Xử lý nước sinh hoạt (Phần 1)

Nước “tinh khiết” không tồn tại. Tất cả nước tự nhiên đều có chứa một số khí và khoáng chất hòa tan. Chất lượng nước ngầm bị ảnh hưởng bởi cấu tạo hóa học của các thành tạo địa chất mà nó xuất hiện và khoảng thời gian nó nằm dưới lòng đất.

So với nước mặt, nước ngầm sạch và tinh khiết hơn bởi chúng di chuyển rất chậm và tồn tại lâu trong lòng đất, chúng thường không có cặn và nhiệt độ không đổi. Ngoài ra, nước ngầm được bảo vệ tự nhiên dưới lòng đất và ít có nguy cơ bị ô nhiễm hơn nước mặt. Tuy nhiên, nước ngầm có thể có nhiều khoáng hóa hơn nước mặt. Những thành phần này có thể bao gồm hàm lượng vi lượng của sắt, mangan, canxi, magiê, natri, bicarbonate, silica, sulfat, clorua, nitrat và florua. Một lượng nhỏ các nguyên tố và hợp chất này thường không gây ra các vấn đề sức khỏe trong nước uống. Tuy nhiên, khi nồng độ đủ cao, chúng có thể ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của nước (độ cứng, màu) và phải được giảm bớt.

Một số cấu tử hòa tan có thể được loại bỏ hoặc khử bằng thiết bị xử lý. Một số phương pháp xử lý khá đơn giản được áp dụng, hiệu quả về chi phí thường có mặt ở các vùng nông thôn và ngoại ô. Tại các khu vực thành thị, nước sinh hoạt được xử lý bằng công nghệ tiên tiến, mang đến hiệu qủa tốt hơn.

CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Ba yếu tố: vật lý, sinh học và hóa học thường được đề cập để đánh giá chất lượng nước. Các ảnh hưởng của 3 yếu tố này được đề cập cụ thể dưới đây:

Vật lý

Vị, mùi, độ đục và màu sắc là những đặc tính vật lý chính của nước mà người sử dụng nhận thấy.

Mùi, màu sắc, vị là những yếu tố bất thường có trong nước sinh hoạt mà con người dễ nhận biết

Vấn đề: Mùi và vị

Vị và mùi có thể ảnh hưởng đến chất lượng của nước do làm bẩn một số loại thực phẩm và rau quả và làm giảm độ ngon của thực phẩm nấu trong nước. Các nguồn chính của các chất có mùi và vị là các vật liệu hữu cơ vô hại như vi khuẩn sắt, và một số thành phần hóa học vô cơ như hydro.

Hydro là nguyên nhân chính gây ra mùi và vị “trứng thối” trong nước. Ở nồng độ cao, nó là một loại khí độc, dễ cháy và hòa tan nhiều trong nước. Nó cũng độc nếu hít phải một lượng lớn.

Hydro sunfua có thể sinh ra từ hoạt động của vi khuẩn khử sunfat, hoặc do sự phân hủy chất hữu cơ, nước thải và một số chất thải công nghiệp. Ngoài mùi khó chịu, hydrogen sulfide có tính ăn mòn và gây ra các vết đen trên đồ dùng và đồ đạc bằng bạc.

Nước có tính axit (pH thấp) có thể làm trôi đồng ra khỏi đường ống gây ra mùi vị kim loại, đặc biệt là khi nước không được xả ra khỏi đường ống thường xuyên. Vấn đề về mùi có thể xảy ra với sự hiện diện của cặn sắt, có thể gây ra mùi ẩm mốc hoặc sình lầy trong nước.

Hầu hết các vấn đề về mùi và vị được giải quyết bằng cách loại bỏ các chất gây ra vấn đề. Các kỹ thuật xử lý bao gồm lọc và / hoặc oxy hóa than hoạt tính bằng cách sử dụng clo hóa, thuốc tím, ozon hóa hoặc sục khí.

