CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC TRONG NƯỚC THÔNG DỤNG
Xem thêm: Xử lý nước sinh hoạt (Phần 1)
Các đoạn sau đây mô tả ngắn gọn các phương pháp xử lý thường được sử dụng để cải thiện chất lượng nước. Các phương pháp xử lý được chia thành sáu loại bao gồm lọc, oxy hóa, trao đổi ion, chiếu tia cực tím, sục khí và trung hòa pH.
Hệ thống xử lý nước gồm nhiều công đoạn với các thiết bị, công nghệ khác nhau
Phương pháp lọc
Lọc
Lọc nói một cách đơn giản là loại bỏ các chất lơ lửng khỏi nước bằng “sàng lọc” cơ học. Bộ lọc cơ bản thường là lớp xốp của vật liệu không hòa tan. Các ví dụ khác bao gồm dạng đúc, tấm vật liệu dạng tấm, màng tổng hợp, nhựa đục lỗ mịn hoặc các lớp hạt trơ có kích thước đặc biệt. Bùn lơ lửng, đất sét, chất keo và một số vi sinh vật được loại bỏ bằng quá trình lọc. Bộ lọc đơn giản có thể hiệu quả đối với mức độ đục thấp.
Khả năng lọc sạch các hạt một cách hiệu quả của bộ lọc phụ thuộc vào kích thước của vùng lọc, chất lượng của nước được lọc, tốc độ dòng chảy yêu cầu của nước, công suất thiết kế của bộ lọc và độ xốp của nó. Bộ lọc thường được sử dụng cho các hạt có đường kính nhỏ hơn 0,0029 inch (0,07 mm).
Bản thân bộ lọc không đủ để loại bỏ các chất gây ô nhiễm sinh học khỏi nước. Lọc tinh có thể là một phương tiện rất hiệu quả để loại bỏ các hạt. Nó tiêu diệt các sinh vật lớn như nang đơn bào và trứng giun, nhưng phải được thực hiện bằng phương pháp khử trùng bằng hóa chất vì một số mầm bệnh vi khuẩn và vi rút có thể đi qua.
Máy tách
Máy tách thường được sử dụng để loại bỏ cát hoặc phù sa từ nước giếng. Các thiết bị phân tách khác nhau về thiết kế, nhưng tất cả đều ở dạng hydrocyclone. Nước được đưa với vận tốc lớn vào một buồng tách hình trụ hoặc hình nón, tác dụng lực ly tâm cực cao lên các phần tử trong nước. Các hạt này bị ép đến các thành ngoài của buồng tách và di chuyển xuống dưới theo đường xoắn ốc dọc theo vách đến buồng thu. Trong khi đó, nước đã làm sạch di chuyển vào trung tâm của ngăn tách và thải ra ở trên cùng của ngăn. Đối với mục đích sử dụng trong gia đình, dải phân cách trong dòng là phổ biến nhất. Nó có thể loại bỏ tới 98 phần trăm tất cả các chất rắn lơ lửng có đường kính 0,0029 inch (0,07 mm) trong nước.
Bộ lọc có hai loại phổ biến: dạng sợi xếp li (dạng tấm) hoặc dạng rắn (dạng hạt hoặc dạng hạt). Xếp hạng kích thước bộ lọc phổ biến là 50, 20, 10, 5 và 1 micrômét (u). Các loại rắn nói chung sẽ cung cấp nhiều khả năng lọc hơn các loại xếp nếp.
Lọc than hoạt tính
Lọc than hoạt tính hệ thống liên quan đến sự hấp phụ (kết dính) của một vật liệu trên bề mặt của chất rắn thứ hai dựa trên các điện tích trái dấu của mỗi vật liệu. Các hệ thống này được sử dụng rộng rãi để loại bỏ một số hợp chất độc hại liên quan đến chất thải công nghiệp, hóa chất và thuốc trừ sâu. Phương pháp xử lý này cũng có thể loại bỏ các vị và mùi khó chịu do chất hữu cơ phân hủy, khí hòa tan và clo dư gây ra. Than hoạt tính được đặt trên môi trường lọc hoặc lắp đặt trong các bể xử lý và hấp phụ các tạp chất có vị và mùi trong nước. Khi được yêu cầu loại bỏ các hợp chất độc hạ, hệ thống phải được thiết kế bởi chuyên gia có thẩm quyền để đánh giá hiệu quả của việc xử lý liên quan đến các hợp chất nguy hiểm cụ thể được phát hiện trong nước.
