Luận văn tìm hiểu công nghệ sản xuất nước sạch tại công ty cổ phần kinh doanh nước sạch số 2 hải phòng

TỔNG QUAN

Khái niệm và phân loại nước mặt

Khối lượng nước trên Trái Đất ước tính khoảng 1.454.000.000 km³, với diện tích mặt nước chiếm khoảng 3/4 tổng diện tích bề mặt hành tinh Hơn 97% lượng nước toàn cầu là nước mặn, trong khi khoảng 2% là nước băng đá nằm ở hai cực Chỉ có 1% nước ngọt tồn tại dưới dạng sông, hồ, ao, suối và nước ngầm.

Nước có thể được phân loại theo một số cách như theo độ mặn, trạng thái hay vị trí

Phân loại nước theo độ mặn

- Nước ngọt ở các sông, hồ chứa, suối, ao có độ mặn 0,01 - 0,5 ‰

- Nước lợ có ở cửa sông có độ mặn 0,5 – 30 ‰

- Nước mặn có độ mặn trên 30‰

Phân loại nước theo trạng thái [7]

Nước ở dạng rắn, bao gồm băng tuyết tại các địa cực và vùng núi cao ở khu vực hàn đới, chiếm khoảng 2% tổng lượng nước trên Trái Đất Nếu các khối băng này tan chảy, mực nước đại dương có thể dâng lên tới 66,4 mét Tuy nhiên, lượng nước này chủ yếu nằm trong khu vực giá lạnh vĩnh cửu, xa khu dân cư, dẫn đến khả năng sử dụng rất hạn chế.

Nước ở dạng lỏng chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng lượng nước trên Trái Đất, với nước hồ (1,15%), nước đầm lầy (0,015%), nước sông (0,005%) và nước biển (97%) Mặc dù nước sông và hồ chỉ chiếm 1,155%, nhưng chúng lại có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội do tính chất ngọt, dễ tiếp cận và gần gũi với các khu dân cư.

Nước ở dạng khí, bao gồm hơi nước, mây và sương mù, đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái Hơi nước trong đất, mặc dù không thể sử dụng trực tiếp, nhưng hỗ trợ hoạt động của hệ sinh vật và giúp điều hòa nhiệt độ trong đất Hơn nữa, nước luôn thay đổi trạng thái giữa khí và lỏng, góp phần duy trì sự cân bằng trong môi trường.

Phân loại nước theo vị trí

Nước ngầm là nguồn nước quan trọng được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, với chất lượng phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua Nước chảy qua cát và granit thường có tính axit và ít khoáng, trong khi nước từ đá vôi có độ cứng và kiềm hydrocacbonat cao Ở độ sâu 1000m, có khoảng 4 triệu km³ nước, và từ 1000m đến 6000m có thêm 5 triệu km³ nước Nước ngầm đóng vai trò thiết yếu trong việc cung cấp nước cho con người và cây trồng.

- Nước mặt gồm có biển, đại dương, sông, suối, ao, hồ với ranh giới dưới là thạch quyển và ranh giới trên là khí quyển

Biển và đại dương chiếm 97% tổng lượng nước trên trái đất, với độ mặn khoảng 3,5% Hàm lượng muối trong nước biển thay đổi theo vị trí địa lý, từ cửa sông đến gần bờ và xa bờ, cùng với nồng độ chất lơ lửng tăng dần khi gần bờ Do đó, con người không thể sử dụng nước biển trực tiếp cho sinh hoạt và công nghiệp, nhưng có thể tận dụng gián tiếp qua quá trình tuần hoàn nước để tạo ra nước ngọt.

Nước sông được hình thành từ nước mưa và nước ngầm, tạo thành các dòng sông với trữ lượng lớn, dễ khai thác và có độ cứng cùng hàm lượng sắt thấp Tuy nhiên, các yếu tố như độ đục, lưu lượng, mức nước và nhiệt độ thường thay đổi theo mùa Trong mùa lũ, sông thường chứa nhiều tạp chất và hàm lượng cặn cao, với lượng hữu cơ và vi sinh vật lớn, đồng thời dễ bị ô nhiễm bởi nước thải từ khu dân cư và hoạt động nông nghiệp, dẫn đến chi phí xử lý nước cao.

Nước suối được hình thành tương tự như nước sông, trong mùa khô có màu trong nhưng lưu lượng nhỏ, trong khi mùa lũ nước lớn nhưng đục và chứa nhiều cát sỏi, với mức nước lên xuống đột biến Nguồn nước này có thể được sử dụng để cung cấp nước cho các bản làng và đơn vị bộ đội trong khu vực Tuy nhiên, để phục vụ cho hệ thống cấp nước quy mô lớn, cần phải xây dựng công trình dự trữ và bảo vệ nguồn nước khỏi ô nhiễm.

Nước ao hồ thường có hàm lượng cặn thấp nhưng lại chứa nhiều chất màu, hợp chất hữu cơ và sinh vật phù du, rong tảo lớn Nếu không được bảo vệ cẩn thận, nước này dễ bị nhiễm khuẩn và ô nhiễm.

Số lượng hồ trên thế giới vẫn chưa được xác định chính xác do thiếu điều tra đầy đủ, nhưng ước tính sơ bộ có khoảng 2,8 triệu hồ tự nhiên Trong số đó, có 145 hồ có diện tích mặt nước trên 100 km², chiếm 95% tổng lượng nước hồ trên trái đất, với khoảng 56% là nước ngọt Hồ Baikal, nằm ở Nga, là hồ nước ngọt lớn nhất và sâu nhất thế giới, chứa 2.300 km³ nước và có độ sâu tối đa lên tới 1.741 m.

