đầu tư của Nhật và Nhật thi công toàn bộ, tự động toàn bộ, có nhà điều hành trung tâm. Nhà máy đi vào hoạt động từ năm 2001. Công xuất tính toán của nhà máy khoảng 10200 m3/ngày đêm.  Có phòng thí nghiệm với máy thí nghiệm nhanh được 97 chỉ tiêu hóa học chất lượng của nước. Hàm lượng sắt 34 mg/L (tương đối cao). Hàm lượng Mangan 2 mg/L. Hàm lượng sắt và mangan sau xử lý đều bằng 0. Sơ đồ dây chuyền công nghệ: Bể trộn: 1 bể, dùng bể trộn đứng. Nước từ trạm bơm nước thô được bơm đến bể trộn. Do hàm lượng Fe và Mn tương đối cao nên khi oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân thì pH giảm, ta cho vôi vào để tăng pH và ổn định nước. Bể phản ứng: 12 bể. Dùng bể phản ứng đứng có vách ngăn. Kích thước bể 10 × 10 m. Tại bể phản ứng sau khi chất lơ lửng được tiếp xúc với hoá chất tạo bông cặn PAC sẽ hình thành các tầng cặn lơ lửng.  Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: 14 bể. Ở bể phản ứng đã hình thành quá trình tạo bông cặn. Các bông cặn này được chuyển sang bể lắng trong bằng 2 kênh dẫn. Quá trình lắng cặn xảy ra ở đây. Chu kỳ xả cặn là 1 lần/ngày. Bể lọc nhanh: Sau khi lắng cặn ,nước được chuyển qua bể lọc nhanh .Vật liệu lọc gồm 3 lớp là hạt than và cát mịn (dày 0.95 m), cát mangan, cát thô (dày 0.5 m) được đặt lên tấm đan đỡ vật liệu lọc bằng bê tông cốt thép dày 40 mm. Khi vật liệu lọc dã bão hoà chất bẩn, ta tiến hành rửa lọc. Bể chứa nước sạch: Nước sau khi qua bể lọc được khử trùng bằng clo (từ trạm clo) trên các đường ống rồi được chứa vào bể chứa nước sạch. Trạm bơm cấp II: Gồm 3 máy bơm ly tâm : 2 bơm công tác + 1 bơm rửa lọc Các công trình phụ trợ khác: Nhà quản lý, nhà điều hành bán tự động. Khu kinh doanh nước uống tinh khiết…. Sơ đồ dây chuyền công nghệ Giàn mưa Thiết bị định lượng Bể lắng có lớp cặn lơ lửng Ống xi phông Sân phơi bùn XỬ LÝ NƯỚC THẢI THÀNH NƯỚC CẤP – NEWATER TẠI SINGAPORE: Singapore là quốc gia hầu như không có tài nguyên, được tách khỏi liên bang Malaysia từ năm 1965 và có hai thỏa thuận mua nước chưa qua xử lý với nước này – một hết hạn vào năm 2011 và một sẽ hết hiệu lực vào năm 2061. Singapore tin rằng khi đó, nước này có thể cung cấp mọi nhu cầu nước nếu cần thiết – một tiến bộ vượt bậc trong chiến lược an ninh của họ. Quy trình tái chế nước thải: Tình trạng thiếu nước uống được luôn luôn là một vấn đề nghiêm trọng, kể từ khi Singapore có ít tài nguyên thiên nhiên đã trở thành độc lập từ Malaysia. Mặc dù thông qua các hồ chứa và hợp đồng từ nguồn cung cấp nước Malaysia Singapore có thể có được nước uống, nó vẫn không đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của tài nguyên nước. Để giải quyết vấn đề quan trọng, Ban Tiện ích công cộng (PUB) phối hợp với Bộ Tài nguyên Môi trường và Nước (MEWR) bắt đầu nghiên cứu NEWater tại Singapore. Muốn tái sử dụng