Mục tiêu đề tài
- Mục tiêu chung: Xác định công nghệ phù hợp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt
Xác định các thông số vận hành tối ưu cho quá trình keo tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính, lọc màng vi lọc và oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe 2+) là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả xử lý nước.
Công nghệ nghiên cứu được đánh giá dựa trên hiệu quả xử lý nước, với chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn theo QCVN 02:2009/BYT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt.
+ Lựa chọn công nghệ phù hợp.
Nội dung nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu gồm 5 nội dung sau:
1 Nghiên cứu keo tụ nước mặt bằng các loại hóa chất khác nhau: phèn sắt, phèn nhôm, PACl
2 Nghiên cứu xử lý nước sau keo tụ bằng công nghệ than hoạt tính dạng bột
3 Nghiên cứu nước sau hấp phụ qua lọc màng MF
4 Nghiên cứu xử lý nước sau màng lọc bằng Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe 2+ )
Nghiên cứu xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng sử dụng công nghệ keo tụ, hấp phụ than hoạt, lọc màng vi lọc và oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe 2+) Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định các thông số vận hành tối ưu nhằm đề xuất công nghệ phù hợp với tình hình hiện nay.
Phương pháp nghiên cứu
a Phương pháp tổng hợp tài liệu
Thu thập và tổng hợp tài liệu từ sách, báo, internet, thư viện, và các cơ quan lưu trữ liên quan đến ô nhiễm nước mặt hữu cơ và dinh dưỡng Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm của đối tượng cần khảo sát, cùng với các phương pháp và công nghệ đã được áp dụng trong và ngoài nước để xử lý hiệu quả ô nhiễm nước Từ đó, phân tích, so sánh và đánh giá để tìm ra các giải pháp phù hợp với điều kiện hiện nay Phương pháp lấy mẫu và phân tích cũng được chú trọng trong quá trình nghiên cứu.
Quy cách lấy mẫu và bảo quản mẫu tuân thủ các quy định trong các Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành TCVN 6663-6:2008 (lấy mẫu) và TCVN 6663-3:2008 (bảo quản mẫu)
Các phương pháp phân tích mẫu được thực hiện theo các tiêu chuẩn như Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 22nd 2012 và Tiêu chuẩn Việt Nam Nghiên cứu được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.
Nghiên cứu thực nghiệm trên các mô hình và thực hiện trình tự như sau: + Mô hình jartest với quá trình keo tụ của các loại phèn;
+ Mô hình lọc màng vi lọc;
+ Mô hình Oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe 2+ ); d Phương pháp xử lý số liệu
Các số liệu thu được từ khảo sát thực nghiệm sẽ được thống kê và phân tích bằng phần mềm Excel, nhằm tìm ra các kết quả nghiên cứu có giá trị thích hợp Đề tài nghiên cứu được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Thanh Phượng từ Viện Tài nguyên và Môi trường TP Hồ Chí Minh, nhằm đánh giá ý nghĩa khoa học của đề tài.
Ý nghĩa và tính mới của đề tài
Tính mới của đề tài
Nghiên cứu này kế thừa các kết quả từ các phương pháp keo tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính dạng bột và lọc màng vi lọc, đã được áp dụng hiệu quả trên thế giới để xử lý nước mặt Mục tiêu là nghiên cứu ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong nước mặt tại Việt Nam, nhằm tìm ra giải pháp phù hợp cho điều kiện địa phương.
Phương pháp Oxy hóa bậc cao sử dụng hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác Fe 2+) thường được áp dụng để xử lý nước thải Nghiên cứu này đề xuất áp dụng phương pháp này trong công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng tại Việt Nam.
Dây chuyền công nghệ xử lý nước sử dụng keo tụ và hấp phụ bằng than hoạt tính dạng bột, kết hợp với lọc màng vi lọc và quá trình oxy hóa bậc cao thông qua hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác) mang lại hiệu quả tối ưu trong việc loại bỏ tạp chất và cải thiện chất lượng nước.
Sự sử dụng ion Fe 2+ lần đầu tiên được đề xuất trong phòng thí nghiệm nhằm xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng, với mục tiêu cung cấp nước sinh hoạt an toàn.
Ý nghĩa khoa học
Kết hợp các công nghệ xử lý tiên tiến như hấp phụ bằng than hoạt tính, lọc màng vi lọc và oxy hóa bậc cao với hệ Ozon đơn thuần hoặc hệ Catazon (Ozon xúc tác) mang lại hiệu quả tối ưu trong việc xử lý nước và không khí Những công nghệ này giúp loại bỏ các chất ô nhiễm, cải thiện chất lượng môi trường và đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.
Fe 2+ ) trong xử lý nguồn nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nhằm phục vụ cho cấp nước sinh hoạt);
Nghiên cứu sẽ xác định được các thông số vận hành phù hợp cho quá trình xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng;
Nghiên cứu trên nguồn nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng thực tế (sông Sài Gòn), từ đó đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ;
Mặt khác, kết quả nghiên cứu như là nguồn tài liệu cơ bản cho các công trình nghiên cứu mới hơn ở tương lai.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn cao, cung cấp cơ sở quan trọng cho việc xử lý hiệu quả các nguồn nước mặt bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần đảm bảo chất lượng nước cấp, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.
TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
Khái quát về lưu vực sông Sài Gòn
1.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên lưu vực sông Sài Gòn
Lưu vực sông Sài Gòn bắt nguồn từ sông Tonle – Chàm tại biên giới Việt Nam – Campuchia, có độ cao trên 200m so với mực nước biển Sông chảy vào hồ Dầu Tiếng và đi qua các tỉnh Tây Ninh, Bình Dương và TP.HCM, trước khi đổ vào sông Đồng Nai tại Mũi Đèn Đỏ, nơi sông được gọi là sông Nhà Bè Tại đây, sông Sài Gòn chia thành hai nhánh là Lòng Tàu và Soài Rạp, trước khi ra biển Đông qua cửa Cần Giờ.