Vấn đề: Độ đục và màu sắc

Độ đục là một hiện tượng khó nhìn thấy trong nước do sự hiện diện của các hạt lơ lửng không hòa tan. Độ đục phổ biến trong nước mặt hơn nước ngầm vì nước ngầm di chuyển quá chậm để mang theo các hạt trầm tích. Độ đục là điều không mong muốn đối với sức khỏe cũng như thẩm mỹ bởi vì chúng có thể cản trở chất khử trùng và kèm theo sự xuất hiện của các vi sinh vật.

Nước đổi màu có thể chứa các hợp chất hữu cơ. Chất này chủ yếu có nguồn gốc từ sự thối rữa của thực vật và động vật. Nước bị biến màu cao là điều không nên vì nó có thể làm ố đồ đạc và quần áo trong gia đình cũng như làm giảm tính thẩm của nước. Xử lý độ đục và màu sắc thường bao gồm lắng hoặc lọc.

Sinh học

Con người không thể nhận biết sự tồn tại của vi sinh vật trong nước bằng mắt thường

Tất cả các nguồn nước tự nhiên đều có khả năng chứa một số vi sinh vật. Các vi sinh vật quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Chúng bao gồm vi rút, vi khuẩn và động vật nguyên sinh. Một số loại vi khuẩn gây bệnh và một số truyền vị, mùi hoặc độ đục cho nước.

Nước ngầm thường có ít vi sinh vật hơn nước mặt. Vi khuẩn và vi rút (vi sinh vật siêu nhỏ) chết đi hoặc bị loại bỏ khỏi nước khi nó xâm nhập xuống đất và đá, chủ yếu qua quá trình lọc và hấp phụ. Số lượng vi khuẩn có thể bị giảm do cạnh tranh chất dinh dưỡng hoặc ăn thịt giữa chúng. Trong trầm tích, quá trình lọc cơ học có thể xảy ra do không gian giữa các hạt đất và đá hoạt động như một cái sàng để sàng lọc vi sinh vật ra khỏi nước xâm nhập.

Hấp phụ là sự kết dính của một chất với bề mặt của vật liệu khác vì chúng có điện tích trái dấu (giống như nam châm). Các hạt đất, vi khuẩn và vi rút có điện tích bề mặt rất nhỏ dựa trên thành phần hóa học. Khi vi khuẩn và vi rút đi qua vùng đất, chúng sẽ bị thu hút bởi các hạt đất mang điện tích âm và được giữ cố định tại chỗ.

Khả năng lọc và hấp phụ vi khuẩn và vi rút của đất và trầm tích phụ thuộc vào khoảng thời gian tiếp xúc giữa nước và đất. Thời gian tiếp xúc lâu hơn làm tăng hiệu quả loại bỏ vi sinh vật của đất. Thời gian tiếp xúc có thể được tăng lên bằng cách giảm tốc độ dòng chảy của nước qua lớp đất và / hoặc bằng cách giảm nồng độ vi khuẩn hoặc vi rút trong nước xâm nhập mà đất phải xử lý. Hiệu quả tối đa xảy ra khi có tốc độ sâu bệnh chậm và đất dày (sâu).

Nước thải sinh hoạt, dòng chảy bề mặt và các nguồn ô nhiễm khác đôi khi có thể làm ô nhiễm nước ngầm. Trong những tình huống này, nước ngầm bị ảnh hưởng khi vùng đất nhận được nhiều hợp chất dinh dưỡng hơn mức có thể sử dụng (thời gian tiếp xúc ngắn). Phần thừa có thể được đưa xuống nước ngầm hoặc rửa trôi vào các ao hoặc suối gần đó. Nước ngầm từ giếng khoan sâu không cần khử trùng nếu xét nghiệm chứng minh không có vi sinh vật; tuy nhiên, giếng đào hoặc nông thường yêu cầu khử trùng định kỳ hoặc liên tục.

Vấn đề: Sinh vật gây bệnh

Các sinh vật gây bệnh xuất hiện trong nước bao gồm vi rút siêu nhỏ, vi khuẩn cực nhỏ, động vật nguyên sinh tương đối lớn. Các mầm bệnh vi khuẩn và động vật nguyên sinh được biết là nguyên nhân gây ra thương hàn, kiết lỵ, dịch tả và một số loại viêm dạ dày ruột. Virus có thể gây ra các bệnh ở người bao gồm bại liệt, viêm gan truyền nhiễm và một số dạng viêm dạ dày ruột.

