Lọc sạch nước

Phòng điều khiển và sơ đồ của nhà máy lọc nước ở Lac de Bret, Thụy Sĩ

Lọc sạch nước là quá trình loại bỏ các chất không mong muốn, chất gây ô nhiễm sinh học, chất rắn lơ lửng và khí từ nước. Mục tiêu là sản xuất nước phù hợp cho một mục đích cụ thể. Hầu hết nước được khử trùng dùng cho người (nước uống), nhưng việc lọc nước cũng có thể được thiết kế cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm việc đáp ứng các yêu cầu của y tế, dược phẩm, hóa học và các ứng dụng công nghiệp. Các phương pháp được sử dụng bao gồm các quá trình vật lý như lọc, lắng đọng, và chưng cất; các quy trình sinh học như các bộ lọc cát chậm hoặc carbon hoạt tính sinh học; các quá trình hóa học như hệ keo tách ra từ huyền phù (flocculation) và clo hóa nước (Water chlorination) và sử dụng bức xạ điện từ như ánh sáng cực tím.

Lọc sạch nước có thể làm giảm nồng độ các hạt bao gồm huyền phù, bụi, ký sinh trùng, vi khuẩn, tảo, virut, nấm, cũng như làm giảm nồng độ của một loạt các chất hoà tan và các hạt.

Các tiêu chuẩn về chất lượng nước uống thường do các chính phủ hoặc các tiêu chuẩn quốc tế đặt ra. Các tiêu chuẩn này thường bao gồm nồng độ tối thiểu và tối đa của chất gây ô nhiễm, tùy thuộc vào mục đích sử dụng nước.

Kiểm tra bằng mắt không thể xác định xem nước có chất lượng thích hợp hay không. Các phương pháp đơn giản như đun sôi hoặc sử dụng bộ lọc than hoạt tính của hộ gia đình không đủ để điều trị tất cả các chất gây ô nhiễm có thể có trong nước từ một nguồn không rõ xuất xứ. Ngay cả nước suối tự nhiên - được coi là an toàn cho tất cả các mục đích thực tế trong thế kỷ 19 - bây giờ phải được kiểm tra trước khi xác định những loại điều trị, nếu có, là cần thiết hay không. Phân tích hóa học và vi sinh học, trong khi đắt tiền, là cách duy nhất để có được thông tin cần thiết để quyết định phương pháp thanh lọc thích hợp.

Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) năm 2007, 1,1 tỷ người không được cung cấp nước sạch, 88% trong số 4 tỷ trường hợp mắc bệnh tiêu chảy là do nước không an toàn và thiếu các phương tiện vệ sinh và vấn đề vệ sinh, trong khi đó có 1,8 triệu người chết vì bệnh tiêu chảy mỗi năm. WHO ước tính rằng 94% các trường hợp mắc bệnh tiêu chảy này có thể ngăn ngừa được thông qua việc điều chỉnh môi trường, bao gồm cả việc được dùng nước sạch.^[1] Các kỹ thuật đơn giản để xử lý nước ở nhà như clo hóa, lọc và khử trùng bằng năng lượng mặt trời và cất giữ trong các thùng chứa an toàn có thể cứu được nhiều tính mạng mỗi năm^[2]. Giảm tử vong do các bệnh do nước là mục tiêu y tế công cộng quan trọng ở các nước đang phát triển.^[3]