nước thải, NEWater đã pha trộn nước thải trong các hồ trữ  với nguồn nước thô để chuẩn bị cho các công đoạn tiếp theo. Quy trình NEWater sản xuất: Khi nước được đưa đến nhà máy NEWater thì tại đây có các quá trình sau: Bước đầu tiên được gọi là vi lọc là rào cản đầu tiên của quá trình sản xuất NEWater. Vi lọc được sử dụng để lọc ra các chất rắn lơ lửng, các hạt keo, vi khuẩn gây bệnh, một số virus và các u nang sinh vật đơn bào. Các phân tử nước, các muối hòa tan và các phân tử hữu cơ có thể đi qua màng tế bào với một số chất gây ô nhiễm. Bước thứ hai là sử dụng một loại màng được gọi là thẩm thấu ngược (RO) để làm sạch nước. RO là một loại màng bán thấm lọc ra những chất gây ô nhiễm không mong muốn như vi khuẩn của các kim loại nặng, vi rút, thuốc trừ sâu, clo và nitrat. Áp lực được đặt trên mặt nước trong bước này, chỉ có các phân tử nước và muối mức rất thấp giải thể và các chất hữu cơ có thể có được thông qua. Thứ ba, cũng như bước cuối cùng đóng vai trò như biện pháp phòng ngừa an toàn đó là khử trùng được đặt tên, sử dụng tia cực tím, bước này là để đảm bảo độ tinh khiết của nước sản phẩm được đảm bảo và tất cả các sinh vật là bất hoạt. Bên cạnh đó, một số hóa chất kiềm bổ sung được sử dụng để khôi phục lại sự cân bằng pH. Trên thực tế, nước đã sẵn sàng để sử dụng sau khi bước này. Trong kết luận, ba bước của sản xuất NEWater vi lọc, thẩm thấu ngược và khử trùng. Bây giờ thông qua ba bước này, một khi nước thải được tái sử dụng và phục vụ cho tất cả các lĩnh vực của cuộc sống của người dân Singapore. 4. LỌC NƯỚC MẶN RA NƯỚC NGỌT Nguồn nước ngọt sử dụng trong nông nghiệp, công nghiệp và gia cư đang hiếm dần, và càng trầm trọng trong tương lai, vì nhiều lý do: Mưa sẽ giảm nhiều nơi, tình trạng hạn hán trầm trọng xảy ra thường xuyên hơn trong tương lai, đưa đến cạn nước trong các hồ chứa nước, sông, và nước ngầm. Nguồn nước ngọt như nước mưa (mưa acid), nước sông, hồ, nước ngầm càng ngày càng bị ô nhiễm. Nước mặn xâm nhập vào nội địa vì hiện tượng nước biển đang dâng cao. Dân số gia tăng, thị thành càng phát triển rộng lớn, mức sống con người ngày càng cao, nhu cầu tiêu thụ nước của lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, gia cư và mỗi con người ngày càng cao. Trước viễn cảnh thiếu nước ngọt, quốc gia nào trên thế giới cũng đều có những biện pháp tái tạo nước ngọt từ các nguồn nước ô nhiểm dơ bẩn, như từ nước thải gia cư (như Australia, Hoa Kỳ), nước thải công nghiệp (gọi chung là tái tạo nước ngọt, recycling), nước lợ (như nhà máy ở London, Hoa Kỳ, Âu châu) và nước biển. Nước mặn, ngoài các chất cặn lơ lững trong nước, chứa khoáng chất muối (NaCl) là chính, và ít muối khoáng khác. Mục đích của công tách lọc nước là loại bỏ các chất cặn, và nước phải chứa thật ít muối khoáng, dưới mức độ được quy định, tùy