Quá trình ozone hoá giúp giảm thiểu tối đa các loài vi sinh vật gây hại có trong nước

Các chất gây ô nhiễm sinh học được loại bỏ hiệu quả nhất bằng cách khử trùng nước thông qua quá trình oxy hóa (ví dụ: khử trùng bằng clo hoặc ozon hóa), lọc hoặc chiếu tia cực tím. Đối với mỗi phương pháp, thiết bị phải được thiết kế đặc biệt cho mục đích sử dụng và được bảo dưỡng đúng cách. Cần phân tích vi khuẩn thường xuyên trong nước đã xử lý để đảm bảo rằng quá trình xử lý là hiệu quả. Lọc hiệu quả hơn trong việc kiểm soát các tác động vi khuẩn khi được sử dụng kết hợp với quá trình xử lý oxy hóa hoặc chiếu xạ.

Hóa chất khử trùng phải có hiệu quả trên nhiều loại mầm bệnh bất kể số lượng của chúng và nó phải có khả năng tiêu diệt tất cả mầm bệnh trong một thời gian tiếp xúc hợp lý. Hóa chất cũng phải an toàn và dễ xử lý, không để lại phụ phẩm. Ngoài ra, nồng độ chất khử trùng trong nước phải dễ theo dõi và việc khử trùng phải cung cấp khả năng bảo vệ còn sót lại chống lại khả năng tái nhiễm.

Thiết bị phân tán chất khử trùng phải tự động, yêu cầu bảo trì tối thiểu và xử lý tất cả nước vào nhà. Nó cũng phải an toàn để không ai có thể vô tình sử dụng hoặc tiêu thụ nước bị ô nhiễm.

Hóa chất

Trong nước sinh hoạt có thể có các loại hoá chất độc hại, chúng đến từ nhiều nguồn khác nhau

Các chất hòa tan trong nước ngầm có thể bao gồm các ion sắt, mangan, canxi, magiê, natri, bicacbonat, silica, sunfat, clorua, nitrat và florua. Các chất khoáng hòa tan khác có thể tùy thuộc vào điều kiện địa phương.

Từ thuở sơ khai, hai quá trình tự nhiên quan trọng (phong hóa và rửa trôi đất) đã góp phần tạo nên nước. Thảm thực vật mục nát cũng bổ sung nhiều thành phần khác nhau và tạo ra các axit tự nhiên nhẹ hỗ trợ quá trình rửa trôi đất.

Nguyên nhân do con người tạo ra đối với các thành phần hòa tan trong nước ngầm bao gồm tất cả các dạng ô nhiễm. Việc thải các chất thải công nghiệp vào nguồn nước ngầm và nước mặt là một nguyên nhân góp phần làm xuất hiện các chất hóa học trong nước. Phân bón hóa học, các sản phẩm dầu mỏ (dầu thải, xăng, v.v.), thuốc trừ sâu và chất tẩy rửa tổng hợp cũng làm ô nhiễm một số nguồn cung cấp nước, cũng như chất thải chôn lấp.

Vì những nguy cơ đối với sức khỏe của một số chất hóa học có trong nước, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã thiết lập các quy định về nước uống đưa ra giới hạn về nồng độ của một số chất trong nguồn cung cấp nước uống công cộng. Những giới hạn này rất hữu ích trong việc đánh giá chất lượng của từng nguồn cung cấp nước gia đình.

Vấn đề: Độ cứng và độ kiềm

Độ cứng, rất phổ biến trong các nguồn cung cấp nước, là do canxi và magiê trong nước tạo ra. Độ cứng ở mức độ vừa phải (3 đến 7 hạt mỗi gallon [gpg] hoặc 50 đến 120 miligam mỗi lít [mg / L]) có thể có lợi vì nước trở nên có tính axit ở mức độ cứng thấp, có thể gây ăn mòn đường ống dẫn nước hoặc rửa trôi chì từ hàn nối ống nước vào nước uống. Nước cứng là bất lợi vì xà phòng không làm sạch hiệu quả và có thể để lại một lượng cặn không hòa tan trên bồn tắm, bồn rửa, quần áo và da. Nước cứng cũng đóng cặn bên trong đường ống, nồi hơi và bồn chứa nước nóng, làm giảm công suất và tính chất truyền nhiệt của chúng. Tình trạng này thường được xử lý bằng chất làm mềm nước.

