Nước và xử lý nước

Chu trình thủy văn học (hay sự tuần hoàn của nước)

Tác giả muốn giới thiệu với bạn một chủ đề được gọi là nước và xử lý nước. Trong nước và nước thải, có rất nhiều khái niệm để tìm hiểu vì vậy tôi nghĩ rằng, chúng ta sẽ bắt đầu với cách xử lý nước tự nhiên - chu kỳ thủy học.

Chu trình thủy văn học là quá trình nước bốc hơi từ bề mặt trái đất, tạo thành những đám mây, và sau đó rơi trở lại mặt đất thông qua mưa. Dưới đây là biểu đồ cho thấy một cái nhìn tổng quan của quá trình (hay chu trình thủy văn học).

*Chú thích:

1. Evaporation: Sự bốc hơi nước
2. Transpiration: Sự thoát hơi nước từ cây cối
3. Sublimation: Sự thăng hoa
4. Condensation: Sự ngưng tụ
5. Transportation: Sự chuyển hóa
6. Precipitation: Lượng mưa
7. Snowmelt runoff: Dòng chảy do tuyết tan
8. Infiltration into groundwater: Sự thẩm thấu vào nước ngầm
9. Groundwater flow: Dòng chảy của nước ngầm
10. Plant uptake: Sự hấp thụ của cây cối

Cứ thế, chu kỳ xảy ra liên tục, thực tế không có sự bắt đầu cũng như kết thúc. Tuy nhiên, có năm quá trình cơ bản tạo nên chu trình thủy văn học: (1) Sự ngưng tụ, (2) lưu lượng mưa, (3) sự thẩm thấu (sự thấm, xâm nhập), (4) sự thoát nước và (5) sự bốc hơi nước. Hơi nước ngưng tụ tạo thành những đám mây, kết quả là dẫn tới mưa khi có đủ các điều kiện phù hợp. Mưa rơi xuống bề mặt và thâm nhập vào đất hoặc chảy vào đại dương như dòng chảy. Nước bề mặt bốc hơi, quay lại và tạo ra độ ẩm cho không khí, đồng thời cây cối giải phóng nước trở lại bầu khí quyển bằng sự bốc hơi nước.

Ngưng tụ là quá trình chuyển đổi từ hơi nước thành chất lỏng. Hơi nước trong không khí tăng lên chủ yếu là do dòng đối lưu. Điều này có nghĩa là không khí ẩm, ấm sẽ bay lên; ngược lại, không khí lạnh, mát mẽ di chuyển theo chiều hướng xuống. Khi khí hậu nóng lên, hơi nước sẽ mất năng lượng, khiến cho nhiệt độ của nó giảm xuống, sau đó hơi nước có một sự  chuyển đổi, biến hơi nước thành dạng lỏng hoặc băng. Ví dụ: Chúng ta có thể thấy sự ngưng tụ bất cứ lúc nào khi chúng ta lấy một lon soda lạnh từ tủ lạnh ra và đặt nó trong một căn phòng. Chú ý bên ngoài của lon soda, ta thấy có hiện tượng "đổ mồ hôi"? Hiện tượng “đổ mồ hôi” này, không phải từ bên trong lon soda tiết ra, mà nó ngưng tụ (bắt nguồn) từ hơi nước trong không khí. Không khí lạnh xung quanh lon soda  hình thành những giọt nước nhỏ.

Mưa là nước được giải phóng từ các đám mây tạo thành mưa, mưa tuyết, tuyết, hoặc mưa đá. Mưa bắt đầu sau khi hơi nước ngưng tụ trong không khí trở nên quá nặng nề để tồn tại trong dòng khí quyển và rơi xuống. Trong một số trường hợp, mưa thực sự bốc hơi trước khi nó rơi đến bề mặt trái đất. Thường thì, phần lớn lượng mưa rơi đến bề mặt trái đất, làm tăng thêm lượng nước mặt ở sông, suối, hồ và biển, hoặc xâm nhập vào đất để trở thành nước ngầm.

Một phần của lượng mưa đã đạt đến bề mặt trái đất thấm xuống đất thông qua một quá trình gọi là sự xâm nhập (hay sự thẩm thấu). Lượng nước xâm nhập vào đất tùy theo mức độ dốc của đất, số lượng và loại thực vật, loại đất và các loại đá. Các khe hở càng lớn trên bề mặt trái đất (như vết nứt, các hang lỗ , các khe) thì sự xâm nhập xảy ra càng lớn, phần nước không xâm nhập vào lòng đất sẽ chảy trên mặt đất như một dòng chảy (sông, suối, ao hoặc hồ).

Lượng mưa đến bề mặt trái đất nhưng không thấm vào lòng đất được gọi là dòng chảy. Dòng chảy cũng có thể do hiện tượng tuyết và băng tan chảy. Khi lượng mưa lớn, đất trở nên bão hòa với nước. Lượng mưa sau không thể xâm nhập vào lòng đất, tạo thành dòng chảy. Cuối cùng, dòng chảy này sẽ chảy vào lạch, suối, và các con sông, tạo thêm một lượng lớn nước vào dòng chảy. Nước mặt luôn luôn chảy tới điểm thấp nhất có thể, thường là các đại dương. Trên đường đi một số lượng nước bốc hơi, một số thấm vào lòng đất, số khác được sử dụng cho mục đích nông nghiệp, khu dân cư, hoặc công nghiệp.

Bốc hơi nước là hiện tượng nước bay hơi từ mặt đất và sự thoát hơi nước của thực vật. Bốc hơi nước là cách để hơi nước trở lại khí quyển. Bốc hơi nước xảy ra khi năng lượng bức xạ từ mặt trời làm nóng nước, kích thích các phân tử nước trở nên hoạt động tích cực và một lượng trong số chúng bay vào khí quyển như hơi. Hơi xảy ra khi cây cối lấy nước qua rễ và giải phóng chúng  thông qua các lá, đây cũng là quá trình có thể làm sạch nước bằng cách loại bỏ chất gây ô nhiễm và ô nhiễm trong tự nhiên (hay có thể gọi là quá trình xử lý nước trong tự nhiên).

Như vậy có thể thấy, có nhiều quá trình đang làm việc để cung cấp nước cần thiết cho chúng ta. Và các quá trình này luôn luôn làm việc. Nam Cực luôn đóng băng không có nghĩa là hiện tượng bay hơi không diễn ra (băng có thể biến trực tiếp thành hơi nước bằng một quá trình gọi là thăng hoa). Và sa mạc Sahara quá khô không có nghĩa là mưa không xảy ra (nước bốc hơi trước khi nó đến xuống đất).

Giới thiệu về xử lý nước

Qua phần giới thiệu bên trên, chúng ta biết hiện tượng xử lý nước trong tự nhiên như thế nào. Bây giờ chúng ta xem làm thế nào nước được xử lý trong các nhà máy nước trước khi chúng ta uống chúng trong một ly nước.

Quá trình xử lý nước trong nhà máy xử lý nước điển hình được hiển thị trong hình dưới đây. Dựa trên các đặc tính của nước thô và các yếu tố khác, quá trình xử lý này có thể thay đổi đáng kể từ nơi này đến nơi khác.

Nước được bơm từ nguồn (giếng, suối, sông hoặc hồ) vào nhà máy, nó được sàng lọc để loại bỏ rác vụn. Sau đó, tại nhà máy, nước thô được xét nghiệm để tìm ra những đặc điểm khác nhau nhằm có hướng xử lý nước hiệu quả nhất.

Có nhiều cách để xử lý sơ bộ nguồn nước như sau:

• Nước có thể được khử clorua hóa trước để giết các vi sinh vật, kiểm soát mùi vị và hỗ trợ trong việc tạo cô đặc, lắng đọng nguồn nước.

• Nước có thể được thông khí (sục khí – thường thấy trong bể nuôi cá kiểng trong gia đình để làm tăng độ pH ) nhằm loại bỏ carbon dioxide (CO2) và làm tăng pH, oxy hóa sắt (Fe) và mangan (Mn), loại bỏ hydrogen sulfide (H2S), và loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ.

• Thuốc tím (KMnO4) cũng có thể được thêm vào nước thông qua  khay điều tiết của các thiết bị thông gió để loại bỏ sắt và mangan ra khỏi nước.

• Ozone có thể được thêm vào nước để khử sắt và mangan, loại bỏ tảo, trung hòa hydrogen sulfide (H2S), và hỗ trợ trong việc tạo bông.

Xử lý bằng phương án nào là phụ thuộc nguồn nước thô vào nhà máy và lượng nước được phân phối hàng ngày.