theo mục đích sử dụng nước. Nước ngọt được quy định chứa muối 50g/L NaCl. Tiêu chuẩn nước uống gia dụng ở Tây Phương là < 0.25 g/L, cho gia súc phải < 1.5 g/L, cho canh tác lúa phải dưới < 1 g/L. Các phương pháp sử dụng: Có rất nhiều phương pháp lọc nước mặn thành nước ngọt. Việc chọn lựa thành lập nhà máy lọc nước tùy thuộc vào nguồn năng lượng rẽ tiền sẵn có, nguồn nước mặn nhiều hay ít, ô nhiểm nhiều hay ít, và dĩ nhiên tất cả tùy thuộc khả năng tài chính và quản trị kỹ thuật của quốc gia đó. 4.1.1 Phương pháp chưng nước, cất nước (Distillation): Dùng nhiệt lượng làm nước bốc hơi, và hơi nước kết đọng (condensation) thành nước không chứa khoáng chất (nhưng có thể chứa ít dung dịch khác có điểm bốc hơi thấp, như rượu cồn) khi gặp nhiệt độ lạnh. Gồm 3 phương pháp chính: Chưng cất qua nhiều ngăn (MSF, Multi-stage flash distillation) Máy chưng cất nước mặn có nhiều ngăn, mỗi ngăn được xem là một giai đoạn bốc hơi và ngưng đọng (Hình). Trong mỗi ngăn có một hệ thống trao đổi nhiệt (heat exchanger), tương tự như bộ phận trao đổi nhiệt làm nguội động cơ ở xe hơi (cooling system), đun nóng làm hơi nước bốc hơi, và một bộ phận làm hơi nước đọng thành nước cất và thu nhận nước cất đọng. Nhiệt lượng cung cấp, thường là nhiệt phế thải từ các nhà máy sản xuất điện, lò nguyên tử, nhà máy lọc dầu, được dẫn từ A đến ngăn H, tức ngăn đun nóng nước muối gọi là brine heater. Như vậy, ngăn tận bên mặt có nhiệt độ cao nhất, và nhiệt độ giảm dần ở các ngăn bên trái. Nước biển được bơm vào ngăn tận cùng bên trái (nhiệt độ thấp nhất), một phần nước bốc hơi và đọng ở mặt lạnh G. Nước biển, bây giờ đậm đặc muối hơn, được dẫn đến ngăn kế tiếp, có nhiệt độ cao hơn, một phần bốc hơi và đọng, và tiếp tục như vậy. Nước cất được dẫn ra ngoài theo ống C. Phần nước biển ở ngăn cuối cùng có độ muối rất đậm đặc (gọi là brine water), được dẫn ra thải lại biển hoặc biến chế thành muối. Để tiết kiệm năng lượng, các ngăn được máy bơm chân không (vacuum pump) hạ áp suất không khí, mục đích hạ điểm sôi (boiling point) của nước. Chẳng hạn, với áp suất không khí 0.1 atmospheres nước sôi ở 50°C, thay vì ở 100°C với áp suất 1 atmosphere. Hiệu ứng bốc hơi qua nhiều giai đoạn (ME, Multiple-effect evaporation) Máy chưng có nhiều ngăn. Trong mỗi ngăn, nước mặn được đun nóng bởi hơi nước nóng dẫn đến trong các ống. Một phần nước (của nước biển) bốc hơi, và hơi nước nóng được bơm dẫn trong các ống vào ngăn thứ hai, các ống này đun nóng nước biển ở ngăn hai và làm bốc hơi thêm, và tiếp tục như vậy ở các ngăn sau. Như vậy, ngăn sau sử dụng nhiệt lượng dư thừa của ngăn trước, ngăn sau có nhiệt độ và áp suất thấp hơn ngăn trước. Thông thường các ống dẫn hơi nước được ngâm trong ngăn nước biển, hoặc nước biển được phun với hạt nhỏ như mưa phùn lên hệ thống ống chứa hơi nước