Tìm hiểu công nghệ xử lý nước cấp đầu nguồn từ nước mặt

Chỉ sau một trận mưa lớn, cùng một nguồn nước sông có thể thay đổi rõ rệt về độ đục, màu, lượng phù sa và chất hữu cơ. Đến mùa tảo phát triển, bài toán lại chuyển sang mùi, màu và sinh khối. Vì thế, thiết kế hệ thống nước mặt không thể dựa vào một sơ đồ cố định rồi áp dụng giống nhau cho mọi sông, hồ hay hồ chứa.

Xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt là quá trình sử dụng các công đoạn cơ học, hóa lý, lọc và khử trùng để xử lý nước khai thác từ sông, hồ, suối, kênh hoặc hồ chứa thành nước có chất lượng phù hợp với mục đích sử dụng. Một hệ thống xử lý nước mặt điển hình có thể gồm thu nước và chắn rác, tiền lắng, keo tụ – tạo bông, lắng hoặc tuyển nổi, lọc, hấp phụ khi cần, khử trùng, chứa nước sạch và phân phối. Công nghệ cuối cùng phải được lựa chọn theo kết quả phân tích nước đầu vào và yêu cầu nước thành phẩm.

Nguồn nước mặt có đặc tính gì cần được xử lý?

Khác với nhiều nguồn nước ngầm có chất lượng tương đối ổn định theo thời gian, nước sông, hồ và hồ chứa chịu ảnh hưởng trực tiếp của mưa, dòng chảy bề mặt, phù sa, hoạt động sản xuất – sinh hoạt xung quanh và biến động sinh học. CDC lưu ý nước từ hồ, sông và hồ chứa thường cần nhiều công đoạn xử lý hơn nước ngầm do có thể chứa nhiều cặn, vi sinh vật và các thành phần hóa học khác nhau.

Trong một dự án xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt, độ đục thường là thông số cần quan tâm sớm. Đất sét, phù sa và các hạt keo có kích thước nhỏ khó tự lắng trong thời gian ngắn. Bên cạnh đó còn có thể xuất hiện màu tự nhiên, chất hữu cơ, rêu tảo, sắt, mangan, amoni hoặc các chất ô nhiễm đặc thù tùy lưu vực.

Không nên mặc định nước mặt nào cũng chứa kim loại nặng, thuốc bảo vệ thực vật hoặc cùng một nhóm chất ô nhiễm. Việc xác định công nghệ cần dựa trên mẫu nước đại diện, tốt hơn nữa là dữ liệu ở các mùa khác nhau nếu chất lượng nguồn biến động lớn.

Với nước cấp cho mục đích sinh hoạt, chất lượng nước thành phẩm cần được đối chiếu với QCVN 01-1:2024/BYT về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt, quy chuẩn thay thế QCVN 01-1:2018/BYT. Quy chuẩn hiện hành kiểm soát các nhóm thông số vi sinh, cảm quan và hóa học; chẳng hạn độ đục thuộc nhóm thông số được quy định giới hạn.

Do đó, nhiệm vụ của công nghệ xử lý nước mặt không phải chỉ làm cho nước “nhìn trong hơn”. Hệ thống phải được thiết kế để kiểm soát những thông số liên quan đến mục đích sử dụng của nước, đồng thời duy trì chất lượng ổn định khi nguồn nước đầu vào thay đổi.

Quy trình xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt được thực hiện thế nào?

Dây chuyền truyền thống được CDC và US EPA mô tả gồm các bước chính: coagulation, flocculation, sedimentation, filtration và disinfection, tương ứng với keo tụ, tạo bông, lắng, lọc và khử trùng. Đây là nền tảng phù hợp để xây dựng nhiều quy trình xử lý nước mặt hiện nay.

Đầu tiên, nước thô được lấy qua công trình thu nước. Song chắn rác hoặc lưới chắn được bố trí để giữ cành cây, rác nổi và vật thể có kích thước lớn trước khi nước đi tới bơm và các công trình phía sau. Với nguồn nhiều cát, phù sa hoặc dao động độ đục lớn, có thể bố trí lắng cát, tiền lắng hoặc hồ sơ lắng.

Sau tiền xử lý là keo tụ – tạo bông. Những hạt keo nhỏ trong nước có thể mang điện tích và tồn tại bền, khiến chúng khó tự kết tụ và lắng. Hóa chất keo tụ được phân tán nhanh để làm mất ổn định hệ keo; sau đó nước được khuấy chậm để các hạt va chạm và hình thành bông cặn lớn hơn.