Trong hầu hết các trường hợp, nước được đưa vào bể trộn tổng hợp (hay còn gọi là bể trộn hóa chất, bể phản ứng). Ở đây, các hóa chất khác nhau được thêm vào và được trộn lẫn vào trong nước, gây ra hiện tượng đông tụ, các hạt mịn li ti chất ô nhiễm kết lại với nhau thành các hạt lớn hơn (hay gọi là kết tủa, keo tụ hoặc tạo bông). Kiềm được thêm vào để điều chỉnh độ pH cũng như oxy hóa sắt và mangan. Ngoài ra, hexametaphosphate có thể được thêm vào để ngăn chặn sự ăn mòn của đường ống.

Sau khi chảy ra khỏi bể trộn hóa chất, nước đi qua một bể, hiện tượng kết tủa và tạo bông xảy ra. Ở đây, hạt mịn của chất gây ô nhiễm tập trung lại thành những khối lớn được gọi là kết tủa keo tụ (floc). Khi nước chảy vào bể lắng, các kết tủa keo tụ được lắng và lấy ra khỏi nguồn nước. Tiếp theo, nước được đi qua các bộ lọc để loại bỏ các hạt quá nhỏ không lắng được trong bể lắng.

Cuối cùng, clo được thêm vào nước. Giai đoạn này, nước có thể được thêm chất fluoride để phòng ngừa sâu răng cho người sử dụng nước. Lưu ý: nước này phải được chứa trong bể chứa với một khoảng thời gian nhất định để chất clo có đủ thời gian diệt vi khuẩn trong nước và oxy hóa hydrogen sulfide. Tới đây, nước đã được xử lý và sẵn sàng để cung cấp, phân phối cho người tiêu dùng.

Trên đây là cái nhìn tổng quan của quá trình xử lý nước và những gì xảy ra khi chúng đi qua nhà máy nước theo từng bước một. Chúng ta sẽ đi vào chi tiết hơn trong bài học sau để hiểu từng bước của quá trình, lý do tại sao nó được thực hiện và làm thế nào để đảm bảo từng bước được thực hiện có hiệu quả.

Tóm tắt

Xử lý nước trong tự nhiên theo cách riêng của chúng thông qua các chu trình thủy học, mặc dù chúng ta vẫn cần phải xử lý lại chúng trước khi chúng ta uống nó để loại bỏ tất cả các chất ô nhiễm và vi khuẩn trong môi trường. Chu trình thủy học cung cấp cho chúng ta nguồn nước để sử dụng cho tiêu dùng theo chu kỳ luân hồi liên tục theo thời gian. Năm quá trình cơ bản tạo nên chu trình thủy học là ngưng tụ, lượng mưa, thẩm thấu, thoát nước và bay hơi nước.

Trong các nhà máy xử lý nước lấy từ nguồn (giếng, suối, sông, ao và hồ) được thông khí và thêm hóa chất để hỗ trợ tăng cường sự cô đọng và keo tụ xảy ra trong bể phản ứng, sau đó các kết tủa, keo tụ này được lắng ra ngoài thông qua bể lắng. Nước sẽ đi qua một hệ thống lọc sau bể lắng để loại bỏ những hạt cặn li ti (bùn) không lắng được. Chất clo được thêm vào như là bước cuối cùng và sau đó nước được lưu trữ cho đến khi nó được phân phối đến người tiêu dùng.

Read More

Nguồn nước cấp

Nguồn nước cấp 

Tổng lượng nước trên thế giới gần như không đổi. Ước tính có khoảng 370.000 nghìn tỷ gallon, 97% trong số đó là nước trong đại dương, là nước mặn và không sử dụng cho con người, nước này không cần phải xử lý vì rất tốn kém. 3% còn lại được gọi là nước ngọt, nhưng 2% trong số đó là các sông băng bị mắc kẹt ở Bắc và Nam cực. Chỉ có 1% là có sẵn cho nước uống.

Nước tinh khiết là chất lỏng không màu, không mùi và không vị. Độ sâu và ánh sáng cho nước có một màu xanh dương hoặc ngã màu xanh lá cây. Mùi và vị hôi trong nước là do các khí hòa tan, như sulfur dioxide và clo, và các khoáng chất. Nước tồn tại trong tự nhiên đồng thời dưới các dạng rắn (băng), lỏng (nước) và khí (hơi nước). Tỉ trọng của nước là 1g/ml hoặc cm khối. Nó bị đóng băng ở 0°C và sôi ở 100°C. Khi đông lạnh, nước nở ra bằng 1/9 khối lượng ban đầu của nó.

CÁC NGUỒN NƯỚC CẤP

Có hai nguồn cung cấp nước chính: nước mặt và nước ngầm.

Nước mặt

Nước mặt là nước từ các hồ, hồ chứa, sông suối. Nước này được hình thành trực tiếp từ nước mưa, các dòng chảy và suối. Dòng chảy là một phần của nước mưa không thấm xuống đất hoặc bay hơi. Nó chảy bằng lực hấp dẫn trên mặt đất xung quanh. Khu vực dòng chảy này được gọi là lưu vực nước, mà chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về trong bài tiếp theo. Một inch của dòng chảy mưa/mẫu Anh tương đương với 27.000 lít. Các đặc tính của lưu vực ảnh hưởng đến chất lượng nước, do đó bảo vệ các lưu vực nước là rất quan trọng.

Nước mặt có thể được phân thành hai loại nước tĩnh (vùng nước đứng im) và nước động (nước chạy).

Nguồn nước tĩnh

Nước tĩnh là nước hồ tự nhiên và hồ chứa. Nước hồ tự nhiên có chất lượng rất tốt cho việc cấp nước. Nước hồ chứa rất hữu ích, vì chúng loại bỏ những biến động dòng chảy theo mùa và lưu trữ nước để cung cấp đầy đủ nước, ngay cả dưới thời kỳ nhu cầu tiêu dùng cao, chẳng hạn như hạn hán trong mùa hè. Mực nước dâng cao giúp ích cho việc tiền xử lý nước do giảm độ đục, lắng những trầm tích, giảm vi khuẩn và các mầm bệnh đường nước qua việc nước mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, sự tăng trưởng của tảo và các sinh vật phù du khác, các vật bị trôi dạt hình thành nên tảo trôi nổi tự do, sinh vật đơn bào và luân trùng, có thể gây ra vấn đề mùi vị trong nước.

Thông thường, một hồ nước tự nhiên luôn đi qua một quá trình lão hóa gọi là hiện tượng phú dưỡng. Nó bắt đầu với một hồ nước xinh đẹp và kết thúc như một mảnh đất màu mỡ. Quá trình trong tự nhiên này xảy ra rất chậm, phải mất hàng ngàn năm cho một hồ nước biến mất. Con người đã đẩy nhanh quá trình này bằng cách thêm các chất dinh dưỡng và xả nước thải, phân bón, thêm chất tẩy rửa vào hồ. Có ba giai đoạn của một hồ nước: thiếu dưỡng (nghèo dinh dưỡng), trung dưỡng, và phú dưỡng.

Hồ thiếu dưỡng là hồ trẻ, sâu, và sạch sẽ với một vài chất dinh dưỡng. Chúng có một vài loại sinh vật với mật độ thấp. Một ví dụ điển hình của loại hồ này là hồ Lake Superior.

Hồ trung dưỡng là hồ có tuổi trung niên do các chất dinh dưỡng và trầm tích được liên tục gia tăng. Ban đầu, chỉ có một loạt các loài sinh vật với mật độ cư trú thấp, nhưng theo thời gian mật độ cư trú tăng dần. Ở giai đoạn trung dưỡng cao, một hồ nước có thể có mùi hôi và màu sắc không mong muốn trong một số nơi, độ đục và vi khuẩn tăng mật độ. Một ví dụ của loại hồ này là hồ Ontario.

Hồ phú dưỡng, là hồ do bổ sung thêm các chất dinh dưỡng, có nhiều tảo lớn nở hoa làm cho hồ trở nên cạn dần.  Hồ này phù hợp với các loại cá nhạy cảm, sống thích nghi với môi trường ô nhiễm hơn. Theo thời gian, một hồ nước trở thành một đầm lầy và cuối cùng thành một mảnh đất. Hồ Erie đang tiến triển hướng tới giai đoạn này.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước tĩnh bao gồm nhiều yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng mặt trời, độ đục, khí hoà tan và chất dinh dưỡng.