nóng, để nước biển bốc hơi. Hơi nước nóng bay hơi từ nước biển được hút và bơm vào các ống chứa hơi nước. Ở các ngăn cuối cùng, nhiệt lượng mất dần, ống nguội, hơi nước đọng thành nước cất tinh khiết và chảy vào bồn chứa nước cất. Phương pháp này sử dụng hiệu quả năng lượng hơn, sản xuất 1 m3 nước ngọt tiêu thụ năng lượng < 1.0 kWh. Ngoài ra nhiệt độ hơi nước ban đầu tương đối thấp, khoảng 70ºC, nên máy lâu bị rỉ sét. Hơi nước cao áp (VC, Vapor-compression) Phương pháp này sử dụng nguồn nhiệt của hơi nước cao áp. Khi bị ép, hơi nước gia tăng cả nhiệt độ và áp suất. Vì vậy, nhiệt tiềm ẩn (latent heat) được tái sử dụng để làm nước biển bốc hơi thêm khi VC được đọng thành nước ở áp suất bình thường hay dưới bình thường. Máy chưng cất nước được thiết kế bởi một hệ thống động cơ điện, với hai chức năng: một bộ phận ép gia tăng áp suất hơi nước (Vapour Compression, VC), và một bộ phận giảm áp suất hơi nước sử dụng bơm chân không (Vacuum Vapour Compression, VVC). Bộ phận VC làm nước biển bốc hơi ở áp suất rất cao (đồng thời gia tăng nhiệt của hơi nước), và bộ phận VVC làm nước biển bốc hơi ở áp suất thấp hơn áp suất bình thường của không khí. Khi nước biển bốc hơi ở VC, hơi nước cao áp này được dẫn đến bộ phận trao nhiệt làm đọng nước (heat exchanging condenser). Nước cất được dẫn đến bình chứa, còn phần nhiệt tiềm ẩn được dẫn đến phòng kế tiếp để đun nóng nước biển và làm bốc hơi. Phương pháp này sử dụng nhiệt năng rất hiệu quả để sản xuất nước ngọt. Vì sử dụng điện năng nên nhà máy lọc nước ngọt dễ dàng xây dựng ở mọi địa điểm và dễ bảo trì. 85% nhà máy lọc nước biển trên thế giới dựa vào kỹ thuật chưng cất nước, đặc biệt nơi có các nhà máy lọc dầu như ở các nước dầu lửa Trung Đông. Hàng không mẫu hạm chạy nguyên tử của Hoa Kỳ có thiết bị lọc nước biển thành ngọt với công suất 1514 m³/ngày. Mặc dù tốn rất nhiều nhiệt lượng để làm bốc hơi nước, nhưng nếu sử dụng nguồn nhiệt lượng phế thải như ở các nhà máy nhiệt điện, lò nguyên tử, nhà máy lọc dầu thì trở nên kinh tế. Kiểu nhà máy lọc nước này thích hợp cho vùng duyên hải như nhà máy nhiệt điện ở Kiên Lương Hà Tiên, nhà máy lọc dầu Dung Quất, hay nhà máy sản xuất phân đạm ở Cà Mau. 4.1.2 Sử dụng màng thảm thấu: Phương pháp thẩm thấu ngược (Reverse osmosis, RO) Trong phương pháp này, nước mặn được lọc qua màng bán thẩm thấu (semi permeable osmosis). Màng này cấu tạo bởi vô số lỗ nhỏ cực vi (micropores), có đường kính khoảng 1 - 50 nm .Màng có đặc tính chọn lựa, chỉ cho phép những phân tử nhỏ như nước đi qua các lổ của màng (vì kích thước nhỏ hơn lỗ), và giữ lại các phân tử lớn như các loại muối, tương tự như một cái rây thật mịn áp dụng cho chất đặc. Nước biển là một dung môi (solvent) gồm nước và các chất hòa tan (solute) trong nước, chất chính là muối NaCl và ít muối khoáng