Quy trình xử lý nước

Xử lý nước là gì?

Xử lý nước là quá trình loại bỏ các hợp chất hóa học không mong muốn, các chất hữu cơ, vô cơ, và các chất ô nhiễm sinh học ra khỏi nước. Quá trình đó cũng bao gồm chưng cất (chuyển đổi chất lỏng thành hơi để ngưng tụ trở lại dạng lỏng) và khử ion (loại bỏ ion thông qua việc chiết xuất muối hòa tan). Mục đích chính của xử lý nước là cung cấp nước uống sạch. Xử lý nước cũng đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng y tế, dược lý, hóa học và công nghiệp cho nước sạch và nước uống được. Quy trình xử lý làm giảm nồng độ các chất gây ô nhiễm như các hạt lơ lửng, ký sinh trùng, vi khuẩn, tảo, vi rút và nấm. Việc xử lý nước diễn ra trên quy mô từ lớn (ví dụ: đối với toàn bộ thành phố) đến quy mô nhỏ (ví dụ: đối với từng hộ gia đình).

Hầu hết các cộng đồng đều dựa vào nguồn nước tự nhiên làm nguồn tiếp nhận để lọc nước và sử dụng hàng ngày. Nói chung, các tài nguyên này có thể được phân loại là nước ngầm hoặc nước mặt và thường bao gồm các tầng chứa nước ngầm, lạch, suối, sông và hồ. Với những tiến bộ công nghệ gần đây, đại dương và biển nước mặn cũng đã được sử dụng làm nguồn nước thay thế cho uống và sử dụng trong nước.

Xem thêm:

Ảnh hưởng của Hóa chất xử lý nước

Danh sách hóa chất xử lý nước

Xác định chất lượng nước

Bằng chứng lịch sử cho thấy rằng xử lý nước đã được công nhận và thực hành bởi các nền văn minh cổ đại. Các phương pháp điều trị cơ bản để xử lý nước đã được ghi nhận trong các tác phẩm của Hy Lạp và tiếng Phạn, và người Ai Cập đã sử dụng phèn kết tủa sớm nhất là 1500 BCE.

Trong thời hiện đại, chất lượng nước phải được lọc thường được thiết lập bởi các cơ quan chính phủ. Cho dù được thiết lập tại địa phương, quốc gia hoặc quốc tế, các tiêu chuẩn của chính phủ thường đặt nồng độ tối đa của các chất gây ô nhiễm có hại có thể được cho phép trong nước an toàn. Vì gần như không thể kiểm tra nước đơn giản trên cơ sở bên ngoài, nhiều quá trình, chẳng hạn như phân tích vật lý, hóa học hoặc sinh học, đã được phát triển để kiểm tra mức độ ô nhiễm. Mức độ của các hóa chất hữu cơ và vô cơ, chẳng hạn như clorua, đồng, mangan, sunfat và kẽm, mầm bệnh vi khuẩn, vật liệu phóng xạ, và chất rắn hòa tan và lơ lửng, cũng như pH, mùi, màu và mùi vị, là một số thông số phổ biến phân tích để đánh giá chất lượng nước và mức độ ô nhiễm.

Các phương pháp gia đình thông thường như nước sôi hoặc sử dụng bộ lọc than hoạt tính có thể loại bỏ một số chất gây ô nhiễm nước. Mặc dù những phương pháp đó rất phổ biến vì chúng có thể được sử dụng rộng rãi và rẻ tiền, nhưng chúng thường không loại bỏ các chất gây ô nhiễm nguy hiểm hơn. Ví dụ, nước suối tự nhiên từ giếng artesian trong lịch sử được coi là sạch cho tất cả các mục đích thực tế, nhưng nó đã được xem xét trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 21 vì lo lắng về thuốc trừ sâu, phân bón và các hóa chất khác từ bề mặt vào giếng. Kết quả là, giếng artesian đã được xử lý và xét nghiệm, bao gồm cả xét nghiệm tìm ký sinh trùng Cryptosporidium.

Không phải tất cả mọi người trên thế giới đều được sử dụng nước uống an toàn. Theo báo cáo năm 2017 của Tổ chức Y tế Thế giới (UN) của Liên Hợp Quốc (WHO), 2,1 tỷ người không được tiếp cận với nguồn cung cấp nước uống an toàn và đáng tin cậy tại nhà. Tám mươi tám phần trăm trong số bốn tỷ trường hợp mắc bệnh tiêu chảy hàng năm được báo cáo trên toàn thế giới được cho là do thiếu nước uống hợp vệ sinh. Mỗi năm có khoảng 525.000 trẻ em dưới năm tuổi chết vì tiêu chảy, nguyên nhân gây tử vong thứ hai và 1,7 triệu trẻ mắc bệnh tiêu chảy do nước không an toàn, kết hợp với vệ sinh và vệ sinh không đầy đủ.

