Việc loại bỏ tạp chất gốc hữu cơ (Natural Organic Matter_NOM) thông qua quá trình keo tụ và sa lắng là bước quan trọng trong xử lý nước, nhưng đây cũng là bước nhiều thử thách cho các nhà máy nước trên toàn cầu. Severn Trent - công ty nước hàng đầu Anh Quốc, đã đầu tư thiết bị đo thế zeta để nâng cao khả năng kiểm soát hóa chất keo tụ trong gần một thập kỷ qua. Trong bài viết này, sẽ cho các bạn thấy công ty đã sử dụng thiết bị Zetasizer Nano như thế nào trong offline và online để giảm rủi ro trong vận hành, chi phí hóa chất và thiết lập nên tảng cho việc tự động hóa công đoạn làm sạch cặn trong xử lý nước.

Thử thách trong việc kiểm soát cặn lơ lửng

Công ty Severn Trent trong quá khứ dùng phương pháp Jar test, một kỹ thuật truyền thống, để giám sát hiệu suất keo tụ tại các nhà máy xử lý của họ trên toàn Anh quốc. Jar test là một quy trình thủ công tốn khoảng 30 phút để thực hiện tùy theo phương pháp từng phòng thí nghiệm. Quy trình bao gồm cho một lượng nhất định hóa chất keo tụ vào nước cần xử lý rồi chờ hình thành bông cặn, ở điều kiện quy định. Cách phân tích này cũng cho đánh giá tương đối hiệu suất của nhà máy nhưng nhiều rủi ro, và thời gian chết khá nhiều – kể từ lúc lấy mẫu cho đến khi ra kết quả. Hơn thế nữa, thực tế cho thấy phương pháp Jar test không đáp ứng kịp thời khi có sự thay đổi đột ngột chất lượng nước đầu vào và kỹ thuật này cũng không cho biết chính xác phải thay đổi liều lượng hóa chất thế nào để tối ưu hóa việc tạo bông cặn, dẫn đến kết quả bất ổn định. Phương pháp Jar test cũng hạn chế trong việc mô phỏng chính xác điều kiện vận hành, dẫn đến sự chênh lệch về kết quả thu nhận được.

Với việc thời gian đo kéo dài và kết quả có sự dao động đáng kể cho thấy phương pháp Jar test chỉ có thể đánh giá hiệu suất nhà máy xử lý nước ở mức độ vừa phải. Sự không chắc chắn này dẫn đến dễ bị cho hóa chất quá liều, nhà máy phải vận hành hết sức thận trọng với hy vọng duy trì sự ổn định, trong trường hợp nguồn nước thay đổi thành phần đột ngột.

Ở khía cạnh giá thành hóa chất thì phương pháp này không đạt yêu cầu, thực tế, khi hóa chất quá liều thì điện tích bề mặt thay đổi, chuyển bề mặt hạt sang điện tích dương và bông cặn trở nên lơ lững trở lại trong nước.

Để khắc phục vấn đề này, Severn Trent đã tiến hành đầu tư thay thế phương pháp Jar test từ vài năm trước, với mục đích tìm kiếm một kỹ thuật đáng tin cậy và cho nhiều thông tin hơn, mang đến một nền tảng vững chắc hơn trong kiểm soát nhà máy và tiến tới tự động hóa công đoạn làm sạch cặn trong tương lai.

Đánh giá thế zeta

Phương pháp thế Zeta được sử dụng để nghiên cứu sâu mối tương quan giữa chất lượng nước sạch, thông qua giá trị độ đục và tiến hành phân tích lặp lại nhiều lần nguồn nước trong các điều kiện khác nhau. Mục đích của việc làm này là nhằm tìm ra mối tương quan chắc chắn giữa thế zeta và hiệu quả tách cặn đối với tất cả các nguồn nước. Thế zeta nằm trong khoảng từ -10 mV đến + 3mV được cho là sẽ mang lại hiệu suất cao trong việc trung hòa điện tích và chỉ định phải được kiểm soát tốt trong vùng này thì mới đảm bảo hiệu suất vận hành. Điều này có thể thực hành bằng cách thay đổi liều lượng hóa chất keo tụ hay thay đổi pH, vốn làm thay đổi điện tích bông cặn.

Công trình tiên phong này cũng chứng minh tính thực tế đầy hấp dẫn của việc đo thế zeta bằng kỹ thuật laser. Hệ thống phân tích tự động, tiên tiến triển khai cho việc đo thế zeta (Zetasizer Nano, Malvern Instruments), cung cấp kết quả chính xác, ổn định từ tất cả các kỹ thuật viên khác nhau, trong vòng chưa tới 5 phút.

Nói tóm lại thiết bị đo thế Zeta mang đến cơ hội nâng cao hiệu suất vận hành nhà máy thông qua các quy trình được thiết lập dựa trên các thông tin được cung cấp kịp thời, kết quả không phụ thuộc vào kỹ thuật viên.

Giới thiệu Zetasizer WT: giải pháp đo thế zeta online cho nhà máy xử lý nước

Zetasizer WT kết hợp kỹ thuật hàng đầu của Malvern là đo điện di bằng tán xạ ánh sáng với hơn hai thập kỷ kinh nghiệm đo trực tuyến hiện trường để mang đến cho các nhà máy xử lý nước một công cụ đo thế zeta online. Lợi ích mang đến là một hệ thống tự động hoàn toàn có khả năng đo thế zeta với độ tin cậy cao để giám sát và điều khiển hiệu quả quá trình kết tụ bông cặn.

Thế zeta được đo dựa trên kỹ thuật ELS. Mẫu sẽ được đặt trong một điện trường và các hạt cặn lơ lững mang điện sẽ di chuyển về điện cực trái dấu với tốc độ tương ứng với thế zeta của nó. Tốc độ di chuyển hạt mang điện được đo dựa trên kỹ thuật sử dụng nguồn laser và hiệu ứng Doppler. Sự thay đổi tần số, hay còn gọi là pha, của tia laser chiếu tới mẫu gây ra bởi sự di chuyển điện tích được đo lường để suy ra tốc độ của hạt. Dựa vào thông tin độ nhớt của hệ phân tán, giá trị này sẽ được chuyển đổi sang thế zeta, thông qua thuật toán lý thuyết Smoluchowski hoặc Huckle.