Dòng chảy chính của con sông thuộc các khu vực cụ thể sau: Huyện Dương Minh Châu, Trảng Bàng thuộc tỉnh Tây Ninh; Huyện Dầu Tiếng, Bến Cát, Thuận
An, tp Thủ Dầu Một thuộc tỉnh Bình Dương; Huyện Củ Chi, Hóc Môn, quận 1, 2,
4, 7, 12, quận Bình Thạnh, Thủ Đức thuộc tp HCM
Giới hạn sông nằm trong khoảng từ 10 0 40’ đến 11 0 30’ vĩ độ Bắc và từ
Sông có chiều dài khoảng 280 km từ thượng nguồn đến Mũi Đèn Đỏ, với độ dốc trung bình 0,69% và hệ số uốn khúc 2,27 Diện tích lưu vực sông vượt quá 5.000 km² Đoạn thượng lưu sông có lòng hẹp, trung bình rộng 20m, uốn khúc quanh các triền đồi trước khi chảy vào hồ Dầu Tiếng Hồ Dầu Tiếng chủ yếu thuộc tỉnh Tây Ninh, với một phần nhỏ nằm ở tỉnh Bình Dương Đập thủy lợi tại hồ được khởi công xây dựng vào ngày 29/4/1981 và hoàn thành vào ngày 10/01/1985, có dung tích chứa 1,58 tỷ m³ nước và diện tích mặt nước 27.000 ha, với ba cửa xả: một cửa xả lũ ra sông Sài Gòn và hai cửa xả kênh Đông và kênh Tây.
Sông Sài Gòn chảy qua Bình Dương theo hướng Tây, với chiều dài 143 km từ Lái Thiêu đến Dầu Tiếng Đặc điểm độ dốc nhỏ của sông tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông vận tải, sản xuất nông nghiệp và cung cấp thủy sản.
Sông Sài Gòn, chảy qua thành phố Hồ Chí Minh, có chiều dài khoảng 80 km và lưu lượng trung bình đạt khoảng 54 m³/s Tại khu vực thành phố, sông có bề rộng từ 225 m đến 370 m, với độ sâu có nơi lên đến 20 m.
Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 3
Hình 1.2 Lưu vực Sông Sài Gòn 1.1.1.2 Điều kiện tự nhiên
Vùng địa hình thấp dần từ Đông Bắc đến Tây Nam, với điểm thấp nhất nằm ở huyện Cần Giờ - TP.HCM, nơi có độ cao trung bình chỉ từ 0,5 đến 2m so với mực nước biển Toàn khu vực này chủ yếu bao gồm hai dạng địa hình chính.
+ Địa hình trung du: bao gồm phân lớn phía Bắc và Đông Bắc tỉnh Bình Dương và tỉnh Tây Ninh
+ Địa hình đồng bằng: phân bó chủ yếu lưu vực hạ lưu sông sài Gòn, trong đó có toàn bộ địa phận tp.HCM
Còn đất đai thỗ nhưỡng thì theo nghiên cứu của Viện Quy hoạch phía Nam trong vùng có các loại đất chính sau:
Đất xám là loại đất chiếm diện tích lớn trong lưu vực, phổ biến tại tỉnh Bình Dương và Tây Bắc TP.HCM Loại đất này rất thích hợp cho việc trồng cây công nghiệp như điều, mì và cao su, cũng như các loại cây màu khác.
+ Đất phù sa: phân bố chủ yếu ở khu vực ven sông, với độ phì nhiêu cao thích hợp trồng lúa và hoa màu
Đất phèn thường xuất hiện ở các khu vực thấp trũng, ngập nước lâu dài, đặc biệt xung quanh các khúc uốn của sông Sài Gòn Tập trung chủ yếu từ Bắc thị xã Thủ Dầu Một (Bình Dương) đến Bắc TP.HCM (Củ Chi) và kéo sang Đông Long Thành (Đồng Nai) của nhánh sông Đồng Nai, loại đất này cũng có mặt ở lưu vực sông Nhà Bè, Cần Giờ Mặc dù đất phèn có độ phì nhiêu cao, nhưng lại chứa độ chua và hàm lượng độc tố lớn, vì vậy cần áp dụng các biện pháp cải tạo thích hợp trước khi sử dụng để đạt hiệu quả tốt trong sản xuất.
Đất cát biển chiếm diện tích nhỏ và thường xuất hiện ở những vùng địa hình bằng phẳng, nơi có mạch nước ngầm nông Loại đất này thường được sử dụng để trồng cây hoa màu.
+ Đất mặn: chiếm phần lớn diện tích huyện Cần Giờ - tp.HCM, không phù hợp để trồng cây nông nghiệp nhưng thích hợp để phát triển rừng ngập mặn
- Thời tiết và khí hậu
Lưu vực sông Sài Gòn thuộc khu vực có khí hậu nhiệt đới, với nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 26,9°C Nhiệt độ cao nhất thường ghi nhận vào tháng 4, đạt 28,9°C, trong khi nhiệt độ thấp nhất thường xảy ra vào tháng 12, khoảng 25,2°C.
Lưu vực có hai mùa chính: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô trong phần còn lại của năm, với sự biến động thời gian giữa hai mùa chỉ từ 1 đến 3 tuần Lượng mưa trung bình hàng năm đạt khoảng 1725mm, dao động từ 1700 – 1900mm ở phía bắc và 1600 – 1650mm ở phía nam, trong đó 90% tổng lượng mưa rơi vào mùa mưa Mưa lớn nhất có thể lên tới 200mm trong mùa mưa, và ở một số khu vực, lượng mưa có thể đạt gần 140mm vào tháng 3 trong mùa khô.
Trung bình lượng mưa hàng năm đạt khoảng 2100mm, với tổng dòng chảy hàng năm lên tới 2,948 tỷ m³, cho thấy rằng trữ lượng tài nguyên nước mặt trong lưu vực sông rất phong phú.
Chế độ dòng chảy của lưu vực sông chịu ảnh hưởng lớn từ chế độ mưa và thủy triều của biển Đông, dẫn đến sự biến đổi đáng kể về thủy văn theo không gian và thời gian Cụ thể, khi có mưa nhiều, dòng chảy sẽ mạnh, trong khi mưa ít làm cho dòng chảy yếu đi Ngoài ra, thủy triều mạnh cũng làm tăng cường dòng chảy, xâm nhập sâu vào đất liền với biên độ lớn, ngược lại, khi thủy triều yếu, dòng chảy sẽ giảm.
Lưu vực có hai mùa chính là mùa mưa và mùa khô, dẫn đến sự hình thành hai chế độ dòng chảy tương ứng Sự biến đổi dòng chảy trong khu vực này diễn ra một cách đối lập giữa hai mùa.