Lọc hấp phụ không xử lý vi sinh vật và bao gồm phương pháp khử trùng bằng hóa chất. Khuyến cáo rằng nước phải được khử trùng bằng clo trước khi đi qua bộ lọc than hoạt tính. Mục đích của quá trình khử trùng bằng clo là để hỗ trợ loại bỏ các chất gây mùi và vị, và quan trọng hơn là ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn trên bộ lọc.
Thầm thấu ngược
Quá trình này có hiệu quả để loại bỏ nhiều chất, bao gồm sunfat và clorua, và nó thường loại bỏ 90% khoáng chất và chất bẩn sinh học. Tuy nhiên, có thể cần áp dụng phương pháp lọc trước hoặc xử lý khác để hệ thống hoạt động bình thường. Các chất đã loại bỏ được thải bỏ trong khoảng 1 đến 3 gallon nước, sẽ bị lãng phí cho mỗi 1 gallon được tạo ra.
Giá thể rửa ngược
Giá thể ngược được sử dụng trong các hệ thống bể lọc lớn hơn. Bể chứa đầy vật liệu trơ (không phản ứng), tương đối đậm đặc như cát hoặc hạt gốm. Khi nước chưa được xử lý đi qua bộ lọc, các hạt không mong muốn sẽ bị giữ lại. Màng lọc được rửa lại định kỳ để loại bỏ các hạt không mong muốn ra ngoài. Trong các hệ thống trao đổi ion, quá trình rửa ngược cũng có thể tái tạo các hóa chất đã được sử dụng trong quá trình xử lý.
Phương pháp oxy hóa
Clo
Clo được sử dụng chủ yếu để khử trùng. Đây là kỹ thuật oxy hóa phổ biến nhất làm thay đổi các chất gây mùi và vị thành các dạng vô hại. Bởi vì clo kiểm soát sự phát triển của tảo và vi sinh vật, có thể làm giảm số lượng mùi vị và các sinh vật gây mùi trong hệ thống nước. Clo cũng có tác dụng diệt khuẩn còn sót lại giúp kháng khuẩn liên tục.
Clo có sẵn để xử lý nước sinh hoạt ở dạng rắn và lỏng. Natri hypoclorit lỏng thường được bán trong các cửa hàng tạp hóa như một chất tẩy gia dụng. Canxi hypoclorit là dạng rắn của clo và có thể thu được dưới dạng bột hoặc viên hòa tan.
Vì sự thay đổi của nhu cầu clo cho các hệ thống nước sinh hoạt, liều lượng clo thường lớn hơn yêu cầu; do đó, nước được xử lý thường có mùi và vị clo đáng chú ý. Để khử mùi và vị clo, có thể đặt một bộ lọc than hoạt tính sau hệ thống khử clo để loại bỏ clo dư.
Clo là phương pháp được sử dụng rộng rãi để khử trùng nguồn cung cấp nước sinh hoạt. Nó tiêu diệt nhiều sinh vật. Tuy nhiên, clo có một số nhược điểm. Các chất hữu cơ clo hóa (tức là một số trihalometan) được tạo ra khi các hóa chất hữu cơ kết hợp với clo trong nước. Một số hóa chất hữu cơ được khử trùng bằng clo bị nghi ngờ là chất gây ung thư. Tuy nhiên, những chất này xảy ra thường xuyên hơn trong nước mặt so với nguồn nước ngầm vì nước mặt có nồng độ vật chất hữu cơ cao hơn. Hiệu quả của clo có thể bị cản trở bởi độ đục của nước.
