Xử lý nước

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới điều hướng Bước tới tìm kiếm
Nhà máy xử lý nước Dalecarlia, Washington, DC

Xử lý nước là các quá trình giúp cải thiện chất lượng của nước để phù hợp với mục đích sử dụng cuối cùng. Mục đích sử dụng cuối cùng có thể là uống, cung cấp nước công nghiệp, tưới cây, duy trì dòng chảy của sông, tái tạo nước hoặc các mục đích sử dụng khác, bao gồm cả việc trả . Xử lý nước loại bỏ các chất gây ô nhiễm và các thành phần không mong muốn, hoặc giảm nồng độ của chúng để nước trở nên phù hợp cho mục đích sử dụng cuối cùng. Quá trình này rất quan trọng đối với sức khỏe con người và có ích cho con người từ việc uống nước và tưới cây.

Xử lý nước uống[sửa | sửa mã nguồn]

Quy trình xử lý nước uống điển hình

Quá trình xử lý sản xuất nước uống gồm việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi nước ban đầu để tạo ra nước đủ tinh khiết cho con người tiêu thụ mà không có bất kỳ nguy cơ ngắn hạn hoặc dài hạn nào về sức khỏe. Nói chung, rủi ro lớn nhất về vi sinh vật liên quan đến việc uống phải nước bị nhiễm phân người hoặc động vật (kể cả chim). Phân có thể là nguồn vi khuẩn gây bệnh, vi rút, động vật nguyên sinh và giun sán. Việc tiêu diệt mầm bệnh vi sinh vật là cần thiết và việc sử dụng các tác nhân hóa học rất phổ biến như chất rắn lơ lửng, vi khuẩn, tảo, vi rút, nấmcác khoáng chất như sắtmangan. Những chất này tiếp tục gây hại lớn cho một số nước phát triển kém hơn, những nước mà không được tiếp cận với hệ thống lọc nước.

Các phương pháp được thực hiện không chỉ xử lý nước để đảm bảo chất lượng nước mà còn liên quan đến vận chuyển và phân phối nước sau khi xử lý. Vậy nên, giữ lại các chất khử trùng trong nước đã xử lý là cách phổ biến để tiêu diệt sự ô nhiễm vi khuẩn trong quá trình phân phối.

Nước cung cấp cho các cơ sở trong nước cho nước máy hoặc các mục đích sử dụng khác thường sử dụng quy trình xử lý dây chuyền. Các phương pháp này có thể bao gồm làm mềm nước hoặc trao đổi ion. Nhiều hệ thống độc quyền cũng tuyên bố loại bỏ các chất khử trùng còn sót lại trong nước và các ion kim loại nặng . [cần dẫn nguồn] [ <span title="This claim needs references to reliable sources. (September 2017)">cần dẫn nguồn</span> ]

Quy trình[sửa | sửa mã nguồn]

Bể sục khí trống để kết tủa sắt

Các quá trình loại bỏ các chất gây ô nhiễm bao gồm các quá trình vật lý như lắng và lọc, các quá trình hóa học như khử trùng và đông tụ, và các quá trình sinh học như lọc cát chậm .

Một tổ hợp được lựa chọn từ các quy trình sau đây được sử dụng để xử lý nước uống trên toàn thế giới.

Hóa chất[sửa | sửa mã nguồn]

Bể có bộ lọc cát để loại bỏ sắt kết tủa (không hoạt động tại thời điểm đó)
  • Khử trùng bằng clo trước để kiểm soát tảo và ngăn chặn sự phát triển sinh học.
  • Sục khí cùng với khử trùng bằng clo để loại bỏ các ion hòa tan khi có một lượng nhỏ mangan.
  • Khử trùng sử dụng clo, ozon và ánh sáng cực tím để diệt vi khuẩn, vi rút và các mầm bệnh khác.

Vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

  • Lắng để tách chất rắn là loại bỏ các chất rắn lơ lửng bị mắc kẹt trong bông.
  • Lọc để loại bỏ các vật thể khỏi nước bằng cách đi qua lớp cát có thể được rửa sạch và tái sử dụng hoặc đi qua một bộ lọc được thiết kế có mục đích có thể rửa được.
  • Tách không khí hòa tan để loại bỏ chất rắn lơ lửng.

Hóa lý[sửa | sửa mã nguồn]

  • Keo tụ tạo bông .
  • Chất hỗ trợ đông tụ, còn được gọi là polyelectrolytes - để cải thiện quá trình đông tụ và giúp hình thành bông.

Sinh học[sửa | sửa mã nguồn]

  • Lọc cát chậm bằng màng sinh học để chuyển hóa chất hữu cơ.

Công nghệ[sửa | sửa mã nguồn]

Các công nghệ cho nước uống và các mục đích sử dụng khác đã được phát triển tốt và các thiết kế tổng quát đã có sẵn để được lựa chọn cho các quy trình xử lý thử nghiệm công nghệ từ nguồn nước cụ thể. Ngoài ra, một số công ty tư nhân cấp bằng sáng chế về cung cấp các giải pháp công nghệ để xử lý các chất gây ô nhiễm cụ thể. Tự động hóa xử lý nước là phổ biến ở các nước phát triển. Chất lượng nguồn nước qua các mùa, quy mô và tác động môi trường có thể quyết định chi phí vốn và chi phí vận hành. Việc sử dụng nguồn nước đã qua xử lý quyết định các công nghệ giám sát chất lượng cần thiết và các kỹ năng sẵn có tại địa phương thường quyết định mức độ tự động hóa được áp dụng.

Chưng cất[sửa | sửa mã nguồn]

Nước mặn có thể được xử lý để tạo ra nước ngọt. Hai quy trình chính được sử dụng, thẩm thấu ngược hoặc chưng cất . [1] Cả hai phương pháp đều đòi hỏi nhiều năng lượng hơn so với xử lý nước của các vùng nước địa phương, và thường chỉ được sử dụng ở các vùng ven biển hoặc nơi có nước như nước ngầm có độ mặn cao. [2] [3]

Lọc nước di động[sửa | sửa mã nguồn]

Việc sống xa nguồn cung cấp nước uống thường đòi hỏi một số hình thức xử lý nước di động. Những quy trình này có thể khác nhau về mức độ phức tạp, từ việc đơn giản thêm một viên thuốc khử trùng vào chai nước của người đi bộ đường dài cho đến các quy trình phức tạp gồm nhiều giai đoạn được vận chuyển bằng thuyền hoặc máy bay đến các khu vực thiên tai.

Yếu tố Quy trình
Độ đục và các hạt Đông tụ / tạo bông, lắng cặn, lọc hạt
Các tổ chức vô cơ lớn bị giải thể Làm mềm, sục khí, màng
Các tổ chức vô cơ nhỏ bị giải thể Màng
Mầm bệnh Lắng, lọc, khử trùng
Các chất hữu cơ hòa tan chính Màng, hấp phụ

Tiêu chuẩn[sửa | sửa mã nguồn]

Nhiều quốc gia phát triển quy định các tiêu chuẩn được áp dụng tại quốc gia của họ. Ở Châu Âu, điều này bao gồm Chỉ thị Nước uống Châu Âu [4] và ở Hoa Kỳ, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) thiết lập các tiêu chuẩn theo yêu cầu của Đạo luật Nước uống An toàn . Đối với các quốc gia không có khuôn khổ pháp lý hoặc điều hành cho các tiêu chuẩn đó, Tổ chức Y tế Thế giới công bố hướng dẫn về các tiêu chuẩn cần đạt được. [5] Trung Quốc đã áp dụng tiêu chuẩn nước uống của riêng mình GB3838-2002 (Loại II) do Bộ Bảo vệ Môi trường ban hành năm 2002. [6]

Xử lý nước công nghiệp[sửa | sửa mã nguồn]