Trên lục địa, đã có hơn 10.000 hồ chứa nước nhân tạo được xây dựng để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước mặt và điều tiết dòng chảy của các con sông Trong số đó, có hơn 30 hồ lớn với dung tích trên 10 km³ mỗi hồ Tổng diện tích hữu ích của các hồ nhân tạo ước tính gần 5.000 km², trong đó châu Âu chiếm 925 km², châu Phi 341 km², Bắc Mỹ 180 km², Nam Mỹ 1.332 km² và châu Úc 4 km² Ngoài ra, nước đầm lầy có diện tích 2.682 km² với dung tích khoảng 11.470 km³.

Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

Chất lượng nước là yếu tố quan trọng để đánh giá nguồn nước cung cấp, dựa trên các chỉ tiêu lý hóa và vi sinh.

1.2.1 Các chỉ tiêu vật lý [2,3,4,5] a Nhiệt độ ( 0 0 C,C, 0 0 K)K) [[22,,33]]

Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý ô nhiễm qua các phản ứng hóa học và sinh học Nhiệt độ nước mặt dao động từ 4 đến 40 độ C, thay đổi theo thời tiết và độ sâu Nguồn ô nhiễm nhiệt chủ yếu đến từ nước làm mát của các nhà máy điện và nước thải công nghiệp, thường cao hơn 10-15 độ C so với nước đầu vào, dẫn đến giảm hàm lượng oxy và gia tăng sinh vật phù du Hàm lượng cặn trong nước sông có thể dao động từ 20 đến 30.000 mg/l, phụ thuộc vào mùa và các thành phần như hạt sét, cát và chất hữu cơ bị rửa trôi Cặn là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn phương pháp xử lý Độ màu của nước chủ yếu do các hợp chất sắt, mangan và chất hữu cơ gây ra, với nước tự nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ (PtCo) Độ màu có thể được loại bỏ bằng lọc, trong khi màu thực cần các biện pháp hóa lý kết hợp để xử lý.

Nước tự nhiên có thể mang nhiều mùi vị khác nhau do sự hiện diện của các chất khí và chất hòa tan trong nước Những mùi này có thể bao gồm mùi đất, mùi tanh, mùi thối, hoặc các mùi đặc trưng từ các hóa chất như clo, amoniac (NH3) và mùi trứng thối.

H 2 S… Nước có thể có vị mặn, ngọt, chát…tùy theo thành phần và hàm lượng các muối hòa tan trong nước

Các chất gây mùi vị trong nước có thể chia thành ba nhóm:

Các chất gây mùi và vị từ nguồn gốc vô cơ như NaCl và MgSO4 tạo ra vị mặn, trong khi muối đồng mang lại mùi tanh Ngoài ra, mùi clo có thể xuất phát từ Cl2 hoặc ClO2, và H2S tạo ra mùi trứng thối.

- Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp, dầu mỡ, phenol…

Các chất gây mùi trong nước thường xuất phát từ các quá trình sinh hóa và hoạt động của vi khuẩn, như CH3-S-CH3 tạo ra mùi tanh cá, hoặc C12H22O, C12H18O2 gây mùi tanh bùn Độ đục của nước phản ánh sự hiện diện của các tạp chất hữu cơ và vô cơ không hòa tan, bao gồm bùn, axit silic, hydroxit sắt, hydroxit nhôm, keo hữu cơ, vi sinh vật và thực vật phù du Độ đục được đo bằng máy so màu quang học, với đơn vị là NTU hoặc FTU; nước mặt thường có độ đục từ 20-100 NTU, và có thể lên đến 500-600 NTU trong mùa lũ Đối với nước uống, độ đục không nên vượt quá 5 NTU.

Nước tinh khiết có tính dẫn điện kém, với độ dẫn điện khoảng 4,2 µS/m (tương ứng với điện trở 23,8 MΩ/cm) ở nhiệt độ 20°C Độ dẫn điện của nước sẽ tăng lên khi hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước tăng và cũng dao động theo nhiệt độ.

Thông số này được sử dụng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hòa tan trong nước Độ nhớt là đại lượng thể hiện lực ma sát nội trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng, gây ra tổn thất áp lực và đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước Tính phóng xạ cũng là một yếu tố cần xem xét.

Nước nhiễm phóng xạ, thường xuất phát từ sự phân hủy các chất phóng xạ trong nước thải, gây nguy hại cho sự sống Do đó, độ phóng xạ trong nước được coi là một chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước.

1.2.2 Các chỉ tiêu hóa học [3,4,5] a Thành phần ion của nước thiên nhiên

Nước thiên nhiên thường chứa các cation và anion như bảng sau: [4]

Bảng 1.1: Các ion chủ yếu có trong nước thiên nhiên

Tên gọi Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu

Sắt (hóa trị II) Fe 2+ Flo F -

Sắt (hóa trị III) Fe 3+ Sunfat SO4 2-

Ion sunfat và clorua có trong tất cả các loại nước thiên nhiên dưới dạng muối canxi, natri (CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4, NaCl, KCl)

Ion flo thường xuất hiện trong nước suối ở khu vực có quặng apatit, trong khi ion iod có mặt với hàm lượng rất nhỏ trong hầu hết các nguồn nước thiên nhiên Thiếu iod có thể dẫn đến bệnh bướu cổ, trong khi thiếu flo gây vàng men răng; tuy nhiên, nếu hàm lượng flo quá cao, nó có thể gây ra bệnh đần độn khi kết hợp với các hóa chất khác Độ pH, chỉ số thể hiện nồng độ ion H+ trong dung dịch, cho biết tính axit hay tính kiềm của nước.

Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH

- pH = 7 nước có tính trung tính

- pH 7 nước có tính acid

Nước có độ pH 7 được coi là kiềm, và độ pH trong nước đóng vai trò quan trọng trong các quá trình lý hóa khi xử lý nước bằng hóa chất hoặc sinh học Hiệu quả của quá trình này đạt tối ưu chỉ khi duy trì ở một khoảng pH nhất định trong những điều kiện cụ thể.

Là đại lượng biểu thị hàm lượng Ca 2+ và Mg 2+ có trong nước Nước tự nhiên có 3 loại độ cứng: [5]

- Độ cứng toàn phần: biểu thị tổng hàm lƣợng muối của các ion Ca 2+ và Mg 2+ có trong nước

- Độ cứng tạm thời: biểu thị tổng hàm lƣợng các muối CO3

Ca 2+ và Mg 2+ có trong nước, có thể loại bỏ được khi đun sôi

- Độ cứng vĩnh cửu: biểu thị tổng hàm lƣợng các muối Cl - , SO4

Độ cứng của nước uống và sinh hoạt không được vượt quá 7 mgđ/l theo quy định, và trong những trường hợp đặc biệt có thể cho phép lên đến 14 mgđ/l Nước có độ cứng cao ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, gây cặn trong thiết bị nồi hơi, làm tăng lượng xà phòng khi giặt giũ, và có nguy cơ gây nổ nồi hơi.

Tổng hàm lƣợng của các hydrocacbonat (HCO3

Độ kiềm toàn phần của nước bao gồm ion hyđroxyt (OH-) và ion muối của các axit yếu như phophat, silicat và các axit muối hữu cơ Độ kiềm của nước có thể được điều chỉnh bằng vôi và sođa (Na2CO3) và là một chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước Để xác định độ kiềm, người ta thường sử dụng phương pháp chuẩn độ mẫu nước bằng axit clohydric (HCl) hoặc axit sunfuric (H2SO4), kèm theo việc theo dõi bằng các chất chỉ thị màu như phenolphtalein và metylran.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ chứa nitơ trong nước thải dẫn đến sự hình thành amoniac, nitơrit, nitơrat và amoni Sự hiện diện của các hợp chất nitơ này cho phép xác định mức độ ô nhiễm và thời gian ô nhiễm của nguồn nước.

- Khi nước mới bị ô nhiễm thì hợp chất nitơ trong đó chủ yếu là NH 4 (nước nguy hiểm)

- Nước chứa chủ yếu NO2

- thì nguồn nước đã bị ô nhiễm một thời gian dài hơn (nước ít nguy hiểm hơn)

- Nước chứa chủ yếu là NO 3 - thì quá trình oxy hóa đã kết thúc (nước ít nguy hiểm)

Nước có nồng độ nitơrit, nitơrat và amoni cao tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của tảo, rong và thực vật phù du Tuy nhiên, nếu nồng độ này quá cao sẽ dẫn đến phú dưỡng, ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt và gây hại cho các sinh vật trong thủy vực, góp phần ô nhiễm môi trường Việc sử dụng nước uống có hàm lượng nitrat cao có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm bệnh xanh xao ở trẻ em, ung thư dạ dày và thậm chí dẫn đến tử vong.

Các hợp chất của axit cacbonic trong nước có ảnh hưởng lớn đến công nghệ xử lý nước Chúng tồn tại dưới nhiều dạng, bao gồm axit cacbonic không phân ly (H2CO3), khí cacbonic hòa tan, ion hydrocacbonat (HCO3-) và ion cacbonat (CO3 2-) khi pH ≥ 8,4.

Các tiêu chuẩn nước cấp

1.3.1 Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

Để đảm bảo an toàn cho sức khỏe, nước cấp sinh hoạt cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế về vi sinh vật, nồng độ chất độc và chất gây bệnh mãn tính Nước phải đạt yêu cầu về độ trong, độ mặn, mùi vị và tính ổn định cao, nhằm đảm bảo an toàn, mùi vị và thẩm mỹ cho người sử dụng.

Các quy chuẩn, tiêu chuẩn về chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt áp dụng tại Việt Nam :

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT, được ban hành kèm theo Thông tư số 04/2009/TT-BYT ngày 17/6/2009 của Cục Y tế Dự phòng và Môi trường, quy định mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nước dùng để ăn uống và nước dùng cho các cơ sở chế biến thực phẩm.

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT được ban hành theo Quyết định số 166/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, quy định các mức giới hạn cho các chỉ tiêu chất lượng nước mặt.

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT được ban hành theo Thông tư số 05/2009/TT/BYT vào ngày 17/6/2009 bởi Cục Y tế Dự phòng và Môi trường.

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5502:2003 quy định các tiêu chí chất lượng cho nước sạch đã qua xử lý và hệ thống phân phối, đảm bảo an toàn cho sinh hoạt Tiêu chuẩn này nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường, đồng thời hướng đến việc nâng cao chất lượng nước sử dụng trong đời sống hàng ngày Việc tuân thủ TCVN 5502:2003 là cần thiết để đảm bảo nước sinh hoạt đạt tiêu chuẩn vệ sinh và an toàn cho người tiêu dùng.

- So sánh một số tiêu chí của QCVN 01:2009/BYT với tiêu chuẩn dùng cho nước sinh hoạt tại Đức TrinkwV 2001

Bảng 1.2: Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng nước ăn uống

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị

Giới hạn cho phép tối đa VIỆT NAM

1.3.2 Chất lượng nước cấp cho công nghiệp

Mỗi ngành sản xuất đều có yêu cầu riêng về chất lượng nước sử dụng Đối với ngành công nghiệp thực phẩm, dệt, giấy và phim ảnh, nước cần đạt tiêu chuẩn chất lượng sinh hoạt, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu cụ thể về lượng sắt, mangan và độ cứng Các ngành sản xuất khác cũng có những yêu cầu chất lượng nước riêng biệt, tùy thuộc vào công nghệ sản xuất mà họ áp dụng.