Iốt ổn định hơn về mặt hóa học so với clo, nhưng đắt hơn. Các đơn vị khử trùng bằng iốt không phổ biến. Chúng đã được sử dụng trong các mô-đun để bảo vệ nước uống của các phi hành gia và để khử trùng ở các khu vực hẻo lánh và các tình huống khẩn cấp.
Thiết bị iốt, cũng như thiết bị khử trùng bằng clo được lắp đặt giữa máy bơm và bể chứa hoặc bể áp lực và một dòng iốt đậm đặc liên tục được đưa vào dòng chính của nước. Thiết bị này vận hành đơn giản và ít phải bảo dưỡng.
Kali Permanganat
Kali Permanganat là một chất oxy hóa phá hủy vị và mùi do khí hydro sulfua hòa tan tạo ra. Các ion kim loại hòa tan (sắt, v.v.) gây ra các vấn đề về mùi vị cũng có thể bị oxy hóa. Vì clo và kali pemanganat oxy hóa các ion kim loại hòa tan thành các oxit không hòa tan, nên thực hiện một số phương pháp lọc để loại bỏ các kết tủa hóa học.
Ozon hóa
Ozone hoá sử dụng ozone làm chất oxy hóa. Ozone là một dạng oxy không ổn định có ba nguyên tử trên mỗi phân tử chứ không phải là hai nguyên tử điển hình của oxy trong khí quyển. Như vậy, ozon phản ứng mạnh hơn oxy và do đó là một chất oxy hóa mạnh.
Hệ thống ozon hóa bao gồm việc cho không khí khô, sạch đi qua một dạng phóng điện cao áp đặc biệt. Hỗn hợp không khí rời khỏi máy tạo ôzôn có thể chứa khoảng 1% ôzôn, được đi qua nước cần xử lý.
Trong quá trình ozone, các chất khí và hóa chất dễ bay hơi trong nước có thể bị loại bỏ bởi quá trình sục khí, một quá trình trộn lẫn không khí và nước. Ozon hóa có thể loại bỏ sắt, mangan và lưu huỳnh trong nước bằng cách oxy hóa chúng thành các hợp chất không hòa tan. Ozone cũng có thể tiêu diệt vi khuẩn tạo mùi và vị. Các thành phần hữu cơ có thể bị oxy hóa. Trong khi quy trình này được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và trong các ứng dụng công nghiệp, nó không được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng dân dụng của Hoa Kỳ.
Phương pháp này có tác dụng diệt khuẩn đối với vi khuẩn và vi rút hơn là dùng clo. Ngoài ra, quá trình ozon hóa không thêm hóa chất vào nước vì nó làm sạch tự nhiên bằng một dạng oxy. Mặc dù quá trình ozon hóa tạo ra năng lượng diệt khuẩn còn lại, nhưng nó không dễ dàng đo được . Thiết bị\ và chi phí vận hành cao hơn so với các quy trình xử lý khác.
Bộ lọc oxy hóa xúc tác
Bộ lọc oxy hoá xúc tác có thể được sử dụng khi lượng sắt vượt quá giới hạn xử lý của chất làm mềm nước. Bộ lọc oxy hóa xúc tác sử dụng môi trường đã được ngâm tẩm với các oxit mangan khác nhau. Khi nước chứa sắt đen đi qua bộ lọc này, môi trường sẽ oxy hóa sắt trong nước để tạo thành sắt không hòa tan. Các hạt rỉ sét tạo thành sau đó bị giữ lại trong lớp lọc. Khi rỉ sét tích tụ, bộ lọc phải được làm sạch.
Quy trình này thường loại bỏ 75 đến 90 phần trăm sắt, nhưng chỉ hiệu quả ở độ pH 6,8 trở lên. Một bộ làm mềm nước nên được lắp đặt sau bộ lọc để loại bỏ sắt còn lại và bất kỳ độ cứng nào có thể có. Một lượng đáng kể hoặc các dạng vi khuẩn sắt và sắt khác nhau có thể được loại bỏ bằng chất làm mềm nước hoặc đối với các điều kiện khắc nghiệt hơn, bằng bộ lọc oxy hóa xúc tác (oxy hóa tiếp theo là lọc).