Nguồn nước

Xem thêm thông tin: Water supply

• 1.Nước ngầm: Nước tràn ra từ một số nước ngầm sâu có thể đã rơi như mưa từ hàng chục, hàng trăm, hoặc hàng ngàn năm trước đây. Các lớp đất và đá tự nhiên lọc nước ngầm với độ trong cao và thường thì nó không cần xử lý bổ sung ngoài việc thêm chlorine hoặc chloramine vào như là các chất khử trùng phụ. Nước như vậy có thể xuất hiện như nước suối, hoặc có thể được chiết xuất từ lỗ khoan hoặc giếng. Nước ngầm thường có chất lượng vi khuẩn rất cao (tức là, vi khuẩn gây bệnh hoặc nguyên sinh thực vật gây bệnh thường không có), nhưng nước có thể chứa nhiều chất rắn hòa tan, đặc biệt là cacbonat và sulfat calci và magnesi. Tùy thuộc vào địa tầng nước chảy, các ion khác cũng có thể có mặt bao gồm chloride, và bicarbonate. Có thể có nhu cầu để giảm hàm lượng sắt hoặc mangan của nước này để làm cho nó được chấp nhận cho việc sử dụng làm nước uống, nấu ăn và giặt ủi. Có thể có đòi hỏi khử trùng sơ cấp. Khi "sạc nước ngầm" được thực hiện (quá trình nước sông được đưa vào tầng ngậm nước để chứa nước trong thời gian có nhiều để có thể dùng trong thời điểm hạn hán) thì nước ngầm có thể cần điều trị bổ sung tùy thuộc vào các quy định hiện hành của tiểu bang và liên bang.
• 2. Hồ cao nguyên và hồ chứa nước thường được đặt ở thượng lưu các hệ thống sông ngòi, hồ vùng cao thường nằm trên bất kỳ nơi ở nào trên khu cư trú của con người và có thể được bao quanh bởi khu bảo vệ để hạn chế các cơ hội bị nhiễm bẩn. Vi khuẩn và mầm bệnh thường thấp, nhưng một số vi khuẩn, động vật nguyên sinh (protozoa) hoặc tảo sẽ có mặt. Ở những vùng đất cao trồng rừng hoặc than bùn, axit humic có thể làm nước đổi màu. Nhiều nguồn ở vùng cao có độ pH thấp cần điều chỉnh.
• 3.Các sông, kênh rạch và các hồ chứa nước ở vùng đất thấp: Nước mặt thấp sẽ có tải lượng vi khuẩn đáng kể và cũng có thể chứa tảo, chất rắn lơ lửng và nhiều thành phần hoà tan khác nhau.
• 4. Việc tạo ra nước từ khí quyển là một công nghệ mới có thể cung cấp nước uống có chất lượng cao lấy nước từ không khí bằng cách làm lạnh không khí và như vậy làm ngưng tụ hơi nước.
• 5. Thu gom nước mưa hoặc sương mù mà thu nước từ khí quyển có thể được sử dụng đặc biệt ở các khu vực có mùa khô đáng kể và ở những khu vực có sương mù ngay cả khi có ít mưa.

6. Khử muối nước biển bằng chưng cất hoặc thẩm thấu ngược.

• 7. Nước bề mặt: Các bể nước ngọt được mở ra cho bầu khí quyển và không được chỉ định là nước ngầm được gọi là nước bề mặt.

Xử lý

Mục tiêu

Mục tiêu của việc xử lý là loại bỏ các thành phần không mong muốn trong nước và làm cho nó an toàn để uống hoặc thích hợp cho một mục đích cụ thể trong ngành công nghiệp hoặc các ứng dụng y tế. Các kỹ thuật đa dạng khác nhau đã có để loại bỏ các chất gây ô nhiễm như chất rắn, vi sinh vật và một số chất vô cơ và hữu cơ hòa tan, hoặc các chất dược phẩm gây ô nhiễm môi trường lâu dài. Việc lựa chọn phương pháp sẽ phụ thuộc vào chất lượng nước được xử lý, chi phí của quá trình xử lý và các tiêu chuẩn chất lượng của nước được mong đợi về nước được chế biến.

Các quy trình dưới đây được sử dụng trong các nhà máy lọc nước. Một số hoặc hầu hết chúng không được sử dụng tùy theo quy mô nhà máy và chất lượng của nước thô (nguồn).

