Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp nhiễm asen

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 1 Chương I: TỔNG QUAN 1.1 Mở đầu Nguy cơ nước uống bị nhiễm độc bởi asen (thạch tín) đã được phát hiện từ lâu trên Thế Giới và ở nước ta, nhưng từ giữa Tháng Năm đến nay vấn đề này mới được phổ biến rộng rãi trên các phương tiện thông tin đại chúng trong nước. Không chỉ có Quỳnh Lôi mà cả Hà nội, cả đồng bằng Sông Hồng và Sông Cửu Long, không chỉ có miền xuôi mà cả miền núi, không chỉ có nước giếng khoan mà cả nước suối, nước mỏ, nước từ các khe đá cũng có thể gặp rủi ro. Cách phát hiện, phòng chống nhiễm độc asen như thế nào là vấn đề đang quan tâm không chỉ của người dân lao động mà của cả cấp lãnh đạo. 1.2 Asen (Thạch tín ) là gì . Asen là tên Việt gọi nguyên tố số 33 lượng bảng tuần hoàn Men-đê-lê-ép, tên Anh là Arsenic. Nguyên tố Asen có kí hiệu là As. Asen tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau. Theo Từ điển Bách khoa dược học xuất bản năm 1 999 thì Thạch tín là tên gọi thông thường dùng chỉ nguyên tố Asen, nhưng cũng đồng thời dùng chỉ hợp chất oxit của Asen hoá trị III (As2O3). Oxit này màu trắng, dạng bột, tan được trong nước, rất độc. Khi uống phải một lượng thạch tín (As2O3) bằng nửa hạt ngô, người ta có thể chết ngay tức khắc. Asen thường có trong rau quả, thực phẩm, trong cơ thể động vật và người với nồng độ rất nhỏ, gọi là vi lượng. Ở mức độ bình thường, nước tiểu chứa 0,005- 0,04 mg As/L, tóc chứa 0,08-0,25 mg As/kg, móng tay, móng chân chứa 0,43-1,08 mg As/kg. Asen là một thành phần tự nhiên của vỏ Trái Đất, khoảng 1 -2mg As/kg. Một số quặng chứa nhiều asen như là pyrit, manhezit,... Trong các quặng này, asen THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 2 tồn tại ở dạng hợp chất với lưu huỳnh rất khó tan trong nước. Đã thấy một số mẫu quặng chứa asen cao 10 - 1000 mg As/kg hoặc hơn. Asen là một chất rất độc, độc gấp 4 lần thuỷ ngân. Asen tác động xấu đến hệ tuần hoàn, hệ thần kinh. Nếu bị nhiễm độc từ từ, mỗi ngày một ít, tuỳ theo mức độ bị nhiễm và thể tạng mỗi người, có thể xuất hiện nhiều bệnh như: rụng tóc, buồn nôn, sút cân, ung thư, giảm trí nhớ... Asen làm thay đổi cân bằng hệ thống enzim của cơ thể, nên tác hại của nó đối với phụ nữ và trẻ em là lớn nhất Theo Gs. Ts. Đào Ngọc Phong, những người bị nhiễm độc Asen mãn tính ở thượng nguồn Sông Mã có 31 triệu chứng lâm sang. Asen không gây mùi vị khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả ở lượng đủ làm chết người, nên không thể phát hiện bằng cảm quan. Bởi vậy có nhà báo gọi nó là kẻ giết người vô hình (Invisible Killer) . Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về chất lượng nước nước ăn uống của Bộ Y tế QCVN01:2009 qui định thông số asen không được lớn hơn 0,01 mg As/L. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) từ năm 1993 đến nay, có khuyến cáo, nồng độ Asen trong nước uống không được lớn hơn 0,01mg/l. Đầu tháng Hai năm 1999, WHO loan báo trên mạng Internet rằng nước uống ở nhiều Quốc gia bị nhiễm asen. Trong đó Băng-la-đét nghiêm trọng nhất .Nhật, Mỹ cũng bị. Trước thảm hoạ thạch tín đang hiện hữu, ngày 24/5/2000 Cục Bảo vệ môi trường Hoa kì (EPA) quyết định giảm thông số asen trong Tiêu chuẩn nước uống của Hoa kì từ 0,05 mg As /L, xuống còn 0,005 mg As/L. 1.3 Hiện trạng nguồn nước: 1.3.1 Asen trong nước ngầm ở Hà nội  Những phát hiện của Đỗ Trọng Sự từ giữa thập niên chín mươi Từ năm 1996, 1997 Đỗ Trọng Sự đã phát hiện sự nhiễm độc asen (thạch tín) trong nước dưới đất ở Hà nội, trong đó có phường Quỳnh Lôi. 27,9% số mẫu THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 3 phân tích (12 mẫu) lấy trong tầng Holoxen, 6% số mẫu trong tầng Pleistoxen có nồng độ asen lớn hơn 0,05 mg As/L  Kết quả hoạt động dưới sự tài trợ của UNICEF Hội nghị Quốc tế về thạch tín (Asen) ở Hà nội ngày 30 tháng 9 năm 1999 do Bộ NN&PTNT tổ chức, UNICEF tài trợ, đã công bố về sự nhiễm thạch tín trong các giếng khoan ở Quỳnh Lôi. Trước cảnh báo về thảm hoạ Asen trong nước uống ở các Quốc gia, đầu Tháng Sáu năm 1999, theo yêu cầu của UNICEF và TT. NS&VSMTNT, một chương trình điều tra Asen thuộc vùng Hà nội, Việt trì - Lâm thao đã được thực hiện với sự cộng tác của Phòng Địa chất Môi trường thuộc Viện nghiên cứu Địa chất và Khoáng. sản, Bộ Công nghiệp và Phòng Phân tích sắc kí quang phổ thuộc Viện Hoá học, TT KHTN&CN QG. Theo báo cáo của TS. Đỗ Trọng Sự, tại Hà nội phát hiện 3 giếng khoan kiểu UNICEF , 1 ở Quỳnh Lôi, quận Hai Bà Trưng, 1 - khu vực Thanh trì và 1 - Thanh Nhàn có hàm lượng Asen cao hơn tiêu chuẩn cho phép của Việt nam. Ngày 28 cùng tháng, Đoàn công tác của UNICEF do ô. Pickardt dẫn đầu được sự hỗ trợ của TT Phân tích & Môi trường, Viện Hoá học Công nghiệp đã đến thăm phường Quỳnh Lôi. Kết quả xét nghiệm tại chỗ cho thấy ngoài giếng đã nêu trong báo cáo còn có 4 giếng lân cận đều bị nhiễm Asen ở mức cao từ 0,1 - 0,2 mg As/L. Đoàn công tác đã bàn với UBND phường về kế hoạch khảo sát toàn diện các giếng khoan hiện có ở Phường. Chương trình khảo sát tổng thể bắt đầu từ ngày 16/8 . Trong 517 mẫu đã xét nghiệm tại chỗ từ ngày 16/8 đến 23/8/1999, thấy có 25% số mẫu chứa asen cao hơn 0,05 mg As/L, 68% số mẫu cao hơn 0,01 mg As/L .Trần Hữu Hoan lãnh trách nhiệm về kĩ thuật và tổ chức thực hiện xét nghiệm đồng thời hướng dẫn nhân dân biện pháp khắc phục. Những hộ nào có asen trong khoảng 0,05--0,07 mg As/L thì đề nghị tăng cường hệ thống lọc cát mà gia đình đã có. Những hộ bị nhiễm cao hơn thì khuyên sử dụng bộ lọc asen theo mẫu đã lắp tại Phường. UBND Phường chịu trách nhiệm quan hệ với nhân dân trong Phường và THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 4 báo cáo cấp trên theo ngành dọc. Trong tuần lễ thạch tín đó, hệ thống loa phát thanh của Phường được sử dụng ưu tiên cho Asen. TT Nước sạch & VSMT NT, Bộ NN&PTNT phụ trách về công tác quản lí Nhà nước. Dân chi trả kinh phí hoá chất sử dụng. UNICEF tài trợ công tác phí cho đội xét nghiệm và kinh phí làm báo cáo, sau đó tổ chức kiểm tra lại kết quả tại các Phòng thí nghiệm khác ở Hà nội.  Kết quả điều tra trong một chương trình hợp tác Việt nam - Thụy sĩ Năm 1998, trong khuôn khổ một chương trình hợp tác giữa Thụy Sĩ và Việt Nam, TT nghiên cứu công nghệ môi trường và phát triển bền vững, Trường ĐH KHTN, ĐH QG bắt đầu thực hiện đề tài "Kim loại nặng trong nước ngầm và nước mặt thuộc khu vực Hà nội". Từ đầu năm 1999, bắt đầu tiến hành lấy mẫu, phân tích 8 kim loại năng, trong đó có asen. Kết quả phân tích nước ngầm ở nội thành và 4 huyện ngoại thành tiếp giáp nội thành được dựng thành bản đồ. Có nhiều điểm asen cao hơn lmg As/L. Phía Nam Hà Nội bị nhiễm asen nặng hơn các vùng khác. Nước ngầm ở 8 bãi giếng chính của các nhà máy nước, khai thác nước trong tầng Pleistoxen, đều có asen với những nồng độ khác nhau. Ba bãi giếng có nồng độ Asen trung bình cao hơn 0,2 mg As/L. Có thời điểm, nồng độ asen lên trên 0,5 mg As/L .Đã phát hiện thấy nồng độ asen trong nước thay đổi theo mùa .Theo Phạm Hùng Việt, những kết quả nghiên cứu này mới được công bố lần đầu tiên tại Hội thảo về hiện trạng chất lượng nước ngần trên địa bàn Hà Nội do Bộ KH&ĐT tổ chức ngày 4/8/2000.  Rủi ro có thể gặp ở Đồng bằng Sông Hồng và Sông Cửu Long Theo Ô. David G Kinniburgh, chuyên gia địa hoá người Anh, đang làm việc cho British Geological Survey, hôm 29/6/2000 cùng các thành viên khác của UNICEF có đến thăm Viện Hoá học CN, thì Asen có trong tất cả đá, đất, các trầm tích (sediment) được hình thành từ nhiều ngàn năm trước, với các nồng độ khác nhau; trong những điều kiện nhất định nó có thể tan vào trong nước, điều này xảy ra ở các vùng châu thổ rộng lớn, ở chỗ trũng trong nội địa, gần các mỏ, gần các THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 5 nguồn địa nhiệt (geothermal sources); đồng bằng Bắc bộ có điểm tương đồng với Băng-la-đét ở đây có khoảng 1 50.000 giếng, phần lớn được lắp đặt từ năm 1992 đến nay. Nước ngầm chỉ mới được sử dụng gần đây; còn Asen sau nhiều ngàn năm nằm yên, có thể trào ra ngay lập tức. Cũng theo Ô. David thì cả châu thổ Sông Hồng và Sông Cửu Long đều có rủi ro. Sau Quỳnh Lôi, UNICEF còn tài trợ cho một chương trình xét nghiệm Asen ở nhiều tỉnh khác; số mẫu xét nghiệm là 2000. Số liệu chưa công bố. 1.3.2 Asen trong nước suối ở thượng nguồn sông Mã  Phát hiện của TS. Đặng Văn Can đầu thập niên chín mươi Tháng 11 năm 1990, Đặng Văn Can đã tiến hành khảo sát nước mặt và nước các nguồn lộ ở 11 khe suối đổ ra sông Mã thuộc Đông Nam bản Phóng (có tài liệu viết là bản Phúng, nhưng văn bản chính thức của UBND xã ghi là bản Phóng), thuộc xã Bó Sinh, huyện Mộc Châu, tỉnh Sơn La. Kết quả khảo sát cho thấy, các khe suối ở tả ngạn sông Mã trong khu vực hầu hết là các khe nhỏ, mùa khô chỉ có nước ở gần cửa khe, ở hữu ngạn mật độ suối thưa thớt hơn; nước không mùi vị, tổng khoáng 0,15--0,32 g/l, pH : 6,8--7,5 là nước trung tính, thuộc loại bicacbônat, nhưng nồng độ asen đều cao (0,43 -- 1,13 mg/l), vượt qui định nhiều lần so với các quy chuẩn nước uống của VN. Sở dĩ nước ở đấy có hàm lượng asen cao là do sự hoà tan của asen từ các khoáng vật sunfua khi nước chảy qua đới biến đổi nhiệt dịch giàu sunfua. Theo kết quả phân tích khoáng tướng, bên cạnh khoáng pyrite ( FeS2), chalcopyrite ( CuFeS2) với tần suất xuất hiện tương ứng là 31/34 và 24/34 , trong vùng khảo sát, đã tìm thấy nhiều khoáng vật chứa asen như arsenopyrite ( FeAsS), glaucodot ((Cu, Fe)AsS ), loellingite ( FeAs2), grexdofite ( NiAsS) với tần suất xuất hiện từ 5/34 -- 1/34 . Kết quả xét nghiệm cho thấy, nồng độ asen trong nước tiểu của dân ờ đây lớn hơn bình thường của Thế Giới hàng vạn lần, trong tóc lớn hơn 5-10 lần. Từ những nghiên cứu tiếp theo về bệnh học và dịch tễ học, với hơn 31 triệu chứng THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 6 lâm sàng liên quan đến nhiễm độc asen, Đào Ngọc Phong (1993) đã kết luận: dân trong khu vực bị nhiễm độc asen mãn tính.  