Độ kiềm tương tự như độ cứng và là phép đo khả năng đệm tổng thể của nước chống lại những thay đổi pH khắc nghiệt. Nồng độ của nó thường tương tự như nồng độ độ cứng khi canxi cacbonat là yếu tố chính đóng góp vào giá trị. Tuy nhiên, nếu độ kiềm cao hơn đáng kể so với nồng độ độ cứng thì nguyên nhân có thể là do natri cao trong nước. Nếu độ kiềm thấp hơn nhiều so với giá trị độ cứng thì nước có thể chứa nhiều clorua, nitrat hoặc sunfat.

Vấn đề: Sắt

Nước nhiễm sắt thường có màu vàng, vị chua

Các hợp chất sắt, phổ biến trong đá và đất, dễ dàng hòa tan trong nước, đặc biệt là nước có tính axit. Vỏ trái đất là nguồn cung cấp sắt chính; do đó, sắt tồn tại trong nhiều nguồn cung cấp nước ngầm. Nước cũng có thể chứa sắt do ăn mòn kim loại trong đường ống, máy bơm và đồ đạc.

Một lượng nhỏ sắt hòa tan trong nước uống không có gì đáng lo ngại, nhưng lượng sắt cao có thể gây ra các vết gỉ trên đồ giặt và thiết bị. Khoai tây luộc trong nước giàu sắt sẽ chuyển sang màu đen, và sắt kết hợp với tannin trong trà và cà phê để tạo thành một màu đen. Vì những lý do này, EPA khuyến nghị giới hạn nồng độ sắt trong nước uống ở mức giới hạn 0,3 mg / L. Giá trị này là hướng dẫn Mức độ Ô nhiễm Tối đa Thứ cấp [SMCL] của EPA (tức là EPA không có hiệu lực pháp lý).

Khi tiếp xúc với không khí, sắt (trạng thái hòa tan) sẽ bị oxy hóa thành sắt đen (trạng thái kết tủa), có thể tạo thành vết gỉ sét không hòa tan. Sắt dư thừa tạo ra sự tàn phá trong hệ thống ống nước, chất làm mềm nước và các thiết bị liên quan đến nước khác.

Một số vi khuẩn sử dụng sắt hòa tan trong quá trình hô hấp. Điều này có thể khiến nguồn cấp nước bị gỉ màu hoặc tạo chất nhờn làm tắc van, thiết bị cố định đường ống dẫn nước và các thiết bị sử dụng nước. Việc loại bỏ sắt có thể là một trong những công việc khó khăn hơn trong điều hòa nước. Chất làm mềm nước có thể loại bỏ sắt ở trạng thái sắt hòa tan nếu không có vi khuẩn. Một số hệ thống làm mềm nước cao cấp có thể loại bỏ sắt ở nồng độ lên đến 25 mg / L. Mỗi nhà sản xuất đặt ra một giới hạn về khả năng loại bỏ sắt của chất làm mềm. Hai phương pháp xử lý sắt phổ biến là bộ lọc oxy hóa xúc tác hoặc hệ thống lọc oxy hóa. Nếu có vi khuẩn sắt thì cũng có thể phải khử trùng bằng clo hoặc ozon hóa.

Vấn đề: Mangan

Sắt và mangan thường được báo cáo cùng nhau vì chúng có những đặc điểm và kỹ thuật xử lý tương tự nhau. Mangan có ít nguồn trong vỏ trái đất hơn sắt, nhưng nó có trong nhiều vùng nước tự nhiên. Các khoáng chất mangan thường phổ biến trong đá và đất, cũng có thể xuất hiện ở nồng độ lớn trong chất hữu cơ vì nó là chất dinh dưỡng thực vật. Ở những vùng nước không bị ô nhiễm, mangan thường ở mức 0,02 mg / L hoặc ít hơn; lượng mangan lớn hơn thường được tìm thấy ở các vùng nước có tính axit. Nói chung, nước ngầm chứa nhiều sắt hơn mangan.

