Nghiên cứu ứng dụng công nghệ PAC và lọc màng trong xử lý nước cấp

Tài liệu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu xử lý nước cấp bằng công nghệ pac powdered activated carbon kết hợp lọc màng, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Nguyễn Tiến Văn
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Phú Đông
• Trường học: Đại học Lạc Hồng
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học - Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nước cấp bằng công nghệ PAC kết hợp lọc màng
• Loại tài liệu: Báo cáo nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Biên Hòa

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về nguồn nước mặt
• 1.2. Điều kiện tự nhiên nước sông Đồng Nai
• 1.2.1. Chế độ mưa
• 1.3. Đặc điểm thảm phủ thực vật tự nhiên
• 1.4. Đặc điểm về chế độ thủy văn và thủy lực
• 1.5. Các nguồn gây ô nhiễm
• 1.5.1. Nước thải sinh hoạt
• 1.5.2. Nước thải đô thị
• 1.5.3. Nước thải công nghiệp
• 1.5.4. Nước chảy tràn
• 1.5.5. Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên
• 1.6. Tổng quan các phương pháp xử lý nước cấp hiện nay
• 1.6.1. Quy trình xử lý nước cấp phổ biến hiện nay ở Việt Nam
• 1.6.2. Các phương pháp xử lý hiện nay
• 1.6.2.1. Phương pháp cơ học
• 1.6.2.2. Phương pháp hóa học
• 1.6.2.3. Phương pháp lý học
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết bị và hóa chất
• 2.2. Thành phần và tính chất nước mặt sử dụng nghiên cứu
• 2.3. Nội dung thực hiện
• 2.3.1. Khảo sát quá trình keo tụ
• 2.3.2. Khảo sát quá trình hấp phụ
• 2.3.3. Mô hình PAC kết hợp lọc màng
• 2.4. Các chỉ tiêu và phương pháp sử dụng trong nghiên cứu
• 2.4.1. Các chỉ tiêu vi sinh
• 2.4.2. Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Khảo sát quá trình keo tụ
• 3.1.1. So sánh hiệu quả các loại phèn
• 3.1.2. Xác định pH tối ưu
• 3.1.3. Xác định liều lượng phèn tối ưu
• 3.1.4. Xác định vận tốc khuấy tối ưu
• 3.1.5. Xác định thời gian khuấy tối ưu
• 3.1.6. Xác định thời gian lắng tối ưu
• 3.2. Khảo sát quá trình hấp phụ
• 3.2.1. Khảo sát giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ
• 3.2.2. Khảo sát liều lượng PAC tối ưu cho quá trình hấp phụ
• 3.2.3. Khảo sát thời gian khuấy tối ưu cho quá trình hấp phụ
• 3.2.4. Khảo sát thời gian lắng tối ưu cho quá trình hấp phụ
• 3.3. Nghiên cứu xử lý kết hợp
• 3.3.1. Xử lý coliform tổng
• 3.4. Kết luận chung
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• 1. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 2. DANH MỤC BẢNG
• 3. DANH MỤC BIỂU ĐỒ
• 4. DANH MỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Giới thiệu về công nghệ PAC và lọc màng

Công nghệ PAC (Powdered Activated Carbon) là một phương pháp tiên tiến trong xử lý nước, đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật. Lọc màng là một công nghệ bổ sung, giúp tách biệt các hạt nhỏ và vi khuẩn còn sót lại sau quá trình xử lý bằng PAC. Sự kết hợp giữa hai công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý mà còn đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn an toàn cho sức khỏe con người. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ PAC trong xử lý nước đã cho thấy khả năng loại bỏ chất ô nhiễm lên đến 90%, điều này chứng tỏ giá trị thực tiễn của phương pháp này trong bối cảnh ô nhiễm nguồn nước ngày càng gia tăng.