Khảo sát gần đây của tác giả do UNICEF tài trợ Nước sạch cho vùng cao là một trong những mục tiêu tài trợ mà UNLCEF dành cho nhân dân ta. Vùng cao thường có các dòng suối nhỏ và các mạch nước từ khe đá với lưu lượng có thể dùng để cấp nước bằng phương pháp tự chảy cho cụm dân cư lân cận. Nước suối, nước khe thường rất trong. Tuy nhiên để tránh thảm họa Asen như đã được thông báo trên toàn cầu, trước khi khai thác UNICEF thấy cần khảo sát chất lượng nguồn nước, trước hết là Asen (thạch tín). Asen là một chất độc không gây mùi vị lạ khi tồn tại trong nước với lượng đủ làm chết người. Đợt khảo sát này tiến hành chủ yếu tại vùng mà trước đây Đ.V. Can đã phát hiện nhiều suối bị nhiễm độc. Đoàn công tác được sự hỗ trợ trực tiếp của TT Nước sạch & Vệ sinh Môi trường tỉnh Sơn La, UBND huyện Mộc Châu và UBND xã Bó Sinh, đặc biệt là của ông Lò Pin, Chủ tịch xã. Asen có thể tồn tại với lượng lớn trong tự nhiên ở dạng arsenopyrite hoặc các hợp chất khác với lưu huỳnh. Khi bị phong hóa, Asen chuyển sang dạng tan được trong nước. Bởi vậy ngoài việc xét nghiệm nước cũng xét nghiệm cả khoáng vật, đất đá gần các suối trong vùng khảo sát. Thời gian khảo sát được thực hiện từ ngày 8 tháng 5 đến 13 tháng 5 năm 2000, tức là vào đầu mùa mưa nhằm tránh sự rửa trôi các độc tố đã lưu trong khoáng vật. Tuy nhiên, trong tháng năm, Thái dương hệ có dị thường: 6 hành tinh xếp thẳng hàng với Mặt trời. Bởi vậy, mặc dù thời gian khảo sát là đầu mùa mưa, nhưng năm nay thời tiết thay đổi, mưa sớm và lớn hơn mọi năm. Ba ngày trước khi đội công tác đến địa bàn, mưa liên tục. Trong ngày đi thực địa lấy mẫu cũng có mưa to mưa gây lũ cuốn trôi mất một đoạn đường. Nước mưa có thể rửa trôi phần độc tố đã tích tụ trong đất ở dạng tan. Mặc dầu vậy, cũng đã phát hiện thấy vết asen trong 2 suối và 2 mẫu khoáng vật lộ thiên chứa hàm lượng asen cao hơn THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 7 giá trị bình thường trong vỏ trái đất hàng trăm lần. Đấy là dấu hiệu xác nhận nguy cơ gây ô nhiễm nước của các suối tại đây.  Nguy cơ ô nhiễm asen của nước suối ở vùng cao Theo Đặng Văn Can, phần lớn diện tích vùng rừng núi Việt nam là lộ diện của các đá magma có tuổi từ arkeozoi tới Đệ Tứ. Nhiều khoáng sản nguồn gốc nhiệt dịch được hình thành, trong đó đã phát hiện được nhiều mỏ có hàm lượng asen cao. Ngoài khu vực Đông Nam bản Phóng, còn có nhiều mỏ khác như là Cao Răm, Cẩm Tâm, Suối Trát, Trà Năng, Pắc Lạng, Tuyên Hoá, Làng Vai, Tà Sỏi, Cắm Muộn, Mậu Đức,..., thuộc kiểu vàng - thạch anh - sunfua, và các mỏ Nà Pái, Pi Ho, Đà Lạt, Xã Khía, Vithulu, Mường Tè, Phong Thổ,..., thuộc kiểu mỏ vàng - sunfua - muối sunfua. Asen có mặt khá phổ biến trong đá gốc cũng như trong đới phong hoá đỏ nâu với hàm lượng lớn hơn nhiều lần giá trị trung bình của nó trong đã quyển. Các điểm quặng đặc trưng cho kiểu khoáng này đã phát hiện ở Trà năng, Trại Hầu (Lâm Đồng), Kronpha (Ninh Thuận), Tân Đa Nghịch, Đa Mi (Bình Thuận), Đồn 106, Nam Đá Trắng (Đồng Nai), Núi Đất (An Giang). Người ta cũng đã phát hiện trong vùng Quế Lâm, Đội Cấn, Tuyên Quang bốn thân quặng thiếc asen có chiều dài 300--450 m, dày 0,65 -- 3,55 m, có hàm lượng asen từ 0,52--9,97 % và hai thân quặng asen chứa thiếc dài 400 -- 900 m, dày 0,6 -- 3,5 m, hàm lượng asen trung bình là 1,07 -- 4,07 %. Tài nguyên dự báo của thiếc là 5000 tấn, của asen là 9900 tấn (Đỗ Đình Hiển và nnk). Bời vậy, cần nghiên cứu phát hiện, khoanh định các khu vực asen có thể gây ảnh hưởng xấu tới môi sinh [1, 11]. Từ đó đề ra các giải pháp hữu hiệu phòng, chống nhiễm độc asen cho cư dân và công nhân khai thác sống ở các khu vực đó. 1.4 Tại sao nước uống bị nhiễm asen Những giả thiết đã được bàn đến Có nhiều nguyên nhân. Những nguyên nhân chủ yếu sau đây đã được bàn đến: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 8 1 - Nước chảy qua các vỉa quặng chứa Asen đã bị phong hoá. Ví dụ ở thượng nguồn Sông Mã, Việt nam. 2 - Sự suy thoái nguồn nước ngầm làm cho các tầng khoáng chứa Asen bị phong hoá, Asen từ dạng khó tan chuyển sang dạng có thể tan được trong nước - theo tài liệu của GS. TS. Phan Văn Duyệt [. 3 - Sự khử các oxihidroxid của sắt và mangan bời vi khuẩn yếm khí. Arsenic đã hấp thụ trên các hạt mịn của oxihidroxit sắt hoặc mangan bị vi khuẩn yếm khí khử thành dạng tan được - Theo tài liệu của WHO . 4 - Thuốc sâu chứa Asen sử dụng trong nông nghiệp, nước thải của các nhà máy hoá chất có Asen ngấm theo kẽ nứt xuống mạch nước ngầm - tài liệu trên mạng Intemet của WHO. Ngoài asen còn có mangan, nitrit và ... Phần lớn nước giếng khoan gia đình ở Đồng bằng Sông Hồng đều có mangan. Trong 30 mẫu đã xét nghiệm ngẫu nhiên ở huyện Đông Hưng, huyện Quỳnh Phụ, huyện Hưng Hà tỉnh Thái Bình thì đủ 30 mẫu có trên 0,1 mg Mn/L, 17 mẫu có trên 0,5 mg Mn/L. Tại Hà nội, Phòng Thí nghiệm của đơn vị đã phát hiện nhiều mẫu nước giếng khoan gia đình chứa 1--3 mg Mn/L và hơn. Trong 8 mẫu nước suối tại vùng thượng lưu Sông Mã đã xét nghiệm mangan, thấy 7 mẫu chứa trên 0,1 mg Mn/L, 3 mẫu trên 0,5 mg Mn/L. Mặc dầu WHO không xem mangan là một chất độc nhưng theo tài liệu của Viện Y học lao động và vệ sinh môi trường, Bộ Y tế, thì nhiễm độc Mangan ở mức độ khởi phát có các biểu hiện: mệt mỏi, suy nhược, nhức đầu, chóng mặt, lãnh đạm, vô tình cảm, rối loạn cảm xúc và thái độ..., ở mức độ toàn phát thì co cứng cơ, run (kiểu Parkinson), trí nhớ giảm sút, tư duy chậm chạp... Chuyên gia độc chất học May Beth Si. Clair và những người khác cũng có thông báo về độc tính của mangan tương tự như của Viện Y học lao động và VSMT. Nitrit phá hoại hồng cầu, gây ung thư. . .. Chất này thường thấy xuất hiện ở các thiết bị lọc nước uống không cần đun, sau một thời gian dài sử dụng. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 9 QCVN qui định nước uống không được chứa hơn 0,1 mg/l mỗi loại. WHO- 1998 cho phép Mangan < 0,5 mg MN/L, Nitrit < 0,2 mg NO2-/L. Ở Lào Cai có một mỏ nước nóng gần thị xã Cam Đường. Nước từ lòng đất trào lên, lưu lượng khoảng 4 m3/giờ, tạo thành dòng suối nhỏ. Nước trong suốt, nhìn thấy sỏi dưới đáy sâu hơn 1 m, nhiệt độ quanh năm khoảng 25 độ, các thông số hoá lí thông thường đều đạt tiêu chuẩn nước uống. Người dân thường dùng tắm, giặt, ăn uống. Kiểm tra kĩ, thấy nguồn nước này bị ô nhiễm bởi thuỷ ngân trầm trọng; tại thời điểm xét nghiệm nước chứa 0,2 mg Hg/L. 1.5 KẾT LUẬN Nước là một nhu cầu thiết yếu của nhân dân ta. UNICEF và nhiều tổ chức Quốc tế đang hỗ trợ ta giải quyết vấn đề này. Sự ô nhiễm bời Asen là một rủi ro ngoài tưởng tượng. Asen không gây mùi vị khó chịu khi có mặt trong nước uống nên khó phát hiện. Hơn nữa việc xét nghiệm Asen thường bị bỏ qua vì chi phí khá cao khi thực hiện bằng các phương pháp hiện đại ở phòng thí nghiệm. Trước tháng Sáu năm 1999, ta chưa có bộ xét nghiệm Asen ngoài trời. Tại Quỳnh Lôi và thượng nguồn Sông Mã, đã thừa bằng chứng khẳng định có nguy cơ ô nhiễm Asen do sử dụng nước giếng khoan hoặc nước suối. Do cấu tạo địa chất thuỷ văn, nhiều vùng rộng lớn ờ nước ta cũng có thể gặp rủi ro. Để bảo đảm sức khoẻ lâu dài của nhân dân, bảo đảm cho sự phát triển bền vững của giống nòi, tránh thảm hoạ thạch tín như ở các nước khác, chúng ta cần làm ngay mấy việc như sau: 1 - Cần tiến hành nghiên cứu khả năng và qui luật ô nhiễm asen ở các tầng nước nông và sâu. Nhiều tác giả đã nhận thấy nồng độ asen trong nước thay đổi theo mùa. Việc xét nghiệm độc tố ở tất cả các nguồn nước đang hoặc định cấp cho dân làm nước sinh hoạt và ăn uống, trước tiên là thạch tín (Asen), sau nữa là mangan và nitrit là cần thiết và nên tiến hành ít nhất 2 lần trong năm ứng với hai mùa là mùa khô và mùa mưa. Nên sử dụng bộ xét nghiệm Việt Nam vì chi phí thấp và có độ chính xác đủ thoả mãn. Những mẫu có Asen cao sẽ kiểm tra lại bằng THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 10 phương pháp chính xác hơn. Có thể xét nghiệm mangan và Nitrit bằng chính bộ xét nghiệm mà UNICEF đã tài trợ cho nước ta trong thời gian qua, hiện đang có ở hầu hết các tỉnh. Hoá chất bổ sung Viện Hoá học Công nghiệp cung cấp được . 2- Các nhà khoa học cần phối hợp với nhau nghiên cứu đề xuất thật nhiều giải pháp kĩ thuật loại trừ các độc tố đã phát hiện một cách hữu hiệu, phù hợp với đặc điểm tập quán của mỗi vùng. Theo nguyên tắc Nhà nước và dân cùng làm. 3- Tuyên truyền giáo dục ý thức cộng đồng bảo vệ nguồn nước dưới đất, tự giác xoá bỏ các tập tục gây ô nhiễm môi trường nước. Thạch tín/asen nguy hiểm nhưng không đáng sợ bởi lẽ ta đã hiểu nó, biết phát hiện nó, biết khống chế nó bằng những cách đơn giản, ít tốn kém mà lại hiệu quả. Vậy là ta có thể yên tâm sống một cách an toàn cùng với thạch tín; không phải chuyển làng bản đi đâu cả, cũng chưa cần phải dùng biện pháp chuyển nước từ nơi khác đến. 1.6. Mục tiêu của đồ án: a) Đề xuất phương án xây dựng hệ thống xử lí nước cấp ăn uống từ nước ngầm nhiễm Asen nồng độ 150 /g l b) Tính toán thiết kế các công trình đơn vị với phương án khả thi đã chọn c) Lập mặt bằng nhà máy xừ lí nước  Phải đáp ứng được về số lượng lẫn chất lượng để phục vụ nhu cầu nước sinh hoạt và ăn uống của người dân. 1.7. Các số liệu thiết kế: a) Bản đồ địa hình khu vực xây dựng trạm xử lý nước cấp b) Điều kiện khí hậu: Hướng gió chủ yếu : Đông – Nam. Nhiệt độ trung bình không khí : 260C. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 11 c) Công suất thiết kế:200m3/ngày. d) Các chỉ tiêu chất lượng nước ngầm đầu vào và yêu cầu đầu ra Bảng 1. Chỉ tiêu chất lượng nước STT Chỉ tiêu Đơn vị Nước ngầm QCVN 01:2009/BYT 01 pH 5.6 6.5 – 8.5 02 Độ đục NTU 2 03 Màu sắc TCU 15 04 Độ kiềm Meq/l 0,6 < 10 (TCXD - 33: 2006) 05 Độ cứng (CaCO3) Mg/l 300 300 06 Tổng hàm lượng các muối hoà tan Mg/l 300 07 Sắt Mg/l 3 0.3 08 Nitrit (N-NO2) Mg/l 3 09 Nitrat (N-NO3) Mg/l 50 10 Ammonia (N-NH3) Mg/l 3 11 Vi sinh Coliform/100ml 0 12 Mangan Mg/l 0.1 0.3 13 Hàm lượng cặn Mg/l - 14 Độ oxi hoá Mg/l < 2 (TCXD-33: 2006) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 12 Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1.Giới thiệu các công nghệ trong và ngoài nước: Phương pháp xử lý Arsenic hiện diện trong nước ngầm (trạng thái yếm khí) (anaerobic) dưới dạng As(III) , (arsenite) trung tính (neutral). Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) một phần lớn As(III) sẽ hoán chuyển thành As(V) (arsenate) và cho ra ion âm (negative charge). Chính dạng sau cùng nầy là mầm móng của các hội chứng nhiễm độc arsenic. Do đó mọi phương pháp xử lý đều tập trung vào việc khử arsenate 2.1.1 Tại Hoa Kỳ Từ hơn hai thập niên qua, Cơ quan Lượng định Địa chất Hoa Kỳ (US Geological Survey) dã phân tích và thẩm định arsenic trong 18.850 giếng khoan trên toàn cỏi quốc gia nầy. Nồng độ arsenic của các mạch nước ngầm ở miền Tây Hoa kỳ chiếm tỷ lệ cao nhất; thứ đến là miền Trung Tây và Đông Bắc. Miền Đông Nam là nơi có nồng độ thấp nhất. Trên 13% giếng khoan có nồng độ arsenic trên 5ug/l, khoảng 1% có nồng độ trên 50ug/L. (Focazio, MJ &al, 1999: US Geological Survey Water-Resources Investigation Report 99-4297,21p). Từ năm 1993, EPA Hoa Kỳ đã khai triển và hợp tác với các đại học để tìm ra các công nghệ mới trong việc khử arsenic trong nước uống kết hợp các nguyên tắc hóa học, cơ học, tính hấp thụ, hấp phụ...Sau đây là một vài phương pháp xử lý tiêu biểu đang được áp dụng rộng rãi.  Phương pháp kết tụ và gạn lọc (coagulation & filtration): các loại phèn nhôm, sắt, boron đều thích hợp cho việc khử arsenic tùy theo điều kiện pH của nguồn nước.  Phương pháp dùng vôi sống: Phương pháp nầy có thể khử được arsenic ở độ pH cao vào khoảng 10 đơn vị (pH của nước trung hòa là 7 đơn vị). Một bất tiện của phương pháp nầy là phải hạ thấp độ pH của nước sau khi khử arsenic. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 13  Phương pháp dùng nhôm hoạt tính (activated alumina): Phương pháp nầy dựa theo tính hấp phụ của nhôm rất thích hợp cho các vùng nước có độ rắn hòa tan cao (total dissolved solids). Tuy nhiên các nguyên tố khác như Fluor, Selenium, Chloride và Sulfate sẽ làm giãm hiện ứng hấp phụ của nhôm. Phương pháp nầy không thích hợp cho điều kiện ở ĐBSCL vì có sự hiện diện của chloride và sulfate.  Phương pháp trao đổ ion (ion exchange): Phương pháp dựa theo tính ái lực (affinity) đối với arsenic của một số ion. Tuy nhiên phương pháp nầy vẫn không áp dụng được cho ĐBSCL vì đắt tiền và đòi hỏi một trình độ khoa học kỹ thuật cao khi xử dụng.  Phương pháp dựa theo nguyên lý thẩm thấu nghịch (reverse osmosis): Đây là một phương pháp rất thực dụng cho những vùng ít dân cư và tác dụng khử rất cao đạt trên 95% . Những phương pháp căn bản trên đang được áp dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ tùy theo điều kiện dân số, địa lý, mỗi phương pháp được khai triển riêng biệt hay tổng hợp.Tuy nhiên một nan đề cho tất cả mọi phương pháp xử lý arsenic là làm thế nào để giải quyết việc bảo trì các hệ thống khử arsenic và xử lý bùn (sludge) vì trong quá trình khử chất phế thải sẽ có nồng độ arsenic rất cao. Hoa kỳ đã dùng phương pháp ổn định (stabilization) hay bao bọc (encapsulation) để xử lý phế thải này. 2.1.2 Tại Bangladesh Có ba phương hướng giải quyết vấn nạn nhiễm độc tại Bangladesh.  Tìm nguồn nước sạch không chứa arsenic bằng cách khoan giếng ở các mạch nước ngầm sâu hơn. UNICEF đang thử nghiệm phương pháp nầy (Mortoza. S., 1999, The Road to Hell, NFB, July 27). Phương pháp nầy rất tốn kém và cũng không mang lại an toàn cho người dân vì hầu hết ở nhiều nơi arsenic vẫn còn hiện diện dù ở độ rất sâu.  Cách tiếp cận thứ hai là phương pháp lọc. Các hệ thống lọc gồm hạt sắt (Fe) pha trộn lẫn với cát nhuyễn và để trong các ống hình trụ. Nước giếng đã được khử bằng sulfate barium (BaSO4) và chảy xuyên qua hệ thống lọc trên. Arsenic có trong nước sẽ kết hợp với THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 14 sulfate sắt vừa được cấu tạo và cho ra chất kết tủa arseno-pyrite bị giử lại trong các ống lọc.. Phương pháp nầy có thể làm giảm nồng độ arsenic xuống thấp hơn 1ug/L (Lepkowski, W., 1998. Arsenic Crisis in Bangladesh. CEN 76 (46): 27- 29).  Cách tiếp cận thứ ba hiện đang được áp đụng rộng rãi cho trường hợp Bangladesh là trở về phương pháp dùng nước mặt (surface water) cho sinh hoạt. Nước mặt trước khi dùng cần phải nấu sôi hay khử bằng sulfate nhôm hoặc các muối sắt. Tuy nhiên, đa số người dân Bangladesh không thể áp dụng phương pháp đun sôi vì điều kiện về nhiên vật liệu không cho phép. Việc áp dụng một số hóa chất trên đòi hỏi kiến thức khoa học do đó cũng gây trở ngại nhiều cho dân chúng. Sau cùng việc xử dụng hệ thống khử trùng bằng tia cực tím đang được cổ súy và người dân có thêm tài trợ trong việc áp dụng phương pháp nầy (Mortoza, S., 1998. Arsenic Poisoning: No Time to Lose. NFB December 14). Tác giả trên đã ước tính chi phí cho việc khử 1m3 nước là 4 xu Hoa kỳ.  Mùa mưa ở Bangladesh bắt đầu từ tháng sáu đền tháng chín và có vũ lượng vào khoảng 2000 mm/năm. Việc khuyến khích cũng như việc cung cấp thùng chứa nước cho người dân để trử nước mưa cũng là một phương cách tiếp cận “sạch” và rẽ tiền trong điều kiện của Bangladesh. 2.1.3 Tại Việt Nam  Những giải pháp khoa học của việt nam đã được thông báo Tại Hội thảo về hiện trạng chất lượng nước ngầm trên địa bàn Hà Nội do Bộ KH&ĐT tổ chức ngày 4 Tháng Tám 2000 vừa rồi, các nhà khoa học đã đề cập đến rủi ro bởi sự nhiễm độc Asen không chỉ có ở Hà nội mà còn ở nhiều địa phương khác trong đó có cả các tỉnh miền núi. Vấn đề còn lại là các giải pháp phòng, chống sao cho thích hợp với đặc điểm địa lí, trình độ, tập quán, và mức sống của người lao động mỗi vùng. Phạm Hùng Việt thông báo vật liệu lọc do đơn vị mình nghiên cứu chế tạo có khả năng loại asen trong nước sinh hoạt xuống dưới ngưỡng cho phép, có thể THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 15 sử dụng cho những hệ thống lọc cỡ pilot lắp trước những trạm cấp nước hoặc những hệ thống lọc nhỏ cho mỗi gia đình . Ngô Ngọc Cát và Đàm Đức Quí giới thiệu thành công bước đầu trong việc sử dụng vật liệu hấp phụ, do đơn vị mình nghiên cứu sản xuất thử, dễ sử dụng ở mọi nơi. Sơ bộ giá thành 1m3 nước sạch là 1800 -- 2000 đ, tuỳ theo nồng độ các chất bẩn cần loại bỏ . Trần Hữu Hoan giới thiệu công nghệ của Viện Hoá học công nghiệp về việc xử lí thạch tín và mangan tại trạm và ở hộ gia đình với việc sử dụng sắt có sẵn trong nước nguồn hoặc sử dụng khoáng vật thiên nhiên có sẵn ở nước ta. Mô hình mẫu đã lắp đặt tại phường Quỳnh Lôi .  Những giải pháp do Viện Hoá học Công nghiệp đề xuất: Một trong 3 yêu cầu khẩn cấp mà WHO nêu ra từ Tháng Hai năm 1999 là: Cần có kĩ thuật đơn giản loại trừ Asen ngay tại giếng và tại mỗi hộ gia đình .Đây cũng là yêu cầu thực tế ở nước ta. Viện Hoá học Công nghiệp đã kịp thời tổ chức thực hiện yêu cầu này và đạt được một số kết quả bước đầu như các phương tiện thông tin đại chúng đã nêu. Nguyên tắc chung Asen trong nước tồn tại ở 2 dạng hoá trị : As(III) và As(V); trong nước ngầm As(III) trội hơn. Các phương pháp đơn giản loại trừ asen dựa trên khả năng tạo thành hợp chất ít tan của As(V), ví dụ: FeAsO4, Mn3(AsO4)2, AlAsO4. Bởi vậy, muốn loại trừ asen phải chuyển nó tới dạng As(V).  Cộng kết asen với sắt Nếu nguồn nước sử dụng cho ăn uống được khai thác từ nước ngầm thì dùng sắt có sẵn trong nước ngầm để tách asen. Sơ đồ phản ứng như sau: Fe(II) + oxi không khí  Fe(III) Fe(III) + As(III)  Fe(II) + As(V) Fe(II) + oxi không khí  Fe(III) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 16 Fe(III) + As(V)  FeAsO4 FeAsO4 kết tủa cùng Fe(OH)3 và được lọc bỏ qua lớp cát. Vấn đề bão hoà không khí trong nước cực kì quan trọng. Theo số liệu thống kê, các giếng khoan gia đình ở Đồng bằng sông Hồng thường chứa nhiều sắt. Nồng độ sắt thông thường từ 10--20 mg/l, có nơi đến 40-- 50mg/l hoặc hơn. Nếu bể lọc có cấu trúc tách sắt tốt, có thể làm giảm nồng độ asen đến dưới ngưỡng cho phép. Trong quá trình tách sắt đã nêu, một phần hoặc toàn bộ mangan cũng được loại bỏ.  Dùng khoáng vật kết tủa asen Những khoáng vật chứa sắt, mangan hoặc nhôm có khả năng làm kết tủa asen ở dạng FeAsO4, Mn3(AsO4)2, AlAsO4. Khoáng vật trước khi sử dụng phải được chế hoá sơ bộ để chuyển sang dạng hoạt hoá và phải trung tính.  Những việc dân tự làm được Ở các giếng chứa nhiều sắt thì bố trí lại cơ cấu lọc hợp lí để kết hợp loại sắt đồng thời với loại Asen. Khi sắt kết tủa dạng Fe(OH)3 có khả năng hấp thụ kết tủa chứa Asen dưới dạng FeAsO4, cần có kết cấu loại sắt hợp lí để lợi dụng tối ưu khả năng này. Tức là tận dụng cái rủi ro nhìn thấy, là nhiều sắt, để hạn chế cái rủi ro không nhìn thấy, không lường trước mà nguy hiểm hơn, là thạch tín/asen.  