Chất rắn lơ lửng

Chất rắn lơ lửng dùng để chỉ các hạt rắn nhỏ bị lơ lửng trong nước như một dung dịch keo hoặc do sự chuyển động của nước. Nó được sử dụng như là một chỉ số về chất lượng nước.

Nó đôi khi được viết tắt là SS (suspended solids), nhưng không nên nhầm lẫn với các chất rắn có thể lắng được, cũng viết tắt là SS (settleable solids), chúng góp phần làm tắc nghẽn các đường ống thoát nước.

Dạng tồn tại
Chất rắn lơ lửng trong nước có thể là các hạt chất vô cơ, hữu cơ kể cả các hạt chất lỏng không trộn lẫn với nước. Các hạt có bản chất vô cơ có thể là các hạt đất sét, phù sa, hạt bùn… Hạt có bản chất hữu cơ thường là sợi thực vật, tảo, vi khuẩn,…

Nguồn gốc
Chất rắn lơ lửng thường có trong nước mặt do hoạt động xói mòn nhưng ít có trong nước ngầm do khả năng tách lọc tốt của đất. Ngoài các hạt chất rắn lơ lửng có nguồn gốc tự nhiên, nhiều chất rắn lơ lửng xuất phát từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người.

Giải thích
Chất rắn lơ lửng đóng vai trò như là các chất gây ô nhiễm và các mầm bệnh được mang trên bề mặt của các hạt. Kích thước hạt càng nhỏ, tổng diện tích bề mặt trên một đơn vị khối lượng của hạt tính bằng gam sẽ càng lớn, và do đó lượng ô nhiễm mà chúng có thể mang theo sẽ càng cao.

Ảnh hưởng của cặn lắng 
Khi xả nước thải chưa xử lý vào nguồn nước, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống đáy nguồn và khi tốc độ dòng chảy trong nguồn không lớn lắm thì các chất đó sẽ lắng ở ngay cạnh cống xả.
Các chất hữu cơ của cặn lắng bị phân hủy bởi vi khuẩn. Nếu lượng cặn lắng lớn và lượng oxy trong nước nguồn không đủ cho quá trình phân hủy hiếu khí thì oxy hoà tan của nước nguồn cạn kiệt (DO = 0). Lúc đó quá trình phân giải yếm khí sẽ xảy ra và sản phẩm của nó là chất khí H2S, CO2, CH4. Các chất khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy, đồng thời các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quyển. Chúng làm ô nhiễm cả nước và không khí xung quanh. 
Cần chú ý rằng quá trình yếm khí xảy ra chậm hơn nhiều so với quá trình hiếu khí. Bởi vậy khi đưa cặn mới vào nguồn thì quá trình phân giải yếm khí có thể xảy ra liên tục trong một thời gian dài và quá trình làm sạch nguồn nước có thể coi như chấm dứt. Nguồn nước như vậy không thể sử dụng vào mục đích cấp nước, cá sẽ không thể sống và có thể có nhiều thiệt hại khác. Vì vậy trước khi xả vào sông hồ, cần phải loại bỏ chất rắn lơ lửng có trong nước thải.

Cách loại bỏ
Việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng thường đạt được thông qua việc sử dụng các chất lắng đọng và/hoặc các bộ lọc nước (thường là ở cấp thành phố). Bằng cách loại bỏ hầu hết các chất rắn lơ lửng trong một nguồn cung cấp nước, nước được xử lý hầu hết chỉ dùng để uống. Tiếp theo sau đó là việc khử trùng để đảm bảo rằng bất kỳ tác nhân gây bệnh bị loại bỏ hoàn toàn, hoặc các mầm bệnh liên quan với số lượng nhỏ còn lại của chất rắn lơ lửng, sẽ bị vô hiệu hóa.