Nhiệt độ và sự phân tầng. Nước có mật độ tối đa (1 g/cm3) ở 4°C. Trên và dưới nhiệt độ này thì nước nhẹ hơn. Sự thay đổi nhiệt độ là nguyên nhân dẫn đến phân tầng, hoặc phân lớp nước trong hồ và hồ chứa. Trong suốt mùa hè, nước lớp trên trở nên ấm hơn so với phía dưới đáy và tạo thành hai lớp, ở trên ấm và nhẹ hơn, lớp dưới cùng lạnh và nặng hơn. Vào mùa thu, khi nhiệt độ giảm xuống và nước lớp trên đạt đến 4°C, lớp này trở nên nặng và chìm xuống đáy, còn lớp nước dưới đáy nhẹ và bị đẩy lên trên. Hiện tượng này được gọi là đảo dòng thu (fall turnover). Tình trạng này gây khuấy bùn đáy và giải phóng các phần tử phân huỷ yếm khí như sulphur dioxide và các hóa chất khác gây mùi hôi nghiêm trọng. Vào mùa đông, tuyết phủ quá nhiều trong khoảng thời gian dài gây ra sự suy giảm oxy do giảm sự thâm nhập của ánh sáng, do đó tỷ lệ quang hợp thấp, gây ra tình trạng cá chết vào mùa đông (winter fish kill). Vào mùa xuân băng tan, khi nhiệt độ trên bề mặt đạt đến 4°C nước lớp trên một lần nữa đảo xuống dưới và dẫn đến đảo dòng xuân (spring turnover), cũng giống như đảo dòng thu có thể gây ra vấn đề mùi vị.

Ánh sáng. Ánh sáng, nguồn năng lượng cho quang hợp, là quan trọng. Tỷ lệ quang hợp phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và giờ sáng mỗi ngày. Số lượng sinh học và sản xuất oxy tương ứng với tỷ lệ quang hợp. Lượng oxy hòa tan (DO –Dissolved Oxygen) trong hồ là tối đa vào lúc 2 giờ chiều và tối thiểu vào lúc 2 giờ sáng.

Độ đục. Độ đục ảnh hưởng đến tốc độ xâm nhập của ánh sáng mặt trời, và do đó cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ quang hợp. Độ đục càng cao, ánh sáng mặt trời càng ít thâm nhập vào nước, làm giảm tỷ lệ quang hợp và do đó ít lượng oxy hòa tan.

Khí hòa tan. Chủ yếu là khí carbon dioxide (CO2) và oxy (O2). Carbon dioxide được sản xuất trong quá trình hô hấp và được sử dụng trong quang hợp; oxy được sản xuất trong quá trình quang hợp và cần thiết cho hô hấp. DO được hấp thụ bởi các vi sinh vật cho việc phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ phân hủy sinh học. Nhu cầu oxy trong nước được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa (BOD). Càng nhiều oxy sinh hóa, càng ít DO trong nước. Càng nhiều DO, thì chất lượng nước càng tốt. Nước cần một lượng tối thiểu của DO để duy trì đời sống thủy sinh bình thường, chẳng hạn như cá là 5 mg/L.

Nguồn nước động

Sông và suối là nguồn cung cấp nước động (running water).

Các yếu tố ảnh hưởng đến nguồn cung cấp nước động nhỏ hơn nhiều so với các yếu tố ảnh hưởng đến hồ và hồ chứa. Các yếu tố ảnh hưởng đến nước động là dòng chảy và các chất dinh dưỡng.

Dòng chảy. Đây là vận tốc hoặc tốc độ dòng chảy của nước. Dòng chảy càng nhanh càng tốt. Dòng chảy trộn oxy từ không khí và giữ cho đáy dòng chảy sạch sẽ bằng việc rửa trôi đi các chất rắn định cư bên dưới. Càng nhiều DO và càng ít chất hữu cơ tự nhiên thì sẽ có ít sự phân hủy ở phía dưới. Như vậy, dòng chảy, sông suối ít khi bị kỵ khí.

Chất dinh dưỡng. Nguồn chính của chất dinh dưỡng là hệ thống thoát nước từ lưu vực sông. Mưa lớn và điều kiện khô hạn có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng, chẳng hạn như độ đục cao và nhiều chất dinh dưỡng.

Nguồn cấp nước mặt là nguồn cung cấp bị ô nhiễm nhất, chủ yếu là do nước xã thải, nước được sử dụng, và đó chính là nguồn gốc của tác nhân gây bệnh đường nước. Các dòng chảy từ đất nông nghiệp chính là nguồn thải của mầm móng nhiễm trùng như thuốc trừ sâu, phân bón và chất thải công nghiệp, mà trong đó có chứa một loạt các chất gây ô nhiễm. Nước mặt, do đó, cần xử lý tối đa để có thể uống được.

Nước ngầm

Nước ngầm được coi là hình thức tinh khiết nhất của nước tự nhiên. Đôi khi, nó tinh khiết đến nỗi mà không cần bất kỳ xử lý nào cho mục đích uống. Nước ngầm ít bị ô nhiễm nhất và có độ đục rất thấp do lọc tự nhiên từ nước mưa. Tuy nhiên, nước ngầm có thể bị ô nhiễm bởi các con suối ngầm trong khu vực có mỏ đá vôi, hầm tự hoại, và những rò rỉ của các giếng đào sâu trong lòng đất, do đó, nó có thể cần khử trùng. Nước này chỉ cần được xử lý để loại bỏ khoáng sản khi so sánh với nguồn nước mặt. Chúng chứa nhiều khoáng chất hòa tan như canxi, magiê, sắt, mangan và các hợp chất lưu huỳnh hơn nước mặt. Có hai nguồn nước ngầm: nước suối và nước giếng.

Nếu ta đào một lỗ xuống mặt đất, ban đầu đất có lỗ hổng không khí giữa các phần tử đất, nhưng khi đào sâu hơn, nước sẽ sớm tràn vào tất cả các khoảng trống trong đất. Vị trí nơi mà tất cả các khoảng trống đầu tiên chứa đầy nước được gọi là mực nước ngầm. Đây là giới hạn trên của vùng bão hòa, còn được gọi là tầng ngậm nước và nó là một phần của trái đất có chứa nước ngầm.

Dưới cùng của khu vực bão hòa được ngăn cách bởi một lớp đá, đất sét hoặc các vật liệu khác (lớp không thấm nước). Nước không thể thấm qua lớp này, vì vậy nó chảy dần qua các dốc khác và tạo thành mạch nước ngầm.

Suối nước

Khi một tầng ngậm nước hoặc một kênh nước ngầm chạm đến bề mặt của mặt đất và chảy thoát ra như một thung lũng hoặc một bên vách đá, nước bắt đầu chảy tự nhiên. Dòng chảy tự nhiên này được gọi là một suối nước. Một suối nước có thể tạo thành một hồ nước, một con suối, hoặc thậm chí thành một con sông. Số lượng và vận tốc của một dòng chảy suối nước phụ thuộc vào kích thước và vị trí tầng chứa nước của suối nước so với mức cao nhất của mực nước ngầm. Khu vực có mỏ đá vôi có những suối nước lớn chảy thành dòng chảy ngầm trong lòng đất, nó được hình thành bởi sự xói mòn của đá vôi. Chất lượng của các nước phụ thuộc vào tính chất của đất mà nước chảy qua đó. Ví dụ, một suối nước khoáng thì các khoáng chất đã hòa tan trong đó, một suối nước lưu huỳnh thì chắc chắn đã hòa tan lưu huỳnh trong đó.

Giếng

Một nguồn nước cấp nơi công cộng thường là nước giếng vì suối là rất hiếm. Giếng được xem là thiết bị để hút nước từ tầng nước ngầm. Giếng càng sâu (hơn 100 feet) thì có ít độ đục, khoáng chất hòa tan nhiều hơn, và số lượng vi khuẩn ít hơn các giếng nông. Giếng cạn thì lọc tự nhiên ít do không có độ sâu của đất.

Các cộng đồng nông thôn nhỏ (ít hơn 25.000 dân) thường sử dụng nước ngầm từ các giếng. Khoảng 35% dân số Mỹ sử dụng nguồn nước ngầm.

 

Tóm tắt

Có hai nguồn nước chính được sử dụng cho tiêu dùng: nước mặt và nước ngầm. Nước mặt bao gồm nước tĩnh (hồ và hồ chứa) và nước động (sông hoặc suối). Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước tĩnh bao gồm một số yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng mặt trời, độ đục, khí hoà tan và chất dinh dưỡng. Các yếu tố ảnh hưởng đến nước động ít hơn so với những yếu tố ảnh hưởng đến hồ và hồ chứa. Các yếu tố ảnh hưởng đến nước động chỉ do dòng chảy và các chất dinh dưỡng.