Chế độ dòng chảy mùa mưa bắt đầu vào tháng 6, 7, sau mùa mưa khoảng 1 – 2 tháng và kết thúc vào tháng 9 Lưu lượng nước trong tháng 6 có thể đạt từ 60 - 75% lưu lượng bình quân năm, với môđun dòng chảy trung bình tháng khoảng 60 – 80L/s/km² và môđun dòng chảy lũ trung bình khoảng 0,2 – 0,5 m³/s/km².
Tại trạm Phú Cường, tốc độ dòng chảy khi nước rút đạt mức tối thiểu là 0,848 m/s, trong khi tại trạm Phú An, tốc độ dòng chảy khi nước dâng lên cao nhất lên tới 0,965 m/s.
Lưu lượng trung bình qua tiết diện mặt cắt ngang trên lưu vực sông sài Gòn là nhỏ nhất 62m 3 /s (trạm Phú An)
Hiện trạng môi trường nước sông Sài Gòn
1.2.1 Các nguồn thải gây ô nhiễm trên lưu vực sông Sài Gòn
Môi trường nước sông Sài Gòn chịu tác động bởi hai nhóm yếu tố: tự nhiên và nhân tạo
- Các yếu tố tự nhiên như:
+ Chế độ mưa và lượng bốc hơi nước bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy bề mặt như hạn hán và lũ lụt;
Chế độ nhiệt độ có tác động đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước, trong khi đặc điểm địa hình ảnh hưởng đến sự phân bố dòng chảy Ở khu vực hạ lưu thấp, địa hình dễ bị ảnh hưởng bởi thủy triều, dẫn đến hiện tượng xâm nhập mặn.
+ Đặc điểm thỗ nhưỡng ảnh hưởng đến chất lượng nước phèn và pH
+ Đặc điểm thảm thực vật tự nhiên ảnh hưởng đến khả năng tích trữ nước, quá trình bào mòn và rửa trôi đất trên bề mặt;
Đặc điểm thủy văn và chế độ dòng chảy có ảnh hưởng lớn đến các hiện tượng như xâm nhập mặn, ngập lụt, sói lở, bồi lắng và sự tích tụ các chất ô nhiễm trong môi trường nước.
- Các yếu tố nhân tạo là những hoạt động phát triển kinh tế xã hội của con người có thể là:
Gia tăng dân số và đô thị hóa cao dẫn đến nhu cầu sử dụng nước tăng và lượng chất thải sinh hoạt gia tăng, ảnh hưởng đến nguồn nước cả về lượng và chất Diện tích bê tông hóa đô thị lớn khiến nước mưa không thẩm thấu xuống đất, kéo theo chất thải trên bề mặt xuống kênh rạch và sông Chất thải từ khu vực dân cư được thải trực tiếp hoặc gián tiếp ra sông, làm ô nhiễm nguồn nước sông.
Khai thác và sử dụng đất trên lưu vực, bao gồm việc chuyển đổi từ đất rừng, đất đồi trọc, và đất hoang hóa thành đất canh tác nông nghiệp, đất xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông, và đất ở đô thị, có tác động tích cực và tiêu cực đến tài nguyên nước và môi trường nước.
Công nghiệp hóa dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của các cơ sở sản xuất, khu công nghiệp và khu chế xuất trên lưu vực sông, tạo ra nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp ngày càng lớn Điều này đồng nghĩa với việc lượng chất thải công nghiệp cũng gia tăng, gây áp lực lên nguồn nước Nếu không có biện pháp quản lý chất thải chặt chẽ, tình trạng ô nhiễm nước sẽ trở nên nghiêm trọng, dẫn đến nguy cơ thiếu hụt nước cấp và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường nước trong dài hạn.
Hoạt động sản xuất nông nghiệp trong lưu vực đang gia tăng việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ở vùng hạ lưu.
Các hoạt động chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản trong môi trường nước ngọt, nước lợ và nước mặn có ảnh hưởng đáng kể đến nguồn nước, cả về số lượng lẫn chất lượng.
Việc xây dựng và vận hành các công trình thủy điện và thủy lợi, như hồ chứa và đập, đã tác động đến chế độ thủy văn và dòng chảy ở vùng hạ lưu Điều này dẫn đến ảnh hưởng đến xâm ngập mặn và khả năng tự làm sạch của sông rạch.
Khai thác tài nguyên khoáng sản, đặc biệt là hoạt động khai thác cát, đang diễn ra rầm rộ và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường nước ở vùng hạ lưu.
Quản lý chất thải rắn và chất thải nguy hại hiện đang gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là việc xử lý bãi rác chưa hiệu quả Tình trạng nước rò rỉ từ các bãi rác chưa được thu gom triệt để và xử lý không đạt yêu cầu đang gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường.
Phát triển giao thông vận tải thủy tiềm ẩn nhiều rủi ro và sự cố môi trường Việc xây dựng và mở rộng hệ thống cảng biển, cảng sông tại vùng hạ lưu sông có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường nước, bao gồm ô nhiễm dầu, tràn dầu và sạt lở bờ.
+ Và ngay cả vấn đề ô nhiễm không khí do giao thông và phát triển công nghiệp cũng có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng nước
Sông Sài Gòn hàng ngày phải tiếp nhận một lượng lớn chất thải từ nhiều nguồn khác nhau, chủ yếu do tác động của các hoạt động con người.
Nước thải sinh hoạt, công nghiệp và chăn nuôi là những nguồn thải lớn nhất đổ vào sông Sài Gòn, trong đó nước thải đô thị chiếm 63% tổng lượng ô nhiễm, nước thải công nghiệp từ các khu công nghiệp và cụm sản xuất bên ngoài chiếm 35%, và nước thải chăn nuôi trong nông nghiệp chỉ chiếm 2%.
Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư và đô thị đổ ra sông rất lớn, nhưng hiện tại chỉ có khoảng 4 trạm xử lý nước thải sinh hoạt hoạt động, trong đó trạm Bình Hưng có công suất 141.000 m³/ngày đêm Điều này có nghĩa là chưa đến 20% nước thải sinh hoạt đô thị được thu gom và xử lý, phần còn lại chủ yếu chỉ được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại trước khi thải ra cống và kênh, làm gia tăng ô nhiễm chất hữu cơ và vi sinh Dự báo đến năm 2020, lượng nước thải xả vào sông Sài Gòn sẽ đạt khoảng 2 triệu m³/ngày đêm, với mức ô nhiễm do nước thải sinh hoạt có thể tăng từ 1,5 đến 2 lần.