Các nguồn gây ô nhiễm nước mặt

Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước, gây hại cho con người và sinh vật do sự hiện diện của hóa chất lạ vượt quá ngưỡng chịu đựng Nguồn gốc chính của ô nhiễm nước chủ yếu đến từ nước thải đô thị, công nghiệp và nông nghiệp.

Nước thải sinh hoạt, phát sinh từ hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học và cơ quan, chứa nhiều chất thải từ hoạt động sinh hoạt và vệ sinh của con người Đặc điểm nổi bật của nước thải này là hàm lượng cao các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như cacbohydrat, protein và mỡ, cùng với các chất dinh dưỡng như phospho và nitơ, cũng như chất rắn và vi trùng.

Tổng lượng trung bình các tác nhân ô nhiễm mà mỗi người thải ra hàng ngày vào môi trường có sự khác biệt tùy thuộc vào điều kiện sống và vùng địa lý Hàm lượng ô nhiễm trong nước thải chịu ảnh hưởng bởi chất lượng bữa ăn, lượng nước tiêu thụ và hệ thống tiếp nhận nước thải.

Bảng 1.3:Tải lượng tác nhân ô nhiễm do con người đưa vào môi trường hàng ngày

Tác nhân ô nhiễm Tải lượng (g/người/ngày)

BOD 5 20 (nhu cầu oxy sinh hóa)

COD (nhu cầu oxy hóa học)

Tổng chất rắn Chất rắn lơ lửng

Rác vô cơ (kích thước > 0,2mm)

Dầu mỡ Kiềm (theo CaCO 3 )

Phospho vô cơ Phospho hữu cơ

Kali theo K2O Tổng số vi khuẩn

1.4.2 Nước chảy tràn mặt đất

Nước chảy tràn từ mưa hoặc thoát nước từ đồng ruộng là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước sông hồ Nước rửa trôi qua đồng ruộng có thể mang theo rác, hóa chất bảo vệ thực vật và phân bón, trong khi nước từ khu dân cư, đường phố và cơ sở sản xuất lại chứa chất rắn lơ lửng, dầu mỡ, vi trùng và hóa chất Những yếu tố này không chỉ làm ô nhiễm nguồn nước mà còn bồi lắng trầm tích, ảnh hưởng đến luồng lạch giao thông, sinh vật đáy, làm đục nước và giảm chất lượng nước.

Nước thải công nghiệp là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải

Nước thải công nghiệp không đồng nhất và phụ thuộc vào từng ngành sản xuất cụ thể Chẳng hạn, nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm như đường, sữa, thịt, tôm, cá, nước ngọt và bia thường chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ Trong khi đó, nước thải từ các xí nghiệp thuộc da không chỉ có chất hữu cơ mà còn chứa kim loại nặng và sunfua Đối với nước thải từ xí nghiệp acquy, nồng độ axit và chì thường rất cao Nước thải của nhà máy giấy lại chứa nhiều chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, màu, lignin và phenol Thành phần nước thải của các ngành sản xuất cụ thể được thể hiện rõ trong bảng 1.4.

Bảng 1.4: Thành phần nước thải của một số ngành công nghiệp

Ngành công nghiệp Chất ô nhiễm trong nước thải Nồng độ (mg/l)

Tổng chất rắn Chất rắn lơ lửng

Tổng chất rắn hòa tan

NaCl Tổng độ cứng Sulfua Protein Crom

1.4.4 Nước thải nông nghiệp [2,6] Để bảo vệ mùa màng, hằng năm sử dụng một lƣợng lớn hóa chất bảo vệ thực vật nhƣ thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ phun vào đồng ruộng, là những hợp chất hữu cơ có độc tố cao khó phân hủy sinh học Khi phun hóa chất bảo vệ thực vật khoảng 1 – 2% có tác dụng trừ vật hại còn lại thì bị rửa trôi theo nguồn nước gây ô nhiễm nước mặt, nước ngầm, nước vùng cửa sông ven biển từ đó chúng tích lũy vào sinh vật qua chuỗi thức ăn đến các mắt xích bậc cao hơn trong chuỗi và xảy ra phóng đại sinh học Hóa chất bảo vệ thực vật đi vào nước ở mức cao gây chết nhiều loài động vật làm giảm đa dạng sinh học và phá vỡ cân bằng sinh thái Một phần hóa chất bảo vệ thực vật đƣợc hấp phụ bởi các chất lơ lửng lắng đọng xuống đáy ảnh hưởng đến sinh vật sống ở đáy [2]

Bảng 1.5: Các nhóm thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ chủ yếu

Các nhóm trừ dịch hại Những loại thuốc đặc hiệu

Bảng 1.6:Số lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng ở Thái Bình từ 1990 đến 1995

Thời gian Số lƣợng sử dụng qua các năm

Nhóm thuốc Số lƣợng tấn

Số lƣợng tấn Tổng số

Các loại thuốc khác (chủ yếu là thuốc trừ sâu)

Trong những năm qua, việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trong nông nghiệp đã gia tăng đáng kể, gây ra mối đe dọa lớn cho môi trường Để cải thiện độ phì nhiêu của đất, các loại phân bón hóa học như ure, amonsunfat, supephotphat và kali cũng được sử dụng rộng rãi Khi bón vào đất, một phần phân bón được cây hấp thụ, nhưng một phần cũng bị rửa trôi vào nguồn nước Sự dư thừa N và P trong nước sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, kích thích sự phát triển mạnh mẽ của các thực vật bậc thấp như rêu và tảo Khi các thực vật này chết đi, chúng phân hủy, tạo ra hợp chất hữu cơ và khí mùi khó chịu, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước.

