Sharing Chemistry with the Community

Hóa học đằng sau quá trình xử lý nước

Chúng ta lấy nước từ các vòi nước trong nhà hay công cộng khi chúng ta mở van khóa. Đôi khi chúng có mùi không mấy dễ chịu tí nào, khi bạn vô tình xả nước vào lúc sáng sớm. Nhưng điều này là không tránh khỏi để giúp nước sinh hoạt sạch hơn. Biết là thế nhưng có ai trong số các bạn biết rõ quy trình xử lý nước tại nguồn, cho đến khi chúng ta có thể sử dụng chúng tại gia không?

Hóa học lại một lần nữa cũng đóng góp bàn tay của mình, trong việc bảo đảm rằng nước được an toàn để sử dụng. Hôm nay, chúng ta sẽ tiếp tục xem xét hóa học đằng sau quá trình xử lý nước và đặc biệt là các hóa chất được sử dụng, để có được nước sạch cho mọi người sử dụng.

Như các bạn biết đấy, nước cuối cùng sử dụng trong nhà của chúng ta có thể bắt đầu ở một số nơi. Phần lớn là nước ngầm – đây là loại nước bên dưới bề mặt Trái đất, bị mắc kẹt giữa các lỗ xốp và các vết nứt trên đá. Nước này thực sự có thể tương đối tinh khiết, do lọc tự nhiên bằng đá phấn và các loại đá tương tự, và đôi khi có thể bỏ qua một số bước xử lý chúng ta sẽ nêu chi tiết ở đây, vì nó chứa rất ít mảnh vụn và vật liệu hữu cơ.

Quy trình xử lý nước

Giai đoạn 1: Loại bỏ các mảnh vụn lớn

Nước từ hồ chứa hoặc sông, sẽ cần được loại bỏ trước vài thứ trước khi có thể bắt đầu xử lý hóa học. Bước đầu tiên trong trường hợp này, giúp loại bỏ các mảnh vụn lớn ra khỏi nước. Đây là một quá trình cơ học đơn giản, theo đó nước được truyền qua một lưới tản nhiệt bẫy các mảnh vụn này. Quá trình loại bỏ lần đầu tiên này, giúp ngăn chặn sự tắc nghẽn trong công tác xử lý sau này trong quá trình.

Giai đoạn 2: Keo (đông) tụ các chất hữu cơ

Việc sàng lọc có thể loại bỏ các lượng chất thải lớn ra khỏi nước, nhưng nó không giúp loại bỏ các mảnh nhỏ hơn, hoặc các chất hòa tan trong nước. Đây là nơi hóa học xuất hiện lần đầu tiên. Để loại bỏ chất hữu cơ, hóa chất được gọi là chất tạo đông được thêm vào – thường là nhôm sunfat hoặc sắt (II) clorua.

Chất làm đông tụ này làm việc vì chúng giúp trung hòa điện tích âm trên các hạt vật chất hữu cơ nhỏ trong nước, ngăn chúng đẩy lùi lẫn nhau và cho phép chúng kết lại với nhau. Sự kết tụ là tên được đặt cho quá trình trộn làm tăng kích thước của các hạt được gộp lại, tạo thành cái mà chúng ta gọi là một khối.

Giai đoạn 3: Loại bỏ các chất hữu cơ

Bùn được hình thành bởi quá trình đông tụ và keo tụ được phép lắng xuống trong giai đoạn tiếp theo, để nó có thể được loại bỏ khỏi nước, xử lý và loại bỏ. Bùn này là một phần trong các hình thức của hydroxit kim loại, được hình thành trong quá trình đông tụ, cũng như các vật liệu hữu cơ loại bỏ. Một số ứng dụng tiềm năng của nó, được sử dụng vào các lĩnh vực để cây trồng phát triển. Trong trường hợp không sử dụng hay tái chế được thì nó phải được gửi đến bãi chôn lấp hoặc thiêu hủy để vứt bỏ.

Giai đoạn 4: Lọc

Sau khi bùn đã được loại bỏ khỏi nước, nó di chuyển đến giai đoạn lọc. Ở đây, nó được truyền qua các lớp vật liệu để giúp loại bỏ bất kỳ chất hữu cơ và các hạt không bị loại bỏ trước đây bởi quá trình đông tụ. Vật liệu được sử dụng thường là một lớp cát trên đầu một lớp sỏi, trong một vài trường hợp, carbon dưới dạng than hoạt tính cũng có thể được sử dụng, giúp loại bỏ các hợp chất có thể làm cho nước có mùi vị và mùi hôi.