Nước thải công nghiệp từ các ngành dệt nhuộm, may mặc, thực phẩm và hóa mỹ phẩm là nguyên nhân chính gây ô nhiễm sông Sài Gòn Theo quy hoạch đến năm 2020, khu vực này sẽ có khoảng 39 khu công nghiệp (KCN) và khu chế xuất (KCX), trong đó TP.Hồ Chí Minh chiếm 19 KCN, KCX Hiện tại, trong số 27 KCN, KCX đang hoạt động, chỉ có 10 khu có hệ thống xử lý nước thải (HTXLNT) tập trung hoạt động, còn lại đang xây dựng hoặc chưa có Dự báo đến năm 2020, lưu lượng nước thải công nghiệp xả vào sông Sài Gòn sẽ vượt 319.425 m³/ngày đêm, với các chất ô nhiễm như COD và BOD5 có thể tăng gấp 4 - 6 lần, trong khi tải lượng Nitơ tổng cũng sẽ gia tăng đáng kể.
Tổng quan về nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng
1.3.1 Khái niệm ô nhiễm nước và sự ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng
Ô nhiễm nước là hiện tượng mà các yếu tố môi trường tác động làm thay đổi tính chất tự nhiên của nước, gây ảnh hưởng xấu đến sinh vật và môi trường xung quanh khi vượt quá giới hạn cho phép Ba yếu tố chính gây ô nhiễm nước bao gồm vật lý, hóa học và sinh học, có thể tác động đồng thời hoặc riêng lẻ Sự ổn định của nước trong điều kiện tự nhiên rất mong manh, khiến môi trường nước trở nên nhạy cảm với các yếu tố bên ngoài và có khả năng lan truyền ô nhiễm nhanh chóng Ô nhiễm nước tự nhiên thường xảy ra do các nguồn gây ô nhiễm khác nhau.
Ô nhiễm môi trường chủ yếu do các biến động tự nhiên, đặc biệt là mưa, khi nước mưa rửa trôi các chất ô nhiễm từ không khí và đổ xuống mái nhà, đường phố, khu chăn nuôi, và bệnh viện, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước Hiện tượng mưa axit là một trong những hậu quả nghiêm trọng nhất của tình trạng này Bên cạnh đó, ô nhiễm cũng có thể phát sinh từ sự hình thành hóa chất, biến đổi thành mùn, cùng với sự tác động của địa hình và địa chất tại các vùng đầu nguồn, hồ, hoặc mật độ phân tầng trong hồ chứa.
- Ô nhiễm nguồn nước tự nhiên do tác động của hoạt động sống con người
Ô nhiễm nước do con người gây ra là một vấn đề phổ biến và đa dạng, bao gồm việc thải chất thải, nước thải, và hóa chất nông nghiệp như thuốc trừ sâu vào nguồn nước Ngoài ra, các sự cố tràn, dịch bệnh, cũng như sự phát triển đô thị và đất đai cũng góp phần làm trầm trọng thêm tình trạng ô nhiễm này.
* Sự ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng
Nguồn nước ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng là nước bị nhiễm các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng, có thể xuất phát từ tự nhiên hoặc nhân tạo Khi nồng độ các chất này vượt quá giới hạn cho phép, chúng có thể gây ra tác động tiêu cực đến sinh vật và môi trường xung quanh.
- Các hợp chất hữu cơ: có thể là tự nhiên hay nhân tạo
Các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong sông và hồ nước là hỗn hợp phức tạp, tồn tại dưới dạng hạt keo và hòa tan NOM chủ yếu bao gồm các chất humic như axit humic và axit fulvic, là những hợp chất hữu cơ hòa tan (DOM) khó loại bỏ bằng phương pháp xử lý thông thường DOM có thể tạo điều kiện cho sự phát triển của vi khuẩn trong hệ thống phân phối nước.
Do đó, việc khử trùng nước trước khi cấp nước là rất cần thiết
+ Các hợp chất hữu cơ nhân tạo có hai loại là Các chất hữu cơ không bền sinh học và bền sinh học
Các chất hữu cơ không bền sinh học, bao gồm cacbonhydrat, protein và chất béo, là những hợp chất dễ bị phân hủy sinh học, thường xuất hiện trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị và nước thải từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Đặc biệt, trong nước thải sinh hoạt, khoảng 60 - 80% lượng chất hữu cơ là loại dễ phân hủy sinh học.
Các chất hữu cơ bền sinh học như hydrocacbon thơm và hợp chất clo hữu cơ (PCP, PCB, DDT, ) có độc tính cao và thời gian tồn lưu lâu dài trong môi trường, đồng thời tích lũy sinh học trong cơ thể sinh vật Chúng thường xuất hiện trong nước thải công nghiệp và nước chảy tràn từ đồng ruộng, nơi chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ và chất kích thích sinh trưởng Những hợp chất này là tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm, ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trường.
Các thông số đánh giá chung cho các chất hữu cơ bao gồm Tổng cacbon hữu cơ (TOC), Cacbon hữu cơ hòa tan (DOC), Nhu cầu oxy hóa học (BOD) và Nhu cầu oxy sinh học (COD) Những chỉ số này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm và chất lượng nước.
- Các chất dinh dưỡng (bao gồm cả nitơ và photpho)
Nồng độ thích hợp của các chất dinh dưỡng như amoni, nitrat và photphat có thể kích thích hoạt động của vi sinh vật Tuy nhiên, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã làm gia tăng nồng độ các ion này trong nguồn nước tự nhiên.
Nitơ trong nước tự nhiên là nguồn dinh dưỡng cho các thực vật Trong nước có thể xảy ra các quá trình biến đổi oxy hóa:
Nước có chứa các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, ammoniac và NH4OH cho thấy dấu hiệu ô nhiễm mới, trong khi sự hiện diện của NH3 có thể gây độc hại cho cá và vi sinh vật Nếu nước chủ yếu chứa nitrit, điều này cho thấy đã bị ô nhiễm trong một thời gian dài Khi nước chứa chủ yếu nitrat, điều này chứng tỏ quá trình oxy hóa đã hoàn tất.
Photpho tồn tại trong nước dưới các dạng H2PO4-, HPO42-, PO43-, polyphotphat và photpho vô cơ Ở nồng độ thấp, chúng là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho tảo và vi sinh vật thủy sinh Tuy nhiên, khi nồng độ tăng cao, photpho trở thành tác nhân gây ô nhiễm và góp phần vào hiện tượng phú dưỡng trong môi trường nước.