Quy trình[sửa | sửa mã nguồn]

Hai trong số các quy trình xử lý nước công nghiệp chính là đun nước và làm lạnh nước. Xử lý một lượng nước lớn thích hợp có thể dẫn đến phản ứng của chất rắn và vi khuẩn trong đường ống và vỏ lò hơi. Nồi hơi có thể bị đóng cặn hoặc ăn mòn khi không được xử lý. Sự đóng cặn có thể dẫn đến máy móc hoạt động yếu và gây ra nguy hiểm, bên cạnh đó còn cần có thêm nhiên liệu để làm nóng cùng một mức nước vì sự gia tăng nhiệt điện. Nguồn nước bẩn kém chất lượng có thể trở thành nơi sinh sản của các loại vi khuẩn như Legionella gây nguy hại cho sức khỏe cộng đồng.

Ăn mòn trong nồi hơi áp suất thấp có thể do oxy hòa tan, độ axit và kiềm quá mức. Do đó, việc xử lý nước cần loại bỏ oxy hòa tan và duy trì độ pH và độ kiềm thích hợp. Nếu không xử lý nước hiệu quả, hệ thống làm mát nước có thể bị đóng cặn, ăn mòn và bám bẩn và có thể trở thành nơi sinh sản của vi khuẩn có hại. Điều này làm giảm hiệu quả, giảm tuổi thọ của nhà máy và làm cho các hoạt động không đáng tin cậy và không an toàn. [7]

Cách nấu nước[sửa | sửa mã nguồn]

Xử lý nước nồi hơi là một loại xử lý nước công nghiệp tập trung vào việc loại bỏ hoặc biến đổi hóa học các chất có khả năng gây hại cho nồi hơi. Đa dạng loại xử lý được sử dụng tại các vị trí khác nhau để tránh đóng cặn, ăn mòn hoặc tạo bọt. Việc xử lý bên ngoài lò hơi tập trung loại bỏ các tạp chất của nguồn nước thô trước khi chúng đến lò hơi. Việc xử lý bên trong lò hơi tập trung vào việc hạn chế xu hướng hòa tan của nước trong lò hơi và duy trì các tạp chất ở dạng ít có khả năng gây ra sự cố nhất trước khi chúng có thể được loại bỏ khỏi lò hơi trong quá trình xả đáy lò hơi.

Cách làm mát nước[sửa | sửa mã nguồn]

Làm mát nước là phương pháp loại bỏ nhiệt ra khỏi các linh kiện, thiết bị công nghiệp. Nước có thể là chất lỏng truyền nhiệt hiệu quả hơn khi làm mát không khí không hiệu quả. Ở hầu hết các vùng khí hậu bị chiếm đóng, nước mang lại lợi thế dẫn nhiệt của chất lỏng có nhiệt dung riêng cao bất thường và tùy chọn làm mát bay hơi. Chi phí thấp thường cho phép loại bỏ chất thải sau một lần sử dụng, nhưng các vòng làm mát tái chế có thể được điều áp để loại bỏ tổn thất bôcs hơi và mang lại tính di động cao hơn và cải thiện độ sạch. Các vòng lặp chất làm mát tái chế không áp suất sử dụng làm mát bay hơi yêu cầu dòng chất thải xả đáy để loại bỏ các tạp chất cô đặc do bay hơi. Nhược điểm của hệ thống làm mát nước bao gồm gia tốc ăn mòn và bảo trì các yêu cầu để ngăn chặn giảm truyền nhiệt từ biofouling hoặc quy mô đào tạo. Các chất phụ gia hóa học để giảm những nhược điểm này có thể gây độc cho nước thải. Làm mát bằng nước thường được sử dụng để làm mát động cơ đốt trong ô tô và các cơ sở công nghiệp lớn như nhà máy điện hạt nhânhơi nước, máy phát thủy điện, nhà máy lọc dầunhà máy hóa chất .