Ở hộ gia đình dùng bơm điện: - Giàn mưa làm bằng ống nhựa, đường kính 27 mm, khoan 150--200 lỗ, mỗi lỗ có đường kính 1,5--2mm tuỳ công suất máy bơm đang sử dụng. - Dưới cùng của bể lọc là lớp sỏi đỡ dày khoảng 1 gang, trên lớp sỏi đỡ là lớp cát dày khoảng 2,5--3 gang. - Không dùng đệm xốp, loại đệm lót giường, hoặc than củi. Các vật liệu này dễ sinh phản ứng phụ, sau một thời gian sử dụng, chúng có thể làm tăng nồng độ nitrit trong nước. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 17  Ở hộ gia đình dùng bơm tay: - Nước từ vòi bơm róc vào máng mưa. Máng mưa cần có nhiều lỗ nhỏ để không khí dễ tan vào nước, phát huy hiệu quả oxi hoá của oxi có sẵn trong không khí.  Bể lọc nên có 3 ngăn: Ngăn đầu dùng lọc cặn, nước thô chảy từ dưới lên; có đường xả cặn ở đáy. Ngăn thứ hai dùng lọc tinh, nước chảy từ trên xuống. Ngăn thứ ba dùng chứa nước sạch. Kích thước tối ưu bể lọc phụ thuộc vào công suất, lưu lượng từng giếng. Trung tâm nước sạch và VSMT NT tỉnh Thái Bình đã sử dụng loại hình này từ lâu.  Những việc Viện Hoá học Công nghiệp hỗ trợ được 1/ Tư vấn về kĩ thuật xử lí nước có độc tố. 2/ Xét nghiệm thạch tín, mangan và nhiều thông số khác tại các trạm cấp nước đã xây dựng hoặc tại hộ gia đình. 3/ Cung cấp thiết bị lọc thạch tín, mangan cho gia đình. Các hộ đã có bể lọc sắt đã được cải tạo mà nước còn bị nhiễm độc, do nguồn ít sắt thì lắp thêm bộ lọc Asen. Viện Hoá học CN đang hoàn thiện bộ lọc này sao cho phù hợp túi tiền của người sử dụng. Việt nam có tiêu chuẩn nước sinh hoạt riêng (TCVN 5502- 1991), nước ăn uống riêng (TCVN 5501-1991). Thiết bị này bảo đảm cung cấp đủ nước ăn uống cho hộ gia đình. Thiết bị gồm 2 bộ phận chính. Bộ phận thứ nhất chứa các khoáng vật có sẵn trong thiên nhiên dùng để kết tủa sen, mangan. Bộ phận thứ hai chứa cát thạch anh, lọc sạch các kết tủa đã hình thành. Làm sạch các vật liệu lọc bằng cách định kì dùng nước sục, xả cặn. Hình 1--3 là thiết bị lọc được chế tạo theo mô đun, công suất xử lí là 20-- 100 lít/giờ, giá thành mỗi bộ từ 420.000 -- 500.000 đ. Sử dụng 10 năm mới phải bổ sung vật liệu. Loại như hình 1 có thể đặt nằm ngang, phục vụ cho các hộ không có bể chứa nước ở tầng hai. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 18 Hình 4 là thiết bị lọc toàn bộ, giá 350.000 đ. Cho 20 lít nước có độc tố (thạch tín, mangan) vào ngăn trên, sau 1 giờ được 20 lít nước sạch ở ngăn dưới, đạt tiêu chuẩn. Ưu tiên phục vụ bà con ở vùng sâu, vùng xa. Những hộ có yêu cầu lắp đặt cần có thông số nguồn nước trước để cán bộ kỹ thuật điều chỉnh thành phần vật liệu lọc và đặt chế độ hoạt động của thiết bị cho thích hợp. Kiểm tra chất lượng nước trước khi bàn giao. Lắp đặt trạm xử lí nước có độc tố qui mô cụm gia đình. Hình 1-2-3 2.2 Thuyết minh và lựa chọn công nghệ xử lí: Hình 4:Quy trình công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Asen Clo Nước ngầm Làm thoáng Bể lắng đứng tiếp xúc Lọc Bể chứa nước sạch Hồ chứa nước rửa NaOH Xả Cặn Cấp nước THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 19 Công nghệ xử lý được mô tả như sau: Tiến hành làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ + 8CO2 2Mn(HCO3)2 + O2 + H2O = 2Mn(OH)4↓ + 4H + + 4HCO3 - Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe. Sau khi làm thoáng ta sẽ châm hóa chất NaOH để nâng pH và Fe 2+ sẽ dễ dàng chuyển hóa thành Fe3+ trong môi trường pH=7-7,5. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 As2O3 + O2  As2O5 Fe(OH)3↓ + As2O5  FeAsO4 + H2O Công trình làm thoáng trong các hệ thống xử lý nước ngầm là giàn mưa và tháp oxy hóa. Sau khi làm thoáng và châm hóa chất thì nước được chảy xuống bể lắng đứng hay bể lọc tiếp xúc. Thông thường trong các công trình xử lý nước ngầm lớn người ta thường hay sử dụng bể lắng tiếp xúc. Bể lắng tiếp xúc có nhiệm vụ giữ lại các cặn tạo ra trong quá trình oxy hóa cũng như cặn vôi sau khi các phản ứng xảy ra. Thời gian lưu nước trong bể lắng thường là 90-120 phút. Và công trình cuối cùng là bể lọc nhanh. Bể lọc này có nhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ mà không thể giữ lại trong bể lắng cũng như là để khử Mn.  Lựa chọn các công trình trong hệ thống xử lý  Trước hết, đối với quá trình làm thoáng có thể sử dụng giàn mưa hoặc tháp oxy hóa.  Nếu sử dụng giàn mưa thì tốn diện tích cũng như chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi hoạt động thì việc quản lý tương đối dễ dàng và thuận tiện. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 20 Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn. Cần tiến hành vệ sinh thường xuyên do các cặn Fe dễ dàng bám trên các sàn tung làm chít các lỗ dẫn đến giảm hiệu quả giàn mưa.  Nếu sử dụng tháp oxy hóa thì sẽ tiết kiệm được mặt bằng xây dựng và chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi vận hành thì tốn chi phí hơn so với sử dụng giàn mưa (do phải cung cấp điện năng để hoạt động máy thổi khí), quản lý cũng gặp khó khăn hơn. Việc duy tu bảo dưỡng cũng khó khăn do lâu ngày cặn Fe dễ bám chít trên lớp vật liệu tiếp xúc (hay sàn tiếp xúc). Lúc này phải ngừng hoạt động của tháp để tiến hành vệ sinh.  Sau quá trình làm thoáng là châm hóa chất (clo và vôi,NaOH). Hóa chất được châm ngay sau khi làm thoáng. Cũng có khi hóa chất được châm trước khi làm thoáng nhưng điều này không có lợi. Bởi vì trong nước ngầm thường có một số khí do quá trình phân hủy kị khí trong đất sinh ra (H2S), nếu cho hóa chất vào trước thì sẽ hao tốn thêm hóa chất để khử các chất này trong khi các chất này thường là các chất khí dễ dàng bị khử qua làm thoáng. Clo cho vào nước nhằm mục đích oxy hóa Fe 2+ thành Fe 3+, còn vôi cho vào nước với mục đích là nâng pH và độ kiềm trong nước tạo môi trường cho phản ứng oxy hóa và thủy phân Fe diễn ra dễ dàng. Lượng hóa chất cho vào phải đảm bảo khử hết Fe2+ có trong nước và pH đầu bể lắng khoảng 7,5 – 8,3,ta chọn NaOH.  Nước được tự chảy xuống bể lắng đứng tiếp xúc. Mục đích của công trình này là tạo thời gian để các phản ứng diễn ra và thu hồi cặn của các phản ứng này. Đối với hệ thống xử lý nước công suất lớn thì ta nên sử dụng bể lắng tiếp xúc và thời gian lưu trong bể tốt nhất là 90-120 phút. Bể lắng đứng thường được sử dụng trong hệ thống xử lý nước ngầm với công suất nhỏ.  Sau khi ra khỏi bể lắng nước tiếp tục sang bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các cặn còn sót lại sau bể lắng đồng thời khử Mn. Đối với hệ thống xử lý nước có công suất lớn người ta thường sử dụng bể lọc nhanh với vận tốc lọc THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 21 khoảng 5 – 8 m/h. Ở đây ta có thể sử dụng bể lọc áp lực với vận tốc > 10 m/h nhưng nếu sử dụng loại bể lọc này sẽ tốn chi phí đầu tư cao đồng thời chi phí bảo trì, sửa chữa cũng là 1 vấn đề.  Tóm lại hệ thống xử lý bao gồm: - Giàn mưa - Bể lắng đứng tiếp xúc - Bể lọc nhanh 2 lớp - Bể chứa nước sạch2.3. Các công trình trong hệ thống xử lý: Hình 5: Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp nhiễm Asen 1- Giếng và trạm bơm cấp I 2- Ống dẫn nước thô 3 -Trạm bơm cấp II 4- Mạng lưới phân phối Bể lọc nhanh 2 lớp Bể chứa nước sạch 3 3 Cl2 Bể lắng đứng tiếp xúc 1 1 1 Giàn mưa NaOH 4 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 22 Chương 3: THIẾT KẾ Tính toán công nghệ và thiết kế các đơn vị trong hệ thống xử lý 3.1 Giàn mưa:  Nhiệm vụ: - Khử CO2 trong nước - Làm giàu oxy trong nước tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+  Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên.  Cấu tạo: giàn mưa bao gồm:  Hệ thống phân phối khí: sử dụng ống phân phối có đục lỗ gồm:  Ống chính phun mưa làm bằng inox  Trên ống chính có bố trí các ống nhánh  Sàn tung nước:  Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ. Kích thước mỗi tấm inox là 1,5m  2 m được ghép lại với nhau  Đường kính lỗ khoan 10 mm, bước lỗ là 50mm  Số lỗ khoan theo chiều rộng:  1500 2 50 1 25 60     lỗ  Số lỗ khoan theo chiều dài :  2000 2 50 1 32 60     lỗ  Mỗi sàn tung khoan: 25  32 = 800 lỗ  Số sàn tung : 3  Khoảng cách giữa các sàn: 0,9 m  Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn đầu tiên: 0,9m  Hệ thống thu và thoát khí Để có thể thu oxy của khí trời, kết hợp với việc thổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa, đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài, người ta xây dựng hệ thống cửa chớp bằng bêtông cốt thép. Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 23 ngang là 45 0 , khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 900 mm với chiều rộng mỗi cửa là 250 mm. Cửa chớp được bố trí ở xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí.  