1.3.2 Một số chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước Để đánh giá chất lượng nước và mức độ nước bị ô nhiễm người ta thường đưa ra các thông số hóa lý và các thông số sinh học Độ màu: Chỉ số đánh giá sự hiện diện của các chất tạo màu tan và lơ lửng trong nước Các chất có thể là chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân rã, sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan, chất thải công nghiệp gây ra Màu không chỉ làm giảm giá trị cảm quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, thậm chí nó còn cho biết mức độ độc hại của nước Độ đục: Độ đục do sự phân hủy các chất hữu cơ, do sự không hòa tan của những vật lơ lửng và do sự tự phân hoặc những tế bào vi sinh vật phát triển trong
Oxy hóa Oxy hóa khử nitrit
Vi khuẩn Nitromonas có vai trò quan trọng trong môi trường nước Độ đục của nước ảnh hưởng đến khả năng truyền ánh sáng, làm giảm quá trình quang hợp của sinh vật và suy giảm chất lượng nước Ngoài ra, độ đục cũng giảm tính chất phản quang của nước Độ pH là một yếu tố quan trọng khác; sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn đến biến đổi thành phần hóa chất trong nước, ảnh hưởng đến quá trình hòa tan, kết tủa và các phản ứng hóa học, sinh học diễn ra trong môi trường nước.
Hàm lượng chất rắn trong nước bao gồm các thành phần không tan, như hạt chất hữu cơ, vô cơ, và xác của vi sinh vật nguyên sinh động vật hoặc phiêu sinh vật.
Hàm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước là yếu tố quan trọng cho sự sống, tham gia vào quá trình trao đổi chất và duy trì năng lượng cho vi sinh vật dưới nước Trong tự nhiên, nồng độ oxy hòa tan thường dao động từ 8 - 10 mg/L Tuy nhiên, ô nhiễm nước có thể làm giảm khả năng hòa tan của oxy, ảnh hưởng đến chất lượng nước DO không chỉ là chỉ số đánh giá chất lượng nước mà còn phản ánh mức độ ô nhiễm và tình trạng oxy hóa của môi trường nước.
Tổng quan phương pháp xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng
Hồ chứa và lắng sơ bộ có vai trò quan trọng trong việc lắng cặn lơ lửng, giảm thiểu vi trùng nhờ vào các điều kiện môi trường Đồng thời, hồ thực hiện các phản ứng oxy hóa nhờ vào oxy hòa tan trong nước và điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn nước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô cung cấp cho nhà máy xử lý nước.
Song chắn và lưới chắn rác được lắp đặt tại cửa dẫn nước vào công trình nhằm loại bỏ các vật nổi và vật trôi lơ lửng trong dòng nước Việc này không chỉ bảo vệ các thiết bị mà còn nâng cao hiệu quả làm sạch cho các công trình xử lý.
Bể lắng cát là một thiết bị quan trọng trong xử lý nước, đặc biệt ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250mg/L Thiết bị này giúp giữ lại các hạt cặn lơ lửng vô cơ có kích thước nhỏ và tỷ trọng lớn hơn nước, nhằm tạo điều kiện tốt cho việc lắng các hạt cát có kích thước từ 0,2mm trở lên và tỷ trọng từ 2,6 trở lên Mục tiêu chính của bể lắng cát là giảm thiểu hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tích tụ trong bể tạo bông và bể lắng.
- Làm thoáng: Nhiệm vụ của công trình làm thoáng là:
Quá trình hòa tan oxy từ không khí vào nước giúp oxy hóa sắt hóa trị II và mangan hóa trị II, tạo ra các hợp chất hydroxit sắt hóa trị III (Fe(OH)3) và hydroxit mangan hóa trị IV (Mn(OH)4) Các hợp chất này dễ dàng kết tủa và có thể được loại bỏ khỏi nước thông qua phương pháp lắng và lọc.
Khử khí H2S và CO2 trong nước giúp tăng pH, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa và thủy phân sắt và mangan Điều này nâng cao hiệu suất của các công trình lắng và lọc trong quy trình loại bỏ sắt và mangan.
Quá trình làm thoáng giúp tăng hàm lượng oxy hòa tan trong nước, nâng cao khả năng oxy hóa khử, từ đó hỗ trợ hiệu quả trong việc oxy hóa các chất hữu cơ, góp phần khử mùi và màu của nước.
Có hai phương pháp làm thoáng nước: Thứ nhất, đưa nước vào không khí bằng cách phun nước thành tia hoặc tạo màng mỏng chảy trong không khí, áp dụng trong các dàn làm thoáng tự nhiên hoặc cưỡng bức với thiết bị như máng tràn nhiều bậc Thứ hai, đưa không khí vào nước bằng cách phân phối không khí nén thành các bọt nhỏ ở đáy bể chứa, giúp nước được làm thoáng, thường sử dụng trong xử lý nước thải.
Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước khi vào bể lắng và bể lọc, giúp tăng thời gian khử trùng cho nguồn nước bị ô nhiễm nặng Quá trình này có tác dụng oxy hóa sắt và mangan hòa tan, tạo thành các kết tủa tương ứng, đồng thời oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu và ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu Tuy nhiên, clo hóa sơ bộ cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
+ Tiêu tốn lượng clo thường gấp 3 đến 5 lần lượng clo dùng để khử trùng nước sau bể lọc, làm tăng giá thành nước xử lý
Gần đây, các nhà dịch tễ học đã phát hiện rằng phản ứng của clo với các chất hữu cơ hòa tan trong nước tạo ra hợp chất Trihalomethane, một chất gây ung thư cho người sử dụng nước Do đó, không nên áp dụng quy trình clo hóa sơ bộ cho các nguồn nước mặt có chứa nhiều chất hữu cơ.
Keo tụ là quá trình hóa học kết dính các hạt keo và cặn lơ lửng trong nước, làm giảm tính bền vững của hệ keo Hóa chất thường được sử dụng trong quá trình này là phèn nhôm hoặc phèn sắt.
Tạo bông là quá trình kết dính các hạt đã bị phá vỡ độ bền thành các cục bông nhỏ nhờ vào các polymer mạch dài, có thể là polymer cation hoặc polymer anion Quá trình này tiếp tục diễn ra khi các cục bông nhỏ kết hợp lại thành các cụm lớn hơn, được gọi là kết bông.