NO2 sẽ thẩm thấu qua các lớp đất và gây ô nhiễm nguồn nước ngầm Ngoài ra, việc sử dụng phân bón vô cơ quá mức còn dẫn đến hiện tượng chua đất.

Canh tác nông nghiệp góp phần làm tăng tốc độ xói mòn, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước và lắng đọng trầm tích, gây ảnh hưởng đến đáy và luồng lạch giao thông.

Việc phát triển chăn nuôi và quản lý nguồn phân hữu cơ từ chăn nuôi cần được chú trọng, vì khi gặp mưa, phân sẽ chảy tràn trên mặt đất, gây ô nhiễm nguồn nước mặt và thấm vào các tầng nước ngầm Ngoài ra, lượng vi khuẩn và vi trùng trong chất thải này rất lớn, tiềm ẩn nguy cơ gây bệnh cho cả sinh vật và con người trong khu vực bị ảnh hưởng.

Các phương pháp xử lý nước mặt thành nước cấp

Nhiều nguồn nước thô tại Việt Nam không đạt tiêu chuẩn chất lượng theo quy chuẩn QCVN 01 - 2009, vì vậy cần tiến hành xử lý nước thô trước khi cung cấp cho người tiêu dùng.

Hải Phòng, với vị trí gần biển và nguồn nước ngầm dễ bị nhiễm mặn, chủ yếu sử dụng nước mặt để cấp nước Quy trình xử lý nước tại đây tập trung vào việc xử lý nước mặt, áp dụng các phương pháp truyền thống để đảm bảo chất lượng nước Nguồn nước được xử lý theo các bước: pha phèn, khuấy trộn, keo tụ, lắng, lọc và khử trùng trước khi cung cấp cho người tiêu dùng.

1.5.1 Phương pháp lắng và tuyển nổi [3,4]

Lắng nước là bước quan trọng trong quá trình làm sạch sơ bộ trước khi nước được đưa vào bể lọc Trong công nghệ xử lý nước, quá trình lắng diễn ra phức tạp, chủ yếu ở trạng thái động, với nước luôn chuyển động Các hạt cặn không tan trong nước là những tập hợp không đồng nhất về kích thước, hình dạng và trọng lượng riêng, đồng thời cũng không ổn định, vì chúng thay đổi hình dạng và kích thước trong quá trình lắng do tác động của chất keo tụ.

Trong quá trình lắng nước có hai khái niệm cơ bản quan trọng nhất đó là: độ lớn thủy lực và đường kính tương đương của hạt

- Độ lớn thủy lực của một hạt là tốc độ rơi của hạt đó trong môi trường nước tĩnh ở nhiệt độ 10 o C

Đường kính tương đương của hạt có hình dạng bất kỳ được xác định là đường kính của hạt hình cầu có độ lớn thủy lực tương đương với độ lớn thủy lực của hạt đó.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng cặn keo tụ [4]

- Kích thước, hình dáng và tỷ trọng hạt cặn

- Độ nhớt và nhiệt độ của nước

- Thời gian lưu nước trong bể lắng

- Chiều cao lớp nước trong bể lắng

- Diện tích bề mặt của bể lắng

- Tải trọng bề mặt của bể lắng hay tốc độ rơi của hạt cặn

- Vận tốc dòng nước chảy trong bể lắng

- Hệ thống phân phối nước vào bể và hệ thống máng thu đều nước ra khỏi bể lắng

Tuyển nổi là quá trình tách rắn khỏi pha lỏng khi khối lượng riêng của các hạt nhỏ hơn nước Nguyên lý của tuyển nổi trái ngược với lắng, và thường được tăng cường bằng cách thổi khí vào nước Các hạt lơ lửng sẽ bám vào bọt khí, làm cho chúng lớn dần và nổi lên nhanh chóng, do tỷ trọng của bọt khí và cặn bám vào nhỏ hơn nhiều so với nước.

Keo tụ là một phương pháp xử lý nước hiệu quả, sử dụng hóa chất để kết nối các hạt keo nhỏ lơ lửng trong nước Nhờ tác dụng của chất keo tụ, các hạt này liên kết với nhau, hình thành bông keo có kích thước lớn hơn Điều này giúp dễ dàng tách chúng ra khỏi nước thông qua các biện pháp như lắng, lọc hoặc tuyển nổi.

Các chất keo tụ như phèn nhôm và phèn sắt thường được sử dụng dưới dạng dung dịch hòa tan để loại bỏ cặn trong nước Các hạt cặn có khả năng keo tụ có kích thước và vận tốc lắng khác nhau, khi lắng, các hạt lớn hơn rơi nhanh hơn và va chạm với các hạt nhỏ, tạo thành các hạt lớn hơn có tốc độ lắng nhanh hơn Quá trình này tiếp tục diễn ra cho đến khi các hạt cặn chạm đáy bể Khi hạt đã dính kết thành kích thước lớn, lực cản của nước có thể làm chúng bị chia nhỏ, dẫn đến việc hình thành các hạt lớn hơn qua các va chạm tiếp theo.