Sàn thu nước: sàn thu nước làm bằng bê tông cốt thép được đặt dưới giàn mưa có độ dốc 0,05 về phía ống dẫn nước qua bể trộn  Ống dẫn và thu nước trên giàn mưa: Mỗi giàn mưa còn bao gồm hai ống inox dẫn nước lên giàn mưa, một ống thu nước từ giàn mưa qua bể trộn, hai ống PVC thu nước xả, rửa giàn mưa, các ống dẫn vôi, clo và các vòi phục vụ cho công tác vệ sinh. Tính toán:  Kiểm tra độ kiềm của nước sau khi làm thoáng: 2 0 0 0,036i i FeK K C    Trong đó: 0iK :độ kiềm ban đầu của nguồn nước, 0 30 0,6 / 50 iK meq l  2 0Fe C  :hàm lượng Fe2+ của nguồn nước, 2 0Fe C  =3 mg/l Vậy: 2 0 0 0,036 0,6 0,036 3 0,492 /i i FeK K C meq l        Kiểm tra lượng CO2 còn lại trong nước sau khi làm thoáng:   2 2 0 0 1 1,6CO FeC C a C      Trong đó:C0:hàm lượng CO2 của nước nguồn trước khi làm thoáng 0 0 1 44 10 i pH K C K     mg/l Trong đó: 0iK :độ kiềm ban đầu của nguồn nước  :lực ion của dung dịch, 622 10   P P:tổng hàm lượng muối khoáng (mg/l);nếu hàm lượng muối khoáng ≤ 1000 0,022  K1:hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic Nhiệt độ của nước nguồn,t=270C THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 24    7 7 7 7 1 27 25 4,52 10 4,31 10 4,31 10 4,394 10 30 25 K                0 0 7 5,6 0,022 1 44 44 0,6 107,256 4,394 10 1010 i pH K C K            mg/l a:hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng,làm thoáng bằng giàn mưa a=0,75-0,8.Chọn a=0,8    2 2 0 0 1 1,6 107,256 1 0,8 1,6 3 26,251CO FeC C a C            mg/l  pH của nước sau làm thoáng: 2 7 1 44 44 0,492 0,022 6,125 6,8 4,394 10 26,251 i CO K pH K C              Như vậy cần phải châm một lượng hóa chất kiềm hóa như vôi CaO,NaOH,Na2CO3 để nâng pH của nước trước khi đưa vào bể lắng. Diện tích giàn mưa : F = 3 3 2 200m / ng y 2,5 8 / à 10m / mm Q à q h ng y h    m 2 Trong đó Q: công suất trạm xử lý (m3/ngày) qm: cường độ tưới (m 3 /m 2 h), qm: 10 ÷ 15 m 3 /m 2 h .Chọn qm = 10 m 3 /m 2 h -Chọn kích thước mỗi ngăn của giàn mưa : 2 1,5L B m m    Hệ thống phân phối nước: -Ống dẫn nước chính: Lưu lượng nước thiết kế: Q=25m3/h Chọn vận tốc nước vc=1,2 m/s (0,8-1,2 m/s) Đường kính ống chính: 3 c c 4 4 25 / D 0,086 v 3600 / 1,2 / Q m h m s h m s                 Chọn ống chính bằng thép Dc=90 mm Kiểm tra lại vận tốc trong ống: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 25   3 2 2 4 4 25 / 1,09 1 1,2 / D 0,090 3600s/h Q m h v m s m           Các ống nhánh được bố trí dọc theo chiều dài.Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh theo quy định 0,25-0,3 m,chọn 0,25 m Số ống nhánh cần thiết: 1,5 2 2 12 0,25 0,25 B m      Lưu lượng qua mỗi ống nhánh: 4 325 4,96 10 / 3600 14 n Q q m s m      Chiều dài một ống nhánh: 2 0,09 0,955 2 2 c n L D l m      -Ống phân phối nhánh: Chọn vn = 1,8 m/s,(quy phạm 1,6-2 m/s) Đường kính ống nhánh:           4 4 4,96 10 4 0,019 1,8 n n n q d m v Chọn ống nhánh bằng thép, có đường kính dn = 20mm  Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống phân phối nhánh:   4 2 2 4 4 4,96 10 1,58 1 2 / d 0,02 n n n q v m s            Để nước có thể phân phối đều trên khắp diện tích mỗi ngăn của dàn mưa, trên các ống nhánh ta khoan các lỗ có đường kính dl = 5mm( quy phạm 5 – 10 mm). Tổng diện tích các lỗ này lấy bằng (30 – 35 %) diện tích tiết diện ngang của ống chính. Chọn 35 %, tổng diện tích lỗ:         2 2 3 20,090,35 0,35 2,23 10 4 4 c D m Số lỗ cần thiết: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 26            3 2 2,23 10 113,6 114 0,005 4 4 l n d lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh:     114 9,5 14 12 n n , Chọn n =10 lỗ. Trên mỗi ống nhánh ta khoan 10 lỗ,các lỗ này được xếp thành hai hàng so le nhau và nghiêng một góc 450 so với phương nằm ngang. Trên mỗi hàng của ống nhánh có 5 lỗ,khoảng cách giữa các lỗ: 2 0,096 0,190 2 5 2 5 c nL Da m        Sàn tung nước:  Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ. Kích thước mỗi tấm inox là 1,5m  2 m được ghép lại với nhau  Đường kính lỗ khoan 10 mm, bước lỗ là 50mm  Số lỗ khoan theo chiều rộng:  1500 2 50 1 25 60     lỗ  Số lỗ khoan theo chiều dài :  2000 2 50 1 32 60     lỗ  Mỗi sàn tung khoan: 25  32 = 800 lỗ  Số sàn tung : 3  Khoảng cách giữa các sàn: 0,7 m  Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn đầu tiên: 0,6m  Tính chiều cao dàn mưa nvlfmdm HHHH  Trong đó: Hfm: Khoảng cách từ sàn tung thứ nhất đến dàn phun. Chọn Hfm = 0,9 m. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 27 Hvl: Chiều cao vật liệu tiếp xúc. Dàn mưa thiết kế có 3 sàn, với khoảng cách 0,9 m. Trên mỗi sàn đặt vật liệu tiếp xúc là than cốc dạng cục có đường kính d = 29mm. Mỗi lớp vật liệu tiếp xúc có chiều dày 0,3m.  Hvl = 2 x 0,9 = 1,8 m. Khoảng cách từ sàn tung tới ngăn thu nước là 0,7 m Hn: Chiều cao ngăn thu nước, chọn Hn = 7 m Chiều cao của dàn mưa: 0,9 1,8 0,7 7 10,4 mdmH      - Hệ thống thu thoát khí và ngăn chứa: Để có thể thu được khí trời,kết hợp với việc đuổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa,đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài,người ta xây dựng cửa chớp bằng betong cốt thép Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng ngang là 450,khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 200 mm với chiều rộng mỗi cửa là 200 mm Cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa,nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí Các cửa chớp này được xây dựng cách các mép ngoài của sàn tung là 0,6 m để làm lối đi xung quanh giàn mưa khi tiến hành làm vệ sinh -Hệ thống thu nước: Sàn thu nước đặt dưới phía đáy giàn mưa có đọ dốc 0,04 về phía ống dẫn nước sang cụm xử lí Bố trí một ống thu nước đặt phía dưới đáy sàn thu nước và cao hơn mặt đáy sàn ít nhất là 0,2m để ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình phía sau.  Hoạt động của giàn mưa: - Nước thô được dẫn từ ống góp chung rồi qua các ống đường kính 90 đưa lên giàn mưa. Trên giàn mưa gồm một hệ thống các ống xương cá trong đó các ống chính đường kính 90 mm và các ống nhánh có đường kính 20 mm. Nước từ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 28 giàn phân phối sẽ phun ra ngoài qua các lỗ trên ống nhánh và rơi xuống qua từng sàn tung nước. Nước từ các sàn tung nước di chuyển dẫn xuống dưới do trọng lượng bản thân và tập trung tại sàn thu nước, tại đây nước sẽ chảy vào ống thu nước có đường kính: Chọn vận tốc trong ống là 1,3 m/s ô 4 4 25 0,082 = 82 mm 3600 1,3 Q D m v                   Chọn Dô=85 mm Kiểm tra lại vận tốc trong ống thu:  ô 2 4 25 1,224 1 2 / 3600 0,085 v m s        Tại đầu ống thu nước clo và vôi đồng thời được cho vào để khử Fe, Mn. Hệ thống xả cặn của giàn mưa: Mỗi ngăn một ống xả cặn, ống này có thể lấy là ống PVC đường kính ống tùy thuộc vào vận tốc nước trong ống và lượng nước cần xả khi tiến hành rửa giàn mưa. Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính 150 mm đặt ở giữa ngăn và sát sàn thu nước phía đáy thấp. Kiểm tra thời gian làm thoáng của nước (bỏ qua thời gian nước đọng lại trên sàn tung) 2 2 0,7 3 0,65 9,81 h t s g                 Do H2O rơi tự do trên giàn mưa nên tổn thất thủy lực của nước qua giàn mưa là 0,5 m  Đánh giá hiệu quả xử lý của giàn mưa Hiệu quả loại trừ CO2 của giàn mưa khoảng 75 – 80%. Ngoài hiệu quả khử CO2 thì giàn mưa còn nhằm mục đích hòa tan oxy vào nước để oxy hoá Fe. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 29 Với quá trình xử lý nước ngầm đặc biệt là quá trình khử Fe trong nướn ngầm thì việc khử CO2 đồng thời hòa tan O2 vào nước bằng giàn mưa có tác dụng quan trọng vì nó làm tăng pH trong nước ngầm và oxy làm cho Fe2+ bị oxy hóa. Nếu pH có tăng cao thì mới tạo môi trường tốt để phản ứng oxy hóa Fe và Mn diễn ra. Nhưng trong nguồn nước hiện đang khai thác có hàm lượng Fe cao đồng thời độ kiềm nhỏ do đó lượng oxy hòa tan không đủ để oxy hóa Fe nên phải sử dụng thêm clo để oxy hóa hết Fe. Nhiệm vụ chính của giàn mưa sử dụng ở đây là đuổi CO2 và nâng pH. Hình 6: Giàn mưa THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 30 Bảng 2: Tóm tắt các thông số thiết kế cho dàn mưa Thông số Số liệu thiết kế Số đơn nguyên 1 Kích thước mặt bằng dàn mưa B x L 1,5 x 2 m Chiều cao dàn mưa 10,4 m Nồng độ CO2 trước làm thoáng 127,28 mg/L Nồng độ CO2 sau làm thoáng 29,02 mg/L Độ kiềm nước sau làm thoáng 2,568 meq/L pH sau làm thoáng 6,8 Ống phân phối nước chính Φ90 Ống phân phối nhánh 12ống Φ20 Số lỗ phân phối nước trên ống nhánh 10 lỗ Φ20 Khoảng cách giữa các lỗ trên ống nhánh 190 cm 3.2 Tính toán bể lắng đứng:  Nhiệm vụ: Lắng đọng các bông cặn sinh ra trong các phản ứng trong đó chủ yếu là Fe(OH)3 Tăng thời gian để các phản ứng oxy hóa diễn ra hoàn toàn.  Cấu tạo: là dạng bể lắng ngang thu nước cuối Hàm lượng cặn trong nước khi đưa vào bể lắng đứng: 0,25nC C k P M V     (mg/l) Trong đó: Cn:hàm lượng cặn trong nước nguồn, Cn=0 mg/l THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 31 P:liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước.Khi xử lý nước có màu 4P M (mg/l) K:hệ số với phèn sạch ,lấy =0,5;với phèn không sạch =1,0;với sắt clorua =0,7 M:độ màu của nước nguồn tính bằng độ(thang màu Pt-Co) V:liều lượng vôi nếu có cho vào nước (mg/l) Tính hàm lượng cặn sinh ra trong bể lắng: 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 4 56 mg/l Fe 2+  4 107 mg/l Fe(OH)3 3 mg/l Fe 2+  a mg/l Fe(OH)3 Hàm lượng cặn sinh ra do sự hình thành Fe(OH)3 từ Fe 2+ trong nước nguồn: Fe(OH)3= 3 4 107 5,732 4 56 a      mg/l Số mol Asen: 3 As 0,15 n 2 10 75    mmol/l Khối lượng As2O5 là: 32 10 1 230 0,23 2     mg/l As2O3 + O2  As2O5 ( 2As 3+  2As5+ ) 198mg/l  230mg/l 0,15mg/l As3+  0,15 mg/l As5+ 2Fe(OH)3 + As2O5  2FeAsO4 + H2O 2 107 mg/l Fe(OH)3 230 mg/l  2 195 mg/l 0,23 2 107 0,214 230    mg/l  0,23 mg/l  0,23 2 195 0,39 230    mg/l Hàm lượng cặn ban đầu:Cn=0 mg/l Hàm lượng cặn trong nguồn nước: C=0+5,732-0,214+0,39=5,908 mg/l  Kích thước bể lắng THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 32 Thể tích bể lắng là: 25 120 50 60 60 Q t W      m 3 Với Q=25 m3/h T=120 phút,thời gian lưu bể Chọn chiều cao vùng lắng: Hl=3m (2,6-5m) Chiều cao ống trung tâm= l0,9 H 0,9 3 2,7    m Tốc độ nước dâng trong bể: V= lH 1000 3 1000 0,42 120 60t      mm/s (≤ 1mm/s) Diện tích toàn phần của bể lắng: l W 50 16,67 H 3 F    m 2 Ống trung tâm của bể lắng dẫn nước từ giàn mưa tới bể lắng Diện tích ống trung tâm: 22d 4 4 5 D f           Chọn đường kính ống trung tâm là: d= 5 D f= 0,04 16,67 0,6667  m 2 Tổng diện tích bể lắng: 