Nước ngầm được xem là hình thức tinh khiết nhất của nước tự nhiên. Đôi khi, đơn thuần nó không cần bất kỳ xử lý nào thêm cho mục đích uống. Nước ngầm thì ít ô nhiễm và có độ đục rất thấp do lọc tự nhiên từ nước mưa. Hai nguồn cung cấp chính của nước ngầm là suối và giếng. Khi một tầng ngậm nước hoặc một kênh nước ngầm chạm đến bề mặt mặt đất và chảy ra như một thung lũng hoặc một bên vách đá, nước bắt đầu chảy tự nhiên. Dòng chảy tự nhiên này được gọi là một suối nước. Giếng được xem là thiết bị để hút nước từ tầng nước ngầm. Giếng càng sâu (hơn 100 feet) thì có ít độ đục, nhiều khoáng chất hòa tan, và ít số lượng vi khuẩn hơn các giếng nông.

Read More

Lưu vực nước đầu nguồn

• Lưu vực nước đầu nguồn (lưu vực nước - watershed) là gì?
• Tại sao các lưu vực nước đầu nguồn được xem là rất quan trọng để vận hành nhà máy xử lý nước/nước thải?
• Khoảng cách từ nguồn ô nhiễm sẽ ảnh hưởng như thế nào đến nguồn nước?
• Làm thế nào để chúng ta tìm thấy ranh giới của một lưu vực nước trên bản đồ địa hình?
• Những vấn đề trong một lưu vực nước mà một nhà máy vận hành cần phải nhận thức được?

​

Vào bài

Tầm quan trọng của các lưu vực nước.

Một lưu vực nước (watershed) là gì?

Theo định nghĩa, lưu vực nước là một khu vực nơi mà tất cả lượng mưa chảy vào một vị trí. Vị trí đó có thể là một dòng suối, ao, sông v.v.

Các lưu vực nước nhỏ chảy vào nhau ngày càng tăng thành đầu nguồn ngày càng lớn. Ví dụ, Mountain Empire Community College có ba lưu vực sông nhỏ, cả ba lưu vực sông cuối cùng chảy vào sông Powell, vì vậy chúng đều là một phần của sông Powell, được gọi là lưu vực sông Powell. Nước sông Powell kết thúc tại Vịnh Mexico, do đó Mountain Empire Community College cũng là lưu vực của Vịnh Mexico.

Thượng nguồn của một dòng sông được tạo thành từ các dòng cung cấp đầu tiên. Lưu vực của một dòng cung cấp đầu tiên thì không được chia thành các lưu vực nhỏ hơn bởi vì chúng là dòng cung cấp nước đầu tiên đổ trực tiếp vào các dòng sông. Nước có thể bắt nguồn từ mưa hay nước ngầm trào lên từ bên dưới bề mặt trái đất.

Mỗi lưu vực sông có đặc điểm độc đáo riêng của mình. Kích thước, tính thấm của đất, loại thực vật, loại đất, độ dốc, các vi sinh vật, độ pH, DO (oxy hòa tan) và nhiệt độ, tất cả đều ảnh hưởng đến nước trong một lưu vực. Chúng ta sẽ thấy, từng lưu vực sẽ có những vấn đề riêng của chúng cho các kỹ thuật xử lý nước.

Xử lý nước uống

Có rất nhiều nguyên nhân có thể gây ô nhiễm trong một lưu vực như bể tự hoại, sân bay, ô tô, cơ sở công nghiệp, các hoạt động khai thác khoáng sản, đất nông nghiệp, và tất cả chúng góp phần vào sự ô nhiễm. Ngoài ra, các nguồn và các quá trình khác nhau cũng có thể gây ô nhiễm nguồn nước.

Chúng ta không phải quan tâm về ô nhiễm vi sinh của nguồn cung cấp nước trong xử lý nước uống nhưng chúng ta quan tâm về các loại ô nhiễm khác. Vi khuẩn bị giết hoặc bị loại bỏ trong quá trình xử lý nước thông qua việc keo tụ, kết tủa, lọc và khử trùng nước. Vì vậy, biết được số lượng và loại ô nhiễm trong lưu vực là cần thiết cho các nhà máy xử lý để đưa ra được khối lượng và bao nhiêu chất hóa học (thường là phèn và vôi ) cần thiết để tạo ra keo tụ và lắng chúng ra khỏi nước.

Mỗi lưu vực sông có đặc điểm khác nhau - chất keo khác nhau, độ pH khác nhau v.v. Điều duy nhất phổ biến trong xử lý nước liên quan đến một lưu vực là mỗi đầu nguồn là đồng nhất. Vì vậy, lý do chúng ta quan tâm đến đầu vào cuối của một lưu vực sông là cách xác định tốt nhất cho việc xử lý nước .

Xử lý nước thải

Tại sao chúng ta quan tâm đến đầu cuối của việc xử lý nước thải của một lưu vực? Ở các nước phát triển, việc cộng đồng xã nước thải ra môi trường được kiểm tra rất nghiêm ngặt, họ chỉ được xã chất thải đã được xử lý vào sông suối. Ngoài ra, để đáp ứng tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) xử lý nước thải cũng phải xem xét đến nơi nước xã sẽ đến.

Có nhiều loài đang bị đe dọa thường xuyên đến nuồn nước, chẳng hạn như hến và các sinh vật khác đáng lưu ý trong các dòng chảy dưới các cơ sở xử lý nước thải. Chúng ta phải thật nhạy cảm với cuộc sống ở khu vực hạ lưu khi chúng ta xã nước thải được xử lý ra môi trường. Các cơ sở xử lý nước thải cần thiết phải phấn đấu để duy trì sức khỏe của hệ sinh thái vùng hạ lưu.

Đầu nguồn xã ở chổ này cũng sẽ trở thành đầu nguồn của một cơ sở xử lý nước khác ở đâu đó phía hạ lưu. Cơ sở đó sẽ quan tâm về những gì chúng ta xã vào lưu vực của họ cho các mục đích xử lý, cũng giống như chúng ta lo ngại về các cơ sở xử lý nước thải phía thượng nguồn. Vì vậy, đầu nguồn là một khái niệm quan trọng trong cả việc xử lý nước cấp lẫn nước thải.

Ranh giới

Ranh giới đầu nguồn và sự ô nhiễm.

Làm thế nào để chúng ta biết được ranh giới của các vùng đầu nguồn? Cạnh mép của vùng đầu nguồn thường được tìm thấy trong các khu vực cao nhất xung quanh. Ở đó, nước rơi xuống như mưa ở một bên của ngọn núi hoặc đồi tạo thành một đầu nguồn, trong khi đó nước rơi xuống ở phía bên kia của núi hoặc đồi chảy xuống tạo thành lưu vực sông khác.

Như chúng ta đã đề cập trước đây, có ba lưu vực sông hình thành tại Mountain Empire Community College ở Big Stone Gap, Virginia. Cả ba lưu vực sông này, cuối cùng đổ vào sông Powell. Nếu có ô nhiễm trong một vùng đầu nguồn này và không ô nhiễm trong hai đầu nguồn thì ô nhiễm vẫn đạt đến Powell River.

Nhưng ô nhiễm trên sông Powell sẽ bị pha loãng so với dòng đầu nguồn. Càng xa nguồn ô nhiễm, dòng chảy càng ít bị ô nhiểm và nó sẽ trở thành không còn ô nhiễm cho đến khi nó là một thành phần không đáng kể của nước chảy vào Vịnh Mexico.

Tổng số lượng ô nhiễm trong nước là như nhau khi dòng chảy đến Vịnh Mexico cũng như khi nó khởi nguồn. Do có quá nhiều nước trong Vịnh Mexico nên sự ô nhiễm trở nên rất loãng. Chúng ta có thể thấy tác dụng tương tự khi chúng ta nhỏ một vài giọt thuốc nhuộm màu đỏ vào trong một cốc nước nhỏ thì thấy nước khá đỏ. Nhưng nếu chúng ta đổ cốc nước và thuốc nhuộm vào một thùng phuy nước và trộn nó lên, chúng ta chỉ thấy một màu đỏ mờ nhạt hoặc không còn màu.

Một ví dụ khác cho thấy khoảng cách và khối lượng ảnh hưởng đến sự phân tán ô nhiễm là một hắt hơi. Khi bạn hắt hơi, mầm và nước hạt ban đầu rất tập trung ngay bên ngoài mũi của bạn, nhưng khi chúng bay ra xa khuôn mặt của bạn, chúng phân tán vào không khí xung quanh và trở nên kém tập trung. Có quá nhiều không khí xung quanh để cho các mầm và các phân tử nước để phân tán, do vậy ô nhiễm trở nên không đáng kể.