khác, đều có phân tử lượng lớn hơn nước. Màng bán thẩm thấu trong thiết kế RO là một màng mỏng hợp chất polyamide hay polyimide, chịu đựng được nhiệt độ rất cao, và rắn chắc với áp suất cao (tới 1200 Psi). Một cách tổng quát, đó là một loại sàng phân tử (molecular sieve), cấu tạo bởi một màng mỏng gồm 2  hay nhiều lớp hợp chất này, kết hợp với lớp polysufone mà kích thước các lỗ có thể kiểm soát lớn hay nhỏ, nhỏ có thể tới 1 nm. Màng bán-thẩm sét zeolite ZSM-5 với các lổ cực vi quan sát qua kính hiển vi Ngoài ra, sét Zeolite cũng được làm màng bán thẩm thấu dùng để lọc nước biển hay nước ô nhiễm. Sét Zeolite là một loại sét nhôm (aluminosilicate) có lỗ rất nhỏ, có đặc tính cho phép nước chảy xuyên qua lỗ nhưng ngăn chặn các muối khoáng và các chất khác có phân tử lượng lớn hơn nước. Sét Zeolite có rất nhiều ở Lâm Đồng. Các nghiên cứu ở Việt Nam cho biết lọc dung dịch rượu cồn qua màng bán thẩm thấu sét Zeolite thì nước đi xuyên qua, còn rượu cồn có phân tử lớn hơn bị giữ lại, cho ra rượu cồn 99.5%. Để giúp nước chui qua nhanh lỗ, nước mặn được bơm qua màng với áp suất cao, chỉ có nước đi qua màng bán thấm, còn các muối được giữ lại. Phương pháp này được sử dụng thương mại trong việc lọc nước biển, nước lợ. Nhà máy lọc nước mặn Becton London có thiết kế này. Máy bơm A hút nước biển theo ống (1) và bơm với áp suất cao vào bộ phận lọc nước (C), gồm một hệ thống nhiều màng bán thẩm thấu, nước ngọt theo ống (2) vào bồn chứa. Nước biển, bây giờ đậm muối hơn, được dẫn theo ống (3) đến bộ phận trao đổi áp suất (D) (Pressure exchanger). Ở đây, một phần nước biển ít đậm muối được máy bơm (B) bơm lại ống dẫn vào bộ phận lọc, phần nước đậm muối được xả chảy ra biển. 4.1.3 Phương pháp lược nano (Nanofiltration, NF): Phương pháp này áp dụng để “làm mềm” (Softening) nguồn “nước cứng” (hard water), gồm nước mặt, nước máy hay nước ngầm chứa nhiều muối khoáng khác (không chứa muối NaCl, nhưng chứa nhiều vôi), chứa nhiều chất hữu cơ.  Phương pháp này là kết hợp giữa hệ thống lược có lỗ cực vi (ultrafiltration) và thẩm thấu ngược RO. Lỗ của màng lọc nhỏ cở 1 nm . Áp suất qua màng khoảng dưới 3 MPa (khoảng 31 kg/cm2), thấp nhiều so với áp suất bơm của RO. 4.1.4 Đông thành nước đá: Nước bắt đầu đông thành nước đá ở nhiệt độ 0ºC dưới áp suất 1 atmosphere. Tuy nhiên, với sự hiện diện của muối NaCl, cần phải nhiệt độ âm dưới 0ºC, nước mới đông thành nước đá. Nước đá nổi trên nước mặn, tương tự như tảng băng trên biển ở hai cực trái đất. Tốn nhiều năng lượng. Ít áp dụng. 4.1.5 Sử dụng năng lượng mặt trời – Solar desalination: Phương pháp này bắt chước thiên nhiên, nước biển bốc hơi vì sức nóng của mặt trời, tạo thành mây (hơi nước), gặp lạnh hơi nước trong mây kết tụ thành giọt mưa. Sử dụng nhà kính mặt trời (solar greenhouse): Rẻ tiền và không cần