Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước cho 2500 dân

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP CÁC NGUỒN CẤP NƯỚC Ở NƯỚC TA: Năm 1896, hệ thống xử lý nước đầu tiên của Hà Nội được chính thức đưa vào vận hành. Hiện nay, hệ thống cấp nước của thành phố Hà Nội đã được cải tạo và xây dựng mới với trang thiết bị hiện đại, nâng cơng suất lên 390 000 m3/ngày. Đối với các thành phố khác ở miền Bắc, nhiều hệ thống cấp nước cũng đã được cải tạo và phát triển. Ở miền Nam, các hệ thống cấp nước cho các đơ thị lớn cũng được cải tạo và nâng cấp. Nhiều nhà máy nước xây dựng từ thời thuộc Pháp đã được cải tạo, thay đổi cơng nghệ xử lý. Hiện nay, ở thành phố Hồ Chí Minh, nhà máy nước Thủ Đức I cĩ cơng suất 700 000 m3/ngày đang hoạt động, nhà máy nước Tân Hiệp, nhà máy nước ngầm Hĩc Mơn và nhà máy nước Thủ Đức II cĩ cơng suất 300 000 m3/ngày đang khởi cơng xây dựng đảm bảo cung cấp nước sạch sinh hoạt và sản xuất của tồn thành phố. Trong thời điểm hiện nay, nhiều trạm cấp nước đã được xây dựng mới, áp dụng những cơng nghệ tiên tiến của các nước phát triển như Pháp, Phần Lan, Australia, Singapore,…Các loại cơng trình xử lý như bể lắng ngang cĩ các tấm lamen, bể lắng kiểu accelator, kiểu pulsator, bể lọc sử dụng vật liệu nổi, bể lọc kiểu Aquazuz V đã được áp dụng ở nhiều nơi. Trong cơng nghệ xử lý nước ngầm, áp dụng ejector thu khí, tháp oxy hĩa, nước chảy chuyển bậc để oxy hĩa sắt thay cho giàn mưa cổ điển. Những trạm cấp nước cho các thành phố lớn đã áp dụng cơng nghệ tiên tiến và tự động hĩa cao. Trong tương lai, các hệ thống cấp nước sẽ được nâng cấp để theo kịp các nước trong khu vực. Nước dùng cho sinh hoạt: Là loại nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người như nước dùng để ăn uống, tấm rửa, giặt, chuẩn bị nấu ăn, cho các khu vệ sinh, tưới đường, tưới cây,…Loại nước này chiếm đa số trong các khu dân cư. Nước dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo các tiêu chuẩn về hĩa học, lý học và vi sinh theo các yêu cầu của quy phạm đề ra, khơng chứa các thành phần lý, hĩa học và vi sinh ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Nước dùng cho sản xuất Cĩ rất nhiều ngành cơng nghiệp dùng nước với yêu cầu về lưu lượng và chất lượng nước rất khác nhau. Cĩ ngành yêu cầu chất lượng nước khơng cao nhưng số lượng lớn, ngược lại cĩ những ngành yêu cầu số lượng nước khơng nhiều nhưng chất lượng nước rất cao, ví dụ nước cho các ngành cơng nghiệp dệt, phim ảnh, nước cấp cho các nồi hơi, nước cho vào sản phẩm là các đồ ăn uống,…Nước cấp cho các ngành cơng nghiệp luyện kim, hĩa chất yêu cầu lượng nước lớn nhưng yêu cầu chất lượng thường khơng cao. Lượng nước cấp cho sản xuất của một nhà máy cĩ thể tương đương với nhu cầu dùng nước của một đơ thị hàng ngàn dân. Nước dùng cho chữa cháy Dù là khu vực dân cư hay khu cơng nghiệp đều cĩ khả năng xảy ra cháy. Vì vậy, hệ thống cấp nước cho sinh hoạt hay sản xuất đều phải tính đến trường hợp cĩ cháy. Nước dùng cho việc chữa cháy luơn được dự trữ trong bể chứa nước sạch của thành phố THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC CẤP: Nước ngầm cấp cho sinh hoạt: Việt Nam là quốc gia cĩ nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt nước mưa…nước ngầm cĩ thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luơn là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước nặt thường bị ơ nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như: khơng cĩ các hạt keo hay các hạt lơ lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp. Thơng số Nước ngầm Nước bề mặt Nhiệt độ Tương đơi ổn định Chất rắn lơ lửng Rất thấp, hầu như khơng cĩ(30-50 mg/l) Thường cao và thay đổi theo mùa(hàm lượng dao động lớn cĩ khi lên tới 3000m/l) Chất khống hồ tan Ít thay đổi, cao hơn so với nước mặt Thay đổi tuỳ thuộc chất lượng đất, lượng mưa. Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Thường xuyên cĩ trong nước.hàm lượng tùy thuộc vào địa chất của mạch nước Rất thấp, chỉ cĩ khi nước ở sát dưới đáy hồ Khí CO2 hồ tan Cĩ nồng độ cao(hàm lượng tùy thuộc vào địa chất của mạch nước) Rất thấp hoặc bằng 0 Khí O2 hồ tan Thường khơng tồn tại Gần như bão hồ Khí NH3 Thường cĩ(hàm lượng tùy thuộc vào địa chất của mạch nước) Cĩ khi nguồn nước bị nhiễm bẩn Khí H2S Thường cĩ Khơng cĩ SiO2 Thường cĩ ở nồng độ cao Cĩ ở nồng độ trung bình NO3- Cĩ ở nồng độ cao, do bị nhiễm bởi phân bĩn hố học Thường rất thấp Vi sinh vật Chủ yếu là các vi trùng do sắt gây ra Nhiều loại vi trùng, virut gây bệnh và tảo. Bảng I.1: Một số đặc điểm khác nhau giữ nước ngầm và nước mặt Các nguồn nước ngầm hầu như khơng chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ơ nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hồ tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hố và sinh hố trong khu vực. Ở những vùng cĩ điều kiện phong hố tốt, cĩ nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ơ nhiễm bởi các chất khống hồ tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngồi ra, nước ngầm cũng cĩ thể bị nhiễm bẩn do tác động của con ng ười. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hố học, và việc sử dụng phân bĩn hố học…tất cả những loại chất thải đĩ theo thời gian nĩ sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ơ nhiễm nguồn nước ngầm. Đã cĩ khơng ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ơ nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khĩ phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hố chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và khơng loại trừ cả các chất phĩng xạ. pH nước ngầm khá thấp, thường dao động từ 3 - 6 Thành phần nước mặt: Nhiệt độ: là yếu tố liên quan đến sự tồn tài và phát triển của các sinh vật thủy sinh, đồng thời là nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học các chất ơ nhiễm  hữu cơ trong nước, ảnh hưởng đến nồng độ oxy hịa tan. Qua đĩ ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nguồn nước tự nhiên nên những thay đổi của nhiệt độ ảnh hưởng nhiều mặt đến chất lượng nước. Nhiệt độ là yếu tố quyết định lồi sinh vật nào chiếm ưu thế trong mơi   trường nước.(ở việt nam nhiệt độ nước dao động từ 13-34oC “theo trịnh xuân lai”) Theo độ sâu, nhiệt độ phân thành 3 tầng rõ rêt:Tầng mặt, tầng chuyển tiếp và tầng đáy. Trong tầng mặt: nước cĩ nhiệt độ cao nên tỷ khối thấp. Do ảnh hưởng của giĩ nên nước trong tầng mặt xáo trộn mạnh làm cho nhiệt độ tương đối đồng đều, nồng độ ơxy  hịa tan cao, tiếp nhận ánh sáng tốt nên quang hợp diễn ra mạnh mẽ. Tầng này rất thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học. Tầng chuyển tiếp: cĩ nhiệt độ giảm rõ rệt theo độ sâu Tầng đáy, nước khơng bị khuấy đảo và tách biệt với tầng mặt bởi tầng chuyển tiếp nên nồng độ oxy hịa tan thấp, ánh sáng mặt trời khơng xuyên tới. Trong tầng này, quá trình phân hủy hữu cơ diễn ra trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân hủy cĩ mùi và độc hại H2S, NH3 Màu sắc Màu của nước là do các chất tạo ra trong quá trình phân hủy các mảnh vụn hữu cơ như lá cây, gỗ..  hoặc các hợp chất vơ cơ chứa Fe(III) khi cĩ trong mẫu nước. Những thành phần gây màu tự nhiên trong nước dưới dạng những hạt keo mang điện tích âm , nên cĩ thể loại bỏ bằng quá trình đơng tụ bởi muối của các ion kim loại hĩa trị III như của Fe, Al. Màu của nước do các chất lơ lửng tạo nên loại bỏ bằng phương pháp lọc . Màu của nước do các chất hịa tan tạo nên loại bỏ bằng phương pháp hĩa lý kết hợp Nước bị nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp thường cĩ màu xanh đậm hoặc màu đen. Độ màu đo bằng đơn vị PtCo( Platin- coban) . Nước tự nhiên cĩ độ màu nhỏ hơn 200 PtCo Dựa vào màu nước để quyết định mức độ xử lý và lựa chon phương pháp xử lý, hĩa chất dùng trong xử lý(theo Trịnh Xuân Lai