Các hạt cặn tự do không có khả năng keo tụ và chịu tác dụng của lực rơi tự do cũng như lực đẩy ngang từ dòng chảy Quỹ đạo chuyển động của chúng là véc tơ tổng hợp của hai lực này, dẫn đến việc các hạt cặn lắng xuống đáy bể theo quỹ đạo chuyển động đó.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ: [5]

- Hàm lƣợng và tính chất của cặn

Quá trình lọc nước là bước quan trọng trong dây chuyền xử lý nước uống, nơi nước được dẫn qua lớp vật liệu lọc để loại bỏ cặn bẩn và vi trùng Sau khi lọc, hàm lượng cặn còn lại trong nước phải đạt tiêu chuẩn cho phép, không vượt quá 3 mg/l Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng, lớp vật liệu lọc sẽ bị tắc nghẽn, làm giảm tốc độ lọc Để khôi phục hiệu suất của bể lọc, cần thực hiện quá trình thổi rửa bằng nước hoặc gió để loại bỏ cặn bẩn, đảm bảo bể lọc luôn được hoàn nguyên.

Quá trình lọc nước được đặc trưng bởi hai thông số cơ bản là: tốc độ lọc và chu kì lọc [3]

- Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời gian (m/h)

- Chu kì lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h)

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc nước qua bể lọc hạt là: [4]

- Kích thước hạt và sự phân bố các cỡ hạt trong lớp vật liệu lọc

- Kích thước, hình dáng, trọng lượng riêng, nồng độ và khả năng dính kết của hạt cặn lơ lửng trong nước xử lý

- Tốc độ lọc, chiều cao lớp lọc, thành phần của lớp vật liệu lọc và độ chênh áp lực dành cho tổn thất của một chu kỳ lọc

- Nhiệt độ và độ nhớt của nước

Khử trùng nước là bước quan trọng cuối cùng trong quy trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt, nhằm loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật và vi trùng có hại Mặc dù các phương pháp xử lý cơ học, đặc biệt là qua bể lọc, đã giữ lại phần lớn vi trùng, nhưng để đảm bảo an toàn cho sức khỏe, việc khử trùng nước là cần thiết để tiêu diệt hoàn toàn các tác nhân gây bệnh.

Có nhiều biện pháp khử trùng nước có hiệu quả như:

Khử trùng bằng các chất oxi hóa mạnh là phương pháp hiệu quả để tiêu diệt tế bào vi sinh vật Những hóa chất thường được sử dụng bao gồm halogen như clo, brom, iot, clođioxin, các hypoclorit và muối của chúng, ôzôn, cũng như kali permanganate.

Khử trùng bằng tia cực tím, hay còn gọi là tia tử ngoại, là phương pháp hiệu quả với bước sóng ngắn giúp diệt khuẩn mạnh mẽ Chi phí năng lượng cho quá trình này là khoảng 10-15 kW/h cho 1m³ nước ngầm và 30 kW/h cho 1m³ nước mặt Đặc biệt, việc sát trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi vị của nước.

Khử trùng bằng siêu âm là một phương pháp hiệu quả nhưng chi phí cao, sử dụng sóng siêu âm với cường độ tối thiểu 2W/cm² trong thời gian ít nhất 5 phút để tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật có trong nước.

Khử trùng bằng phương pháp nhiệt là một trong những phương pháp đơn giản và lâu đời nhất, trong đó đun sôi nước ở 100°C có thể tiêu diệt hầu hết các vi khuẩn có trong nước Tuy nhiên, một số vi khuẩn có khả năng chuyển sang dạng bào tử khi gặp nhiệt độ cao, nhưng chúng chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ.

Khử trùng nước bằng ion kim loại nặng ở nồng độ thấp có khả năng tiêu diệt vi sinh vật và rong tảo Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu thời gian tiếp xúc lâu để đạt hiệu quả Bảng 1.5 dưới đây cung cấp thông tin về nồng độ của một số ion kim loại nặng có khả năng tiêu diệt vi trùng và rong tảo.

Bảng 1.7: Nồng độ diệt trùng của các ion kim loại nặng

Kim loại Nồng độ cần thiết để tiêu diệt, mg/l

Vi trùng E-coli Rêu, Tảo

Phương pháp khử trùng phổ biến nhất là khử trùng bằng các chất oxi hóa mạnh Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng nước bằng clo: [4]

- Tính chất của nước xử lý như: Số lượng vi khuẩn, hàm lượng chất hữu cơ và các chất khử có trong nước

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tƣợng nghiên cứu

- Vị trí địa lý: Công ty thuộc thôn Do Nha, xã Tân Tiến, huyện An Dương, thành phố Hải Phòng có diện tích S = 3,511 ha Địa giới hành chính:

+ Phía Đông giáp thôn Vật Cách thƣợng

+ Phía Tây giáp thôn Đông Xá

+ Phía Nam giáp thôn Bắc Hà

+ Phía Bắc giáp thôn Kinh Dao

Công ty tọa lạc trong vùng nhiệt đới gió mùa Châu Á, nơi có khí hậu ôn hòa, nóng ẩm và lượng mưa dồi dào do ảnh hưởng của gió mùa.

4 mùa Xuân, Hạ, Thu, Đông tương đối rõ rệt

Mùa hè diễn ra từ tháng 5 đến tháng 9, với nhiệt độ trung bình khoảng 32°C Tháng 5, 6, và 7 là thời điểm có nhiệt độ cao nhất, có thể đạt tới 40°C Trong mùa này, lượng mưa khá nhiều và gió nồm từ hướng Đông Nam mang lại không khí mát mẻ.

+ Mùa Đông từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, có nhiệt độ trung bình là

18 o C, mùa gió bấc lạnh và khô ít mƣa, có nhiều đợt rét đậm kéo dài từ 7-10 ngày

+ Bão thường xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 9 trong năm với nhiều cấp độ khác nhau

Lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 1600-1800mm, chủ yếu tập trung vào mùa hè, chiếm 80-90% tổng lượng mưa trong năm Độ ẩm trung bình hàng năm đạt từ 80% đến 85%, với mức độ cao nhất lên tới 100% trong các tháng 7, 8 và 9, trong khi thấp nhất vào tháng 12 và tháng 1 Trong suốt cả năm, khu vực này nhận được khoảng 1.692,4 giờ nắng, với bức xạ mặt đất trung bình đạt 117 Kcal cm/phút.