kỹ thuật cao, dùng nhựa trong suốt (hay kính) làm một nhà kiến, nền là một bồn chứa nước mặn. Nhà kính thu nhận và giữ nhiệt mặt trời, nước bốc hơi bay lên và đọng thành giọt nước ở mái nhựa. Nước ngọt lăn chảy theo mái, xuống vách và vào máng hứng, chảy vào bồn chứa đặt ở bên ngoài nhà kính. Kim tự tháp lọc nước sử dụng năng lượng mặt trời (Solar pyramid): Tương tự như trên, một cái lều kín bằng nhựa trong suốt, có dạng hình nón, cao 8 m, đường kính đáy 30 m. Nhiệt độ bên trong khi có nắng lên tới 75ºC. Nước biển được bơm phun hay chảy tràn thành lớp mỏng trên nền kim tự tháp. Nước bốc hơi đọng trên mặt nhựa, giọt nước lăn chảy vào máng. Một ngày nắng, một kim tự tháp với kích thước trên sản xuất được 1000 lít nước tinh khiết chưng cất từ nước biển. Cũng kim tự tháp này, khi có mưa thì hứng nước mưa và chảy vào bồn chứa. Gambia là nước sử dụng nhiều kim-tự-tháp chưng nước biển, mỗi làng chỉ cần một kim tự tháp là đủ nước uống cho dân làng.  4.2 Nguồn năng lượng: Giá thành sản xuất nước ngọt từ nước mặn rất đắt so với nước ngọt lấy từ sông, hồ, nước mưa, hay nước ngầm. Vì vậy, chỉ sản xuất nước ngọt từ nước mặn ở những nơi không có nguồn nước ngọt, chẳng hạn vùng nước mặt và nước ngầm bị nhiễm mặn quanh năm, nơi không có mưa như sa mạc, không có đường ống dẫn nước ngọt rẽ tiền từ nơi khác đến. Giá thành tùy thuộc tiền đầu tư, giá năng lượng, và nồng độ muối trong nước mặn. Giá thành càng cao khi nồng độ muối trong nước mặn càng lớn. Tái sử dụng nhiệt lượng sa thải từ nhà máy nhiệt điện (đốt than hay dầu hỏa, khí đốt), nhà máy điện nguyên tử, nhà máy lọc dầu để sản xuất nước ngọt từ nước biển bằng các phương pháp chưng cất nước hay chưng cất kết hợp với thẩm thấu ngược RO. Nơi có nhiều gió thường xuyên, như vùng duyên hải và hải đảo, có thể sử dụng phong điện để sản xuất nước ngọt. Năng lượng mặt trời cũng được sử dụng để chưng cất thành nước ngọt. Sử dụng sét zeolite để làm bình lọc nước cho mỗi gia đình, dùng lọc nước máy (như ở VN không uống nước máy được), nước sông (ô nhiểm chất hữu cơ và thuốc sát trùng, như sông Mekong trong phần VN hiện nay), hay nước giếng chứa nhiều chất độc arsenic thành nước uống. 4.3 Các nhà máy lọc nước biển lớn trên thế giới: Theo báo cáo của International Desalination Association ngày 17/1/2008, khắp thế giới có 13.080 nhà máy lọc nước biển lớn sản xuất tổng cộng khoảng 45,6 triệu m3/ngày. Theo báo cáo mới đây, có trên 14.000 nhà máy lọc nước mặn trên thế giới, không kể các máy nhỏ gắn trên tàu biển. Nhà máy lọc nước biển lớn nhất thế giới là nhà máy Shuaiba III của Saudi Arabia, dựa trên nguyên tắc chưng nước cất (distillation) từ nước biển qua nhiều giai đoạn (multi-stage flash distillation) có khả năng sản xuất 880.000 m3/ngày). Nhà máy lọc nước biển lớn nhất Hoa Kỳ là ở San Francisco có