Hóa chất có thể là phèn nhôm, muối sắt hoặc PAC keo tụ – polyaluminium chloride, tùy tính chất nước. Liều lượng không nên ấn định bằng một con số chung cho mọi dự án mà cần xem xét pH, độ kiềm, độ đục, chất hữu cơ và kết quả jar test.

Cần phân biệt PAC nói trên với PAC trong một số tài liệu tiếng Anh là powdered activated carbon, tức than hoạt tính dạng bột. Hai vật liệu có chức năng hoàn toàn khác nhau.

Sau tạo bông, nước chuyển sang công đoạn làm trong. Với bông cặn có khả năng lắng tốt, có thể sử dụng bể lắng ngang, lắng đứng, lắng tiếp xúc hoặc bể lắng Lamella tùy công suất và mặt bằng. Bông cặn được tách xuống khu vực chứa bùn, còn nước phía trên tiếp tục đi tới công đoạn lọc.

Trường hợp nước hồ có mật độ tảo cao hoặc nhiều hạt có tỷ trọng thấp khó lắng, tuyển nổi DAF có thể được xem xét thay cho hoặc kết hợp với lắng trọng lực. Veolia mô tả DAF là công nghệ phù hợp cho làm trong nước mặt, đặc biệt đối với các hạt nhẹ như tảo.

Nước sau làm trong thường được đưa qua lọc cát nhanh, lọc đa lớp hoặc lọc trọng lực để giữ lại phần cặn nhỏ còn sót. Theo CDC, vật liệu lọc có thể gồm cát, sỏi và các vật liệu thích hợp khác. Các bể lọc phải được rửa ngược định kỳ để giải phóng cặn tích tụ và phục hồi khả năng làm việc.

Khử trùng thường nằm ở giai đoạn cuối của chuỗi xử lý. Clo, chloramine, chlorine dioxide, UV hoặc ozone có thể được lựa chọn tùy mục tiêu công nghệ. Với mạng lưới phân phối dài, chất khử trùng có khả năng duy trì dư lượng trong đường ống có vai trò khác với UV hoặc ozone, vì UV và ozone không duy trì tác dụng khử trùng trong mạng phân phối sau điểm xử lý.

Sơ đồ tổng quát có thể mô tả:

Nước mặt → công trình thu → chắn rác → tiền lắng khi cần → keo tụ → tạo bông → lắng/DAF → lọc → xử lý bổ sung khi cần → khử trùng → bể nước sạch → trạm bơm cấp II → mạng phân phối.

Khi nào hệ thống xử lý nước mặt cần bổ sung công nghệ nâng cao?

Không phải mọi hệ thống xử lý nước mặt đều cần than hoạt tính, UF hay RO. Việc bổ sung công nghệ nên xuất phát từ chất lượng nguồn nước và tiêu chuẩn nước thành phẩm.

Than hoạt tính được cân nhắc khi cần kiểm soát mùi, vị, chất hữu cơ tự nhiên hoặc một số chất hữu cơ vi lượng. SUEZ/Degrémont ghi nhận than hoạt tính dạng bột hoặc dạng hạt được sử dụng bằng cơ chế hấp phụ để xử lý các hợp chất hữu cơ và vi ô nhiễm; GAC cũng được ứng dụng trong các công đoạn polishing của hệ thống nước uống.

Điều này cũng sửa một điểm thường bị mô tả chưa chính xác: than hoạt tính không phải công đoạn khử trùng chính. Nó có vai trò nổi bật về hấp phụ; còn kiểm soát vi sinh cần dựa vào chuỗi nhiều hàng rào gồm keo tụ – lắng, lọc và khử trùng phù hợp.

Màng UF có thể được sử dụng để tăng khả năng giữ cặn mịn, chất keo và vi sinh, đặc biệt với hệ thống cần chất lượng nước sau lọc ổn định. Tuy nhiên, UF không phải giải pháp mặc định cho mọi công trình; chất lượng nước thô, nguy cơ fouling, nhu cầu rửa màng và chi phí vòng đời phải được tính toán.