17,34F F f   m 2 Chọn bể lắng đứng có tiết diện tròn,đường kính bể lắng: 17,34 4 4 4,7 F D       m Đường kính ống trung tâm: 0,94 5 tt D d   m Đường kính phần loe của ống trung tâm: loed 1,35 1,35 0,94 1,269ttd     m THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 33 Đường kính của tấm chắn: loed 1,3 d 1,3 1,269 1,65chan      m Chiều cao vùng lắng bằng 0,8 chiều cao phần hình trụ,chiều cao phần hình trụ: l tru H H 3,75 0,8   m Phần chứa ép cặn của bể lắng xây dựng thành hình nón,thành nghiêng 1 góc 45 0 so với phương ngang Chiều cao phần hình nón:   0 n n 4,7 0,3 45 H 2,2 2 ó tg    m (0,3 chiều rộng hố thu cặn ở đáy) Chọn chiều cao bảo vệ: Hbv=0,3 m Tổng chiều cao của bể lắng đứng : H=Htru+ n nH ó + Hbv=3,75+2,2+0,3=6,25 m  Tính kích thước máng thu nước: Để thu nước đã lắng,dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh bể. Diện tích mặt cắt ngang của máng vòng: 3 v 25 f 5,79 10 2 3600 2 0,6 Q v        m 2 (v:vận tốc nước vào máng),v=0,6 m/s Thiết kế máng có tiết diện:0,2m  0,2m Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu: Lr=lm= 4,7 14,765D     m Chọn máng răng cưa làm bằng inox bề dày bR=3 mm Bề dày miếng đệm dR=10 mm=0,01m Máng gồm nhiều răng cưa,mỗi răng hình chữ V -Chiều cao một răng cưa:60 mm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 34 -Chiều rộng đoạn vát đỉnh:60mm -Góc chữ V:900 -Khoảng cách giữa hai đỉnh răng:120 mm -Chiều cao toàn bộ máng:200mm -Khe dịch chỉnh: .cách nhau 500 mm .Bề rộng khe:12 mm .Chiều dài khe:150 mm Máng răng cưa được nối với máng thu nhờ Bulong M10 Tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng: 3 r 25 10 0,47( / . ) L 3600 14,765 Q q l s m      Số răng cưa trên toàn bộ máng: r r l 14,765 N 1 1 124,04 0,12 0,12      cái Số răng cưa trên 1m chiều dài máng: r r N 124 8,4 9 l 14,765 n    cái Tính lượng bùn tích lại ở bể lắng: Dung tích phần chứa nén cặn hình nón được tính như sau: 2 2 n c h W 3 4 D d D d           Trong đó: Hn;Chiều cao phần nón chứa nén cặn; hn=2,2 m D: đường kính bể lắng,D=4,7m d: đường kính phần đáy hình tròn;d=0,2m (quy phạm 150-200 mm) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 35 2 2 c 2,2 4,7 0,2 4,7 0,2 W 13,287 3 4             m 3 Thời gian giữa hai lần xả cặn:   cW NT h Q C m      Trong đó: N:số lượng bể lắng ,N=1 Wc:dung tích phần chứa cặn của bể lắng, Wc=13,287 m 3 Q:lưu lượng tính toán,Q=25 m3/h  :nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt,tính bằng g/ m3 tùy theo hàm lượng cặn trong nước và thời gian chứa cặn trong bể,lấy theo bảng   12000 9000 12 8 9000 11000 12 6        g/m 3 C:hàm lượng cặn vào bể lắng,C=5,908 mg/l m:hàm lượng cặn sau lắng (mg/l) Hiệu quả lắng của bể lắng đứng: tR (%) t a b t    Trong đó:a,b là các hằng số thực nghiệm ở t=200C.a=0,0075;b=0,014  t 2 R 56,34(%) 0,0075 0,014 2     Hàm lượng cặn sau lắng: tR 5,908 5,908 56,34% 2,58m C C       mg/l    13,287 1 11000 1756,69 25 5,908 2,58 T h       =73 ngày Lượng nước dùng cho xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lượng nước xử lý,xác định như sau: p canK V 1,2 0,168 1 P= 100% 0,1008% 25 8 N Q T          THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 36 Kp:hệ số pha loãng cặn =1,15-1,2.Lấy Kp=1,2.. Bảng 3: Một số thông số của bể lắng Bể lắng Giá trị Hàm lượng cặn khi vào bể (mg/l) 5,908 Đường kính(m) 4,7 Chiều cao(m) 6,25 Đường kín ống trung tâm(m) 0,94 Dung tích phần chứa nén cặn(m3) 13,287 Thời gian giữa hai lần xả cặn(ngày) 73 Lượng nước dùng cho việc xả cặn(%) 0,1008 3.3 Bể lọc nhanh hai lớp:  Nhiệm vụ:  Loại bỏ triệt để các cặn chưa lắng và không lắng được ở bể lắng  Khử Mn nhờ lớp oxit mangan trên bề mặt cát lọc.  Dạng bể lọc: bể lọc nhanh Chọn bể lọc mương 2 tầng, tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường.  Nguyên lý hoạt động:  Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng ngang qua máng phân phối vào các bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước sạch vào bể chứa nước sạch.  Khi rửa: Phương pháp rửa lọc: Gió nước kết hợp. Nước rửa được bơm từ bể chứa nước sạch qua hệ thống phân phối nước rửa lọc kết hợp với hệ thống phân phối gió, qua lớp sỏi đỡ và lớp vật liệu lọc kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa về mang tập trung rồi được xả ra ngoài theo mương thoát nước. Trong quá trình rửa, gió được cấp vào trước để xáo trộn vật liệu lọc làm cho hạt cát tách ra (thời gian sục gió khoảng 5 phút) sau đó nước đưa từ dưới lên để cuốn cặn bẩn ra ngoài, quá trình được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng rửa (10 phút). THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 37 Chế độ rửa lọc như sau: Rửa gió với cường độ 15 l/s.m2 trong 2 phút sau đó rửa kết hợp nước và gió trong thời gian 4 phút với cường độ gió 15 l/s.m2 và nước 2,5 l/s.m2, sao cho cát không bị trôi vào máng thu nước rửa. Cuối cùng ngừng rửa gió và tiếp tục rửa nước thuần tuý với cường độ 6 l/s.m2 trong khoảng thời gian 6 phút. Nước sau khi ra bể lọc sang bể chứa, trên đường ống về bể chứa nước được châm clo để khử trùng lần cuối và đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt. Hình 6: Bể lọc 1-Mương phân phối nước lọc (nước từ bể lắng đến) 2-Mương tập trung nước rửa 3-Máng thu nước rửa lọc 4-Lớp vật liệu lọc và lớp vật liệu đỡ 5-Hệ thống thu nước trong và phân phối nước rửa - Sàn gắn chụp lọc 6-Hầm thu nước trong và phân phối nước rửa 7-Ống dẫn nước trong về bể chứa nước sạch 8-Ống cấp nước rửa THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 38 9-Ống xả nước rửa 10-Mương thoát nước rửa 11-Cửa quản lý 12-Ống dẫn khí rửa bể  Kích thước bể: Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý F = 1 23.6TB TB Q T V W t at V     Trong đó: Q: công suất trạm xử lý,Q = 200 m3/ngày T : thời gian làm việc trong 1 ngày, T = 8h a: số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm với chế độ làm việc bình thường.Chọn a = 1 VTB:vận tốc lọc tính toán ở chế độ bình thường,theo bảng 3.2, VTB = 8 m/h. W: cường độ nước rửa lọc, W = 15 (l/s.m2) t1: thời gian rửa lọc, t1 = 0,1 giờ t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa, t2 = 0,35 giờ F = 200 3,584 8 8 3,6 15 0,1 1 0,35 8         m 2 Chọn F= 4 m2 Chọn kích thước mặt bằng bể: Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: N = 0,5 F = 0,5 4 = 1 bể * Bể lọc nhanh có hai lớp vật liệu lọc: - Lớp phía dưới là cát thạch anh có đường kính d1 = 0,7 mm, hệ số không đồng nhất K = 2, chiều dày lớp cát lọc bằng L1 = 800 mm - Lớp phía trên là lớp than antraxit nghiền nhỏ có cỡ hạt d2 = 1,2 mm, hệ số không đồng nhất K = 2, chiều dày lớp than L2 = 400 mm. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 39  Chiều cao lớp vật liệu lọc: L = L1 + L2= 800 + 400 = 1200 mm Chọn kích thước bể: L x B = 2 x 2 m = 4 m2  Chiều cao xây dựng bể lọc: H = hd + hv + hn + hp + h + hs Trong đó: hd: chiều dày lớp sỏi đỡ, hd = 0,4 m hv: chiều dày lớp vật liệu lọc, hv= hcat+ hthan=0,8+0,4= 1,2 m hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc,hn = 2 m hp: chiều cao dự trữ trên mặt nước, hp = 0,3 – 0,5 (m). Lấy bằng 0,5m h :chiều cao đáy sàn chụp lọc,h=1 m hS: chiều dày sàn chụp lọc, hS = 0,1 m Vậy chiều cao bể lọc: H = 1,2 + 2 + 0,5 + 1 = 4,7 m  Tính toán máng thu nước rửa lọc: Bể có chiều dài 2m Nước sau khi rửa lọc được thu vào một màng thu nước đặt song song với thành bể Máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác Tim máng cách tường bể 1 m Lượng nước rửa thu vào máng : qM = W x d x l = 15 x 1 x 2 = 30 l/s = 0,03 m 3 /s Trong đó : W : cường độ rửa lọc, W = 15 l/s.m2 d : khoảng cách giữa các tâm máng, d = 1 m l: chiều dài của máng, l = 2 m Chiều rộng máng : Bm = K 2 5 3(1,57 ) mq a Trong đó: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 40 Lưu lượng nước rửa thu vào mỗi máng qm : 0,03 m 3 /s a: tỉ số giữa chiều cao phần hình chữ nhật với nửa chiều rộng của máng. Lấy a = 1,3 (quy phạm a = 1-1,5) K: hệ số phụ thuộc hình dạng đáy máng,đáy máng tam giác , K = 2,1 Bm = 5 0,03 2,1 (1,57 1,3)   = 0,338 m 0,34 m a = 2/m CN B h  hCN = 0,34 1,3 0,221( ) 2 2 mB a m     Vậy, chiều cao phần máng chữ nhật hCN = 0,221 m  chiều cao phần đáy tam giác: hĐ=0,17 m. Độ dốc đáy máng lấy về phía máng thu nước tập trung là i = 0,01 Chọn chiều dày thành máng: δm = 0,05 m Chiều cao toàn phần máng thu nước rửa: HM = hCN + hĐ + δm = 0,221 + 0,17 + 0,05 = 0,441 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu được xác định theo công thức: HM = 1,2 50 0,3 0,3 0,9 100 100 L e      m Trong đó: L: chiều cao vật liệu lọc, L = 1,2 m. e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50%. Theo quy phạm,khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là:0,007m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là HM = 0,441 m, vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 2 m nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: 0,441 2 0,01 0,461   m (Vậy HM sẽ phải lấy bằng: HM=0,461+0,07=0,531 m) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 41 Khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa và bề mặt lớp vật liệu lọc 0,9-0,461=0,439 m( theo quy phạm  0,07 m) Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào mương tập trung bố trí cạnh bể,chiều rộng mương,chọn A=0,4m. Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung được xác định : hM =1,75 x 2 3 2 0,2M q g A   = 2 3 2 0,06 1,75 0,2 0,376 9,81 0,6     m Trong đó: qM: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung, qM = 0,06(m 3 /s) A: chiều rộng máng tập trung, chọn A = 0,6 m (quy phạm  0,6 m) g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 - Mương dẫn nước xả khi rửa bể lọc rộng 0,6m đặt sâu dưới đáy bể lọc 0,4m.  