Chúng ta đang quan tâm đến việc xác định lưu vực của một khu vực để chúng ta có thể tìm kiếm các nguồn tiềm năng gây ô nhiễm để làm cơ sở xử lý. Chúng ta cũng cần phải nhạy cảm với cuộc sống ở hạ nguồn khi xã các chất ô nhiễm vào trong nước. Khi chúng ta xem xét các nguồn ô nhiễm trong lưu vực, chúng ta phải giữ trong tâm trí về sự ảnh hưởng của khoảng cách trên nồng độ của các chất gây ô nhiễm trong nước.

 

 

 

 

 

Xác định ranh giới lưu vực sông trên một bản đồ địa hình

Hãy xác định lưu vực trên bản đồ địa hình (còn được gọi là một bản đồ cấu trúc liên kết). Trước tiên, bạn cần phải biết cách để đọc bản đồ.

Tỷ lệ thường được tìm thấy ở dưới cùng trên bản đồ giấy, nhưng trên trang web được đề cập sau đây, tỷ lệ được tìm thấy ở trên cùng của bản đồ. Một tỷ lệ điển hình là 1:24,000  có nghĩa rằng mỗi inch trên bản đồ thì tương đương với 24.000 inch trên mặt đất. Mũi tên ở dưới cùng của bản đồ chỉ về hướng bắc.

Một bản đồ địa hình cho thấy sự khác biệt về độ cao của một loạt các đường cong. Bạn có thể nghĩ đến một đường viền như một đường mòn cho một người leo núi lười biếng, người không bao giờ muốn leo lên hoặc xuống. Thay vào đó, ông chỉ đi quanh bên cạnh một ngọn đồi ở độ cao tương tự.

Trên bản đồ địa hình, các đường cong cách nhau là sự khác biệt về độ cao của mỗi bốn mươi feet. Vì vậy, khi người leo núi lười biếng trên một đường viền là khoảng bốn mươi feet cao hơn hoặc thấp hơn so với người leo núi lười biếng trên đường viền lân cận.

Đỉnh đồi rất dễ tìm thấy trên bản đồ địa hình, vì chúng được thể hiện như vòng tròn khép kín.

Khi xem xét một bản đồ địa hình, bạn sẽ cần phải định hướng cho mình bằng cách tìm các đối tượng được biết đến. Ví dụ: tìm kiếm đỉnh (thường được dán nhãn theo tên), các tòa nhà (hiển thị hình vuông nhỏ), nhà thờ, nghĩa trang v.v các con đường được dán nhãn cũng có thể giúp chúng ta xác định được phương hướng.

Một khi bạn định hướng được rồi, hãy tìm những điểm cần quan tâm. Tiếp tục với bản đồ mẫu được hiển thị ở trên, chúng ta đã làm nổi bật Creek X (con lạch X). Bây giờ bạn có thể bắt đầu để xác định ranh giới lưu vực của khu vực.

Bắt đầu từ con lạch, đi lên dốc trong mọi hướng (trừ ra hướng xuống hạ lưu) cho đến khi bạn đạt được điểm cao nhất. Đôi khi điểm cao nhất trên con lạch có thể là một đỉnh cao, thể hiện như một vòng tròn khép kín. Lần khác, điểm cao nhất là một sườn núi, thể hiện như một dài hình chữ U. Trong mọi trường hợp, ở phía bên kia của những điểm cao nhất là một đầu nguồn mới bắt đầu. Kết nối các điểm cao nhất trên con lạch thành dòng và bạn đã rút ra trong ranh giới lưu vực sông. Dòng này cũng đánh dấu thượng nguồn của lưu vực.

 

 

Đầu nguồn của bạn

Hãy cố gắng tìm kiếm các ranh giới của các lưu vực sông mà trong đó bạn sống hoặc đang làm việc. Nếu bạn chưa có một bản đồ địa hình của khu vực bạn ở thì vào http://www.topozone.com/ và nhập vào tên  thành phố và bang gần nhất trong ô "Tìm kiếm".

Nếu bạn làm việc từ một bản đồ trên topozone.com, bạn có thể thay đổi tỷ lệ để bạn có thể nhìn thấy toàn bộ khu vực đầu nguồn khi bạn tìm thấy bản đồ địa hình của khu vực bạn tìm. Bắt đầu từ tỷ lệ 1:200,000 hoặc 1:100.000 sẽ cho phép bạn định hướng và xác định ranh giới lưu vực nếu bạn đang xem xét một đầu nguồn lớn. Sau đó thay đổi tỷ lệ 1:25,000 để bạn có thể nhìn thấy khu vực trong lưu vực mà có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước. Trong đó khu vực nào bạn nghĩ là nguồn ô nhiễm? Khu vực nào bạn có nghĩ rằng nó xã nước sạch vào suối, sông hoặc hồ?

Giám sát đầu nguồn

Đời sống thủy sinh trong hồ và sông là một chỉ số tốt về những nỗ lực thành công của chúng ta trong việc giữ sạch nước. Nhiều sinh vật không thể tồn tại trong nước bị ô nhiễm.

Chúng ta cũng có thể theo dõi, quan sát sự sạch sẽ của nước một cách trực tiếp bằng cách kiểm tra nồng độ các chất ô nhiễm khác nhau trong nước. Sở Chất lượng Môi trường (DEQ) là cơ quan giám sát lưu vực sông, họ phân tích dữ liệu tại các trạm được thiết lập trong các khu vực khác nhau.

Ứng phó với ô nhiễm trong lưu vực của bạn

Như một nhà điều hành nhà máy, bạn cần phải có một sự hiểu biết về những gì là các nguồn ô nhiễm tiềm năng nằm trong lưu vực của bạn. Nếu không có kiến thức này, bạn sẽ không thể ứng phó đầy đủ các vấn đề khi phát sinh.

Lưu vực cấp nguồn nước cho Greenville, bang Tennessee, đi qua một khu vực công nghiệp đã có một vụ tràn axit. Một ống dẫn mang acid sulfuric nổ và đỗ toàn bộ các thành phần bên trong chiếc xe bồn xuống sông. Các nhà điều hành nước có trách nhiệm đã nhận ra rằng độ pH của nước đi vào nhà máy đã giảm xuống.

Việc đầu tiên một nhà điều hành làm là đóng cửa nhà máy. Ông đã đoán rằng axit từ một vụ tràn trong khu vực công nghiệp mặc dù không có ai ở công ty nhận thấy có vấn đề này. Vì vậy, nhà điều hành đã gọi cho nhà máy xử lý nước khác ở hạ lưu trong khu vực tràn acid để thông báo cho họ biết về sự ô nhiễm này.

Bạn không thể biết được chuyện gì xảy ra khi một chiếc xe bồn bị lật và đổ một đống chất gây ô nhiễm vào lưu vực của bạn. Thông thường, lượng thời gian mà bạn sẽ phải đối phó với một tình huống như vậy không phải là điều bạn muốn. Một lượng thời gian hợp lý để có thể ứng phó với một vấn đề là gì? Thời gian để ngăn chặn thiệt hại là không tránh khỏi và chi phí sửa chữa rất tốn kém. Những người chịu trách nhiệm đối với các cơ sở xử lý nước mong muốn một người điều hành túc trực để nắm bắt các vấn đề khi chúng tràn xuống suối. Người điều hành sẽ có hành động thích hợp hoặc đóng cửa nhà máy, nếu cần thiết. Điều này ngăn chăn được tốn kém cho việc dọn dẹp và các vấn đề khác với nước trong việc xử lý sau này.

Biết được đầu nguồn, có thể giúp bạn ngăn ngừa các vấn đề trước khi chúng xảy ra. Điều gì sẽ làm, nếu bạn phát hiện thấy nhiều loài động vật bị bệnh hoặc chết trong lưu vực của bạn? Chắc chắn rằng bạn sẽ không muốn động vật chết trong vùng nước mà bạn đang xử lý để tiêu thụ. Không biết được ranh giới của lưu vực, bạn sẽ không thể đứng trên đỉnh của những vấn đề này.

Các vấn đề khác của thượng nguồn

Bạn có thể tự hỏi, khả năng xãy ra của bất cứ điều gì trong lưu vực sông sẽ tạo ra một vấn đề gì? Liệu rằng chúng ta keo tụ tạo bông, lọc, clo nước đầu vào và loại trừ hầu hết các vấn đề trong nước đầu ra?