Quy trình xử lý nước

Hầu hết nước được sử dụng ở các nước công nghiệp được xử lý tại các nhà máy xử lý nước. Mặc dù các phương pháp mà các nhà máy sử dụng trong tiền xử lý phụ thuộc vào kích thước và mức độ nghiêm trọng của ô nhiễm, những thực hành đó đã được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo tuân thủ chung các quy định quốc gia và quốc tế. Phần lớn nước được lọc sau khi được bơm từ nguồn tự nhiên hoặc được dẫn qua đường ống vào bể chứa. Sau khi nước được vận chuyển đến một vị trí trung tâm, quá trình xử lý bắt đầu.

Giai đoạn Tiền xử lý

Trong tiền xử lý, các chất ô nhiễm sinh học, hóa chất và các vật liệu khác được loại bỏ khỏi nước. Bước đầu tiên trong quy trình đó là sàng lọc, loại bỏ các mảnh vụn lớn như gậy và rác từ nước cần xử lý. Sàng lọc thường được sử dụng khi lọc nước mặt như nước hồ và sông. Nước mặt có nguy cơ bị ô nhiễm với một lượng lớn chất gây ô nhiễm. Tiền xử lý có thể bao gồm việc bổ sung các hóa chất để kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn trong đường ống và bể chứa (prechlorination) và giai đoạn kết hợp lọc cát, giúp chất rắn lơ lửng lắng xuống đáy bể chứa.

Xem thêm:

Hóa chất xử lý nước là gì?

Các phương pháp xử lý nước phổ biến nhất

Điều kiện tiên quyết là nước có hàm lượng khoáng chất cao (nước cứng) được xử lý bằng natri cacbonat (tro soda), cũng là một phần của quá trình tiền xử lý. Trong bước này, natri cacbonat được thêm vào nước để loại bỏ canxi cacbonat, một trong những thành phần chính trong vỏ của sinh vật biển và là một thành phần hoạt chất trong vôi nông nghiệp. Điều kiện tiên quyết đảm bảo rằng nước cứng, để lại các khoáng chất phía sau có thể làm tắc nghẽn đường ống, được thay đổi để đạt được sự đồng nhất giống như nước mềm.

Prechlorination, thường là bước cuối cùng của tiền xử lý và một thực hành tiêu chuẩn ở nhiều nơi trên thế giới, đã được các nhà khoa học nghi ngờ. Trong quá trình khử clo, clo được áp dụng cho nước thải có thể chứa nồng độ chất hữu cơ tự nhiên cao. Chất hữu cơ này phản ứng với clo trong quá trình khử trùng và có thể dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ khử trùng (DBPs), chẳng hạn như trihalomethanes, axit haloacetic, chlorite và bromate. Tiếp xúc với DBPs trong nước uống có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe. Những lo lắng bắt nguồn từ việc thực hành có thể liên quan đến bệnh ung thư dạ dày và bàng quang và các mối nguy hại của việc giải phóng clo vào môi trường.

Các bước xử lý khác

Sau khi tiền xử lý, xử lý hóa chất và tinh chế có thể xảy ra. Quá trình đó bao gồm đông tụ, một bước trong đó các hóa chất được thêm vào khiến các hạt nhỏ lơ lửng trong nước kết tụ lại với nhau. Quá trình keo tụ tiếp theo, trộn lẫn nước để các hạt đông tụ có thể được kết hợp thành các khối lớn hơn (hoặc flococ), từ từ lắng xuống đáy bể.

Sau khi phần lớn các hạt lơ lửng lắng xuống, nước thoát ra khỏi bể keo tụ và sau đó đi vào bể lắng. Lưu vực trầm tích di chuyển nước được xử lý dọc theo quá trình thanh lọc trong khi cho phép các hạt còn lại lắng xuống. Các dạng bùn xuất hiện trên sàn bể được loại bỏ và xử lý. Từ lưu vực đó, nước được chuyển sang bước tiếp theo, lọc, loại bỏ các hạt lơ lửng còn lại và khối không ổn định cùng với nhiều vi sinh vật và tảo.

Khử trùng nước là bước cuối cùng trong lọc nước. Trong bước đó, các vi khuẩn có hại, chẳng hạn như vi khuẩn, vi rút và động vật nguyên sinh, bị tiêu diệt thông qua việc bổ sung các hóa chất khử trùng. Khử trùng thường liên quan đến một dạng clo, đặc biệt là chloramines hoặc clo dioxide. Clo là một loại khí độc hại, dẫn đến một số nguy hiểm từ việc phát hành liên quan đến việc sử dụng nó. Để tránh những rủi ro đó, một số nhà máy xử lý nước sử dụng ozone, tia cực tím hoặc khử trùng hydro peroxide thay vì clo. Các phương pháp thanh lọc khác bao gồm siêu lọc cho các chất hòa tan cụ thể, trao đổi ion để loại bỏ các ion kim loại và fluoride để ngăn ngừa sâu răng.