Tính toán hệ thống phân phối nước rửa lọc: Chọn phương pháp rửa bể bằng gió khí kết hợp Trước tiên gió được thổi với cường độ 15-20l/s.m2 vào để làm tung lớp vật liệu lọc tạo ra độ rỗng lớn,thời gian thổi khoảng 1-2 phút,sau đó rửa nước kết hợp với gió trong thời gian 4-5 phút với cường độ gió 15-20l/s.m2 và nước 2,5-3 l/s.m 2.Sao cho cát không bị trôi vào máng thu nước.Cuối cùng ngừng rửa gió và tiếp tục rửa nước thuần túy với cường độ 5-8 l/s.m2 trong khoảng thời gian 4-5 phút. -Hệ thống rửa nước: Lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể lọc: r 4 14 Q 0,06 1000 1000 F      m 3 /s Trong đó: Qr:lưu lượng nước rửa ngược,m 3 /s F: diện tích bể lọc,F= 4m2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 42 w:cường độ rửa lọc,w= 14 l/s.m2 Vận tốc chảy trong ống chính cho phép từ 1,5-2 m/s.Chọn vc=1,8 m/s r c c Q 4 0,06 4 D 0,206 v 1,8         m Chọn ống chính không rỉ,có đường kính Dc=200 mm Đường kính ngoài ống chính d=220 mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước chính: r c 2 ng Q 0,06 v • • ••• 1,91 2 0,2f 4       m/s (thỏa đk) Ống nhánh hàn vào tim ống chính,chiều cao từ đáy bể đến tim ống chính là:220:2=110mm Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh.Chọn 0,25m (quy phạm 0,25-0,3 m) Số ống nhánh trong 1 bể lọc: 2 1 2 1 2 14 0,25 0,25 B m                   ống nhánh Chọn số ống nhánh trong bể lọc là 14 ống,sắp xếp hai bên thành ống theo dạng hình xương cá,mỗi bên 7 ống. Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi nhánh: 3r n Q 0,06 q 4,285 10 14m     m 3 /s=4,28 l/s Theo quy phạm tốc độ nước chảy trong ống nhánh từ 1,8-2 m/s.Chọn vn=2m/s Diện tích ống nhánh là: 3 3•n n n q 4,285 10 f • • =2,142 10 v 2 ô        m 2 Đường kính ống nhánh: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 43 3• n n f 4 2,142 10 4 d •• •• • 0,0522ô          m Chọn đường kính ống nhánh là:55mm Chiều dài 1 ống nhánh : 2 0,22 0,89 2 l    m Kiểm tra tốc độ chảy trong ống nhánh: 3 n 2 4,285 10 4 v 1,8 2 0,055       m/s (thỏa đk) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% (30-35%) tiết diện ngang của ống chính Tổng diện tích lỗ được tính là: 20,2 w 0,35 0,011 4     m 2 Theo quy phạm đường kính lỗ trên ống nhánh từ 10-12 mm.Chọn 10 mm Diện tích 1 lỗ: 2 3 2 l 0,01 w • 7,853 10 m 4     Tổng số lỗ: o 3 0,0110 n • •• 140 7,853 10    lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh: 140 10 14  lỗ Trên mỗi ống nhánh các lỗ xếp thành hai hàng so le nhau hướng xuống và nghiêng một góc 450 so với mặt phẳng.Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh:10/2=5 lỗ Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là: 2 0,22 a • 0,178 2 5     m (0,22 là đường kính ngoài của ống chính) -Hệ thống dẫn gió rửa lọc: Lưu lượng gió rửa lọc của bể lọc: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 44 gi gi 4 18 Q 0,072 1000 1000 ó ó F      m 3 /s Trong đó: F:diện tích bể lọc,m2.F=4 m2 gió :cường độ gió rửa bể lọc theo quy phạm từ 15-20 l/s.m2,chọn wgió=18 l/s.m 2 vận tốc gió trong ống dẫn gió chính quy phạm từ 15-20 m/s,chọn vgió=18m/s Đường kính ống gió chính: gi gi gi Q 4 0,072 4 D = 0,071 •v 1• 8 ó ó ó         m Chọn ống chính bằng thép không gỉ có đường kính Dgió=75 mm Chọn ống phía trong bể lọc bằng nhựa PVC dày 3 mm Kiểm tra lại vận tốc gió: gi gi 2 2 gi Q 4 0,072 4 v 16,30 D 0,075 ó ó ó         m/s Chọn số ống nhánh trong bể lọc là 14 ống,sắp xếp hai bên thành ống theo dạng hình xương cá,mỗi bên 7 ống. Lượng gió cấp cho 1 ống nhánh: gi 3 ó Q 0,072 q • •• • 5,143 10 14 14 ó gi     m 3 /s=5,143 l/s Đường kính ống gió nhánh là: 3 ó nh nh gi 4 q 4 5,143 10 d 0,019 v 18 gi á ó          m Chọn đường kính ống nhánh là:20mm Kiểm tra lại vận tốc gió: 3 gi gi 2 2 ánh q 4 5,143 10 4 v 16,37 d 0,02 ó ó nh          m/s Tính số lỗ trên ống nhánh dựa vào việc chọn tỷ lệ giữa tổng diện tích các lỗ trên diện tích mặt cắt ngang của ống chính. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 45 Chọn tỷ lệ tổng diện tích các lỗ trên ống nhánh bằng 35% (quy phạm từ 35- 40%) diện tích ngang của ống khí chính. Tổng diện tích các lỗ là: 2 2 gi 3 1 D 0,075 f 0,35 0,35 1,546 10 4 4 ó          m 2 Theo quy phạm đường kính lỗ thổi khí từ 2-5 mm.Chọn 3 mm Diện tích 1 lỗ gió: 2 6 1 0,003 f 7 10 4     m 2 Tổng số lỗ gió cần cho bể lọc: 3 ’ 6 1,546 10 m ••• 221 7 10       lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh: 221 15,78 16 14  lỗ Chọn trên 1 ống nhánh có 16 lỗ được bố trí thành 2 hàng so le nhau ở 2 thành ống nhánh,mỗi thành có 8 lỗ Các lỗ đặt nghiêng 1 góc 450 so với trục thẳng đứng của ống và hướng xuống phía dưới. Để phân phối nước và gió rửa lọc ta dùng hệ thống chụp lọc loại K1,có đường kính phía trên 70 mm,và tổng chiều dài 188 mm Phân phối nước và gió rửa lọc bằng hệ thống chụp lọc đuôi dài gắn trên sàn đỡ Thiết kế sàn gắn chụp lọc bằng bê tong cốt thép đúc sẵn dưới dạng tấm vuông có kích thước mặt bằng 1m 1m và dày 0,1m. -Tính tổn thất áp lực qua bể lọc nhanh: Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: 2 2 c p •v v h 2 2 n g g      Trong đó: vc:vận tốc nước chảy ở đầu ống chính vc=1,91 m/s THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 46 vn:vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh vn=1,8 m/s g:gia tốc trọng trường,g=9,81m/s2 Hệ số sức cản: 2 2,2 1, 0,35K K       2 2,2 1 18,96 0,35     2 2 p 1• ,91 1,8 h 18,96 3,6905 2 9,81 2 9,81       m -Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: sh 0,22 Lđ    m Ls:chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls=0,5m  :cường độ rửa lọc  =15l/m 2 .s sh 0,22 L 0,22 0,5 15 1,65đ       m -Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc: Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc sạch được xác định qua công thức Carem-Kozeny: 2 s 3 v1f e L h e d g      Trong đó: f:hệ số ma sát  :hệ số hình học lớp vật liệu lọc L:chiều dày lớp vật liệu lọc,m d:đường kính của vật liệu lọc =d60,m vs:tốc độ lọc; vs=8m/h= 32,22 10 m/s e:độ rỗng của lớp vật liệu lọc g=9,81 g/m 2 -Hệ số ma sát: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 47 1 f 150 1,75 Re e    Re: hệ số Reynold s sv vRe d d             :độ nhớt động học của nước,t=250 C 61,003 10   m 2 /s Đối với than anthracite: d10=0,9 mm;k=1,5; 60 10d k d 1,5 0,9 1,35     mm L=0,4  =0,72 e=0,55    3 3 6 0,72 1,35 10 2,22 10 Re 2,151 1,003 10           1 0,55 f 150 1,75=33,13 2,151       2 3 a 3 3 2,22 1033,13 1 0,55 0,4 h • 0,0185 0,72 0,55 1,35 10 9,81          m Đối với cát lọc thạch anh: d10=0,6mm;k=1,5; 60 10d k d 1,5 0,6 0,9     mm L=0,8 m  =0,95 e=0,38    3 3 6 0,95 0,9 10 2,22 10 Re 1,892 1,003 10           1 0,38 f 150 1,75=50,904 1,892     THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 48   2 3 át 3 3 2,22 1050,904 1 0,38 0,8 h • 0,27 0,95 0,38 0,9 10 9,81 c          m Vậy tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc sạch là: Hl= ha+ hcát=0,0185 +0,27=0,2885 m Áp lục để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc Lấy hbm=2 m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là; Ht=hp+hđ+hl+ hbm= =3,6905+1,65+0,2885+2=7,629 m  Tính bơm khí rửa lọc:  Bơm khí dùng rửa lọc được tính toán dựa trên các yêu cầu sau: - Cường độ gió rửa bể lọc là gió =18 l/s.m 2 - Dung tích 1 bể lọc là 2  2 = 4 m2 - Vậy lưu lượng khí dùng rửa lọc là 72 l/s = 0,072 m3/s - Vận tốc không khí chuyển động trong ống, vgió = 18 m/s. - Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc là 10 m - Đường kính ống dẫn khí chính là d = 75 mm = 0,075 m - Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ làm việc là  = 1,13 kg/m 3  Tính cột áp cần thiết của bơm khí: - Cột áp của bơm được tính theo công thức Hb-khí = h1 + h2 + h3 Trong đó: h1: cột áp để khắc phục tổn thất áp lực chung trong ống dẫn khí tính từ máy thổi khí đến bể lọc. h2: cột áp để khắc phục cột nước và lớp cát lọc trên lỗ phân phối gió h3: cột áp để khắc phục tổn thất từ hệ thống phân phối đến mép máng thu nước rửa lọc THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 49  Chọn h1 = 2 m  Tính h2: h2 = 1  H1 + 2  H2 + H3 Với: 1, 2 là trọng lượng riêng của cát và than ăngtraxit H1, H2 là chiều cao lớp cát và lớp than ăngtraxit H3 là chiều cao lớp nước từ mặt lớp vật liệu lọc đến mép máng Ta có 1 = 2,6, H1 = 0,8 m 2 = 1,6, H2 = 0,4 m H3 = 0,9 m  h2 = 2,6  0,8 + 1,6  0,4 + 0,9 = 3,62 m  Chọn h3 bằng chiều cao lớp nước từ ống phân phối đến mép máng thu nước rửa, h3 = 2 m  vậy cột áp cần thiết của bơm gió rửa lọc là: Hb-khí = 2 + 3,62 + 2 = 7,62 m  Áp lực của khí nén là: p = b kh10,33 H 10,33 7,62 10,33 10,33 í  = 1,74 at  Công suất của bơm khí là: giQ N= 102 óL    Với: : hiệu suất chung của máy thổi khí, chọn  = 0,8 Qgió: lưu lượng khí, Qgió = 0,072 m 3 /s    0,29 0,29 L 34400 p – 1 34400 1,74 – 1 5994,08      N = 5994,08 0,072 5,29 102 0,8 kW    THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 50 Chọn bơm khí rửa lọc có công suất 6 kW, với lưu lượng là 0,072 m 3 /s=259,2 m 3 /h và cột áp là 7,62 m, áp lực là 1,74 at.  