Hiệu quả lọc

Việc sử dụng một bộ lọc vải rất đơn giản, bao gồm một sari bông gấp lại, làm giảm đáng kể lượng dịch tả mang trong nước, và phù hợp cho những người nghèo sử dụng; trong trường hợp này, một phương pháp công nghệ khử trùng thích hợp có thể được bổ sung, chẳng hạn như khử trùng nước bằng năng lượng mặt trời.
Một ngoại lệ lớn cho khái quát này là asen ô nhiễm nguồn nước ngầm, như asen là chất ô nhiễm rất nguy hiểm và nó tan được trong nước, và vì vậy chúng loại bỏ không được ngay khi chất rắn lơ lửng được loại bỏ. Điều này làm cho nó rất khó khăn để xử lý, và việc tìm kiếm một nguồn nước thay thế thường là lựa chọn thực tế nhất.

Xác định chất rắn lơ lửng bằng cách lọc qua cái lọc sởi thủy tinh (TCVN 6625:2000)

Nguyên tắc

Dùng máy lọc chân không hoặc áp suất để lọc mẫu qua cái lọc sợi thủy tinh. Sấy cái lọc ở 105oC và lượng cặn được xác định bằng cách cân.

Thiết bị, dụng cụ

+ Thiết bị dùng để lọc chân không hoặc dưới áp suất, có các bộ phận lọc phù hợp. Thiết bị để lọc màng có thể dùng cho nhiều loại cái lọc. Tấm đỡ cái lọc cần có đủ độ thấm để nước tự do chảy qua.

+ Cái lọc sợi thủy tinh borosilicat, không chứa chất kết dính. Cái lọc cần có đường kính thích hợp để lắp vừa vào thiết bị.

Độ hao khối lượng trong một phép thử trắng phải nhỏ hơn 0,3 mg/l. Nên dùng loại cái lọc có khối lượng trong khoảng 50 g/m2 và 100 g/m2.

Thử độ hao khối lượng trong khi lọc bằng cách dùng phương pháp ở điều 8 nhưng thay mẫu bằng 150ml nước cất. Kiểm tra riêng từng hộp hoặc lô. Dùng ba cái lọc lựa chọn ngẫu nhiên để tăng độ nhạy của phép thử. Để loại những thành phần tan trong nước, cái lọc cần được rửa trước. Từng cái lọc hoặc một số ít cái lọc (< 10) được rửa trước bằng cách lọc 150 ml nước cất và sấy khô ở 105oC trong vòng ít nhất 1h.
Cái lọc có thể rửa bằng cách súc với nước cất vài giờ. Nước rửa sau đó được bỏ đi và cái lọc được sấy ở 105oC ít nhất 1h hoặc sấy qua đêm.

Những cái lọc sợi thủy tinh của các hãng khác nhau có thể có một vài đặc tính khác nhau. Cần chỉ rõ loại lọc và hãng sản xuất trong báo cáo.

+ Tủ sấy, có khả năng duy trì nhiệt độ 105oC + 2oC.

+ Cân phân tích, có thể cân với độ chính xác ít nhất là 0,1 mg.

+ Giá sấy, bằng vật liệu thích hợp, dùng để đỡ cái lọc trong tủ sấy.

Thuốc thử

+ Huyền phù so sánh, dùng vi tinh thể xenlulo, nồng độ 500 mg/l.
Cân 0,5g (đã sấy khô) vi tinh thể xenlulo (C6H10O5)n, loại dùng cho sắc ký lớp mỏng (TLC) hoặc tương đương, chuyển vào bình định mức 1000 ml và thêm nước cất đến vạch mức.
Huyền phù này bền ít nhất ba tháng. Lắc kĩ huyền phù trước khi dùng. Lượng khô của vi tinh thể xenlulo có thể được xác định bằng cách sấy khô một mẫu riêng trong tủ sấy 105oC + 2oC.

+ Huyền phù xenlulo so sánh để làm việc, nồng độ= 50 mg/l.
Lắc kĩ huyền phù so sánh cho đến hoàn toàn đồng thể. Đong nhanh vào bình định mức 100 ml 
(100 ml + 1 ml). Chuyển thể tích đã đo vào bình định mức 1000 ml và làm đầy đến vạch mức bằng nước cất. Lắc kĩ trước khi dùng. Chuẩn bị huyền phù xenlulo so sánh này hàng ngày.