- Địa hình tương đối bằng phẳng thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam

Sông Rế, thuộc lưu vực sông dài khoảng 30km, có tốc độ dòng chảy trung bình 7m/s theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, chủ yếu được cung cấp nước từ mưa và hoạt động tháo cạn trong nông nghiệp Sông này không chỉ là nguồn tưới tiêu cho 10.000ha cây trồng nông nghiệp tại hai địa phương An Dương và Hồng Bàng, mà còn cung cấp khoảng 42 triệu m³ nước thô hàng năm cho nhà máy nước An Dương và nhà máy nước Vật Cách, phục vụ sản xuất nước sạch cho sinh hoạt và công nghiệp.

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của Công ty

Tên doanh nghiệp: Công ty Cổ phần Kinh doanh nước sạch số 2 Hải Phòng

Tên giao dịch quốc tế: Hai Phong number two water business joint stock company

Tên giao dịch: CẤP NƯỚC VẬT CÁCH

Trụ sở chính: Thôn Do Nha - Xã Tân Tiến - Huyện An Dương - Hải Phòng Điện thoại : 84-(31)3871.589

Website: http:// www.Vawasu.com

Tài khoản: 32110000486469 tại Ngân hàng Đầu tƣ và Phát triển Việt Nam - Chi nhánh Hải Phòng

Sứ mệnh: Phục vụ an sinh xã hội với chất lượng nước tốt nhất

Tầm nhìn: Trở thành Công ty cấp nước đạt tiêu chuẩn quốc tế và là công ty cấp nước hàng đầu trong cả nước

Xí nghiệp sản xuất nước Vật Cách, được thành lập vào năm 1987, ban đầu mang tên Nhà máy nước Vật Cách thuộc công ty cấp nước Hải Phòng, có công suất thiết kế đạt 11.000m³/ngày đêm cùng với hệ thống truyền dẫn và phân phối D300.

D400 dài 15km phục vụ cấp nước cho khách hàng là cơ quan, xí nghiệp và nhân dân

Năm 2007, Công ty Cấp nước Hải Phòng đã chính thức chuyển đổi thành Công ty TNHH Một Thành Viên Cấp nước Hải Phòng theo Quyết định số 2759/QĐ-UB ngày 21/12/2006 của Ủy ban Nhân dân Đồng thời, Nhà máy nước Vật Cách cũng được đổi tên trong quá trình này.

Xí nghiệp cấp nước Vật Cách theo Quyết định số 28/QĐ-CYCN-TC ngày 30/01/2007 do Chủ tịch – Tổng giám đốc công ty TNHH MTV cấp nước Hải Phòng ký

Công ty Cổ phần Cấp nước Vật Cách Hải Phòng, được thành lập theo Quyết định số 969/QĐ-UBND vào ngày 28/05/2009, bắt đầu hoạt động từ tháng 07/2009 với nhiệm vụ chính là cung cấp nước sạch cho khu vực phía tây bắc Thành phố Hải Phòng, bao gồm các phường Hùng Vương, Quán Toan, Thị Trấn An Dương, cùng một số xã thuộc huyện An Dương và các khu công nghiệp như NOMURA, Tràng Duệ, và công nghiệp Thép Với công suất thiết kế ban đầu là 11.000m³/ngày đêm, Công ty đã thường xuyên vận hành với công suất trên 14.000m³/ngày đêm do sự phát triển mạnh mẽ của các khu công nghiệp và nhu cầu ngày càng cao của người dân, đạt được nhờ nỗ lực của toàn thể CBCNV và sự chỉ đạo của Ban lãnh đạo cùng HĐQT.

Công ty Cổ phần Kinh doanh nước sạch số 2 Hải Phòng đã chính thức thay đổi tên theo Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh do Sở Kế hoạch và Đầu tư Thành phố Hải Phòng cấp vào ngày 22 tháng 06 năm 2012.

Công ty Cổ phần Kinh doanh nước sạch số 2 Hải Phòng, với hơn 20 năm phát triển, đã trở thành một trong những doanh nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất và kinh doanh nước sạch tại địa phương Công ty cũng là đơn vị tiên phong trong việc đổi mới công nghệ và áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới trong quản lý và sản xuất.

2.1.3 Cơ cấu tổ chức bộ máy của Công ty

Quan hệ trực tuyến - Quan hệ hữu tuyến

Sơ đồ 2.1: Sơ đồ cơ cấu tổ chức của Công ty Cổ phần

Kinh doanh nước sạch số 2 Hải Phòng

Nước sạch là nhu cầu thiết yếu trong đời sống xã hội, và công ty chúng tôi hoạt động trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ công cộng để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch cho người dân Chức năng của công ty được quy định rõ ràng nhằm đảm bảo cung cấp nước sạch phục vụ cho sinh hoạt và đời sống hàng ngày của cộng đồng.

- Sản xuất, cung cấp nước sạch phục vụ sinh hoạt, sản xuất

- Lập dự án đầu tư, thiết kế và xây dựng công trình cấp, thoát nước, sản xuất các sản phẩm chuyên ngành cấp thoát nước h doanh

- Xây dựng công trình công nghiệp dân dụng

- Kinh doanh vật tư chuyên ngành cấp thoát nước

Công ty có khả năng mở rộng, thu hẹp hoặc thay đổi ngành nghề sản xuất kinh doanh theo quyết định của hội đồng quản trị, trong khuôn khổ pháp luật cho phép.