Tiền xử lý

• 1. Bơm và ngăn chặn - Phần lớn nước phải được bơm từ nguồn của nó hoặc đưa vào các đường ống hoặc bể chứa. Để tránh nguy cơ bị ô nhiễm, cơ sở hạ tầng vật lý phải được làm từ vật liệu thích hợp và thiết kế để nguy cơ ô nhiễm không thể xảy ra.
• 2.Lọc - Bước đầu tiên để làm sạch nước bề mặt là loại bỏ các mảnh vỡ lớn, như khúc cây, lá, rác và các hạt lớn khác có thể gây trở ngại cho các bước làm sạch sau đó. Hầu hết nước ngầm sâu không cần sàng lọc trước các bước làm sạch khác.
• 3. Lưu trữ - Nước từ sông cũng có thể được lưu trữ trong các hồ chứa trong khoảng thời gian từ vài ngày đến nhiều tháng để cho phép các bước làm sạch sinh học tự nhiên xảy ra. Điều này đặc biệt quan trọng nếu xử lý bằng các bộ lọc cát chậm. Các hồ chứa cũng là nơi dự trữ cho những đợt hạn hán ngắn hoặc cho phép việc cung cấp nước được duy trìtrong sự cố ô nhiễm tạm thời ở nguồn sông.
• 4. Clo hóa trước - Ở nhiều nhà máy, nước đến được clo hóa để giảm thiểu sự phát triển của các vi khuẩn trên các ống dẫn và bồn chứa. Do những tác động bất lợi có thể xảy ra (xem chlorine dưới đây), điều này phần lớn đã được ngưng.^[4]

Điều chỉnh độ pH

Nước tinh khiết có độ pH gần đến 7 (không có tính kiềm hoặc axit). Nước biển có thể có giá trị pH từ 7,5 đến 8,4 (vừa phải kiềm). Nước trong đất có các độ pH khác nhau tùy thuộc vào địa lý lưu vực (drainage basin) hay tầng ngậm nước (aquifer) và ảnh hưởng của những chất ô nhiễm như mưa axit. Nếu nước có tính axit (dưới 7), vôi, Natri cacbonat, hoặc sodium hydroxide có thể được thêm vào pH trong quá trình làm sạch nước. Vôi thêm làm tăng độ cứng của nước. Đối với nước có độ axit cao, các chất khử khí có thể là một cách hiệu quả để tăng độ pH, bằng cách tước carbon dioxide hòa tan trong nước.^[5] Làm kiềm nước giúp quá trình coagulation và flocculation hoạt động hiệu quả. Độ kiềm đủ cũng làm giảm sự ăn mòn của nước đối với các ống dẫn bằng chì. Axit (axit cacbonic, axit clohiđric hoặc axít sulfuric) có thể được thêm vào trong một số trường hợp để giảm độ pH. Nước kiềm (trên pH 7.0) không có nghĩa là chì hay đồng sẽ không bị hòa tan vào nước. Khả năng của nước để kết tủa calci cacbonat để bảo vệ bề mặt kim loại và giảm khả năng kim loại độc hại bị hòa tan trong nước là một tính năng của độ pH, hàm lượng khoáng, nhiệt độ, độ kiềm và nồng độ calci.^[6]

Chú thích

1. Combating Waterborne Diseases at the Household Level (PDF). World Health Organization. 2007. Part 1. ISBN 978-92-4-159522-3.
2. Water for Life: Making it Happen (PDF). World Health Organization and UNICEF. 2005. ISBN 92-4-156293-5.
3. Combating Waterborne Diseases at the Household Level (PDF). World Health Organization. 2007. Part 1. ISBN 978-92-4-159522-3.
4. McGuire, Michael J.; McLain, Jennifer Lara; Obolensky, Alexa (2002). Information Collection Rule Data Analysis (bằng tiếng Anh). Denver: AWWA Research Foundation and American Water Works Association. tr. 376-378. ISBN 9781583212738. Truy cập ngày 28 tháng 4 năm 2017.
5. “Aeration and gas stripping” (PDF). Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 12 tháng 7 năm 2014. Truy cập ngày 29 tháng 6 năm 2017.
6. “Water Knowledge”. American Water Works Association. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 12 năm 2012. Truy cập ngày 29 tháng 6 năm 2017.

Thư mục

• Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater. American Public Health Association. ISBN 0-87553-047-8.
• Masters, Gilbert M. Introduction to Environmental Engineering. 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998.
• US EPA. "Ground Water and Drinking Water." Overview of drinking water topics and detailed information on US regulatory program. (Updated 2012-03-07.)

Liên kết ngoài

• American Water Works Association
• "Water On Tap: What You Need To Know." – Consumer Guide to Drinking Water in the US (EPA)
• Emergency Disinfection of Drinking Water – Camping, Hiking and Travel (CDC)
• Code of Federal Regulations, Title 40, Part 141 Lưu trữ 2009-02-08 tại Wayback Machine – U.S. National Primary Drinking Water Regulations