Ở một số khu vực trên thế giới không có nhà máy xử lý nước, phải sử dụng các phương pháp xử lý thay thế. Những phương pháp này bao gồm đun sôi, lọc than hoạt tính dạng hạt, chưng cất, thẩm thấu ngược và chưng cất màng tiếp xúc trực tiếp.

Xem thêm: 3 phương pháp xử lý nước phổ biến

Xử lý nước thải công nghiệp

Ngoài việc uống và sử dụng trong nước, các ngành công nghiệp cũng tiêu thụ một lượng nước đáng kể. Ví dụ, hóa chất, dầu khí, chế biến thực phẩm và công nghiệp dệt may, cần nước để sản xuất, chế biến, sưởi ấm, làm mát, giặt, súc rửa và các ứng dụng khác. Các hệ thống công nghiệp như vậy đòi hỏi nước được xử lý và việc không được lọc sạch có thể dẫn đến các vấn đề như mở rộng quy mô, ăn mòn, lắng đọng, phát triển vi khuẩn trong đường ống hoặc thiết bị chế biến và chất lượng sản phẩm kém. Ngoài các quy trình xử lý nước thông thường, lọc nước công nghiệp cũng có thể bao gồm các kỹ thuật chuyên dụng như điện cực hóa, trao đổi ion, hệ thống màng, xử lý ozone, bay hơi và chiếu tia cực tím. Lựa chọn công nghệ phụ thuộc vào chất lượng nước thô và mục đích sử dụng công nghiệp.

Xử lý nước mặn

Phần lớn các cộng đồng phụ thuộc vào nguồn nước ngọt để cung cấp nước uống và sinh hoạt. Tuy nhiên, với việc thu hẹp trữ lượng nước ngọt và nhu cầu nước tăng lên phức tạp bởi các yếu tố tự nhiên như hạn hán, lũ lụt và tác động của biến đổi khí hậu, một số quốc gia đã bắt đầu sử dụng đại dương và biển nội địa làm nguồn nước thay thế. Các công nghệ khử muối loại bỏ muối và khoáng chất từ ​​nước biển đang nổi lên để tạo ra nước uống phù hợp cho mục đích uống và sinh hoạt. Thẩm thấu ngược, chưng cất chân không, chưng cất đèn flash nhiều tầng, đóng băng và tan điện đang đạt được tầm quan trọng đối với việc lọc nước mặn. Các quy trình như vậy thường liên quan đến tiêu thụ năng lượng cao hơn và tương đối đắt hơn các quy trình xử lý nước ngọt thông thường. Nhiều nỗ lực đang được thực hiện để làm cho các phương pháp khử muối có hiệu quả chi phí và hiệu quả kinh tế.

Thiết lập và cải tiến hệ thống xử lý nước

Quy mô và công suất của các hệ thống xử lý nước rất khác nhau, từ các đơn vị gia đình đơn giản đến các cơ sở nhỏ phục vụ các ngành công nghiệp sản xuất đến các nhà máy xử lý nước tập trung quy mô lớn dành riêng cho các thành phố và thị trấn. Lựa chọn các quy trình xử lý cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố như chất lượng nước đầu vào, mức độ lọc cần thiết, sử dụng nước dự kiến, yêu cầu công suất dòng chảy, quy định của chính phủ, vốn khả dụng, và các hoạt động và chi phí bảo trì liên quan. Nước đã xử lý được phân phối cho người tiêu dùng thông qua các hệ thống phân phối nước liên quan đến đường ống, máy bơm, trạm tăng áp, bể chứa và các phụ kiện đi kèm.

Trong nỗ lực đáp ứng các quy định nghiêm ngặt về môi trường và để đáp ứng nhu cầu nước ngày càng tăng của dân số ngày càng tăng, nhiều nhà máy xử lý nước đã sử dụng các công nghệ thông minh để tăng độ tin cậy cho hoạt động. Cải thiện tính bền vững của nước, có thể làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của nhà máy và giảm lượng khí thải carbon, thường bao gồm tối ưu hóa việc sử dụng hóa chất, giảm thiểu phát sinh chất thải và sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió.

Ngoài ra, với sự tiến bộ của các công nghệ tinh vi, các quy trình xử lý nước đã kết hợp các hệ thống kiểm soát quy trình và thiết bị phức tạp. Việc sử dụng các công cụ phân tích trực tuyến, hệ thống kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) và phần mềm chuyên dụng đã dẫn đến việc tự động hóa và tin học hóa các quy trình xử lý với việc cung cấp cho các hoạt động từ xa. Những đổi mới như vậy có thể cải thiện đáng kể hoạt động của hệ thống để đạt được chất lượng nước phù hợp với sự giám sát tối thiểu, đặc biệt là trong các cấu hình hệ thống lớn hơn.