- Lắng: là quá trình làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước nguồn bằng các biện pháp như:
+ Lắng trọng lực trong các bể lắng, khi đó các hạt cặn có tỷ trọng lớn hơn nước ở chế độ thủy lực thích hợp, sẽ lắng xuống đáy bể
+ Lắng bằng lực ly tâm tác dụng vào hạt cặn, trong các bể lắng ly tâm và xiclon thủy lực
Quá trình tuyển nổi sử dụng lực đẩy nổi từ các bọt khí để bám vào hạt cặn, giúp loại bỏ cặn hiệu quả Đồng thời, quá trình lắng không chỉ lắng đọng cặn mà còn giảm tới 90-95% vi trùng trong nước, nhờ vào khả năng hấp phụ và bám dính của vi trùng vào các hạt bông cặn.
Bể lọc nước là thiết bị quan trọng dùng để loại bỏ cặn bẩn, đảm bảo chất lượng nước đáp ứng nhu cầu sử dụng Quá trình lọc diễn ra khi nước đi qua lớp vật liệu lọc dày đủ để giữ lại các hạt cặn và vi trùng Các vật liệu lọc phổ biến bao gồm cát thạch anh, than cốc, sỏi nghiền, và cả than nâu hoặc than gỗ Thiết bị lọc được phân loại thành nhiều loại như lọc chậm, lọc nhanh, lọc hở và lọc kín, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng.
- Dùng than hoạt tính để hấp thụ các chất gây mùi, màu của nước
Bột than hoạt tính có khả năng hấp phụ các phân tử khí và chất lỏng hòa tan trong nước, giúp cải thiện mùi vị và màu sắc của nước Để khử mùi vị và màu, có hai phương pháp hiệu quả.
+ Đưa nước sau xử lý theo dây chuyền công nghệ truyền thống vào lọc trực tiếp qua bể lọc than hoạt tính
Pha bột than hoạt tính với phèn vào bể trộn nước nguồn giúp hấp phụ các hợp chất hữu cơ gây mùi và màu cho nước, từ đó tăng cường hiệu quả của quá trình keo tụ, lắng và lọc Phương pháp này cũng giúp cặn lắng ở bể lắng trở nên dễ xử lý hơn.
Tổng quan về các phương pháp được lựa chọn để nghiên cứu
1.5.1.1 Bản chất hóa lý của quá trình keo tụ
Cặn bẩn trong nước thiên nhiên chủ yếu bao gồm các hạt cát, sét, bùn, sinh vật phù du và sản phẩm phân hủy hữu cơ Với kích thước nhỏ, chúng tham gia vào chuyển động nhiệt cùng phân tử nước, tạo thành hệ keo phân tán Độ bền của các hạt cặn lơ lửng trong nước thấp hơn nhiều so với hệ phân tán phân tử, khiến chúng dễ bị phân hủy và lắng đọng dưới tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ hoặc khi hòa trộn với chất điện phân.
Trong công nghệ xử lý nước, phèn được sử dụng để làm mất tính ổn định của hệ keo thiên nhiên, đồng thời tạo ra hệ keo mới có khả năng kết hợp thành bông cặn lớn với hoạt tính bề mặt cao Quá trình lắng giúp hấp phụ các cặn bẩn và chất hữu cơ gây mùi, vị khó chịu trong nước Trong quá trình xử lý, có hai loại keo chính được gặp: keo kị nước và keo háo nước.
Keo kị nước không tạo vỏ bọc hydrat với phân tử nước, dẫn đến việc các hạt keo riêng lẻ mang điện tích lớn Khi điện tích này bị trung hòa, độ bền của hạt keo sẽ bị suy giảm.
Quá trình keo tụ hệ keo kị nước thường là không thuận nghịch, quá trình diễn ra khi keo tụ hoàn toàn các hạt keo tụ
Keo háo nước có khả năng kết hợp với phân tử nước, tạo thành lớp vỏ hydrat bao quanh các hạt keo riêng lẻ Những hạt này mang điện tích nhỏ và không bị keo tụ dưới tác động của các chất điện phân.
Các hạt cặn làm ô nhiễm nước tự nhiên tạo ra hệ keo kị nước với các hạt mang điện tích âm, trong khi các hạt keo kị nước do sản phẩm thủy phân của phèn nhôm và phèn sắt mang điện tích dương Trong hệ phân tán có điện thế bề mặt lớn, các hạt có xu hướng co cụm để giảm năng lượng bề mặt, nhưng do cùng loại hạt tích điện cùng dấu, chúng đẩy nhau theo định luật Culong, làm cho hạt keo không thể hút nhau để tạo thành hạt lớn hơn Thế điện càng lớn, hệ keo càng bền và khó kết tủa Nếu thế điện phẳng (zeta=0), hạt keo sẽ hoạt động như các hạt không tích điện, dễ dàng hút nhau và tạo thành hạt lớn hơn có khả năng lắng xuống Hiện tượng này, được gọi là keo tụ, xảy ra khi các hạt keo cùng loại hút nhau để tạo thành tập hợp đủ lớn để lắng xuống dưới tác động của trọng lực Các chất keo tụ thường là muối vô cơ, được sử dụng để cải thiện quá trình keo tụ.
Một phương pháp hiệu quả để làm cho các hạt keo kết tụ thành những bông cặn lớn dễ lắng là sử dụng các tác nhân thích hợp để kết chúng lại thành các hạt lớn hơn Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông, diễn ra nhờ các phân tử chất cao phân tử tan trong nước có ái lực tốt với các hạt keo hoặc hạt cặn nhỏ Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất tạo bông hay trợ keo tụ tham gia vào quá trình tạo bông, và quá trình này là bất thuận nghịch.
Nguồn: 48 Hình 1.19 Các giai đoạn của quá trình keo tụ
1.5.1.2 Hóa chất keo tụ thường dùng a Muối nhôm
Phèn nhôm Al2(SO4)3 là loại phèn được sử dụng phổ biến nhất nhờ vào tính hòa tan cao trong nước, chi phí thấp và hiệu quả hoạt động trong khoảng pH từ 5,0 đến 7,5 Quá trình điện ly và thủy phân của Al2(SO4)3 diễn ra như sau:
Phản ứng giữa AlOH và nước tạo ra Al(OH)2+ và ion H+ Tiếp theo, Al(OH)2+ phản ứng với nước để hình thành Al(OH)3 (rắn) và ion H+ Cuối cùng, Al(OH)3 tương tác với nước để tạo Al(OH)4- và ion H+ Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể phản ứng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng đã nêu.