Cách Hải Phòng, công ty có trách nhiệm thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ sau:

- Cung cấp nước sạch một cách đầy đủ và liên tục, đáp ứng nhu cầu dùng nước của nhân dân với chất lượng theo quy định của nhà nước

- Củng cố và bảo quản nguồn nước, bảo vệ hệ thống cấp nước

- Có kế hoạch và phương án sản xuất, tiêu thụ sản phẩm đảm bảo trang trải đƣợc các chi phí sản xuất, đầu tƣ và có lãi

- Đảm bảo đời sống của cán bộ công nhân viên trong công ty và nộp ngân sách Nhà nước đầy đủ

- Xây dựng dự án và kế hoạch phát triển hệ thống cấp nước

Bảng 2.1: Bảng kết quả sản xuất kinh doanh toàn Công ty tính

Các phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp khảo sát ngoài thực địa

Phương pháp này rất quan trọng là phương pháp khảo sát, đánh giá, kiểm định ngoài hiện trường quyết định phần lớn hiệu quả của nghiên cứu

Khảo sát dọc theo các con sông cung cấp nước cho nhà máy, đánh giá các nguồn thải vào môi trường nước mặt, và kiểm tra quy trình sản xuất nước sạch cùng các thao tác của cán bộ công nhân là những bước quan trọng để đảm bảo chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

Quan sát cảm quan về độ đục, màu sắc, mùi vị…

Tham khảo ý kiến chuyên gia

2.2.2 Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết

Phân loại là phương pháp tổ chức tài liệu khoa học một cách hệ thống theo các đặc điểm và vấn đề chung, giúp làm rõ cấu trúc phức tạp của khoa học Qua đó, phân loại biến thông tin trở nên dễ hiểu và dễ sử dụng, phục vụ hiệu quả cho mục đích nghiên cứu của đề tài.

Hệ thống hóa là phương pháp tổ chức tri thức một cách có hệ thống, giúp việc nghiên cứu đối tượng trở nên đầy đủ, chi tiết và rõ ràng hơn.

Phân loại tài liệu và hệ thống hóa tài liệu là hai quá trình liên quan chặt chẽ với nhau Việc phân loại tài liệu bao gồm yếu tố hệ thống hóa, trong khi hệ thống hóa lại cần phải dựa trên cơ sở phân loại để đảm bảo tính logic và hiệu quả.

2.2.3 Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu

Phân tích tài liệu là một phương pháp nghiên cứu hiệu quả, giúp hiểu rõ các văn bản và tài liệu bằng cách chia nhỏ chúng thành các bộ phận khác nhau Qua đó, người nghiên cứu có thể nắm bắt vấn đề một cách toàn diện và chọn lọc thông tin quan trọng cho đề tài của mình.

Phương pháp tổng hợp là cách kết nối các yếu tố và thông tin từ những lý thuyết đã thu thập, nhằm xây dựng một hệ thống lý thuyết mới, toàn diện và sâu sắc hơn về vấn đề nghiên cứu.

Phân tích tài liệu đảm bảo cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đủ thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn

- Thu thập số liệu từ các cán bộ chuyên trách sản xuất và phòng vật tƣ, thiết bị, chất lƣợng

- Thu thập những quy chuẩn, tiêu chuẩn về chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt do cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành

- Tham khảo, thu thập ý kiến từ các thầy cô, chuyên gia

- Thu thập tài liệu liên quan đến khái niệm nước mặt, các thông số đánh giá chất lượng nước, nguồn gây ô nhiễm

Phương pháp so sánh là kỹ thuật phân tích thông số bằng cách đối chiếu số liệu đo được với một quy chuẩn cụ thể, nhằm xác định xem các thông số cần xem xét có nằm trong giới hạn cho phép hay không.

- Lấy số liệu đầu vào so sánh với QCVN 08:2008/BTNMT, xác định có phù hợp cho nước cấp sinh hoạt không

- Lấy các số liệu đầu ra của nước so sánh với QCVN 01:2009/BYT, từ đó có thể xác định chất lượng nước của công ty.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT THÀNH NƯỚC CẤP

Chất lượng nước đầu vào tại nguồn

Để đảm bảo quá trình xử lý nước diễn ra thuận lợi, việc thử nghiệm và đánh giá chất lượng nước đầu vào tại nguồn là rất quan trọng Công ty TNHH MTV cấp nước Hải Phòng đã được thuê để thực hiện các thử nghiệm này do không đủ điều kiện thực hiện nội bộ Tại Nhà máy nước An Dương, phòng kiểm tra chất lượng sẽ lấy mẫu nước từ sông Vật Cách và tiến hành phân tích, đánh giá theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN08:2008/BTNMT Mỗi tháng, mẫu nước sẽ được lấy và thử nghiệm từ ba đến bốn lần.

Bảng 3.1 Chất lượng nước đầu vào tại nguồn tháng 12/2011

*Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l

Oxy hòa tan (DO) mg/l

*Coliform tổng số VK/100 ml

Ghi chú: (*) Những phép thử đã được VILAS công nhận

Kết quả in đậm: Không đạt theo QCVN 08 : 2008/BTNMT

Bảng 3.2 Chất lượng nước đầu vào tại nguồn tháng 1/2012

*Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l

Oxy hòa tan (DO) mg/l

*Coliform tổng số VK/100 ml

Ghi chú: (*) Những phép thử đã được VILAS công nhận

Kết quả in đậm: Không đạt theo QCVN 08 : 2008/BTNMT

Bảng 3.3 Chất lượng nước đầu vào tại nguồn tháng 5/2012

*Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l

Oxy hòa tan (DO) mg/l

*Coliform tổng số VK/100 ml 02/5/2012 02-04/5/2012 30,1 7,31 12,07 0,14 0,4 0,007 0,542 0,039 29 6,35