Mặc dù qua tất cả các xử lý lọc đó, một số vi sinh vật nhất định vẫn có thể đi qua bộ lọc. Cryptosporidium là một ví dụ. Cryptosporidium là một ký sinh trùng thường được tìm thấy trong ruột của gia súc. Ký sinh trùng gây ô nhiễm nước khi phân từ động vật tương tác với một nguồn nước. Trong một quần thể khỏe mạnh, sự nhiễm trùng ký sinh trùng này có thể dẫn đến bệnh tiêu chảy cấp, kéo dài 2-3 tuần. Ký sinh trùng có thể đe dọa cuộc sống cho những người bị suy các hệ thống miễn dịch như bệnh nhân AIDS, trẻ em và người già.

Vì lọc và clo không hiệu quả trong xử lý nước bị nhiễm Cryptosporidium, Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) yêu cầu tất cả các hệ thống cấp nước công cộng phục vụ hơn 100.000 kết nối phải theo dõi Cryptosporidium. Mặc dù, chúng ta không có khả năng có Cryptosporidium trong lưu vực, tuy nhiên một số thành phố lớn với lưu vực lớn là có thể. Do vậy, vận hành nhà máy cần phải xét nghiệm các dòng nước đầu vào nhà máy để xác định chất gây ô nhiễm là một vấn đề.

Khi theo dõi vùng đầu nguồn, chúng ta nên tính đến khả năng tiếp cận của khu vực. Mọi người có thể vào đầu nguồn ở Appalachia dọc theo một con đường, vì vậy các nguồn ô nhiễm có thể tương đối dễ dàng theo dõi. Ngược lại, tại lưu vực sông Big Stone Gap việc tiếp cận bằng hai con đường và việc câu cá được cho phép trong hồ chứa khi có giấy phép, sẽ có một chút phức tạp hơn. Việc tiếp cận công cộng của đầu nguồn càng cao thì nguy cơ tiềm ẩn càng cao.

Một mối quan tâm cuối cùng của bảo tồn đầu nguồn là chuyển hướng dòng nước cho mục đích sử dụng khác. Khi nước bị chuyển hướng từ một đầu nguồn, ví vụ như ngăn sông để làm thủy điện, sẽ làm hạn chế lưu lượng nước để pha loãng nguồn ô nhiễm. Ngoài ra còn bị hạn chế lượng nước có sẵn để cung cấp cho các cộng đồng ở hạ nguồn.

Tóm tắt

Đầu nguồn là một khái niệm rất quan trọng đối với các kỹ thuật viên nước và nước thải. Lưu vực sông, một nhà máy được đặt trong đó cần xác định độ tinh khiết của dòng nước chảy vào nhà máy. Công nhân nhà máy cũng phải ý thức được môi trường sinh thái vùng hạ lưu và cộng đồng con người chịu ảnh hưởng của nước họ xã ra.

Các kỹ thuật viên cần phải biết ranh giới của các lưu vực sông nhằm xác định các nguồn tiềm năng của ô nhiễm. Họ cũng nên biết nguồn ô nhiễm chảy vào đầu nguồn như thế nào, ảnh hưởng đến tất cả các lưu vực sông ở hạ lưu ra sao, và nguồn ô nhiễm càng lúc bị pha loãng khi khoảng cách từ nguồn ô nhiễm càng lúc lớn dần.

Các kỹ thuật viên, người hiểu được đầu nguồn sẽ có thể ứng phó với các vấn đề một cách nhanh chóng và hiệu quả. Họ phải biết khi nào phải đóng cửa nhà máy, khi nào phải cảnh báo nhà máy xử lý khác, và khi nào điều chỉnh hoạt động của các nhà máy mà mình đang vận hành.

Read More

Keo tụ và kết bông -Tấm lắng lamen Lamela

 

Tổng quan về quá trình

Các bước xử lý trong nhà máy.

Sau khi nguồn nước đã được xét nghiệm và trải qua các bước tiền khử clo và thông khí, thì nước đã sẵn sàng cho sự đông tụ và kết bông.

Theo lý thuyết và ở mức độ hóa học; đông tụ và kết bông là một quá trình ba bước bao gồm trộn, đông tụ và kết bông. Tuy nhiên, trong thực tế ở các nhà máy xử lý chỉ có hai bước trong quá trình đông tụ/kết bông - đầu tiên nước chảy vào bể trộn kết hợp, và sau đó đi vào bể kết bông.

Trong phần này, chúng ta chủ yếu quan tâm tới lý thuyết đông tụ/kết bông và sẽ xem xét đến việc thực hành chi tiết hơn.

Mục đích

Mục đích chính của quá trình đông tụ/kết bông là loại bỏ các chất bẩn ra khỏi nước. Độ đục của nước là do các hạt cặn nhỏ lơ lửng trong nước. Nước với ít hoặc không có độ đục là nước sạch.

Độ đục không chỉ là một vấn đề thẩm mỹ trong nước, nước có độ đục cao thì rất khó khăn hoặc không thể khử trùng hoàn toàn. Mức tối đa cho phép các chất bẩn trong nước là 0,5 NTU, trong khi mức đề nghị là khoảng 0,1 NTU (NTU hoặc TU là viết tắt của nephelometric turbidity unit, là một phép đo độ đục của nước).

Ngoài việc loại bỏ độ đục trong nước, đông tụ và kết bông còn có những lợi ích khác như loại bỏ các vi khuẩn lơ lửng trong nước và cũng có thể loại bỏ màu ra khỏi nước.

Độ đục và màu sắc là rất phổ biến trong nước mặt hơn là so với nước ngầm. Khi nước chảy trên mặt đất đến suối, chảy qua suối và sau đó thông ra các con sông, nước khuấy lên một số lượng lớn các hạt cặn làm cho nước mặt có độ đục và màu sắc. Vì vậy, xử lý thông qua quá trình đông tụ/kết bông là điển hình của nước mặt, trong khi đó thông khí là thường cần thiết cho việc xử lý nước ngầm.

Ba bước của đông tụ và kết bông

Như chúng ta đã đề cập ở trên, các phản ứng hóa học của việc đông tụ/kết bông bao gồm ba quá trình – (1) trộn kết hợp, (2) đông tụ và (3) kết bông. Mỗi phần của các quá trình được giải thích ngắn gọn dưới đây.

Trong bể trộn kết hợp, chất keo tụ được cho vào nước và được pha trộn một cách nhanh chóng và dữ dội. Mục đích của bước này là để phân bổ và trộn đều các hóa chất trong nước. Qúa trình trộn thường kéo dài một phút hoặc ít hơn. Nếu nước được trộn ít hơn ba mươi giây thì các chất hóa học sẽ không pha trộn hoàn toàn vào trong nước. Ngược lại, nếu quá trình trộn trong nước hơn sáu mươi giây thì lưỡi trộn sẽ cắt và phá tan các keo tụ mới hình thành trở lại thành các hạt nhỏ.

Sau khi trộn hóa chất, đông tụ xảy ra. Trong đông tụ, các hóa chất làm đông trung hòa điện tích của các hạt mịn trong nước, cho phép các hạt mịn lơ lững trong nước đến gần với nhau và liên kết tạo thành những khối lớn hơn. Chúng ta có thể thấy quá trình đông tụ xãy ra trong nấu ăn khi chuẩn bị gelatin (jello – trong làm thạch hay rau câu) hoặc khi nấu một lòng trắng trứng trong nước sôi.

Bước cuối cùng là kết bông. Kết bông là một quá trình trộn nhẹ nhàng để mang các hạt mịn hình thành trong đông tụ tiếp xúc với nhau và kết thành bông. Quá trình kết bông thường kéo dài khoảng 30-45 phút. Lưu vực (hay bể) kết bông thường có một số ngăn với tốc độ trộn giảm hẵn khi nước đi qua lưu vực này. Lưu vực được chia ngăn này cho phép kết bông ngày càng lớn không bị cắt vụn bởi các cánh trộn (cánh khuấy).

Kết bông

Sản phẩm cuối cùng của một quá trình đông tụ/kết bông là nước tương đối tốt mà trong đó phần lớn các chất bẩn đã được thu lại và kết bông, các cụm vi khuẩn và các hạt tạp chất hút lại với nhau, và hình thành từng cụm. Sau đó các kết bông sẽ được lắng trong bể lắng và những kết bông không lắng được sẽ tiếp tục được loại bỏ trong bể lọc.