Công nghệ[sửa | sửa mã nguồn]

Xử lý hóa chất[sửa | sửa mã nguồn]

Xử lý hóa học là các kỹ thuật được áp dụng để làm cho nước công nghiệp phù hợp để sử dụng hoặc xả thải. Các kỹ thuật bao gồm kết tủa hóa học, khử trùng hóa học, oxy hóa hóa học, oxy hóa nâng cao, trao đổi ion và trung hòa hóa học. [8]

Điều trị vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

Bộ lọc loại bỏ các vật thể khỏi nước bằng cách đi qua một lớp cát, chẳng hạn như bộ lọc trọng lực nhanh hoặc bộ lọc cơ học.

Điều trị sinh học[sửa | sửa mã nguồn]

Máy lọc cát chậm sử dụng quy trình sinh học để lọc nước thô để tạo ra nước uống được. [9] Chúng hoạt động bằng cách sử dụng một màng sinh học phức tạp phát triển tự nhiên trên bề mặt cát. Màng sinh học đặc sệt này được gọi là lớp hypogeal hoặc Schmutzdecke nằm ở phần trên vài mm của lớp cát. Lớp màng sinh học lọc nước khi nó chảy qua các lớp cát và lớp cát bên dưới cung cấp môi trường hỗ trợ cho lớp xử lý sinh học. [10] Schmutzdecke bao gồm vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh, rotifera và một loạt ấu trùng côn trùng thủy sinh. Khi lớp màng sinh học cũ đi, nhiều tảo có thể phát triển và các sinh vật thủy sinh lớn bao gồm bryozoa, ốc sên và giun Annelid có thể có mặt. Khi nước đi qua lớp dưới đất, các phần tử vật chất bị giữ lại trong chất nền nhầy và chất hữu cơ hòa tan được hấp thụ. Các chất gây ô nhiễm được chuyển hóa bởi vi khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh.

Xử lý hóa lý[sửa | sửa mã nguồn]

Chất keo tụ hóa học được sử dụng để tạo ra một bông cặn trong nước để giữ các chất rắn lơ lửng. Chất hoá học Polyelectrolytes được sử dụng để tăng sự đông tụ chất rắn lơ lửng để cải thiện quá trình loại bỏ. [11]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ “Water Desalination”. Stanford University. 16 tháng 12 năm 2002. Truy cập ngày 29 tháng 10 năm 2019. 
  2. ^ Lienhard, John H.; Thiel, Gregory P.; Warsinger, David M.; Banchik, Leonardo D. (8 tháng 12 năm 2016). “Low Carbon Desalination: Status and Research, Development, and Demonstration Needs, Report of a workshop conducted at the Massachusetts Institute of Technology in association with the Global Clean Water Desalination Alliance”. Massachusetts Institute of Technology. 
  3. ^ Rouzafay, F.; Shidpour, R. (2020). “Lifetime and dynamics of charge carriers in carbon-incorporated ZnO nanostructures for water treatment under visible light: Femtosecond transient absorption and photoluminescence study”. Environmental Chemical Engineering 8 (5): 104097. doi:10.1016/j.jece.2020.104097. 
  4. ^ European Drinking Water Directive
  5. ^ Guidelines for Drinking-water Quality, Fourth Edition; World Health Organization; 2011
  6. ^ “Environmental quality standards for surface water”. 
  7. ^ Cicek, V. (2013). “Corrosion and corrosion prevention in boilers”. Cathodic protection: industrial solutions for protecting against corrosion. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. ISBN 9781118737880. 
  8. ^ Chapter 2 - Chemical Treatment Technology, ISBN 9780128103913 
  9. ^ SSWM University. “Slow sand filtration”. SSWM University. Truy cập ngày 26 tháng 6 năm 2020. 
  10. ^ B. Sizirici Yildiz (2012). “Slow sand filtration”. doi:10.1533/9780857096463.3.406. 
  11. ^ SSWM University. “Coagulation - Flocculation”. SSWM University. Truy cập ngày 26 tháng 6 năm 2020. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]