Lấy mẫu và xử lý

Lấy mẫu theo hướng dẫn trong TCVN 5992: 1995 (ISO 5667-2). Nên lấy mẫu vào bình trong suốt.
Tránh lấy đầy bình để lắc cho tốt.
Cần phân tích chất rắn lơ lửng càng nhanh càng tốt sau khi lấy mẫu, nên làm trong vòng 4h. Nếu không được, thì phải giữ mẫu ở dưới 8oC trong tối, nhưng không được để mẫu đông lạnh. Phải cẩn thận khi trình bày các kết quả thu được từ những mẫu đã lưu giữ quá 24h. Không thêm gì vào mẫu khi lưu giữ.
Nếu phân tích mẫu quá 4h sau khi lấy, cần nêu rõ trong báo cáo kể cả điều kiện bảo quản.

Cách tiến hành

+ Để mẫu đạt nhiệt độ phòng

+ Đảm bảo rằng độ hao khối lượng là nhỏ hơn 0,3 mg trên mỗi cái lọc.

+ Để cái lọc đạt cân bằng độ ẩm ở cạnh cân và cân với độ chính xác 0,1 mg trên cân phân tích. Tránh bụi bám vào cái lọc. Nên để cái lọc trong bình hút ẩm.

+ Đặt cái lọc vào phễu ở thiết bị lọc mặt nhẵn xuống dưới, và nối thiết bị với máy bơm chân không (hoặc áp suất).

Cảnh báo trước áp suất ở các bình thủy tinh lớn có thể gây ra nổ nếu bình có vết xước. Cần có những chú ý an toàn thích hợp.

+ Lắc bình mạnh và chuyển ngay một thể tích mẫu thích hợp vào ống đong.

Nếu mẫu được chứa đầy bình thì dùng kĩ thuật "trộn giữa hai bình". Chú ý rằng bình thứ hai cần khô và sạch trước khi dùng.
Lấy lượng mẫu sao cho cặn khô trên cái lọc phù hợp với giải khối lượng tối ưu cho việc xác định, khoảng 5 mg đến 50 mg. Cần tránh để thể tích mẫu vượt quá 1 lít. Để kết quả có giá trị, lượng cặn khô cần đạt tối thiểu là 2 mg. Đọc thể tích mẫu với độ chính xác 2% hoặc hơn. Thể tích mẫu nhỏ hơn 25 ml cần phải được xác định bằng cân.

+ Lọc mẫu, tráng ống đong bằng 20 ml nước cất và dùng lượng nước này để rửa cái lọc. Tráng phần trong của phễu bằng 20 ml nước cất khác.
Nếu mẫu chứa trên 1000 mg/l chất rắn hòa tan thì tráng cái lọc ba lần, mỗi lần 50 ml nước cất. Chú ý rửa cả vành cái lọc. Quá trình lọc thông thường hoàn thành trong vòng 1 min. Tuy nhiên, một số loại mẫu chứa các chất gây bít cái lọc. Điều đó làm tăng thời gian lọc và kết quả phụ thuộc vào thể tích mẫu. Nếu cái lọc bị tắc thì cần làm lại quá trình xác định với thể tích mẫu nhỏ hơn và cần chú ý khi trình bày kết quả.
Tháo bỏ nguồn chân không (hoặc áp suất) khi thấy cái lọc đã khô. Cẩn thận gỡ cái lọc khỏi phễu bằng một kẹp tày đầu. Cái lọc có thể được gập lại nếu cần. Đặt cái lọc lên giá sấy và sấy trong tủ sấy ở 105oC + 2oC từ 1h đến 2h. Lấy cái lọc ra khỏi tủ sấy, để cho nó cân bằng với không khí xung quanh cân và lại cân nó như trước.

Kiểm tra

Lặp lại phép thử và dùng 200 ml huyền phù so sánh làm việc. Độ tìm thấy phải nằm trong khoảng 90% và 110%.

Tính toán

Hàm lượng chất rắn lơ lửng, tính bằng miligam trên lit, được tính bằng phương trình
p=<1000(b-a)></V>
trong đó
b. là khối lượng cái lọc sau khi lọc, tính bằng miligam;
a. là khối lượng cái lọc trước khi lọc, tính bằng miligam;
V. là thể tích mẫu, tính bằng mililit. Nếu mẫu được cân thì 1 g được xem tương đương với 1 ml.
Báo cáo kết quả theo miligam trên lit với hai số có nghĩa. Kết quả dưới 2 mg/l được báo là "dưới 2 mg/l".

Tổng chất rắn lơ lửng TSS

Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) là trọng lượng khô của hạt được giữ lại khi đi qua bộ lọc. Đó là một thông số chất lượng nước được sử dụng ví dụ để đánh giá chất lượng nước thải sau khi xử lý tại nhà máy xử lý nước thải. Nó được liệt kê như là một chất gây ô nhiễm thông thường trong Đạo luật nước sạch ở Hoa Kỳ.
TSS trước đây được gọi là dư lượng không thể lọc (NFR), nhưng đã được thay đổi để TSS vì sự không rõ ràng trong các ngành khoa học khác.

Đo lường TSS 
TSS của một mẫu nước hoặc nước thải được xác định bằng cách đổ một khối lượng đo cẩn thận của các nước (thông thường một lít, có thể ít hơn nếu mật độ hạt cao, hoặc là hai hay ba lít nước nếu là nước rất sạch) thông qua một bộ lọc cân trước có kích thước lỗ quy định, sau đó cân các bộ lọc một lần nữa sau khi đã sấy hoàn toàn. Bộ lọc cho phép đo TSS thường được cấu tạo từ sợi thủy tinh. [2] Việc đo khối lượng TSS là đo trọng lượng khô của hạt hiện diện trong mẫu nước được thể hiện trong đơn vị dẫn xuất hoặc tính từ khối lượng của nước lọc (thường miligam trên lít hoặc mg / L).

Nếu nước chứa một lượng đáng kể các chất hòa tan (chắc chắn sẽ có trường hợp như vậy khi đo TSS trong nước biển), điều này sẽ thêm vào trọng lượng của các bộ lọc khi nó khô. Vì vậy nó là cần thiết để "rửa" bộ lọc và mẫu với nước cất sau khi lọc mẫu và trước khi làm khô bộ lọc. Sự thiếu sót trong các bước này là một cái lỗi phổ biến được gây ra bởi những kỹ thuật viên thiếu kinh nghiệm trong việc xử lý mẫu nước biển, và nó sẽ làm mẫu đó mất giá trị khi khối lượng muối dính trên các bộ lọc trong quá trình sấy có thể rất dễ vượt quá khối lượng thực của các hạt vật chất lơ lửng.

Mặc dù ý nghĩa độ đục là đo khoảng thuộc tính chất lượng nước tương tự như TSS, càng lâu thì càng tốt vì nó cung cấp một khối lượng thực tế của vật liệu hạt hiện diện trong mẫu. Trong những tình huống quan trắc chất lượng nước, một loạt các phép đo hơn TSS nhiều lao động sẽ được ghép nối với các phép đo độ đục tương đối nhanh chóng và dễ dàng để phát triển một mối tương quan điểm cụ thể. Một khi được thành lập thỏa đáng, sự tương quan có thể được sử dụng để ước lượng TSS từ các phép đo độ đục thường xuyên, tiết kiệm thời gian và công sức. Bởi vì việc đọc độ đục phần nào phụ thuộc vào kích thước hạt, hình dạng và màu sắc, phương pháp này đòi hỏi phải tính toán một phương trình tương quan đối với từng vị trí. Hơn nữa, tình huống hoặc điều kiện mà có xu hướng làm hoãn các hạt lớn hơn thông qua chuyển động dưới nước (ví dụ: tăng trong một dòng chảy hiện tại hoặc tác động của sóng) có thể sản xuất giá trị cao hơn của TSS không nhất thiết phải đi kèm với một việc gia tăng tương ứng với độ đục. Điều này là do các hạt trên một kích thước nhất định (về cơ bản là những hạt lớn hơn các hạt mùn) không được đo bằng máy đo độ đục bằng 1 đục kế (nó giải quyết ra trước khi đọc được thực hiện), nhưng đóng góp đáng kể vào giá trị TSS.

vấn đề định nghĩa TSS 
Mặc dù TSS dường như là một biện pháp đơn giản trọng lượng hạt thu được bằng cách tách các hạt từ một mẫu nước sử dụng một bộ lọc, nó bị như một số lượng được định rõ từ thực tế là các hạt xảy ra trong tự nhiên trong cơ bản là một chuỗi các kích cỡ. Vào cuối thấp hơn, TSS dựa một cái ngăn được tạo ra bởi các thuộc tính của bộ lọc được sử dụng. Ở cuối phía trên, vách ngăn nên là loại trừ tất cả các hạt quá lớn để được "lơ lững" trong nước. Tuy nhiên, đây không phải là một kích thước hạt cố định mà phụ thuộc vào năng lượng học của tình hình tại thời điểm lấy mẫu: nước di chuyển ngăn các hạt lớn hơn lại mà vẫn nằm trong nước. Thông thường nó là trường hợp mà các vật liệu lơ lững được thêm vào gây ra bởi sự chuyển động của các nước là vấn đề đang được quan tâm.
Những vấn đề này trong việc làm mất giá trị của TSS; nhất quán trong phương pháp và kỹ thuật có thể khắc phục nhược điểm đến trong hầu hết các trường hợp. Nhưng so sánh giữa các nghiên cứu có thể yêu cầu xem xét cẩn thận các phương pháp luận sử dụng để thiết lập rằng nghiên cứu này được thực tế đo lường giống nhau. TSS (mg/l) có thể được tính như sau: (Trọng lượng khô của cặn và bộ lọc (gam) – Trọng lượng khô của bộ lọc (gam))/ml mẫu * 1.000.000

Các cách xử lý chất rắn lơ lửng 

Phương pháp kết tủa

Cơ chế của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn.
Trước đây người ta thường dùng quá trình này để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ và thứ cấp. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này thường là: Phèn nhôm, Sắt(III) chloride, muối sắt sunfat, vôi…. Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 ÷ 90% TSS, 40 ÷ 70% BOD5, 30 ÷ 60% COD và 80 ÷ 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ,loại được 50 ÷ 70% TSS, 30 ÷ 40% chất hữu cơ.

Sử dụng hóa chất để loại chất rắn lơ lửng

Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau:

Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 ⇔ 3CaSO4+ 2Al(OH)3+ 6CO2+ 18H2O

Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp.

Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra

Ca(OH)2+ H2CO3 ⇔ CaCO3+ 2H2O

Ca(OH)2+ Ca(HCO3)2 ⇔ 2CaCO3+ 2H2O

Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng.

Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau:

FeSO4+ Ca(HCO3)2 ⇔ 2Fe(HCO3)2 + CaSO4+ 2H2O

Fe(HCO3)2+ Ca(OH)2 ⇔ 2Fe(OH)2 + 2CaCO3+ 2H2O

4Fe(OH)2+ O2+ 2H2O ⇒ 4Fe(OH)3

Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy. Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau

FeCl3+ 3 H2O ⇔ Fe(OH)3+ 3H++ 3Cl -3H++ 3HCO3 -⇔ 3H2CO3

Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau

FeCl3 + Ca(OH)2 ⇔ 3CaCl2 + 2Fe(OH)3

Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau

Fe2(SO4)3+ Ca(OH)2 ⇔ 3CaSO4 + 2Fe(OH)3

Tham khảo

Nước