RO lại phục vụ một mục tiêu khác. Công nghệ thẩm thấu ngược được xem xét khi nước thành phẩm cần giảm sâu muối hòa tan, độ dẫn điện hoặc một số thành phần hòa tan mà hệ keo tụ – lắng – lọc truyền thống không được thiết kế để loại bỏ. Vì vậy, một nhà máy cấp nước sinh hoạt từ nước sông không đồng nghĩa bắt buộc phải lắp RO.

Đối với tảo, màu hoặc chất hữu cơ khó xử lý, hệ thống có thể bổ sung DAF, than hoạt tính, ozone hoặc các quá trình oxy hóa phù hợp. Xylem ghi nhận các nhà máy nước mặt thực tế có thể kết hợp keo tụ/tạo bông, DAF, ozone, lọc GAC, UV và chlorination thành một chuỗi nhiều hàng rào xử lý.

Như vậy, công nghệ xử lý nước cấp hiện đại không có nghĩa là đưa càng nhiều thiết bị vào dây chuyền càng tốt. Một thiết kế phù hợp cần đủ công nghệ để xử lý đúng thành phần mục tiêu nhưng vẫn kiểm soát được đầu tư, hóa chất, năng lượng, lượng nước rửa lọc và khả năng vận hành.

Ưu nhược điểm và cách lựa chọn hệ thống xử lý nước mặt

Ưu điểm của xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt bằng dây chuyền keo tụ – tạo bông – làm trong – lọc – khử trùng là công nghệ đã được ứng dụng rộng, có thể thiết kế cho nhiều dải công suất và điều chỉnh vận hành theo biến động độ đục. Các công đoạn cũng có thể nâng cấp bằng lắng Lamella, DAF, lọc đa lớp, than hoạt tính hoặc công nghệ màng khi cần. US EPA xác định xử lý truyền thống là chuỗi nhiều hàng rào, trong đó quá trình loại hạt và khử trùng bổ trợ cho nhau.

Hạn chế nằm ở chính tính biến động của nước mặt. Khi mưa lớn làm độ đục tăng, khi tảo phát triển hoặc khi pH và chất hữu cơ thay đổi, lượng hóa chất và điều kiện vận hành có thể phải điều chỉnh. Hệ thống cũng phát sinh bùn từ keo tụ – lắng và nước rửa lọc cần được thu gom, xử lý phù hợp.

Bùn của nhà máy nước mặt thường chứa cặn từ nguồn nước cùng hydroxide nhôm hoặc sắt nếu sử dụng các hóa chất tương ứng. Vì vậy, không nên mặc định bùn này phải “ủ kỵ khí tạo methane” như bùn hữu cơ từ hệ thống nước thải. Xylem mô tả bùn lắng của nhà máy nước sử dụng alum hoặc ferric thường được đưa đến bể chứa bùn trước công đoạn tách nước và quản lý tiếp theo.

Khi SKY Envitech thiết kế hệ thống xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt, cơ sở quan trọng cần xem xét gồm công suất giờ và ngày, kết quả phân tích nước thô, biến động theo mùa, diện tích xây dựng, mục đích sử dụng nước, mức độ tự động hóa và yêu cầu chất lượng nước đầu ra. SKY Envitech hiện hoạt động trong lĩnh vực tư vấn, thiết kế, thi công, chuyển giao các hệ thống xử lý nước cấp cùng các giải pháp công nghệ môi trường cho doanh nghiệp và công trình.

Thay vì lựa chọn hệ thống chỉ dựa trên công suất hoặc một sơ đồ có sẵn, doanh nghiệp nên phân tích nguồn nước trước, xác định các thông số cần xử lý và thử nghiệm keo tụ hoặc pilot khi nguồn nước phức tạp. Đây là cơ sở để quyết định nên dùng lắng truyền thống hay Lamella, có cần DAF, than hoạt tính, UF, RO hay không, đồng thời xác định đúng điểm châm hóa chất và chế độ vận hành.

Nếu doanh nghiệp đang khai thác nước sông, hồ hoặc hồ chứa cho sản xuất và sinh hoạt, SKY Envitech có thể cùng đơn vị vận hành đánh giá dữ liệu nguồn nước, công suất và yêu cầu nước thành phẩm để xây dựng công nghệ xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt phù hợp với điều kiện thực tế của dự án.

Meta Description: Xử lý nước cấp từ nguồn nước mặt qua keo tụ, tạo bông, lắng, lọc và khử trùng; tìm hiểu quy trình, công nghệ và cách lựa chọn hệ thống phù hợp.