khả năng sản xuất  454.000 m3/ngày. Nhà máy tối tân nhất thế giới, dựa trên màng bán thẩm thấu ngược RO là nhà máy lọc nước mặn Becton ở London, khánh thành ngày 2 tháng 6/2010. Nhà máy với tổng phí xây dựng và điều hành khoảng 270 triệu Bảng Anh, có khả năng sản xuất 140.000 m3/ngày với nước  phẩm chất cao cung ứng cho 400 ngàn gia đình, hay khoảng 1 triệu dân. Máy có 4 ngăn lọc RO với hiệu năng 85% (biến 85% nước mặn thành nước ngọt), thay vì với máy 2 ngăn thông thường khác cho hiệu năng 45-50%. Theo danh sách 100 nhà máy lọc nước lớn nhất thế giới thì nhà máy lớn nhất là Shuaiba III của Saudi Arabia, bắt đầu hoạt động năm 2007, công xuất 880.000 m3/ngày. Sau đây là danh sách các quốc gia nằm trong 100 nhà máy lọc lớn nhất thế giới, có công xuất > 90.000 m3/ngày. Danh sách quốc gia xếp theo thứ tự tổng công xuất m3/ngày, từ lớn tới nhỏ. United Arab Emirates UAE, 19 nhà máy, lớn nhất công xuất 600.000 m3/ngày (Jebel Ali), nhỏ nhất 102.000 m3/ngày; Tổng công xuất: 8.767.239 m3/ngày. Saudi Arabia: 15 nhà máy, lớn nhất công xuất 880.000 m3/ngày (Shuaiba), nhỏ nhất 91.000 m3/ngày. Trong số này có 1 nhà máy xử lý nước lợ (Al Waisa, 153.000 m3/ngày). Tổng công xuất: 8.130.536 m3/ngày. USA: 18 nhà máy, lớn nhất công xuất 454.200 m3/ngày (San Francisco), nhỏ nhất 102.000 m3/ngày; Trong số này có 4 nhà máy xử lý nước sông (Orange County, California; Boca Raton, Florida; Palm beach, Florida; Miami Height, Florida), 1 nhà máy xử lý nước thải (Fountain Val, California). Tổng công xuất: 3.215.533 m3/ngày. Kuwait: 6 nhà máy, lớn nhất công xuất 567.000 m3/ngày (Al-Zour North), nhỏ nhất 113.500 m3/ngày; Trong số này có 1 nhà máy lọc từ nước thải (Sulaibya, 300.000 m3/ngày) . Tổng công xuất: 1.597.500 m3/ngày. Israel: 8 nhà máy, lớn nhất công xuất 395.000 m3/ngày (Ashkelon), nhỏ nhất 82.190 m3/ngày. Trong số này có 1 nhà máy xử lý nước lợ (Negev Arava, 152.000 m3/ngày). Tổng công xuất: 1.152.260 m3/ngày. Qatar: 4 nhà máy, lớn nhất công xuất 227.000 m3/ngày (Ras Laffan), nhỏ nhất 91.000 m3/ngày; Tổng công xuất: 681.840 m3/ngày. Lybia: 4 nhà máy, lớn nhất công xuất 250.000 m3/ngày (Tripoli), nhỏ nhất 80.000 m3/ngày; Tổng công xuất: 560.000 m3/ngày. Algeria: 5 nhà máy, lớn nhất công xuất 100.000 m3/ngày (Algiers Djinet), nhỏ nhất 88.000 m3/ngày; Tổng công xuất: 476.888 m3/ngày. Spain: 2 nhà máy, lớn nhất công xuất 165.000 m3/ngày (Malaga, xử lý nước lợ), nhỏ nhất 147.000 m3/ngày; Tổng công xuất: 312.000 m3/ngày. India: 1 nhà máy, công xuất 300.000 m3/ngày (Minjur Chennai). Jordan: 2 nhà máy, lớn nhất công xuất 145.344 m3/ngày (Zara Maain), nhỏ nhất 145.000 m3/ngày, cả 2 đều xử lý nước lợ. Tổng công xuất: 290.344 m3/ngày. Bahrain: 1 nhà máy, công xuất 272.400 m3/ngày (Hidd 3). Singapore: 2 nhà máy, lớn nhất công xuất 116.000 m3/ngày (Ulu Pandan, lọc từ nước thải), nhỏ nhất 92.000 m3/ngày; Tổng công xuất: 208.000 m3/ngày. Pakistan: 2 nhà máy, công xuất đều 94.625 m3/ngày (Karachi); Tổng công xuất: 189.250 m3/ngày. Iraq: 1 nhà máy, công xuất 130.000 m3/ngày. Mexico: 1 nhà máy, công xuất 128.000 m3/ngày. Australia: năm 2006 có 1 nhà máy lớn công xuất 123.300 m3/ngày (Perth). Theo tài liệu mới 2011, Australia có 6 nhà máy lớn, tổng công xuất toàn Australia là 1.3 triệu  m3/ngày. Egypt: 1 nhà máy, công xuất 113.650 m3/ngày (Sinai). Trinidad: 1 nhà máy, công xuất 113.636 m3/ngày (Point Lisas). Iran: 1 nhà máy, công xuất 93.600 m3/ngày (Bandar Imam). Oman: 1 nhà máy, công xuất 90.920 m3/ngày (Barka). 4.4 Xử lý nước biển thành nước cấp ở Việt Nam: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cho biết công nghệ xử lý nước biển thành nước ngọt đã được thử nghiệm thành công tại vùng biển gần Thành phố Hồ Chí Minh. Với công nghệ này, người dân vùng nhiễm mặn sẽ không lo thiếu nước ngọt. Công nghệ tách muối quy mô nhỏ để xử lý nước biển thành nước ngọt (Taprogge Terrawater) không sử dụng hóa chất mà hoạt động dựa trên quá trình bốc hơi và ngưng tụ tự nhiên, loại bỏ hoàn toàn những chất độc hại khó xử lý trong nước, mỗi ngày có thể cung cấp cho người dân 5m3 nước ngọt. Không chỉ xử lý nước biển, công nghệ Terrawater còn có thể xử lý được nhiều nguồn nước khác như nước lợ, nước nhiễm phèn... thành nước ngọt. Hệ thống Terrawater được thiết kế theo dạng kết cấu module và lắp đặt gọn, thuận tiện trong sử dụng, có thể kết hợp nhiều module lại để tăng công suất. Đặc biệt, hệ thống sử dụng nhiều nguồn năng lượng để xử lý nước như địa nhiệt, năng lượng Mặt Trời, nhiệt từ các nhà máy công nghiệp, dầu đốt diesel, máy phát điện... Khác với công nghệ R.O, Terrawater không kén nguồn nước nên không cần xử lý nước trước khi đưa vào hệ thống để tiến hành tách muối. Ngoài ra, hệ thống cũng không thải chất độc hại ra môi trường. š HẾT › & Tài liệu tham khảo: Xử lý nước cấp – TS Nguyễn Ngọc Dung, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội – 2010 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội – 2004. Giáo trình Xử lý nước cấp – TS Đặng Viết Hùng, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh – 2010. Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Nguyễn Thị Thu Thủy, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội – 2000. Xử lý nước cấp – Nguyễn Thị Lan Phương, Nhà xuất bản Đại học Bách khoa Đà Nẵng. Giáo trình Cấp thoát nước – Nguyễn Đình Huấn & Nguyễn Lan Phương, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đà Nẵng – 2007. Water and wastewater engineering – Mackenzie L. Davis, chapter 16: Drinking water plant process selection and integration. Website Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn: www.sawaco.com.vn tainguyennuoc.vn