Nồng độ mangan cao hơn 0,5 mg / L có thể tạo ra vị đắng kim loại cho thực phẩm và nước và có thể kết tủa tạo thành cặn độc hại trên thực phẩm trong quá trình nấu nướng và các vết đen trên đồ đạc ống nước và đồ giặt. Chỉ cần 0,1 mg / L sắt hoặc mangan có thể kích thích sự phát triển của một số vi khuẩn trong bể chứa, bộ lọc và đường ống phân phối nước. EPA khuyến nghị nồng độ tối đa [SMCL] của mangan trong nước uống là 0,05 mg / L, dựa trên mối quan tâm về thẩm mỹ.

Cũng như sắt, mangan có thể được loại bỏ bằng chất làm mềm nước nếu thực hiện các biện pháp ngăn chặn nhựa cây bị tắc. Mỗi nhà sản xuất đặt ra một giới hạn về khả năng loại bỏ mangan của chất làm mềm và các điều kiện hóa học của nước để hoạt động hiệu quả nhất. Khi mức mangan vượt quá 2,0 mg / L, các bộ lọc oxy hóa hoặc kỹ thuật lọc oxy hóa có thể được yêu cầu nhưng có thể liên quan đến việc điều chỉnh độ pH của nước.

Vấn đề: Clorua

Mặc dù clorua chỉ là một thành phần nhỏ trong vỏ trái đất, nó là một chất hòa tan chính trong một số vùng nước. Nồng độ clorua cao trong nước phổ biến hơn ở các vùng khô hạn và ven biển hơn là các vùng ẩm ướt. Clorua trong nước ngầm có thể bắt nguồn từ các mỏ đá bay hơi hoặc từ nước biển bị mắc kẹt trong các lớp trầm tích trong quá trình lắng đọng. Các nguồn clorua khác cũng bao gồm dung dịch bụi phóng xạ khô trong khí quyển, nước thải đô thị và chất thải công nghiệp, và muối đường.

Clorua vượt quá 250 mg / L (tức là EPA SMCL) có thể có vị mặn (Lưu ý: nước biển có khoảng 19.000 mg / L clorua). Trong một số trường hợp, clorua có thể làm tăng tốc độ ăn mòn đường ống, nồi hơi và đồ đạc.

Các kỹ thuật loại bỏ clorua dư thừa tốt nhất là khử ion và thẩm thấu ngược. Hầu hết các thiết bị được thiết kế để loại bỏ clorua cũng làm giảm sunfat, độ kiềm và tổng chất rắn hòa tan.

Vấn đề: Nitrat

Các nguồn nitrat phổ biến trong nước ngầm là phân bón trồng trọt và bãi cỏ hoặc phân hủy chất thải tự hoại. Sự hiện diện của nitrat có thể đặc biệt có hại đối với những người có khả năng bị suy hô hấp, bao gồm cả người già hoặc trẻ nhỏ. Nitrat có thể được chuyển hóa thành nitrit bởi vi khuẩn trong đường tiêu hóa. Nitrit sau đó có thể được hấp thụ vào máu. Trong hệ tiêu hóa của trẻ sơ sinh, không có đủ axit clohydric để tiêu diệt vi khuẩn tạo nitrit. Nitrit trong máu ức chế sự vận chuyển oxy trong máu, có thể gây khó thở, đau tim hoặc ngạt thở. Vì tình trạng này có thể tạo ra màu da hơi xanh nên nó được gọi là “hội chứng em bé xanh”. Nồng độ nitrat cao thường được xử lý bằng hệ thống trao đổi ion hoặc thẩm thấu ngược. Mức độ ô nhiễm tối đa có thể thi hành của EPA (MCL) đối với nitrat trong nguồn cung cấp nước công cộng là 10 mg / L. Nước sôi làm tăng nồng độ nitrat.