thì nước thiên nhiên thường cĩ độ màu thấp hơn 200 độ(ptCo)) Độ đục Độ đục của nước là do trong nước cĩ nhiều loại chất lơ lửng dạng keo hoặc dạng phân tán thơ bị cuốn trơi từ bề mặt lưu vực xuống thủy vực. Độ đục xác định thơng qua khả năng lan truyền của ánh sáng qua nước. Nĩ phản ánh mức độ ngăn trở ánh sáng xuyên qua nước của các chất lơ lửng vơ cơ và hữu cơ. Thơng qua độ đục cĩ thể đánh giá tình trạng nhiễm bẩn của nước. . Đơn vị đo độ đục là NTU, Nước mặt cĩ độ đục 20-100 NTU. Mùa lũ tới 500 NTU. Nước cấp cho ăn uống nhỏ hơn 5 NTU Mùi vị Nước ơ nhiễm cĩ mùi do các hợp chất hĩa học chủ yếu các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ phân hủy vật chất. Nước bị ơ nhiễm nặng do các chất hữu cơ cĩ mùi hơi thối rất khĩ chịu do các khí độc hại như SO2, H2S sản phẩm từ phân hủy yếm khí. Độ dẫn điện Độ dẫn điện tăng theo hàm lượng các chất khống hịa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ. Dùng để đánh giá tổng lượng các chất khống hịa tan trong nước. nước tinh khiết ở 20oc là 4,2 µs/m Tính phĩng xạ Tính phĩng xạ do sự phân hủy các thành phần cĩ chất phĩng xạ trong nước tạo nên. Xác định thơng qua tổng hoạt độ phĩng xạ ampha và beta. Tổng số chất rắn Tống số chất rắn là tồn bộ các chất cĩ mặt trong nước, xác định bằng cách sấy mẫu nước ở nhiệt độ 103 – 105 độ, sau khi nước bay hơi hết, phần cịn lại là chất rắn. Các chất rắn cĩ mặt trong nước gồm chất rắn hịa tan và lơ lửng, trong đĩ quan trọng nhất là chất rắn lơ lửng Chất rắn lơ lửng Lượng chất rắn lơ lửng là thơng số đánh giá cường độ nước thải, hiệu quả của thiết bị xử lý. Xác đinh dùng phương pháp lọc mẫu nước bằng chén Gút, sau đĩ đo khối lượng chất rắn cĩ trong màng lọc của chén (mg/l) CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP CÁC CƠNG TRÌNH THU NƯỚC: Cơng trình thu nước cĩ nhiệm vụ thu nước từ nguồn nước. Cơng trình thu nước mặt cĩ các dạng kết hợp hoặc phân ly, thu nước sát bờ bằng cửa thu hoặc thu nước giữa dịng bằng ống tự chảy, xiphơng. Cơng trình thu nước ngầm thường là giếng khoan, thu nước từ nguồn nước ngầm mạch sâu cĩ áp. Chọn vị trí cơng trình thu nước dựa trên cơ sở đảm bảo lưu lượng, chất lượng, độ ổn định, tuổi thọ cơng trình và thuận tiện cho việc bảo vệ vệ sinh nguồn nước. CƠNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC: Trạm bơm cấp I cĩ nhiệm vụ đưa nước thơ từ cơng trình thu lên trạm xử lý nước. Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên ngồi trạm xử lý nước, cĩ trường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý cĩ thể tới vài kilomet thậm chí hàng chục kilomet. Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I cĩ thể kết hợp với cơng trình thu hoặc xây dựng riêng biệt. Cơng trình thu nước sơng hoặc hồ cĩ thể dùng cửa thu và ống tự chảy, ống xiphơng hoặc cá biệt cĩ trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tự chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạm xử lý. Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm cĩ áp lực cao, bơm nước từ giếng khoan đến trạm xử lý XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC Hồ chứa và lắng sơ bộ Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thơ (nước mặt) là: tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện mơi trường, thực hiện các phản ứng oxy hĩa do tác dụng của oxy hịa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hịa lưu lượng giữa dịng chảy từ nguồn nước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thơ bơm cấp cho nhà máy xử lý nước. Song chắn rác và lưới chắn rác: Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào cơng trình thu làm nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trơi lơ lửng trong dịng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các cơng trình xử lý. Vật nổi và vật lơ lửng trong nước cĩ thể cĩ kích thước nhỏ như que tăm nổi, hoặc nhành cây non khi đi qua máy bơm vào các cơng trình xử lý cĩ thể bị tán nhỏ hoặc thối rữa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu của nước. Song chắn rác cĩ cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện trịn cỡ 8 hoặc 10, hoặc tiết diện hình chữ nhật kích thước 6 x 50 mm đặt song song với nhau và hàn vào khung thép. Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 ÷ 50 mm. Vận tốc nước chảy qua song chắn khoảng 0,4 ÷ 0,8 m/s. Song chắn rác được nâng thả nhờ rịng rọc hoặc tời quay tay bố trí trong ngăn quản lý. Hình dạng song chắc rác cĩ thể là hình chữ nhật, hình vuơng hoặc hình trịn. Lưới chắn rác phẳng cĩ cấu tạo gồm một tấm lưới căng trên khung thép. Tấm lưới đan bằng các dây thép đường kính 1 ÷ 1,5 mm, mắt lưới 2 x 2 ÷ 5 x 5 mm. Trong một số trường hợp, mặt ngồi của tấm lưới đặt thêm một tấm lưới nữa cĩ kích thước mặt lưới 25 x 25 mm đan bằng dây thép đường kính 2 – 3 mm để tăng cường khả năng chịu lực của lưới. Vận tốc nước chảy qua băng lưới lấy từ 0,15 ÷ 0,8 m/s. Lưới chắn quay được sử dụng cho các cơng trình thu cỡ lớn, nguồn nước cĩ nhiều. Cấu tạo gồm một băng lưới chuyển động liên tục qua hai trụ trịn do một động cơ kéo. Tấm lưới gồm nhiều tấm nhỏ nối với nhau bằng bản lề. Lưới được đan bằng dây đồng hoặc dây thép khơng gỉ đường kính từ 0,2 ÷ 0,4. Mắt lưới kích thước từ 0,3 x 0,3 mm đến 0,2 x 0,2 mm. Chiều rộng băng lưới từ 2 ÷ 2,5 m. Vận tốc nước chảy qua băng lưới từ 3,5 ÷ 10 cm/s, cơng suất động cơ kéo từ 2 ÷ 5 kW. Bể lắng cát: ở các nguồn nước mặt cĩ độ đục lớn hơn hoặc bằng 250 mg/l sau lưới chắn, các hạt cặn lơ lửng vơ cơ, cĩ kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, cĩ khả năng lắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát. Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát cĩ kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,5; để loại trừ hiện tượng bào mịn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bơng và bể lắng. lắng: Bể lắng cĩ nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hồn thành quá trình làm trong nước. Theo chiều dịng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong cĩ lớp cặn lơ lửng. Trong bể lắng ngang, dịng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc khơng lớn hơn 16,3 mm/s. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000 m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%. Bể lắng lớp mỏng cĩ cấu tạo giống như bể lắng ngang thơng thường, nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép khơng gỉ hoặc bằng nhựa. Các bản vách ngăn này nghiêng một gĩc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằm ngang và song song với nhau. Do cĩ cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng cĩ hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang. Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm 5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy. Bể lắng trong cĩ lớp cặn lơ lửng cĩ ưu điểm là khơng cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bơng kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng. Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn. Tuy nhiên, bể lắng trong cĩ cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vận hành cao. Vận tốc nước đi từ dưới lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ. Lọc: Bể lọc được dùng để lọc một phần hay tồn bộ cặn bẩn cĩ trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước. Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng cĩ trong nước. Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọc giảm dần. Để khơi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc giĩ, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời gian (m/h). Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h). Để thực hiện quá trình lọc nước cĩ thể sử dụng một số loại bể lọc cĩ nguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thơng số vận hành khác nhau. Thiết bị lọc cĩ thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chân khơng (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng; …Trong các hệ thống xử lý nước cơng suất lớn khơng cần sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu lọc cĩ thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương. Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau: Sàng lọc để tách các hạt rắn hồn tồn bằng nguyên lý cơ học; Lắng trọng lực; Giữ hạt rắn theo quán tính; Hấp phụ hĩa học; Hấp phụ vật lý; Quá trình dính bám; Quá trình lắng tạo bơng Thiết bị lọc với lớp hạt cĩ thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc hở dao động trong khoảng 1-2 m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1 m. XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HĨA LÝ Làm thống Bản chất của quá trình làm thống là hịa tan oxy từ khơng khí vào nước để oxy hĩa sắt hĩa trị II, mangan hĩa trị II thành sắt hĩa trị III, mangan hĩa trị IV tạo thành các hợp chất hydroxyl sắt hĩa trị III và hydroxyl mangan hĩa trị IV Mn(OH)4 kết tủa dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng, lọc. Làm thống để khử CO2, H2S cĩ trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hĩa và thủy phân sắt và mangan, nâng cao cơng suất của các cơng trình lắng và lọc trong quy trình khử sắt và mangan. Quá trình làm thống làm tăng hàm lượng oxy hịa tan trong nước, nâng cao thế oxy hĩa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hĩa các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và mùi của nước. Cĩ hai phương pháp làm thống: Đưa nước vào trong khơng khí: cho nước phun thành tia hay thành màng mỏng chảy trong khơng khí ở các dàn làm thống tự nhiên, hay cho nước phun thành tia và màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi khơng khí vào thùng như ở các dàn làm thống cưỡng bức. Đưa khơng khí vào nước: dẫn và phân phối khơng khí nén thành các bọt nhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên, nước được làm thống. Hỗn hợp hai phương pháp trên: làm thống bằng máng tràn nhiều bậc và phun trên mặt nước. Hình 2.2 quá trình làm thống Clo hĩa sơ bộ Clo hĩa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc. Clo hĩa sơ bộ cĩ tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hĩa sắt hịa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hĩa mangan hịa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng, oxy hĩa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc. Keo Tụ - Tạo Bơng Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 m. Các hạt này khơng nổi cũng khơng lắng, và do đĩ tương đối khĩ tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hĩa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước cĩ khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này cĩ thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, cĩ thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ cĩ chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hĩa các nhĩm hoạt hĩa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hĩa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đĩ, để phá tính bền của hạt keo cần trung hịa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hịa điện tích cĩ thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bơng cặn cĩ kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bơng. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bơng cặn xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3+ + HOH Me(OH)2+ + H+Me(OH)2+ + HOH Me(OH)+ + H+ + Me(OH)+ + HOH Me(OH)3 + H+ Me3+ + HOH Me(OH)3 + 3H+ Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhơm như Al2(SO4)3, Al2(SO4)2.