Kích thước các bông kết tủa tốt nhất là từ 0,1- 0,3 mm. Bông kết tủa càng lớn thì có sự liên kết không bền và dễ dàng bể vụn trong bể kết bông, ngược lại bông kết tủa nhỏ quá thì không lắng được.

 

 

Hóa chất

Giới thiệu

Tại sao chúng ta cần một quá trình phức tạp như vậy để loại bỏ các hạt trong nước? Một số hạt sẽ được lắng ra khỏi nước khi có đủ thời gian. Nhưng những hạt khác sẽ chống lại viêc lắng này từ ngày này qua tháng nọ là do kích thước và điện tích giữa của các hạt quá nhỏ.

Chúng ta sẽ xem xét các quá trình phản ứng hóa học trong quá trình lắng dưới đây. Nhưng trước tiên, chúng ta nên biết ba loại đối tượng có thể được tìm thấy trong nước.

Các loại hạt trong nước

Có ba loại đối tượng có thể được tìm thấy trong nước. Theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, các đối tượng này là những hóa chất dạng dung dịch, chất keo rắn và chất rắn lơ lửng. Đông tụ/kết bông sẽ loại bỏ keo và chất rắn lơ lửng trong nước.

Hóa chất dạng dung dịch thì hòa tan hoàn toàn trong nước. Chúng được tích điện và có thể tương tác với nước, vì vậy chúng hoàn toàn ổn định và sẽ không bao giờ lắng ra khỏi nước. Hóa chất dạng này không thể nhìn thấy bằng mắt thường cũng như sử dụng kính hiển vi. Kích thước của nó nhỏ hơn 1 Mu (một Mu hoặc millimicron bằng 0,000000039 inch). Một ví dụ của một hóa chất dạng dung dịch là đường trong nước.

Chất rắn dạng keo, còn được gọi là chất rắn không lắng, chúng không hòa tan trong nước mặc dù chúng có tích điện. Tuy nhiên, các hạt này rất nhỏ và chúng không thể lắng ra khỏi nước được, ngay cả sau nhiều năm và chúng không thể được loại bỏ bằng cách đơn lọc. Chất rắn keo có kích thước khoảng từ 1 đến 500 Mu và có thể được nhìn thấy chỉ khi dùng kính hiển vi công suất cao. Ví dụ như vi khuẩn, đất sét tốt, và phù sa. Chất rắn dạng keo thường gây ra màu, chẳng hạn như "màu trà" của nước đầm lầy.

Cuối cùng, chất rắn lơ lững hoặc lắng được sẽ được tách ra khỏi nước theo thời gian, mặc dù điều này xảy ra rất chậm và đơn thuần để lắng các hạt cặn trong một nhà máy xử lý nước. Các hạt lớn hơn 1.000 Mu thì có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi hoặc đôi khi bằng mắt thường. Ví dụ về các chất rắn lơ lửng bao gồm cát và bùn nặng.

Hạt mang điện tích

Hóa chất dùng để đông tụ và kết bông chủ yếu là do điện trong các hạt mang điện. Tích điện giống nhau (hai hạt mang điện tích âm hoặc hai hạt tích điện dương) thì đẩy nhau, trong khi điện tích trái chiều (một hạt tích điện dương và một hạt mang điện tích âm) thì hút nhau.

Hầu hết các hạt hòa tan trong nước đều mang điện tích âm, vì vậy chúng có xu hướng đẩy nhau. Kết quả là chúng phân tán, hòa tan hoặc ở dạng keo trong nước, như trình bày ở trên.

Mục đích của hầu hết các hóa chất làm đông tụ là để trung hòa điện tích âm trên các hạt để ngăn chặn những hạt này đẩy nhau. Số lượng hóa chất đông tụ cần được bổ sung vào nước sẽ phụ thuộc vào ngưỡng tích điện zeta tiềm ẩn trong các hạt (Zeta là một phép đo độ lớn của điện tích xung quanh các hạt keo). Nếu điện tích zeta tiềm ẩn càng lớn thì việc đông tụ sẽ càng cần thiết.

Chất đông tụ thường mang điện tích dương. Do điện tích dương của chúng, các hạt mang điện tích âm bị hút vào như hình dưới đây.

Sự kết hợp của các điện tích dương và âm dẫn đến sự trung tính của các điện tích. Kết quả là các hạt không còn đẩy nhau.

Một lực tiếp theo sẽ tác động đến các hạt được gọi là lực của van der Waal. Lực của van der Waal đề cập đến xu hướng của các hạt trong tự nhiên hút nhau một cách yếu ớt nếu chúng không có mang điện tích.

Một khi các hạt trong nước không đẩy lùi nhau, lực của Van der Waal làm cho các hạt trôi dạt về cùng phía và cùng nhau tham gia vào một nhóm. Khi các hạt kết hợp cùng nhau, chúng trở thành bông kết tủa và được lắng ra khỏi nước.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hóa chất làm đông

Các loại chất đông tụ

 liên hệ tư vấn : 0966256121

Hóa chất đông tụ có hai loại - đông tụ chính và hỗ trợ đông tụ. Đông tụ chính sẽ trung hòa điện tích của các hạt trong nước làm chúng xích lại với nhau. Hỗ trợ đông tụ bổ sung thêm tỷ trọng để làm các bông kết tủa lắng chậm và thêm dẻo dai để chúng không bị phá vỡ trong quá trình trộn và lắng.

Đông tụ chính luôn được sử dụng trong quá trình đông tụ/kết bông. Còn hỗ trợ đông tụ chỉ dùng khi cần thiết và thường được sử dụng để giảm thời gian keo tụ.

Trong hóa học, hóa chất làm đông thường là muối kim loại (như phèn) hoặc là polymer. Polyme là các hợp chất hữu cơ nhân tạo được tạo thành bởi một chuỗi dài các phân tử nhỏ hơn. Polyme có thể là cation (tích điện dương), anion (mang điện tích âm), hoặc không ion (trung lập tính). Bảng dưới đây cho thấy rất nhiều các hóa chất làm đông tụ phổ biến, chúng được sử dụng như chất đông tụ chính, hổ trợ cho việc kết tủa.

Nguồn nước khác nhau cần đông tụ khác nhau, nhưng thường được sử dụng nhất là phèn nhôm và phèn sắt (sulfate).

liên hệ tư vấn : 0966256121

Tên hóa chất	Công thức hóa học	Đông tụ chính	Hổ trợ đông tụ
Aluminum sulfate (Alum)	Al2(SO4)3 · 14 H2O	X
Ferrous sulfate	FeSO4 · 7 H2O	X
Ferric sulfate	Fe2(SO4)3 · 9 H2O	X
Ferric chloride	FeCl3 · 6 H2O	X
Cationic polymer	Various	X	X
Calcium hydroxide (Lime)	Ca(OH)2	X*	X
Calcium oxide (Quicklime)	CaO	X*	X
Sodium aluminate	Na2Al2O4	X*	X
Bentonite	Clay		X
Calcium carbonate	CaCO3		X
Sodium silicate	Na2SiO3		X
Anionic polymer	Various		X
Nonionic polymer	Various		X

* Chỉ được sử dụng như một chất kết tủa sơ cấp trong quá trình làm mềm nước.

 

Phèn nhôm

Có rất nhiều chất đông tụ chính có thể được sử dụng trong một nhà máy xử lý nước. Một trong những chất được sử dụng sớm nhất và vẫn còn được sử dụng rộng rãi nhất là nhôm sunfat, còn được gọi là phèn nhôm. Phèn nhôm có thể được mua ở dạng lỏng với nồng độ 8,3%, hoặc ở dạng khô với nồng độ 17%. Khi phèn được thêm vào nước, nó phản ứng với nước và tạo ra các các ion mang điện tích dương.

Hóa chất hổ trợ đông tụ

Hầu hết tất cả các chất trợ đông là rất đắt tiền, vì vậy cần lưu ý khi sử dụng đúng số lượng các hóa chất này. Trong nhiều trường hợp, chất trợ đông không cần thiết trong quá trình hoạt động bình thường của nhà máy xử lý, nhưng được sử dụng trong việc xử lý khẩn cấp khi nước này không được xử lý đầy đủ trong quá trình keo tụ và trong bể lắng đọng trầm tích. Một vài chất trợ đông tụ sẽ được xem xét dưới đây.

Vôi là một chất giúp trợ đông được sử dụng để tăng độ kiềm của nước. Sự gia tăng kiềm làm tăng các ion (hạt mang điện âm) trong nước, một số trong đó mang điện tích dương. Các hạt tích điện dương sẽ hút các hạt keo trong nước, tạo thành bông kết tủa.