Giai đoạn 5: Điều chỉnh độ axit và làm mềm nước

Khi nước đã được lọc, đôi khi có thể cần điều chỉnh độ axit của nó. Điều này là do nước có tính axit rất có thể dẫn đến ăn mòn ống, dẫn đến sự biến màu của nước. Nó cũng có thể dẫn đến các kim loại độc hại như chì đi vào nguồn cung cấp. Để giảm độ chua, nước được truyền qua các bộ lọc chứa đá vôi bị nghiền nát, chủ yếu bao gồm canxi cacbonat.

Canxi cacbonat giúp tăng độ pH của nước, làm cho nó ít chua. Ngược lại, axit cũng có thể được thêm vào nếu độ pH của nước quá cao (quá kiềm), mặc dù điều này ít gặp hơn. Làm mềm nước cũng có thể được thực hiện ở giai đoạn này ở một số nhà máy xử lý (để biết thêm về độ cứng của nước, xem thêm bài viết về hóa học của limescale nhé!).

Giai đoạn 6: Thêm tác nhân chống ăn mòn

Trong một số nhà máy xử lý, người ta cũng cần thiết để thêm các tác nhân chống ăn mòn vào thời điểm này, để ngăn chặn các kim loại từ đường ống làm cho nó vào trong nước. Hóa chất được gọi là orthophosphate, chẳng hạn như axit photphoric, được thêm vào cho mục đích này. Những orthophosphate này đặc biệt ngăn cản chì từ việc đưa nó vào nguồn cung cấp nước, bằng cách hình thành các phức cất chì phosphate không tan trên bề mặt bên trong, đi vào các đường ống.

Giai đoạn 7: Clo hóa nước

Mặc dù tại thời điểm này hầu như tất cả các chất rắn và các chất hòa tan trong nước đã được loại bỏ, các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn và virus vẫn có thể có mặt. Như vậy, nước phải được khử trùng trước khi nó đi qua mạng lưới đường ống dẫn nước đến nhà của người dân. Điều này thường được thực hiện bằng cách thêm một lượng nhỏ clo vào nước. Chlorine là một tác nhân oxy hóa mạnh, phân hủy các thành tế bào và khử hoạt tính các enzym và protein của các tác nhân gây bệnh.

Sự nguy hiểm của quá trình xử lý nước bằng chlorine

Tuy nhiên, việc clo hóa nước không hoàn toàn là vấn đề. Clo có thể phản ứng với lượng dư của các hợp chất hữu cơ còn lại trong nước để tạo thành các hợp chất gọi là trihalomethanes (gọi tắt là THMs).

Các hợp chất này có khả năng gây ung thư, tuy nhiên không có đủ bằng chứng về sự gia tăng nguy cơ ung thư ở người, nhưng chúng đã được chứng minh là gây ung thư ở động vật. Mặc dù vậy, những lợi ích của việc khử trùng nước, ngăn chặn sự lây lan của các bệnh lây lan qua đường nước như bệnh tả và thương hàn, nhưng lại lớn hơn nhiều so với nguy cơ ung thư do THM.

Mức THM trong nước được theo dõi chặt chẽ và không được phép vượt quá mức cho phép. Ngoài ra, vì nó là sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ trong nước tạo điều kiện cho sự hình thành của THMs, vì lý do này mà clo thường diễn ra sau khi chất hữu cơ đã được loại bỏ chủ yếu bằng cách lọc. Một số cơ sở đang bỏ qua vấn đề này bằng cách sử dụng ozone để khử trùng nước thay vì clo.

Tuy nhiên, lợi thế của clo là một lượng còn lại của nó vẫn còn trong nước sau khi rời khỏi cơ sở xử lý, giúp giữ cho mầm bệnh không bị nhiễm bệnh cho đến khi nó đến nhà bạn.

Cuối cùng ở một số khu vực, nơi nồng độ florua trong nước thấp tự nhiên, florua cũng có thể được thêm vào trước khi nước rời khỏi cơ sở xử lý nước. Mục đích của việc này là để cố gắng và giúp ngăn ngừa sâu răng. Sau tất cả những điều này, nước cuối cùng là miễn phí để lại và sử dụng theo cách của bạn. Lần sau khi bạn bật vòi nước thì bài viết này sẽ giúp bạn có một cái gì đó đáng để suy ngẫm!

Tham khảo Compound Interest.

Trả lời