Al 2 (SO 4 ) 3 +3 Ca(HCO 3 ) 2 Al(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO 2
Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO 2 và
Al 2 (SO 4 ) 3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1).Phản ửng xảy ra như sau:
6NaAlO 2 + Al 2 (SO 4 ) 3 + 12H 2 O = 8 Al(OH) 3 + 2Na 2 SO 4
Việc áp dụng hỗn hợp muối này giúp mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường, đồng thời nâng cao hiệu quả trong quá trình keo tụ và tạo bông.
Khi sử dụng phèn nhôm cần lưu ý :
- pH hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5,5 – 7,5
- Nhiệt độ của nước thích hợp khoảng 20 – 40 o C
Cần lưu ý đến các thành phần ion trong nước, hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn và môi trường phản ứng khi sử dụng phèn nhôm Phèn nhôm có nhiều ưu điểm nổi bật trong quá trình xử lý nước.
Ion nhôm và sắt (III) có khả năng keo tụ cao nhất trong số các muối ít độc hại, nhờ vào điện tích 3+.
- Muối nhôm ít độc sẵn có trên thị trường và rất rẻ
- Công nghệ keo tụ dùng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễ kiểm soát, phổ biến rộng rãi
Nhược điểm của phèn nhôm:
Làm giảm dáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫn đến chi phí sản xuất tăng
- Khi quá liều lượng cần thiết thì hiện tượng keo tụ bị phá hủy làm nước đục trở lại
- Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng
- Hàm lượng Al dư trong nước > so với dùng các chất keo tụ khác và có thể lớn hơn tiêu chuẩn với 0,2mg/lít
- Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loại nặng thường hạn chế
- Ngoài ra có thể làm tăng lượng SO 4 2- trong nước thải sau xử lý là độc tính đối với vi sinh vật b Muối sắt
Chia làm hai loại sắt II và sắt III
Phèn sắt II FeSO 4 khi cho vào nước phân ly thành Fe 2+ và bị thuỷ phân thành Fe(OH) 2
Fe(OH)2 mới hình thành có độ hòa tan cao trong nước; khi có oxy hòa tan, nó sẽ bị oxy hóa thành Fe(OH)3.
Quá trình oxy hoá diễn ra hiệu quả nhất khi pH của nước nằm trong khoảng 8 đến 9 và nước cần có độ kiềm cao Do đó, phèn sắt thường được kết hợp với vôi để làm mềm nước.
FeSO 4 công nghiệp có dạng tinh thể màu xanh lơ, khi tiếp xúc với không khí bị oxy hoá thành màu đỏ sẩm
Phèn sắt III: FeCl3 hoặc Fe 2 (SO 4 ) 3 khi cho vào nước sẽ phân ly thành Fe 3+ và bị thuỷ phân thành Fe(OH) 3
Phèn sắt III không bị oxy hóa, do đó không cần nâng cao pH của nước như sắt II Phản ứng xảy ra khi pH lớn hơn 3,5, và quá trình kết tủa diễn ra nhanh chóng khi pH đạt từ 5,5 đến 6,5.
Phèn sắt III khi bị thuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nước vì vậy dù nhiệt độ 0 o C phèn sắt vẫn keo tụ
So sánh keo của phèn nhôm và phèn sắt thì độ hoà tan keo phèn sắt nhỏ hơn của phèn nhôm
Tỷ trọng của Fe(OH)3 gấp 1,5 lần Al(OH)3, với trọng lượng đơn vị của Al(OH)3 là 2,4 và của Fe(OH)3 là 3,6 Điều này cho thấy keo sắt vẫn có khả năng lắng đọng ngay cả khi nước có ít chất huyền phù.
Ứng dụng của các công nghệ nghiên cứu trong và ngoài nước
Công nghệ xử lý nước mặt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng hiện nay còn mới mẻ tại Việt Nam, mặc dù đã được áp dụng ở một số quốc gia trên thế giới Một trong những công nghệ tiên tiến là công nghệ keo tụ kết hợp với than hoạt tính và lọc màng, hứa hẹn mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng nước.
Nghiên cứu của Yun-Hwei Shen và Tai-Hua Chaung (1998) tại Đài Loan cho thấy công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm sulfate kết hợp với PAC hiệu quả trong việc xử lý nước sông Tungkang, với khả năng loại bỏ khoảng 90% tổng DOC từ nguồn nước ô nhiễm này.
M.H.Bazafkan, A Takdastan and A Eslami ( 2015) nghiên cứu công nghệ keo tụ bởi phèn Poly Aluminum Chloride (PACl) kết hợp PAC để xử lý TOC trong nước sông Karoon Kết quả, ở điều kiện pH 6.5, liều PACl 10mg/L thì hiệu quả xử lý TOC khoảng 87% 64
Nghiên cứu của Afshin Takdastan và Azadeh Eslami (2013) tại nhà máy xử lý nước Koot Amir đã chỉ ra rằng quá trình keo tụ với hai loại phèn FeCl3 và PACl kết hợp với PAC có ảnh hưởng đáng kể đến việc loại bỏ TOC Kết quả cho thấy, tỷ lệ loại bỏ TOC đạt 40% ở pH tối ưu với FeCl3 và 44% với PACl ở pH 6,5 Đặc biệt, khi tăng liều PAC, hiệu quả keo tụ của FeCl3 có thể đạt tới 90%, trong khi PACl kết hợp PAC có thể loại bỏ TOC lên đến 87% trong các điều kiện tối ưu Điều này cho thấy PACl có hiệu quả hơn FeCl3, và việc sử dụng PAC như một chất hấp phụ hỗ trợ keo tụ đã cải thiện đáng kể khả năng loại bỏ TOC.
Nghiên cứu của Tomaszewska M và Mozia S (2002) tại Ba Lan về công nghệ loại bỏ chất hữu cơ từ nước bằng hệ thống PAC/UF cho thấy PAC (Poly Aluminum Chloride) có ảnh hưởng tích cực đến hiệu suất màng UF Thí nghiệm cho thấy liều PAC từ 10 – 100 mg/L chỉ dẫn đến sự sụt giảm nhỏ trong dòng thấm nhập, không phụ thuộc vào liều lượng và kiểu PAC Quá trình rửa ngược đạt hiệu quả tốt khi sử dụng liều PAC dưới 20 mg/L, với thông lượng thấm nhập duy trì ổn định khoảng 1 m³/m²/ngày Hiệu quả loại bỏ humic acid (HA) đạt khoảng 90%, trong khi phenol được loại bỏ hoàn toàn với liều PAC 100 mg/L.