Tính bơm nước rửa lọc: Bơm rửa lọc có các thông số sau: - Cường độ rửa lọc là 15 l/s.m2 - Diện tích 1 bể lọc là 2  2 = 4 m2 Lưu lượng nước dùng rửa lọc là Qr = 0,06 m 3 /s - Vận tốc nước chảy trong ống(lấy bằng vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước rửa), v = 1,91 m/s. - Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc là 20 m - Đường kính ống dẫn khí chính là d = 200 mm = 0,2 m - Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc là  = 998 kg/m3 Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc Hr= ht + hhh + h0 + hcb Trong đó: ht: tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc;hT=7,629 m hhh: là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa(m) hhh=4+3,5-2+0,85=6,35 m 4:chiều sâu mức nước trong bể chứa 3,5:độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa 2:chiều cao lớp nước trong bể lọc (m) 0,85:khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng thu h0: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc Giả sử chiều dài đường ống nước rửa lọc l=50m Đường kính ống dẫn nước rửa lọc:D=200mm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 51 Qr=0,06 m 3 /s Dựa vào bảng tra thủy lực được i=0,0172 Vậy h i 0,86ô l   m Lấy hô=1 m hcb: tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khoá  Tính hcb: 2 2 cb V 1,91 h (2 0,98 0,26 2 1) 0,7846m 2g 2 9,81 Giả sử trên đường ống rửa lọc có các thiết bị phụ tùng sau: 2 cút 900, 1 van khoá, 2 ống ngắn có hệ số sức kháng  như sau: Cút 90 0 : 0,98 Van khoá: 0,26 Ống ngắn: 1 V: vận tốc nước chảy trong ống, V = 1,91 m/s Vậy áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc: Hr= ht + hhh + h0 + hcb = 7,629 + 6,35 + 1 + 0,7846 = 15,76(m)  Công suất bơm N = Q  H    g 1000   = 0,06 15,76 998 9,81 1000 0,8     = 11,57Kw : hiệu suất chung của bơm,  = 0,8 Chọn bơm rửa lọc có công suất 12kW, với lưu lượng là 0,06 m3/s -Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng sang bể lọc: 4 Q D v    m Tốc độ lọc tính toán ở chế độ bình thường của bể lọc nhanh là vbt=5,5 m 3 /m 2 .h(quy phạm là5-6 m3/m2.h) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 52 Bể lọc nhanh có diện tích:4m2 Như vậy trong 1 giờ cần phải cung cấp một lưu lượng nước là: 5,5 4 22Q    m 3 /h V:vận tốc nước chảy trong ống,chọn v= 1m/s (quy phạm từ 0,8-1,2 m/s) Thay các giá trị vào công thức trên,ta có: 4 4 22 0,088 1 3600 Q D v          m Vậy chọn ống dãn nước từ bể lắng sang máng phân phối nước của bể lọc,co đường kính là 90 mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: 2 2 4 4 22 0,96 3600 0,09 Q v D          m/s( trong khoảng cho phép) Tỷ lệ nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc: 1 0 60 100 % 1000 F t N P Q T         Trong đó:  :cường độ rửa lọc; F:diện tích 1 bể lọc N:số bể lọc Q:công suất trạm xử lí T0:thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa (giờ)  0 1 2 3 T T t t t n     T :thời gian công tác của bể trong 1 ngày,T=8h n:số lần rửa bể lọc trong 1 ngày,n=1 t1, t2 ,t3:thời gian rửa ,xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể,h t1=0,1 h; t2=0,17h ;t3=0,35h  0 8 0,1 0,17 0,35 7,38 1 T      h THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 53 15 4 6 60 1 100 11% 25 7,38 1000 P          Bảng 4: Một số thông số bể lọc nhanh Bể lọc nhanh Giá trị Kích thước(m) 2  2 Chiều cao(m) 4,7 Chiều dày lớp vật liệu lọc(m) 1,2 Rửa lọc Cường độ nước rửa lọc:(l/m2.s) 15 Công suất bơm nước rửa lọc(kW) 11,57 Cường độ khí rửa lọc(l/m2.s) 18 Công suất bơm khí rửa lọc(kW) 5,29 3.4 Bể chứa nước sạch: -Nhu cầu dùng nước của trạm xử lí: Nhu cầu dùng nước của trạm xử lí bao gồm: -Nước vệ sinh trạm xử lí -Nhu cầu sinh hoạt trong trạm xử lí -Nước dùng để rửa ngược bể lọc Nhu cầu vệ sinh nhà máy không ổn định và nhỏ so với nhu cầu dùng nước khác nên có thể bỏ qua trong phần tính toán dưới đây: Thể tích cần thiết cho sinh hoạt công nhân trong trạm xử lí: Số lượng công nhân trong trạm xử lí là 2 người và nhu cầu dùng nước cho công nhân có sử dụng vòi hoa sen là 150l/người.ngày Nhu cầu dùng nước trong sinh hoạt công nhân của trạm xứ lí: 3 3 3 1 150 W 2 10 / 3,3 / l ng m l m day ng day      Thể tích cần thiết để rửa bể lọc: Bể lọc cần thể tích nước rửa là: -Nước rửa trên bề mặt -Nước rửa ngược THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 54 Thể tích nước rửa trên bề mặt: Ban đầu rửa bề mặt với lưu lượng : 3W ,s s sQ t m  Với Qs:lưu lượng rửa bề mặt,m 3 /phút Ts:thời gian rửa,phút;theo quy phạm thời gian rửa 7-8 phút,trong đó 2-3 phút rửa trước khi cho phối hợp với nước rửa lọc từ dưới lên. Lưu lượng rửa bề mặt: Qs sq F  ,m 3 /phút qs:cường độ rửa bề mặt .Chọn 0,75l/m 2.s(quy phạm 0,5-0,75l/m2.s) F: diện tích bể lọc;F=4 m2 Vậy: 3 3 3 2 2 Q 0,75 10 60 4 0,18 . út út s s m s m q F m m s ph ph        Thể tích nước rửa bề mặt: 3 3 sV 0,18 8 út 1,44 út m ph m ph    Thể tích rửa ngược: 3 nV ,bq t m  Trong đó: qb:lưu lượng nước rửa ngược, qb=0,06 m 3 /s Vn:thể tích rửa ngược, m 3 Vậy: 3 3 nV 0,06 60 8 út 28,8 út m s ph m s ph     Tổng thể tích rửa ngược: W2=Vs+Vn=1,44+28,8=30,24 m 3 Suy ra:Nhu cầu dùng nước của trạm: V1=W1+ W2=0,3+30,24=30,54 m 3 Cân bằng giữa nhu cầu của mạng lưới và đầu ra của trạm xử lý: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 55 Thể tích bể chứa được xác định từ chênh lệch công suất bơm và công suất của trạm xử lý nước: 3 2V 30% 30% 200 60 m Q day      m 3 Thể tích bể chứa: Vb= V1 +Vs=30,54+60=90,54 m 3 Chọn thể tích bể: Vb=91 m 3 Chiều cao mực nước bể chứa 4m;chiều cao an toàn là 0,3 m Bể được xây dựng nửa chìm nửa nổi. Diện tích bể chứa: V 91 S 21,16 4,3 b H    m 2 Chọn: 6,5 3,5 4,3L B H m m m     Khử trùng nước:Chọn phương pháp khử trùng bằng chlorine Cl2+H2O  HCl+HOCl HOCl HCl+O HOClH++OCl- Nhu cầu chlorine trung bình trong ngày: tbG a Q  kg/day a:liều lượng chlorine trung bình,chọn a=0,85 mg/l(quy phạm từ 0,7-1 mg/l) Q:liều lượng xử lý,Q=200 m3/day 3 6 3 tb 3 G 0,85 200 10 10 0,17 / mg m mg l kg day l day kg m      Lượng chlorine dự trữ trong 45 ngày: dt tbG 45 G 45 0,17 7,65kg     Lượng chlorine sự dụng tối đa trong ngày: 3 6 3 max 3 G 1 200 10 10 0,2 / mg m mg l kg day l day kg m      THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 56 Chọn thiết bị định lượng chlorine cần thiết là 2,trong đó có một thiết bị dự phòng với lưu lượng trung bình. Đường kính ống dẫn khí chlorine: chlorined 1,2 q v   Trong đó:q :lưu lượng giây lớn nhất của khí clo hoặc clo lỏng (m3/s),lấy lớn hơn trung bình giờ từ 3-5 lần,trọng lượng thể tích của Clo lỏng:1,4 T/m3,của Clo khí:0,0032 T/m 3 v:tốc độ trong đường ống,lấy bằng 2,5-3,5 m/s đối với Clo khí và ),8 m/s đối với Clo lỏng 6 3 4 0,17 q 7,38 10 3600 8 0,0032 10       m 3 /s Vậy: 6 4 chlorine 7,38 10 d 1,2 9,31 10 0,931 3,5       mm Chọn chlorined =1 mm 3.5 Tính toán sân phơi bùn: Lượng cặn khô xả ra hằng ngày được tính theo công thức: G C  Q 1000 (kg/day) Trong đó: - G: Lượng cặn khô tích lại ở bể lắng sau một ngày, (kg/day) - Q: Lượng nước xử lý, Q = 200 (m3/day) - C : Hàm lượng cặn trong nước khi đưa vào bể lọc; C = 5,908 (mg/l) Vậy 1,1816 5,908 G C     Q 200 1000 1000 (kg/day) Lượng bùn cần nén trong 1 tháng: 2G 1 30 1,1816 35,448    kg Diện tích mặt sân cần thiết: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 57 2G 35,448 0,322 110 F a    m 2 Chọn sân hình chữ nhật:chiều rộng bằng 1/4 chiều dài Ta có: 24 0,322 0,28B B m    Chọn B=0,3 m 4 0,3 1,2L m    Bùn chứa trong sân khoảng 1 tháng,nồng độ bùn khô đạt 25%,tỷ trọng bùn: 1,2  kh« t/m 3 Thể tích bùn khô trong sân là: 3 2 ô G 35,448 10 V = 0,03 1,2 kh     (m 3 ) Chiều cao bùn khô trong sân là: ô ô 0,03 0,083 0,36 kh khh    V F (m) Lượng cặn khô xả ra hằng ngày G=1,1816 kg;nồng độ cặn:3%;tỷ trọng:1,03 t/m3 Trọng lượng dung dịch cặn xả ra hằng ngày: 3 1,1816 100 39,39 3 G    Thể tích bùn loãng xả ra trong một ngày là: 3 3 lo ng 39,39 10 V 0,038 1,03 ã      lo·ng G (m 3 ) Chiều cao bùn loãng trong sân là: lo ng 0,038 h 0,11 0,36 ã    lo·ng V F (m) Vậy chiều dày của lớp bùn trong sân phơi là: Hsân = hkhô + hloãng = 0,083+ 0,11 = 0,193 (m) Lấy chiều cao dự trữ = 0,3 (m), chiều dày lớp sỏi ở đáy hđáy = 0,4 (m) khi đó chiều cao thành máng của sân phơi là H=0,193 + 0,3 + 0,4 = 0,893 (m). Chọn H= 1m THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 58 3.6 Tính toán thiết bị pha chế hóa chất kiềm hóa:  Tính toán lượng xút cần thiết: Ta có:pH sau quá trình làm thoáng là 6,1 < 6,8châm NaOH để nâng pH.Fe 2+ sẽ dễ dàng chuyển hóa thành Fe3+ trong môi trường pH=7-7,5. NaOH  Na+ + OH- H + + OH -  H2O Lượng NaOH để nâng pH=6,1 lên 7,5 là:    6,1 7,5 340 10 10 1000 0,0305 / 30,5 /NaOH g l g m       Khối lượng xút sử dụng trong 1 ngày: 30,5 200 6100  g/ngày= 6,1 kg/ngày Lượng xút thị trường với độ tinh khiết 95% cần dùng cho 1 ngày: 6,1 6,421 0,95 G   kg  Tính toán dung tích bể pha xút 5%: Thể tích bể xút nồng độ 5% là: W 10.000 v v v Q n P b       m 3 Trong đó: Q:lưu lượng nước tính toán,Q=25 m3/h n:thời gian giữa hai lần pha vôi,n=8h Pv:liều lượng xút cho vào nước(mg/l) bv:nồng độ vôi sữa (%), bv=5%  :khối lượng riêng của xút,  =1,1 tấn/m3 325 8 6,421W 0,0233 23,3 10.000 10.000 5 1,1 v v v Q n P m l b              Sử dụng các thùng dung tích 50l,vật liệu chế tạo là nhựa PE để pha xút. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCXDVN 33:2006: Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế [2] TS.Nguyễn Phước Dân – Giáo trình nước cấp. Khoa môi trường Trường ĐHBK TP.HCM [3] PTS.Nguyễn Ngọc Dung – Xử lí nước cấp. Nhà xuất bản Xây dựng 1999 [4] TS.Trịnh Xuân Lai – Cấp nước tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 2002 [5] TS.Trịnh Xuân Lai – Xử lí nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội 2008 [6] Nguyễn Thị Thu Thủy – Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp [7] Nguyễn Lan Phương – Xử lý nước cấp. Khoa Môi trường ĐHBK Đà Nẵng [8] Nguyễn Lan Phương – Cấp nước sinh hoạt và công ngiệp. Khoa Môi trường ĐHBK Đà Nẵng