Lọc-Oxi
Lọc – oxi có thể cần thiết để xử lý nước đầy đủ khi mức sắt trong nước vượt quá 25 mg / L hoặc khi có nhiều vi khuẩn sắt. Quá trình này thường bao gồm quá trình oxy hóa trước sắt và loại bỏ các hạt kết tủa bằng bộ lọc.
Quá trình khử oxy hóa sơ bộ thường được thực hiện bằng cách bơm không khí hoặc clo vào đường cấp đầu vào phía trước bể chứa hoặc áp suất (Kali pemanganat cũng có thể được sử dụng như một phương pháp oxy hóa trước). Sắt bị oxy hóa và kết tủa trong bể và được loại bỏ bằng bộ lọc. Bộ lọc than hoạt tính thường được sử dụng vì nó loại bỏ clo dư, cũng như các hạt sắt, giúp nước không có mùi và không vị. Thời gian tiếp xúc, kích thước bộ lọc và tỷ lệ rửa ngược là tất cả các biến quan trọng để lọc hiệu quả.
Lọc-oxy hóa được sử dụng rộng rãi để kiểm soát vi khuẩn sắt. Khi những vi khuẩn này lần đầu tiên được phát hiện, nên khử trùng bằng clo (lượng clo lớn hơn khoảng 10 lần so với liều lượng sử dụng trong quá trình khử trùng bằng clo thông thường) trước khi lắp đặt thiết bị điều hòa nước. Khi nồng độ sắt quá cao, một số thiết bị có thể cần phải tăng công suất gấp đôi để làm sạch triệt để.
Trao đổi ion
Làm mềm nước
Làm mềm nước dựa trên quá trình trao đổi ion và sử dụng một bể chứa chất không hòa tan. Vật liệu này (một loại nhựa) có điện tích âm với các ion natri tích điện dương được gắn vào nó. Với hầu hết các nguồn cung cấp nước, nhựa có ái lực với các ion canxi và magiê mạnh hơn so với các ion natri. Do đó, khi nước chứa canxi và magiê đi qua nhựa, các ion độ cứng sẽ bị hút vào nhựa và các ion natri được giải phóng với một lượng tương đương vào nguồn nước. Về bản chất, chất làm mềm nước trao đổi các ion natri cho các ion canxi và magiê; do đó có thuật ngữ trao đổi ion. Tổng hàm lượng ion của nước không thay đổi.
Trao đổi ion / Bể khoáng làm mềm nước
Khi tất cả các ion natri bị dịch chuyển, nhựa trở nên cạn kiệt và phải được tái sinh bằng cách cho dung dịch natri clorua mạnh (nước muối) đi qua nhựa trong quá trình rửa ngược. Các ion natri được đặt trên nhựa trong khi các ion độ cứng được rửa sạch đến cống bằng nước muối đã qua sử dụng. Sự đảo ngược của natri là do độ mạnh của nước muối tái sinh.
Những người theo chế độ ăn ít muối hoặc ít natri nên hỏi ý kiến bác sĩ trước khi thường xuyên uống nước làm mềm. Trong các tình huống bình thường, muối bổ sung từ việc uống nước làm mềm là một phần nhỏ muối được tiêu thụ từ thực phẩm.
Mặc dù chất làm mềm nước có một số khả năng lọc, nhưng nước có độ đục nặng hoặc chất dạng hạt nên được lọc trước khi làm mềm. Chất làm mềm nước có thể loại bỏ một số lượng hạn chế các dạng sắt nhất định, nhưng không bao giờ được sử dụng một mình khi nước có màu đỏ hoặc gỉ (cho thấy sắt đã kết tủa) hoặc khi có vi khuẩn sắt.
Chất làm mềm nước không phải là phương tiện duy nhất để chống lại độ cứng. Trong trường hợp sử dụng chất làm mềm nước, một số hợp chất polyphosphat nhất định có thể được thêm vào nguồn cấp nước bằng bộ nạp hóa chất để giảm bớt một số vấn đề về nước cứng. Mặc dù việc xử lý như vậy không mang lại tất cả những ưu điểm của nước mềm và không ngăn cản sự hình thành kết tủa, nhưng nó có thể giúp hạn chế sự hình thành cáu cặn trong hệ thống nước nóng.