1.1. Tính hiệu quả của công nghệ PAC

Công nghệ PAC hoạt động dựa trên cơ chế hấp phụ, nơi các phân tử ô nhiễm được giữ lại trên bề mặt của hạt than hoạt tính. Nghiên cứu cho thấy rằng hiệu quả lọc màng có thể được cải thiện đáng kể khi kết hợp với PAC, nhờ vào khả năng tạo bông cặn lớn hơn, giúp dễ dàng loại bỏ trong quá trình lắng. Việc tối ưu hóa các thông số như pH, liều lượng PAC, và thời gian khuấy trộn là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối ưu trong xử lý nước. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, với pH tối ưu từ 6 đến 7, hiệu quả hấp phụ của PAC đạt mức cao nhất, từ đó nâng cao chất lượng nước sau xử lý.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các mẫu nước sông Đồng Nai. Các chỉ tiêu như pH, TSS, BOD, COD, ecoli, và coliform được theo dõi và phân tích để đánh giá hiệu quả của công nghệ xử lý nước. Phương pháp thực nghiệm bao gồm khảo sát quá trình keo tụ và hấp phụ, nhằm xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý. Việc sử dụng than hoạt tính (PAC) kết hợp với lọc màng đã cho thấy khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm hiệu quả, từ đó cung cấp một giải pháp khả thi cho việc xử lý nước cấp tại Việt Nam.

2.1. Thiết bị và hóa chất sử dụng

Các thiết bị chính bao gồm bể trộn, bể lắng, và hệ thống lọc màng. Hóa chất sử dụng chủ yếu là PAC và các chất keo tụ khác. Việc lựa chọn thiết bị và hóa chất phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo quá trình xử lý diễn ra hiệu quả. Các thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Kết quả thu được từ các thí nghiệm này sẽ được phân tích và so sánh với các phương pháp xử lý nước hiện có để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của công nghệ PAC kết hợp lọc màng.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ PAC kết hợp lọc màng đã mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý nước sông Đồng Nai. Các chỉ tiêu như BOD, COD, và coliform đều giảm đáng kể sau khi xử lý. Cụ thể, giá trị BOD giảm từ 50 mg/l xuống còn 5 mg/l, cho thấy khả năng loại bỏ chất hữu cơ rất tốt. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa các thông số như liều lượng PAC và thời gian lắng là rất cần thiết để đạt được hiệu quả tối ưu trong xử lý nước.

3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý

Đánh giá hiệu quả xử lý cho thấy rằng công nghệ PAC kết hợp với lọc màng có thể loại bỏ đến 95% các vi sinh vật có hại trong nước. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp này không chỉ hiệu quả trong việc xử lý nước mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong các nhà máy cấp nước tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ này sẽ góp phần nâng cao chất lượng nước cấp, đảm bảo an toàn cho sức khỏe người dân và bảo vệ môi trường. Các kết quả này cũng mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc phát triển các công nghệ xử lý nước tiên tiến hơn trong tương lai.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh rằng công nghệ PAC kết hợp lọc màng là một giải pháp hiệu quả cho việc xử lý nước cấp tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy xử lý nước. Để nâng cao hiệu quả của phương pháp này, cần tiếp tục nghiên cứu và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật trong quá trình xử lý. Ngoài ra, việc đào tạo nhân lực và nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của việc xử lý nước cũng cần được chú trọng.

4.1. Kiến nghị

Cần có chính sách hỗ trợ cho việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ xử lý nước mới, đặc biệt là công nghệ PAC. Đồng thời, các cơ sở cấp nước cần được khuyến khích áp dụng công nghệ này để đảm bảo chất lượng nước cấp cho người dân. Việc hợp tác giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và các nhà máy cấp nước cũng cần được thúc đẩy để chia sẻ kinh nghiệm và nâng cao hiệu quả xử lý nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nguồn nước mặt 1. Điều kiện tự nhiên nước sông Đồng Nai 1. Chế độ mưa Phân thành 2 mùa, mùa mưa từ tháng 5 tới tháng 10, lượng mưa chiếm 80 - 90% lượng mưa cả năm, mưa lớn tập trung vào tháng 9 – 10 hàng năm.

Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, hầu như không có mưa. Lương mưa mùa khô chiếm khoảng 10-20% lượng mưa cả năm. Đặc điểm thảm phủ thực vật tự nhiên Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nguồn nước ở lưu vực sông Đồng Nai là đặc điểm thảm thực vật trên lưu vực, bao gồm hệ thống rừng tự nhiên và thảm thực vật canh tác nhằm đảm bảo tích trữ nước để điều hòa lưu lượng sông vào mùa khô và hạn chế khả năng xói mòn, rửa trôi đất vào mùa mưa. Lưu vực sông có 28 loại sử dụng đất chính liên quan đến mức độ che phủ và đây là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng môi trường cho toàn lưu vực.

Các loại sử dụng đất chính này được phân chia thành 5 lớp bao gồm: đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất ở, chuyên dụng và nhóm đất khác. Đặc điểm về chế độ thủy văn và thủy lực Đoạn sông chảy qua thành phố Biên Hòa có nhiều công trình trên và ven sông như cầu Hóa An, cầu Ghềnh, cầu Đồng Nai, và nhiều cảng sông, nhà máy, chợ, nhà cửa và các công trình công cộng. Các công trình trên và ven sông, cùng với đặc điểm địa hình của lòng sông đã làm cho chế độ dòng chảy của đoạn sông này hết sức phức tạp. Cơ bản mỗi ngày có 2 lần triều lên và triều xuống, một chu trình triều thường 14 – 15 ngày, biên độ triều cực đại tại Biên Hòa khoảng 3m.

Chế độ dòng chảy bị ảnh hưởng và chịu tác động lẫn nhau tùy thuộc vào sự thay đổi của các yếu tố sau:  Dòng chảy đầu nguồn.  Chế độ thủy triều.  Các hoạt động khai thác của con người trong lưu vực. Các nguồn gây ô nhiễm Các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu xuất phát từ quá trình sinh hoạt và hoạt động sản xuất của con người tạo nên (công nghiệp, thủ công nghiệp, nông ngư nghiệp, giao thông thủy, dịch vụ…).

Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt,.) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu. Các nguồn gây ô nhiễm nước thường gặp 1. Nước thải sinh hoạt Là nước thải phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người. Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt: chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các chất như protein (40-50%); hydrat cacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; các chất béo (5-10%) còn lại là chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng.

Nước thải đô thị Là loại nước thải tạo thành do sự gộp chung nước thải sinh hoạt, nước thải vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại. Nước thải đô thị được thu gom vào hệ thống cống thải thành phố, đô thị để xử lý chung. Thông thường ở các đô thị có hệ thống cống thải, khoảng 70 đến 90% tổng lượng nước sử dụng của đô thị sẽ trở thành nước thải đô thị và chảy vào đường cống. Thành phần cơ bản của nước thải đô thị cũng gần tương tự nước thải sinh hoạt.

Nước thải công nghiệp Là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải. Khác với nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị, nước thải công nghiệp không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc vào ngành sản xuất công nghiệp cụ thể. Nước chảy tràn Nước chảy tràn từ mặt đất do mưa, hoặc do thoát nước từ đồng ruộng là nguồn gây ô nhiễm nước sông, hồ. Nước chảy tràn qua đồng ruộng có thể cuốn 6 theo chất rắn (rác), hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón.

Nước chảy tràn qua khu dân cư, đường phố, cơ sở sản xuất công nghiệp, có thể làm ô nhiễm nguồn nước do chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng. Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên: Nước sông vùng ven biển và có thể ở các vùng khác sâu hơn trong nội địa cũng có thể bị nhiễm mặn. Nước sông bị nhiễm mặn theo các kênh rạch đưa nước mặn vào các hồ chứa. gây nhiễm mặn các vùng xa bờ biển.