Bentonit là một loại đất sét được sử dụng như một tác nhân gia trọng trong nước có màu sắc cao, độ đục thấp và có chứa khoáng chất. Loại nước này thường sẽ không hình thành các bông kết tủa đủ lớn để lắng ra khỏi nước. Các bentonit tham gia với các bông nhỏ, làm cho các bông này nặng hơn và do đó làm cho nó được lắng một cách nhanh chóng hơn.

Các yếu tố ảnh hưởng tới đông tụ

Giới thiệu

 liên hệ tư vấn : 0966256121

Trong một nhà máy xử lý nước giếng động, việc điều chỉnh là cần thiết để tối đa hóa quá trình đông tụ/kết bông. Những điều chỉnh này là phản ứng đối với những thay đổi chất lượng nước thô vào nhà máy. Đông tụ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi như độ pH, kiềm, nhiệt độ, thời gian, vận tốc và ngưỡng điện tích zeta tiềm năng trong nước.

Hiệu quả của đông tụ thường phụ thuộc vào pH. Nước có màu sắc sẽ đông tụ tốt hơn ở độ pH thấp (4,4-6) với phèn nhôm.

Kiềm là cần thiết để cung cấp ion âm, chẳng hạn như (OH) hình thành các hợp chất không hòa tan để kết tủa chúng lại. Kiềm có thể có tự nhiên trong nước hoặc cần phải được thêm vào như là hydroxit, cacbonat, hoặc bicacbonat. Thông thường, 1 phần phèn sử dụng 0,5 phần kiềm cho đông tụ là thích hợp.

Nhiệt độ càng cao, phản ứng càng nhanh và hiệu quả hơn cho quá trình đông tụ. Nhiệt độ mùa đông sẽ làm chậm tốc độ phản ứng, điều này có thể khắc phục bằng việc kéo dài thời lưu giữ nước và may mắn thay được thiên nhiên hổ trợ vì nhu cầu nước thấp trong mùa đông.

Thời gian cũng là một yếu tố rất quan trọng. Pha trộn và thời gian lưu trữ nước thích hợp là rất quan trọng để đông tụ.

Vận tốc cao làm cắt hoặc phá vỡ các bông kết tủa và vận tốc thấp sẽ cho phép chúng lắng được trong bể lắng. Vận tốc khoảng 1 ft/giây trong bể lắng cần được duy trì.

Zeta tiềm ẩn là mức điện tích tại ranh giới của hạt keo tụ và nước xung quanh. Điện tích càng cao thì càng nhiều lực đẩy giữa các hạt đục, càng ít đông tụ và ngược lại. Tiềm ẩn zeta càng cao thì đòi hỏi liều lượng cao chất đông tụ. Đông tụ hiệu quả bằng cách làm giảm điện tích tiềm ẩn zeta về đến 0.

Đông tụ

Loại và hàm lượng chất kết tủa thích hợp là rất cần thiết cho quá trình đông tụ. Sự lựa chọn chất kết tủa sẽ phụ thuộc vào các điều kiện tại nhà máy. Hàm lượng chất kết tủa cũng phụ thuộc vào điều kiện nước, và một xét nghiệm trong phòng thí nghiệm là vô cùng cần thiết để xác định hàm lượng chính xác tại bất kỳ thời điểm và nguồn nước nào.

Chất đông tụ thường được đưa vào nước thông qua việc sử dụng trạm trung chuyển trọng lực hay bơm định lượng. Trạm trung chuyển trọng lực là giải pháp khô đưa hóa chất khô vào nước. Bơm định lượng là giải pháp ướt (chất lỏng) để nạp dụng dịch vào trong nước bằng cách bơm ngắt quãng hoặc luân phiên.

Đông tụ không đạt yêu cầu liên quan đến chất keo tụ có thể do:

• Sử dụng hóa chất cũ
• Sử dụng sai các chất kết tủa
• Sử dụng sai hàm lượng chất kết tủa. Điều này có thể là kết quả của việc thiết lập tỷ lệ sai trên trạm trung chuyển trọng lực hay bơm định lượng, hoặc từ một sự cố của thiết bị.

​

Các sự cố về đông tụ và kết bông phổ biến

Sự cố	Nguyên nhân	Giải pháp có thể
Kết bông kém	Liều lượng chất keo tụ không đủ Thời gian ngậm keo tụ không đúng	Thử nghiệm, xác định liều lượng keo tụ tối ưu và tăng chất keo tụ như nhu cầu. Kiểm tra lại thời gian ngậm keo tụ bằng thử nghiệm. Áp dụng thời gian mgậm keo tụ cần thiết, có thể điều chỉnh lại tốc độ kết bông hoặc lưu lượng dòng chảy.
Kết bông nhẹ và dễ vỡ	Dư thừa vôi. Vôi hòa tan thấp. Vôi thừa sẽ kết tủa như hyroxit-canxi và hình thành kết bông nhẹ. Hàm lượng keo tụ không đủ. Chất keo tụ hình thành kết bông nặng.	Xét nghiệm và cung cấp vôi theo nhu cầu. Nếu vôi dư thừa như mong muốn thì tăng chất keo tụ cho đến khi chất lượng kết bông được cải thiện.
Kết tủa kém ngay cả khi tối ưu hóa chất keo tụ	Do việc trộn không đúng cách	Kiểm tra lại việc pha trộn và tốc độ trộn hóa chất, điều chỉnh lại cho thích hợp.
Hình thành bông kém trong mùa đông với độ đục của nước thấp	Không đủ độ đục cho việc kết bông có hiệu quả. Thời gian ngậm keo tụ không đúng. Nhiệt độ thấp gây ra kết bông chậm điều này cần thiết phải kéo dài thêm thời gian ngậm keo tụ.	Thử với một số chất bổ sung đông tụ nặng như đất sét hoặc natri silicat. Xác định lại thời gian ngậm keo tụ tối ưu và ứng dụng chúng.
Kết bông không đạt trong nước có màu vàng nhạt	Màu sắc của nước là do phân hủy các chất hữu cơ tự nhiên như lá	Cung cấp thêm pH độ thấp và tăng liều cao chất kết tủa. Tạo phèn pH thấp bằng cách tạo ra axit sunfuric trong nước.
Hình thành bông kém trong mùa hè với độ đục của nước thấp	Tình trạng hạn hán. Thiếu yếu tố pha loãng thích hợp và hàm lượng cao của khoáng sản gây ra tình trạng kết bông kém.	Chạy thữ nghiệm bằng cách dung phèn và chất đông tụ nặng, điều này sẽ làm tăng mật độ và tỷ lệ kết bông của keo tụ bằng việc tăng thêm các mầm, hạt trong nước.
Kết tủa lắng trong bể keo tụ	Hàm lượng keo tụ dư thừa hình thành kết bông nặng. Hàm lượng hổ trợ keo tụ nặng quá cao. Vận tốc dòng chảy trong bể quá chậm.	Chạy thữ nghiệm để kiểm tra lại hàm lượng keo tụ và điều chỉnh lại cho thích hợp. Chạy thử nghiệm lại không cần chất hổ trợ keo tụ để xác định hàm lượng chất hổ trợ keo tụ cần thiết. Giảm hàm lượng chất hổ trợ keo tụ hoặc không dung theo yêu cầu. Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy và tốc độ kết bông.

 liên hệ tư vấn : 0966256121

Tóm tắt

Đông tụ và kết bông là một quá trình được sử dụng để loại bỏ độ đục, màu sắc, và một số vi khuẩn trong nước. Trong bể trộn kết hợp, hóa chất được cho vào nước và trộn mạnh trong khoảng thời gian từ 30 giây đến một phút. Các chất đông tụ bao gồm đông tụ chính và/hoặc hỗ trợ đông tụ. Sau đó, trong bể tạo bông, nước được khuấy nhẹ nhàng trong khoảng 30 đến 45 phút để cho hóa chất trộn đều và thúc đẩy hình thành bông kết tủa. Các kết tủa sau đó được lắng xuống trong bể lắng.

Đông tụ để loại bỏ chất keo và chất rắn lơ lửng ra khỏi nước. Các hạt cặn luôn mang điện tích âm, do đó các hóa chất đông tụ mang tích điện dương sẽ trung hòa chúng trong đông tụ. Sau đó, trong quá trình keo tụ, các hạt sẽ hút lẫn nhau thông qua lực van der Waal, hình thành bông kết tủa. Quá trình đông tu/kết bông này bị ảnh hưởng bởi pH, muối, độ kiềm, độ đục, nhiệt độ, sự pha trộn hóa chất, hóa chất và chất kết tủa.

----------------------------

Read More