Vấn đề: Nước có tính axit và Chì

Đặc tính axit-kiềm (hoặc pH) của nước ngầm thay đổi tùy theo vị trí. Nước có thể là “axit” (như giấm) hoặc “kiềm” (như amoniac). Giá trị pH nằm trong khoảng từ 0 đến 14. Giá trị pH của nước ngầm thường nằm trong khoảng từ 6,5 đến 8. Độ pH bằng 7 là trung tính. Giá trị cao hơn 7 được coi là kiềm hoặc bazơ. Giá trị nhỏ hơn 7 là dấu hiệu của nước có tính axit. Nước có tính axit thường có tính ăn mòn, đặc biệt nếu kết hợp với độ cứng thấp và độ kiềm thấp. Nước ăn mòn có thể làm rò rỉ kim loại (đồng, chì, v.v.) từ đường ống nước vào nước uống, tạo ra vị kim loại. Nước kiềm có giá trị pH lớn hơn 8,5 có xu hướng có vị đắng hoặc mặn. Mức độ kiềm (là một phép đo riêng biệt) cho biết khả năng đệm của nước chống lại những thay đổi pH khắc nghiệt.

Hầu hết các hệ thống xử lý nước hoạt động hiệu quả hơn khi độ pH gần trung tính. Vì lý do này, cần phải trung hòa nước (điều chỉnh độ pH) trước khi xử lý nước.

Vấn đề: Hóa chất công nghiệp

Đây là một thuật ngữ chung để chỉ một loạt các chất độc hại và các chất thải không tự nhiên xuất hiện. Chúng có thể kết thúc với nguồn cấp nước ngầm nếu chúng được xử lý không đúng cách. Một vài ví dụ về các loại vật liệu này bao gồm các hợp chất hữu cơ (ví dụ, benzen, MTBE), kim loại nặng (ví dụ: cadmium, crom, chì, thủy ngân, v.v.), thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ, polychlorinated biphenyls (PCB), nhiên liệu hydrocacbon dầu mỏ, và các hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs).

Việc xử lý các loại ô nhiễm hóa chất này và các loại ô nhiễm hóa học tương tự cần được xem xét trong từng trường hợp cụ thể, từng địa điểm để đưa ra giải pháp phù hợp nhất. Điều quan trọng là phải xác định nguồn của các chất gây ô nhiễm trước khi lựa chọn giải pháp. Các phương pháp xử lý có thể bao gồm lọc than hoạt tính, sục khí, trao đổi ion, trung hòa và các phương pháp khác.

Vấn đề: Florua

Ở một số khu vực, nồng độ florua cao trong nước ngầm xảy ra tự nhiên. Hiện nay, có cuộc tranh luận khoa học liên quan đến lợi ích sức khỏe có được từ florua trong nước và nồng độ tối ưu để tạo ra lợi ích.

Việc xử lý nước để loại bỏ florua thường được thực hiện thông qua các quy trình trao đổi ion chuyên biệt. Thẩm thấu ngược cũng là một phương pháp điều trị thay thế.

Vấn đề: Radon

Radon là một chất khí phóng xạ không màu, không mùi và không vị. Nó được hình thành trong quá trình phân rã của các khoáng chất tự nhiên có chứa các nguyên tố phóng xạ như uranium. Khí radon có thể xâm nhập vào nhà qua hai con đường chính bao gồm 1) vết nứt trên nền và 2) thoát ra từ nguồn cung cấp nước được sử dụng trong nhà.

Các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn về những rủi ro sức khỏe liên quan đến radon hòa tan trong nước uống. Hiện tại, EPA đưa ra giới hạn đối với khí radon trong không khí là bốn (4) picCi / lít (pCi / L). Năm 1991, EPA đề xuất MCL là 300 pCi / L cho radon hòa tan trong các nguồn cung cấp nước công cộng, nhưng giá trị này đang được EPA xem xét lại. Người sử dụng nước có thể liên hệ với các cơ quan quản lý chất lượng môi trường hoặc y tế địa phương để được cập nhật về mức độ cho phép của radon trong không khí hoặc nước.

Radon trong nước thường được xử lý thông qua sục khí. Việc xử lý bộ lọc bằng than hoạt tính không được khuyến khích.

Xem thêm: Xử lý nước sinh hoạt (Phần 2)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.