Nước sông, kênh rạch bị nhiễm phèn có thể chuyển axit, sắt, nhôm. đến các vùng khác gây suy giảm chất lượng nước vùng bị tác động. Tổng quan các phương pháp xử lý nước cấp hiện nay 1. Quy trình xử lý nước cấp phổ biến hiện nay ở Việt Nam Chlor Nguồn Trạm bơm Bể giao Đồng hồ đo nước sông cấp I liên lưu lượng Chlor phèn Bể trộn Bể lọc Bể lắng Bể phản Bể trộn thứ cấp ngang ứng sơ cấp Đo lưu lượng Mạng lưới Bể chứa Trạm bơm Trạm phân phối phân phối nước sạch cấp II nước Chlor Tháp chống va Hình 1.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay 7  Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước sông được dẫn qua lưới lọc để loại bỏ tất cả các vật chất lơ lửng có tiết diện lớn hơn 6mm. Sau khi ra khỏi ống hút, nước được châm Clo để tiền khử trùng, nước sông từ trạm bơm cấp I được nhận từ bể giao liên, mực nước ở đây luôn được duy trì độ cao nhất định để tạo dòng tự chảy qua các công trình xử lý tiếp theo. Rời bể giao liên nước sông được dẫn qua kênh hở có lắp đồng hồ đo lưu lượng. 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 chia nước vào các bể trộn sơ cấp, có lắp máy khuấy để tăng cường độ khuấy trộn, trộn đều nước sông và dung dịch phèn với nhau, sau đó nước sông qua bờ tràn dẫn vào bể phản ứng. Các hạt keo được cánh khuấy khuấy trộn, tạo điều kiện tiếp xúc với các hạt lơ lửng để tạo bông cặn lớn hơn và nhiều hơn. Rời bể phản ứng nước đi qua kênh dẫn để phân phối đều cho các bể lắng ngang. Tại kênh phân phối có đặt hệ thống thổi hơi ở đáy bể để ngăn không cho cặn lắng xuống tại đây.

Tại các bể lắng ngang, dưới tác dụng của trọng lực, các bông cặn sẽ chìm dần xuống đáy bể, giai đoạn này giữ lại phần lớn các hạt cặn lơ lửng trong nước (80%), cặn lắng xuống nhiều nhất ở khoảng 1/3 chiều dài đầu bể. Lượng bùn lắng tích tụ nhiều sẽ ảnh hưởng đến cơ chế thủy lực của bể, vì vậy trung bình 3 tháng bể lắng cần được xả cặn để rửa bùn. Nước ra khỏi bể lắng được đưa vào 1 kênh dẫn chung, phân phối nước cho các bể lọc. Lớp vật liệu lọc thường được sắp xếp thành 2 lớp: lớp sỏi đỡ và lớp cát.

Các bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ và vi khuẩn mà hồ lắng không thể giữ lại được. Theo trọng lực nước đi qua lớp vật liệu lọc, các hạt cặn, bông cặn được giữ lại và cho lớp nước trong vào van thu nước dẫn ra qua bể trộn thứ cấp. Từ hồ lọc nước được thu vào một mương chung dẫn đến bể trộn thứ cấp. Tại đây có đường ống châm vôi, Clo và Flo, đưa vào bể trộn các hóa chất này đạt hàm lượng cho phép, đảm bảo nước tiêu chuẩn ăn uống sinh hoạt.

Sau đó nước được dẫn vào bể chứa nước sạch bằng kênh dẫn. 8 Nước từ các bể chứa nước sạch được dẫn vào trạm bơm cấp II bằng một mương dẫn nước ngầm, tại đây dung dịch Clo được châm vào nước một lần nữa để đảm bảo hàm lượng Clo dư đạt tiêu chuẩn nước cấp. Từ trạm bơm cấp II nước được bơm vào thành phố qua đường ống phân phối đến các hộ dân qua mạng lưới cấp nước thành phố. Các phương pháp xử lý hiện nay Phương pháp cơ học: hồ chứa và lắng sơ bộ, song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc.

Phương pháp hóa học: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hóa nước, cho Clo vào nước để khử trùng. Phương pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu âm. Điện phân nước biển để khử muối. Khử khí CO2 hòa tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng.

Phương pháp cơ học:  Hồ chứa và lắng sơ bộ Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng của oxy hòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn nước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lý nước.  Song chắn và lưới chắn rác Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý.  Bể lắng cát Ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250mg/l sau lưới chắn, các hạt cặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, có khả năng lắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát. Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2mm và tỷ trọng lớn 9 hơn hoặc bằng 2,5, để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng.

 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.  Lọc Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước.