Bài 6 · Chuyên đề học tập

Xử lí nước sinh hoạt

Mô tả quy trình xử lí nước thô thành nước sinh hoạt (keo tụ – lắng – lọc – khử trùng, làm mềm khi cần), tính liều hoá chất và sản phẩm phản ứng của phèn, clo, soda, rồi làm thực hành jar test để chọn liều phèn tối ưu.

Ứng với SGK Hoá học 12 (bộ thống nhất): Chuyên đề 2 · Bài 6

⚡ Nhớ nhanh

1Quy trình: nước thô → keo tụ (phèn, PAC) → lắng → lọc (cát, than hoạt tính) → khử trùng (Cl₂, ClO₂, O₃, UV) → bể chứa; nước cứng thì thêm khâu làm mềm.
2Keo tụ: Al₂(SO₄)₃ + 6HCO₃⁻ → 2Al(OH)₃↓ + 3SO₄²⁻ + 6CO₂↑. Al(OH)₃ dạng bông hấp phụ cặn rồi lắng xuống; phèn tiêu hao độ kiềm nên pH giảm.
3Liều phèn có giá trị tối ưu: thiếu thì hạt keo chưa kết bông, thừa thì nước đục lại (đồ thị độ đục theo liều có dạng chữ U).
4Khử trùng bằng clo: Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO; HClO diệt khuẩn. Phải có clo dư 0,2–1,0 mg/L để giữ an toàn trên đường ống.
5Làm mềm (nhắc bài 25): Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓ (soda), hoặc trao đổi ion. Đun sôi chỉ làm mềm nước cứng tạm thời.
6Bẫy: nghĩ phèn càng nhiều nước càng trong; tính khối lượng phèn mà quên đổi mg/L ra g/m³ và giờ ra ngày.

👀 Nhìn là hiểu

Chỉnh độ đục nước thô, liều phèn, liều clo và bật/tắt bể lọc, làm mềm: sim cho biết độ đục, pH, clo dư và độ cứng sau từng công đoạn, đối chiếu với ngưỡng nước sạch. Tab Thí nghiệm là buổi jar test (6–7 cốc, liều phèn khác nhau, đo độ đục sau lắng, có bẫy ghi sớm); tab Đoán trước có 4 câu.

Độ đục0,2 NTU ✓

pH6,6 ✓

Clo dư0,5 mg/L ✓

Độ cứng60 mg/L ✓

Phương trình: Al₂(SO₄)₃ + 6HCO₃⁻ → 2Al(OH)₃↓ + 3SO₄²⁻ + 6CO₂↑ · Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO · Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓

Kéo thả tự do, xem số và đồ thị chạy theo.

Độ đục nước thô: 50 NTU Liều phèn Al₂(SO₄)₃: 30 mg/L Liều clo: 1,5 mg/L (nhu cầu clo 1,01 mg/L)

Đạt cả 4 chỉ tiêu: độ đục 0,2 NTU, pH 6,6, clo dư 0,5 mg/L, độ cứng 60 mg/L. Phèn 30 mg/L loại 96 % độ đục ở khâu keo tụ – lắng.

1 🚰 Quy trình xử lí nước sinh hoạt

Cần nhớ

✦Nước thô (sông, hồ, giếng) có cặn, hạt keo mang điện âm, vi sinh vật, đôi khi có độ cứng, Fe, Mn cao. Mục tiêu: đạt các ngưỡng nước sạch: độ đục ≤ 2 NTU, pH 6,0–8,5, clo dư 0,2–1,0 mg/L, độ cứng ≤ 300 mg/L CaCO₃.
✦Keo tụ – tạo bông: cho phèn nhôm (Al₂(SO₄)₃, phèn chua KAl(SO₄)₂·12H₂O) hoặc PAC, khuấy; Al³⁺ trung hoà điện tích hạt keo và tạo Al(OH)₃ dạng bông.
✦Lắng: bông cặn nặng chìm xuống đáy bể lắng. Lọc: nước qua lớp cát (và than hoạt tính) giữ lại bông cặn nhỏ sót lại, than hoạt tính còn hấp phụ mùi, clo, chất hữu cơ.
✦Khử trùng sau cùng để diệt vi sinh vật gây bệnh: clo (Cl₂), ClO₂, ozone O₃ hoặc tia UV; có thể thêm làm mềm (soda, vôi, nhựa trao đổi ion) nếu nước cứng.

Độ đục qua từng công đoạn (ví dụ trên sim)

Công đoạn	Độ đục (NTU)	pH	Ghi chú
Nước thô	50	7,2	Đục, độ kiềm 2,0 mmol/L
Keo tụ – lắng (phèn 30 mg/L)	2,0	6,6	Bông Al(OH)₃ lắng xuống, pH giảm
Lọc cát	0,2	6,6	Giữ lại 90 % cặn còn sót
Khử trùng (Cl₂ 1,5 mg/L)	0,2	6,6	Clo dư 0,5 mg/L

Dạng bài

Tính phản ứng của phèn

1 Đổi liều phèn ra mmol/L: n = mg/L342 (M của Al₂(SO₄)₃ = 342).
2 Nhân theo hệ số phương trình Al₂(SO₄)₃ + 6HCO₃⁻ → 2Al(OH)₃ + 3SO₄²⁻ + 6CO₂: HCO₃⁻ và CO₂ gấp 6 lần, Al(OH)₃ gấp 2 lần phèn.
3 Đổi ngược ra mg/L: HCO₃⁻ (61), CO₂ (44), Al(OH)₃ (78).
4 Kiểm tra bảo toàn khối lượng: phèn + HCO₃⁻ = Al(OH)₃ + SO₄²⁻ + CO₂ ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Quên hệ số 6: coi phèn tiêu hao 0,0877 mmol/L HCO₃⁻ (5,3 mg/L) và dự đoán pH hầu như không đổi; thực tế tiêu hao gấp 6 lần.

🧪

Làm mẫu

Nước thô có độ đục 50 NTU, pH 7,2, độ kiềm 2,0 mmol/L HCO₃⁻. Cho phèn Al₂(SO₄)₃ liều 30 mg/L. Tính lượng HCO₃⁻ bị tiêu hao, CO₂ và Al(OH)₃ sinh ra (mg/L).

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

2 🧫 Keo tụ: phèn, PAC và liều tối ưu

Cần nhớ

✦Hạt keo đất sét trong nước mang điện tích âm nên đẩy nhau, không tự lắng. Al³⁺ (từ phèn) hút vào và trung hoà điện tích; đồng thời Al³⁺ thuỷ phân: Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃↓ + 3H⁺.
✦Bông Al(OH)₃ xốp hấp phụ các hạt keo và kéo chúng lắng xuống. Chất keo tụ thường dùng: phèn nhôm Al₂(SO₄)₃, phèn chua, muối sắt FeCl₃, PAC (polyaluminium chloride).
✦Phèn sinh H⁺ và tiêu hao độ kiềm (HCO₃⁻ + H⁺ → CO₂ + H₂O) nên pH giảm. Nước ít kiềm mà dùng nhiều phèn thì pH có thể xuống dưới 6, phải nâng lại bằng vôi hoặc soda.
✦Liều tối ưu: thiếu phèn thì không đủ trung hoà, hạt không kết bông; thừa phèn thì hạt keo bị đảo thành điện tích dương, đẩy nhau trở lại ⇒ nước đục lại. Nước thô càng đục, liều tối ưu càng cao. Liều tối ưu tìm bằng jar test.

So sánh chất keo tụ thường gặp

Chất	Công thức	Đặc điểm
Phèn nhôm	Al₂(SO₄)₃	Rẻ, phổ biến; làm giảm pH
Phèn chua	KAl(SO₄)₂·12H₂O	Dùng quy mô nhỏ, hộ gia đình vùng lũ
Muối sắt(III)	FeCl₃	Hiệu quả ở khoảng pH rộng, nước để lại màu nâu nếu dư
PAC	Polyaluminium chloride	Ít làm giảm pH, hiệu quả hơn phèn nhôm cùng liều

3 🧴 Khử trùng bằng clo

Cần nhớ

✦Khi clo tan vào nước: Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO. HClO (acid hypochlorous) oxi hoá mạnh, diệt vi khuẩn, virus. Nước Javel (NaClO) cũng tạo HClO.
✦Nhu cầu clo: một phần clo bị tiêu thụ bởi chất hữu cơ, NH₄⁺, Fe²⁺… và bởi cặn đục. Clo dư = liều clo − nhu cầu clo. Clo dư 0,2–1,0 mg/L giữ nước an toàn đến tay người dùng, nhiều hơn thì mùi khó chịu.
✦Nước còn đục thì vi sinh vật nấp trong hạt cặn, clo khó tác dụng ⇒ phải keo tụ, lắng, lọc trước rồi mới khử trùng.
✦Khí Cl₂ rất độc: chỉ nhân viên được đào tạo mới vận hành. Thực hành ở trường chỉ dùng dung dịch loãng và đeo khẩu trang, kính, làm trong tủ hút.

4 🧂 Làm mềm nước cứng (nhắc lại bài 25)

Cần nhớ

✦Độ cứng do Ca²⁺, Mg²⁺ gây ra; thường quy ra mg CaCO₃/L (1 mmol/L ion Ca²⁺ hoặc Mg²⁺ ứng với 100 mg/L CaCO₃).
✦Cứng tạm thời (có HCO₃⁻): đun sôi, Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O; hoặc thêm vôi vừa đủ. Cứng vĩnh cửu (Cl⁻, SO₄²⁻) thì đun không mềm được.
✦Thêm soda: Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓ và Mg²⁺ + CO₃²⁻ → MgCO₃↓. Hoặc cho nước qua nhựa trao đổi ion thay Ca²⁺, Mg²⁺ bằng Na⁺.
✦Quy chuẩn sinh hoạt chỉ yêu cầu độ cứng ≤ 300 mg/L CaCO₃; nhà máy làm mềm khi nguồn nước quá cứng.

5 🔬 Thực hành: jar test chọn liều phèn

An toàn

✦Chỉ làm trong phòng thí nghiệm, có giáo viên hướng dẫn; đeo kính và găng. Phèn gây kích ứng mắt; dung dịch thải gom lại, không đổ ra môi trường.
✦Không tự pha trộn phèn, Javel, acid ở nhà; không uống nước thí nghiệm.

Dạng bài

Các bước jar test

1 Dụng cụ: 6–7 cốc 1 L, máy khuấy nhiều trục (hoặc đũa khuấy), dung dịch phèn 1 g/L, độ đục kế, pH kế, pipet.
2 Cho 1 L nước thô 50 NTU vào mỗi cốc, thêm các liều phèn khác nhau (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 mg/L).
3 Khuấy nhanh 1 phút (trộn phèn), khuấy chậm 15 phút (tạo bông), để lắng 30 phút.
4 Lấy phần nước trong ở gần mặt, đo độ đục và pH; vẽ độ đục theo liều. Kiểm tra: đồ thị có cực tiểu ở một liều, hai phía đều cao hơn ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Đo độ đục khi bông còn lơ lửng (chưa lắng đủ) thì số đo cao hơn thật, liều tối ưu bị chọn sai. Tab Thí nghiệm tô vàng dòng ghi sớm.

Một bảng số liệu mẫu (mô hình minh hoạ, không phải số đo thật)

Liều phèn (mg/L)	Độ đục sau lắng (NTU)	Hiệu suất loại đục
0	49	2 %
10	42	16 %
20	19	62 %
30	2,0	96 %
40	19	62 %
50	42	16 %
60	49	2 %

Đọc bảng số liệu

✦Độ đục thấp nhất ở 30 mg/L (2,0 NTU), cao hơn cả khi liều thấp hơn lẫn cao hơn: đồ thị dạng chữ U.
✦Hiệu suất loại đục = (T₀ − T)/T₀: ở 30 mg/L là 50 − 250 = 96 %.
✦Liều quá cao (60 mg/L) cho độ đục gần bằng nước thô: phèn thừa làm hạt keo đảo điện tích, nước đục lại và còn tốn tiền, sinh nhiều bùn.

6 🚰 Hoá học quanh ta

✦🚰 Nước máy có mùi clo nhẹ là clo dư còn bảo vệ nước trên đường ống; để nước trong bình hở vài giờ, clo bay bớt.
✦🌊 Vùng lũ: người dân thường dùng phèn chua với lượng rất nhỏ để làm trong nước rồi vẫn phải đun sôi hoặc khử trùng; chỉ làm theo hướng dẫn của cơ quan y tế.
✦🫗 Bình lọc gia đình thường có cát, than hoạt tính, màng lọc: than hấp phụ mùi và clo; đun sôi diệt vi sinh vật nhưng không loại được kim loại nặng hay hoá chất tan.
✦🏊 Hồ bơi cũng giữ clo dư (khoảng 1–3 mg/L) theo cùng nguyên lí; không tự pha trộn các hoá chất khử trùng với nhau vì có thể sinh khí độc.

7 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai

⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm

✦Thứ tự công đoạn: keo tụ – lắng – lọc – khử trùng; khử trùng bao giờ cũng sau cùng (sau làm sạch cặn).
✦Phèn: Al³⁺ tạo bông Al(OH)₃; sinh H⁺ nên pH giảm; đồ thị độ đục theo liều có cực tiểu (chữ U).
✦g/m³ = mg/L. Lượng hoá chất/ngày = lưu lượng (m³/h) · liều (g/m³) · 24 h.
✦Tỉ lệ phèn: 1 mol Al₂(SO₄)₃ (342 g) tiêu hao 6 mol HCO₃⁻, sinh 6 mol CO₂ và 2 mol Al(OH)₃.

⚠️ Lỗi hay sai nhất

✦Nghĩ phèn càng nhiều nước càng trong: ở 60 mg/L (gấp đôi 30) độ đục lại lên 49 NTU, bằng nước thô.
✦Quên hệ số 6 ở HCO₃⁻: 30 mg/L phèn tiêu hao 0,526 mmol/L HCO₃⁻, không phải 0,0877 mmol/L.
✦Quên đổi g sang kg và giờ sang ngày: 500 m³/h với 34,2 g/m³ là 17,1 kg/h = 410,4 kg/ngày.
✦Khử trùng trước khi lọc: nước còn đục thì clo bị tiêu hao bởi cặn, clo dư thấp (nhu cầu clo tăng).
✦Nhầm đun sôi làm mềm mọi nước cứng: chỉ cứng tạm thời (Ca(HCO₃)₂); cứng vĩnh cửu (CaSO₄, CaCl₂) thì không.
✦Tính khối lượng soda theo Ca²⁺ mà quên chuyển mg Ca²⁺ ra mmol: 80 mg/L Ca²⁺ = 2 mmol/L cần 212 mg/L Na₂CO₃.

⚖️ Kiểm tra bảo toàn

✦Bảo toàn khối lượng: phèn + HCO₃⁻ = Al(OH)₃ + SO₄²⁻ + CO₂ (62,1 = 62,1 mg ở ví dụ).
✦Bảo toàn nguyên tố Al: n(Al(OH)₃) = 2n(phèn); S: n(SO₄²⁻) = 3n(phèn); C: n(CO₂) = n(HCO₃⁻ tiêu hao).
✦Bảo toàn điện tích: 6 HCO₃⁻ (−6) → 3 SO₄²⁻ (−6): điện tích hai vế bằng nhau.
✦Làm mềm: n(Na₂CO₃) = n(Ca²⁺) = n(CaCO₃↓) (tỉ lệ 1 : 1 : 1).

✏️ Luyện tập

Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.

🚰

Quy trình xử lí nước

1
Nhận biết
Thứ tự đúng các công đoạn chính xử lí nước thô thành nước sinh hoạt là
2
Nhận biết
Mục đích của công đoạn khử trùng là
3
Thông hiểu
Bể lọc cát trong nhà máy nước chủ yếu giữ lại
4
Thông hiểu
Độ đục của nước qua từng công đoạn: $Đ ộ đ ục (NTU) N ư ớc th o ˆ 50 Keo tụ - l a ˘ ˊ ng 2, 0 Lọc 0, 2 Khử tr u ˋ ng 0, 2$ Công đoạn làm giảm độ đục nhiều nhất (về giá trị tuyệt đối) là

🧫

Keo tụ và phèn

1
Nhận biết
Chất thường dùng làm chất keo tụ trong xử lí nước là
2
Thông hiểu
Phèn nhôm làm trong nước nhờ
3
Thông hiểu Liều phèn Al₂(SO₄)₃ là 34,2 mg/L (M = 342). Theo Al₂(SO₄)₃ + 6HCO₃⁻ → 2Al(OH)₃ + 3SO₄²⁻ + 6CO₂, độ kiềm HCO₃⁻ bị tiêu hao bao nhiêu mmol/L? Đáp số:
4
Thông hiểu Nhà máy xử lí 500 m³/h với liều phèn 34,2 g/m³. Lượng phèn dùng mỗi ngày là bao nhiêu kg (làm tròn đến hàng đơn vị)? Đáp số:
5
Thông hiểu
Jar test nước thô 50 NTU với các liều phèn khác nhau cho kết quả (số liệu mô hình minh hoạ): $Li e ˆ ˋ u ph e ˋ n (mg/L) Đ ộ đ ục (NTU) 04910422019 30 2, 0 401950426049$ Nhận xét nào đúng?
6
Vận dụng
Nước có độ kiềm 2,0 mmol/L HCO₃⁻ được xử lí bằng 60 mg/L phèn Al₂(SO₄)₃ (M = 342). Độ kiềm còn lại sau phản ứng là

🧴

Khử trùng

1
Nhận biết
Chất nào sau đây không được dùng để khử trùng nước?
2
Thông hiểu
Khi Cl₂ tan vào nước: Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO. Chất diệt khuẩn chính là
3
Thông hiểu Nhà máy xử lí 1000 m³/h với liều clo 1,5 g/m³. Khối lượng Cl₂ dùng mỗi ngày là bao nhiêu kg? Đáp số:
4
Vận dụng
Nước đã lọc có nhu cầu clo 1,0 mg/L. Người ta cho 1,5 mg/L Cl₂. Clo dư là bao nhiêu và có đạt ngưỡng 0,2–1,0 mg/L không?

🧂

Làm mềm nước

1
Thông hiểu
Cách làm mềm nước cứng tạm thời (chứa Ca(HCO₃)₂) là
2
Thông hiểu Nước chứa 80 mg/L Ca²⁺ (Ca = 40). Thêm Na₂CO₃ vừa đủ để kết tủa hết Ca²⁺ (Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃). Cần bao nhiêu mg Na₂CO₃ cho 1 L nước? Đáp số:
3
Vận dụng Nước chứa 2,5 mmol/L Ca²⁺ và 1,3 mmol/L Mg²⁺. Độ cứng tổng quy ra CaCO₃ là bao nhiêu mg/L? Đáp số:

🔬

Thí nghiệm và số liệu

1
Thông hiểu
Jar test nước thô 50 NTU (số liệu mô hình minh hoạ): $Li e ˆ ˋ u ph e ˋ n (mg/L) Đ ộ đ ục (NTU) 04910422019 30 2, 0 401950426049$ Nhận xét nào đúng?
2
Thông hiểu Theo bảng ở câu trên, hiệu suất loại đục ở liều 30 mg/L (nước thô 50 NTU) là bao nhiêu %? Đáp số:
3
Vận dụng
Một học sinh đo độ đục cốc 30 mg/L ngay sau khi tắt máy khuấy, được 38 NTU. Nhận xét đúng là
4
Thông hiểu Ở bảng trên hai liều 20 và 40 mg/L cùng cho 19 NTU. Liều tối ưu nằm chính giữa, bằng bao nhiêu mg/L? Đáp số:

🏆 Luyện theo dạng đề tốt nghiệp

Đề Hoá học có 3 phần: 18 câu 4 lựa chọn, 4 câu đúng/sai (mỗi câu 4 ý) và 6 câu trả lời ngắn (đáp số tối đa 4 ký tự, kể cả dấu − và dấu phẩy). Dưới đây là đủ 3 dạng, chỉ dùng kiến thức của bài này.

🅰️

Kiểm tra · Trắc nghiệm

1
Thông hiểu
Dùng quá nhiều phèn so với liều tối ưu sẽ
2
Thông hiểu
Nhà máy xử lí 200 m³/h với liều phèn Al₂(SO₄)₃ 34,2 g/m³. Khối lượng Al(OH)₃ sinh ra mỗi giờ là
3
Vận dụng
Nhà máy xử lí 2000 m³/h, liều clo 1,2 g/m³. Khối lượng Cl₂ dùng trong 1 ngày là

✅

Kiểm tra · Đúng / sai

1
Thông hiểu
Jar test: 5 cốc 1 L nước thô 50 NTU, thêm phèn lần lượt 10; 20; 30; 40; 50 mg/L, khuấy nhanh 1 phút, khuấy chậm 15 phút, lắng 30 phút rồi đo độ đục phần nước trong được 42; 19; 2,0; 19; 42 NTU (số liệu minh hoạ).

a)Liều phèn tối ưu trong thí nghiệm này khoảng 30 mg/L.

b)Cốc 50 mg/L trong hơn cốc 30 mg/L vì dùng nhiều phèn hơn.

c)Hiệu suất loại đục ở cốc 30 mg/L là 96 %.

d)Trước khi lấy mẫu đo, nên khuấy mạnh cốc để nước đồng đều.
2
Vận dụng
Nhà máy xử lí 500 m³/h với liều phèn Al₂(SO₄)₃ 34,2 g/m³ (độ kiềm đủ). Cho Al₂(SO₄)₃ + 6HCO₃⁻ → 2Al(OH)₃↓ + 3SO₄²⁻ + 6CO₂↑; M(Al₂(SO₄)₃) = 342, M(Al(OH)₃) = 78, M(CO₂) = 44.

a)Phản ứng của phèn làm pH của nước giảm.

b)Mỗi giờ nhà máy dùng 17,1 kg phèn.

c)Mỗi giờ sinh ra 3,9 kg Al(OH)₃.

d)Mỗi giờ sinh ra 6,6 kg CO₂.

🔢

Kiểm tra · Trả lời ngắn

1
Thông hiểu Trong các chất: Al₂(SO₄)₃, KAl(SO₄)₂·12H₂O, NaCl, PAC, FeCl₃, Na₂SO₄. Có bao nhiêu chất dùng làm chất keo tụ? Đáp số:
2
Vận dụng Nước chứa 3,0 mmol/L Ca²⁺ được làm mềm bằng Na₂CO₃ vừa đủ (Na₂CO₃ = 106). Cần bao nhiêu mg Na₂CO₃ cho mỗi lít nước? Đáp số:
3
Vận dụng Nước đã lọc có nhu cầu clo 1,2 mg/L. Cho liều clo 1,9 mg/L. Clo dư là bao nhiêu mg/L (một chữ số thập phân)? Đáp số:

🎯 Chuyên đề này dùng để kiểm tra thế nào?

•Chuyên đề không có trong đề thi tốt nghiệp; nội dung dùng cho kiểm tra trên lớp và đánh giá chuyên đề.
•Hay hỏi thứ tự các công đoạn và vai trò từng bước (phèn keo tụ, cát lọc, clo khử trùng).
•Thường có bài tính liều hoá chất: g/m³ = mg/L, lưu lượng · liều · 24 giờ, hệ số phương trình của phèn (1 : 6 : 2 : 3 : 6) và soda.
•Có thể có câu đọc bảng jar test (độ đục theo liều, chọn liều tối ưu, bẫy ghi sớm) và câu về pH, clo dư.

Làm đề thi thử trọn bộ

Bài tiếp theo
Một số vấn đề cơ bản về phức chất