Nghiên cứu của Yali Song, Bingzhi Dong, Naiyun Gao và Xiaoyan Ma (2015) đã chỉ ra rằng công nghệ PAC kết hợp với màng MF hiệu quả trong việc xử lý nước mặt sông Hoàng Phố Kết quả cho thấy PAC được sử dụng như một bước tiền xử lý trước khi lọc màng MF, giúp loại bỏ các chất hữu cơ và giảm tắc nghẽn màng Liều lượng PAC từ 20 đến 200 mg/L có khả năng loại bỏ DOC từ 3,0% đến 59,8% và UV 254 từ 10,1% đến 70,3%.
T Suzuki, Y Watanabe, G Ozawa và S Ikeda (1998) đã nghiên cứu công nghệ PAC kết hợp màng MF để loại bỏ loại các chất bẩn, chất hữu cơ tự nhiên, mangan và nitơ amoniac từ nước sông Kết quả, khi nhiệt độ nước thô cao hơn 5 °C, hiệu quả khử mangan và ammonia gần như 100%, E260 khoảng 70% Công nghệ này đạt hiệu quả xử lý cao hơn nhiều hơn so với một hệ thống màng MF thông thường 75
Nghiên cứu của Yoshihiko Matsui và các cộng sự (2009) đã chỉ ra rằng việc sử dụng than hoạt tính siêu bột (S-PAC) làm tiền xử lý cho quá trình vi lọc có hiệu quả trong việc tăng cường loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan (NOM) so với than hoạt tính thông thường (PAC) Thí nghiệm được thực hiện tại nhà máy lọc nước Kawai ở Yokohama, với nguồn nước thô từ hồ Sagami Mô-đun màng lọc có dạng ống với kích thước lỗ danh nghĩa 0,1 mm, diện tích lọc 0,4 m², 55 sợi, đường kính 30 mm và chiều dài 1 m Kết quả cho thấy, việc bổ sung S-PAC không chỉ làm giảm áp suất xuyên màng mà còn kéo dài thời gian hoạt động lọc, đồng thời tạo ra các hạt floc lớn hơn và xốp hơn.
Nghiên cứu của Seo GT, Moon CD, Chang SW và Lee SH (2004) đã tập trung vào việc sử dụng PAC kết hợp với màng lọc sinh học (MF) để nâng cao hiệu quả xử lý nước Kết quả cho thấy thời hạn hoạt động của PAC trong hệ thống này có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước sau xử lý Việc áp dụng phương pháp này không chỉ cải thiện khả năng loại bỏ tạp chất mà còn tối ưu hóa quy trình xử lý nước tiên tiến.
Mô hình thử nghiệm được lắp đặt tại một nhà máy xử lý nước ở hạ lưu sông Nakdong, với nồng độ PAC ban đầu 20g/L và tăng lên 40g/L Màng sử dụng là các sợi rỗng có kích thước lỗ từ 0,1 – 0,4mm Kết quả cho thấy nồng độ PAC cao hơn có khả năng ngăn chặn tắc nghẽn màng hiệu quả hơn, với liều 40g/L cho hiệu quả cao hơn so với 20g/L Ở thông lượng 0,36 m/d, TMP được duy trì dưới mức cho phép.
Trong khoảng thời gian 3 tháng, áp suất 40 kPa được duy trì nhờ hoạt động hút liên tục với chu kỳ 12 phút hút và 3 phút không tải Trong giai đoạn hoạt động ban đầu, quá trình hấp phụ đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ DOC Tuy nhiên, tác dụng sinh học đã dần gia tăng sau một thời gian hoạt động.
3 tháng, loại bỏ DOC liên tục có thể được duy trì ở khoảng 40% và giảm lượng lớn DBPs (HAA5 và THM) cao hơn 85%, amoniac kiểm soát ở mức 3 – 7mg/L 73
Sangho Lee và Chung-Hak Le (2007) đã tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của tính chất màng và quy trình tiền xử lý đối với dòng chảy và khả năng loại bỏ hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) trong nước mặt khi sử dụng màng thẩm thấu ngược (NF).
Mô hình nghiên cứu sử dụng bể phản ứng 20L nước mặt với diện tích màng NF 24,7cm² và áp dụng bốn phương pháp tiền xử lý: PAC, ozon hóa, lọc MF và UF Kết quả cho thấy sự loại bỏ DOC và UV 254 của màng NF liên quan chặt chẽ đến việc loại bỏ ion và dòng thấm nhập diễn ra chậm Mối quan hệ giữa NOM và loại bỏ ion có thể được biểu diễn bằng một đường cong duy nhất cho tất cả các màng NF thử nghiệm Trong các phương pháp tiền xử lý, PAC và UF tỏ ra hiệu quả hơn vì chúng loại bỏ được các hạt keo, trong khi ozon hóa kém hiệu quả do không phù hợp với việc loại bỏ chất keo.
Nghiên cứu của Ramesh Thiruvenkatachari và các cộng sự (2005) chỉ ra rằng việc kết hợp công nghệ PAC với màng MF có hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm từ nước và nước thải Kết quả cho thấy, việc bổ sung một liều PAC lên bề mặt màng không chỉ tăng cường khả năng loại bỏ chất hữu cơ mà còn giảm sự bám bẩn trên màng, giúp duy trì khả năng thấm nhập và kéo dài thời gian sử dụng của màng.
Cao Yun (2012) đã tiến hành nghiên cứu tại Hà Lan để đánh giá hai phương pháp khác nhau trong quá trình xử lý nước bề mặt bằng cách kết hợp PAC với màng MF gốm chìm Nước thô được sử dụng trong nghiên cứu này là từ kênh Schie ở Delft Nghiên cứu bao gồm hai mô hình thí nghiệm nhằm phân tích hiện tượng tắc nghẽn màng và so sánh hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ hòa tan (NOM) Hai mô hình thí nghiệm gồm PAC/MF với liều PAC được bổ sung liên tục và hệ thống PAC phủ trước màng.