Quá trình khử cặn
Quá trình khử cặn rất giống với quá trình làm mềm nước ngoại trừ việc sử dụng một bộ trao đổi ion khác có thể trao đổi các ion clorua cho các ion sunfat, giúp nước không có sunfat.
Quá trình khử cặn cũng sẽ làm giảm mức độ kiềm của nguồn cung cấp nước. Hệ thống này có thể giảm 70 đến 90% cả sunfat và kiềm nếu được sử dụng đúng cách. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hàm lượng clorua trong nước có thể vượt quá giới hạn 250 mg / L EPA khuyến nghị SMCL cho clorua.
Khử ion
Khử ion còn được gọi là khử khoáng, liên quan đến việc loại bỏ tất cả các khoáng chất và muối bị ion hóa khỏi dung dịch bằng quy trình trao đổi ion hai pha. Các ion mang điện tích dương được đổi lấy một lượng ion hydro tương đương về mặt hóa học và các ion mang điện tích âm được đổi lấy lượng ion hydroxit tương đương về mặt hóa học. Sau đó, các ion hydro và hydroxit sẽ liên kết với nhau để tạo thành các phân tử nước, giúp nước được xử lý không có tất cả các chất gây ô nhiễm ion hóa. Phương pháp xử lý này thường chỉ được sử dụng cho các ứng dụng thương mại hoặc công nghiệp.
Chiếu xạ tia cực tím
Tia cực tím có khả năng tiêu diệt vi khuẩn giống như cách ánh sáng mặt trời giúp tiêu diệt vi khuẩn. Thiết bị khử trùng bằng tia cực tím bao gồm một hoặc nhiều đèn cực tím thường được bao bọc trong một ống bọc thạch anh, xung quanh có nước chảy. Đèn tương tự như đèn huỳnh quang, trong khi lớp thạch anh bao quanh mỗi đèn bảo vệ đèn khỏi tác động của nước. Hiệu quả tiêu diệt vi khuẩn của đèn bị giảm khi nhiệt độ đèn được hạ thấp.
Nước đi qua một lớp tương đối mỏng xung quanh đèn vì tác dụng diệt khuẩn của bức xạ tia cực tím phụ thuộc vào cường độ ánh sáng, độ sâu tiếp xúc và thời gian tiếp xúc. Lưu lượng nước phải được điều chỉnh để đảm bảo rằng tất cả các sinh vật được tiếp xúc đầy đủ. Độ đục và các hợp chất sắt làm giảm sự truyền của ánh sáng. Do đó, nước nên được lọc trước.
Các thiết bị chiếu xạ tia cực tím là tự động, ít cần bảo trì và không thêm các vật liệu không mong muốn vào nước. Tuy nhiên, các đơn vị này không cung cấp dư lượng diệt khuẩn, do đó khó xác định hiệu quả của hệ thống.
Sục khí
Quá trình này xử lý nước thông qua tiếp xúc mật thiết với không khí. Quá trình sục khí có thể được thực hiện thông qua một số phương pháp bao gồm phun, xếp tầng, hút hoặc tạo bọt nguồn cung cấp nước để đưa nước tiếp xúc trực tiếp với không khí. Có thể sử dụng máy sục khí áp suất (hệ thống kín) hoặc trọng lực (hệ thống mở). Hệ thống áp suất được sử dụng chủ yếu để oxy hóa trong khi hệ thống trọng lực thường được sử dụng để khử khí (ví dụ, loại bỏ radon hòa tan, carbon dioxide, hydrogen sulfide hoặc metan).
Độ trung hòa pH
Để tăng hiệu suất tổng thể của hệ thống điều hòa nước, nước có tính axit có thể được xử lý trước bằng cách cho nó qua bể chứa vôi hạt, canxi cacbonat hoặc đá cẩm thạch trước khi đi vào phần còn lại của quá trình xử lý. Tương tự, nước kiềm có thể được xử lý bằng quy trình nhỏ giọt hoặc phun axit để trung hòa nước.