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe2(SO4)2.2H2O, Fe2(SO4)2.3H2O, Fe2(SO4)2.7H2O Muối Nhơm Trong các loại phèn nhơm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãi nhât do cĩ tính hịa tan tốt trong nước, chi phi thấp và hoạt động cĩ hiệu quả trong khoảng pH = 5,0 – 7,5. Quá trình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau: Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+AlOH+ + H2O = Al(OH)2+ + H+Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3(s) + H+Al(OH)3 + H2O = Al(OH)4- + H+ Ngồi ra, Al2(SO4)3 cĩ thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng sau Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2vàAl2(SO4)3theotỷ lệ (10:1) – (20:1). Phản ứng xảy ra như sau: 6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O 8Al(OH)3 + 2Na2SO4 Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của mơi trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bơng. Muối Sắt Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ cĩ nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhơm do: - Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp; - Cĩ khoảng giá trị pH tối ưu của mơi trường rộng hơn; - Cĩ thể khử mùi H2S. Tuy nhiên, các muối sắt cũng cĩ nhược điểm là tạo thành phức hịa tan cĩ màu do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Quá trình keo tụ sử dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau: FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 = HCl+Fe2(SO4)3 + 6H2O+Fe(OH)3 + 3H2SO4 Trong điều kiện kiềm hĩa: 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 = Fe(OH)3 + 3CaCl2+FeSO4 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 Chất Trợ Keo Tụ Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bơng, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bơng keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O). Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. Tùy thuộc vào các nhĩm ion khi phân ly mà các chất trợ đơng tụ cĩ điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon. Khử trùng nước Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng. Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hồn tồn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Hiện nay cĩ nhiều biện pháp khử trùng cĩ hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hĩa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,… Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo Clo là một chất oxy hĩa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (HOCl) cĩ tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt. Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau: Cl2 + H2O HOCl + HCl Hoặc cĩ thể ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng Clorua vơi, phản ứng diễn ra như sau: Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2HOCl +2HOCl 2H+ + 2OCl- Dùng ozone để khử trùng Ozone là một chất khí cĩ màu ánh tím ít hịa tan trong nước và rất độc hại đối với con người. Ơ trong nước, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử. Ozone cĩ tính hoạt hĩa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần. Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đĩ diện tích bề mặt thiết bị giảm, khơng gây mùi vị khĩ chịu trong nước kể cả khi trong nước cĩ chứa phênol. Khử trùng bằng phương pháp nhiệt Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền. Đun sơi nước ở nhiệt độ 1000C cĩ thể tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn cĩ trong nước. Chỉ trừ nhĩm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc. Tuy nhiên, nhĩm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ. Phương pháp đun sơi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên chỉ dùng trong quy mơ gia đình. Khử trùng bằng tia cực tím (UV) Tia cực tím là tia bức xạ điện từ cĩ bước sĩng khoảng 4 – 400 nm, cĩ tác dụng diệt trùng rất mạnh. Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dịng chảy của nước. Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước khơng cĩ các chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Sát trùng bằng tia cực tím khơng làm thay đổi mùi, vị của nước. Khử trùng bằng siêu âm Dịng siêu âm với cường độ tác dụng khơng nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút cĩ khả năng tiêu diệt tồn bộ vi sinh vật trong nước Khử trùng bằng ion bạc Ion bạc cĩ thể tiêu diệt phần lớn vi trùng cĩ trong nước. Với hàm lượng 2 – 10 ion g/l đã cĩ tác dụng diệt trùng. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là: nếu trong nước cĩ độ màu cao, cĩ chất hữu cơ, cĩ nhiều loại muối,…thì ion bạc khơng phát huy được khả năng diệt trùng. KHỬ SẮT TRONG NƯỚC NGẦM Trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong các nguồn nước Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt cĩ hố trị 2 (Fe 2+) là thành phần của các muối hồ tan như: Fe(HCO3)2; FeSO4…hàm lượng sắt cĩ trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố khơng đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu. Nước cĩ hàm lượng sắt cao, làm cho nước co mùi tanh và cĩ màu vàng, gây ảnh hưởng khơng tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất. Do đĩ, khi mà nước cĩ hàm lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải tiến hành khử sắt Các hợp chất vơ cơ của ion sắt hố trị II Các hợp chất vơ cơ của ion sắt hố trị II FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4, v.v… Các hợp chất vơ cơ của ion sắt hố trị III: Fe(OH)3, FeCl3 …trong đĩ Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng trong các bể lắng và bể lọc. Vì thế các hợp chất vơ cơ của sắt hồ tan trong nước hồn tồn cĩ thể xử lý bằng phương pháp lý học: làm thống lấy oxy của khơng khí để oxy hố sắt hố trị II th ành sắt hố trị III và cho quá trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy ra hồn tồn trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và các bể lọc Các phức chất vơ cơ của ion sắt với silicat, photphat FeSiO(OH)3+3) Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic,…Các ion sắt hồ tan Fe(OH)+, Fe(OH)3 tồn tại tuỳ thuộc vào giá trị thế oxy hố khử và pH của mơi trường. Các loại phức chất và hỗn hợp các ion hồ tan của sắt khơng thể khử bằng phương pháp lý học thong thường, mà phải kết hợp với phương pháp hố học. Muốn khử sắt ở dạng này phải cho thêm vào nước các chất oxy hố như: Cl-,KMnO4, Ozone, đã phá vỡ liên kết và oxy hố ion sắt thànhion hố trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ FeCl 3 , Al(SO4)3 và kiềm hố để cĩ giá trị pH thích hợp cho quá tr ình đồng keo tụ các loại keo sắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và bể lọc trong. Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước Phương pháp oxy hố sắt Nguyên lý của phương pháp này là oxy hố (II) thành sắt (III) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hyđroxyt sắt (III). Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là một muối khơng bền, nĩ dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II)hyđroxyt theo phản ứng: Fe(HCO)3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 Nếu trong nước cĩ oxy hồ tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bị oxy hố thành sắt (III) hyđroxyt theo phản ứng: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 ↓ Sắt (III) hyđroxyt trong nước kết tủa thành bơng cặn màu vàng và cĩ thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc. Kết hợp các phản ứng trên ta cĩ phản ứng chung của quá trình oxy hố sắt như sau: 4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCO3- Nước ngầm thường khơng chứa ơxy hồ tan hoặc cĩ hàm lượng ơxy hồ tan rất thấp. Để tăng nồng độ ơxy hồ tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thống. Hiệu quả của bước làm thống được xác định theo nhu cầu ơxy cho quá trình khử sắt. Phương pháp khử sắt bằng quá trình ơxy hố Làm thống đơn giản bề mặt lọc Nước cần khử sắt được làm thống bằng dàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc. Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun cĩ đường kính từ 5-7mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m3/m2 Lượng ơxy hồ tantrong nước sau khi làm thống ở nhiệt độ 250C lấy bằng 40% lượng ơxy hồ tan bão hồ (ở 250C lượng ơxy bão hồ bằng 8,1 mg/l). Làm thống bằng giàn mưa tự nhiên Nước cần làm thống được tưới lên giàn làm thống một bặc hay nhiều bặc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ.Lưu lượng tưới và chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng ơxy hồ tan sau làm thống bằng 55% lượng ơxy hồ tan bão hồ. Hàm lượng CO2 sau làm thống giảm 50%. Làm thống cưỡng bức Cũng cĩ thể dùng tháp làm thống cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3/h. Lượng khơng khí tiếpxúc lấy từ 4 đến 6 m3 cho 1m3nước. Lượng ơxy hồ tan sau làm thống bằng 70% hàm lượng ơxy hồ tan bão hồ.Hàm lượng CO2 sau làm thống giảm 75%. Khử sắt bằng hố chất Khi trong nước nguồn cĩ hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơbảo vệ bằng tác dụng của các chất ơxy hố mạnh. Đối với nước ngầm, khi làm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng ơxy thu được nhờ làm thống khơng đủ để ơxy hố hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hố chất để khử sắt. Biện pháp khử sắt bằng vơi Khi cho vơi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giàu ion OH-, các ion Fe2+ thuỷ phân nhanh chĩng thành Fe(OH)2 và lắng xuống một phần, thế ơxy hố khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đĩ sắt (II) dễ dàng chuyển hố thành sắt (III). Sắt (III) hyđroxyt kết tụ th ành bơng cặn, lắng trong bể lắng và cĩ thểdễ dàng tách ra khỏi nước.Phương pháp này cĩ thể áp dụng cho cả nước mặt và nước ngầm. Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho n ên thường kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác như xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vơi kết hợp với sơđa. Biện pháp khử sắt bằng Clo Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau: 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3CaCl2 + 6H+ + 6HCO3- Biện pháp khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO4) Khi dùng KMnO4 để khử sắt, qua trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa được tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phương trình sau: 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Biện pháp khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt Các vật liệu đặc biệt cĩ khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá tr ình ơxy hố khử Fe2+ thành Fe3+ và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình diễn ra rẩt nhanh chĩng và cĩ hiệu quả cao. Cát đen là một trong những chất cĩ đặc tính như thế. Biện pháp khử sắt bằng phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng. Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm khơng được tiếp xúc với khơng khí vì Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ionic. Chỉ cĩ hiệu quả khi khử nước ngầm cĩ hàm lượng sắt thấp. Biện pháp khử sắt bằng phương pháp vi sinh Một số loại vi sinh cĩ khả năng ơxy hố sắt trong điều kiện m à quá trình ơxy hố hố học xảy ra rất khĩ khăn. Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cáy lọc của bể lọc, thơng qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước. Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt. CHƯƠNG III: Đề XUấT PHƯƠNG ÁN Xử LÝ VÀ TÍNH TỐN 1 CƠNG TRÌNH ĐƠN Vị CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ: Thơng số Đơn vị TCVN 5502 PH - 6,5 6 – 8,5 Độ đục NTU 6 5 Độ màu Mg/l pt 10 15 Độ kiềm 5 - Hàm lượng cặn nguồn 9 - Tổng hàm lượng các muối hịa tan 300 - Hàm lượng sắt tổng m/l 20 0,5 Sắt II 16 - Độ oxi hĩa 3 - Hàm lượng CO2 120 - Amoni m/l 12 3 Nhiệt độ 22 - Bảng 3.2: bảng chỉ tiêu nước nguồn Chất lượng nguồn nước xử lý và lựa chọn cơng nghệ: Thơng số thiết kế: pH : 6,5 Fe tổng : 20 mg/l Fe2+ : 16 mg/l CO2: 120 mg/l Độ kiềm: 5 mgCaCO3/l Amoni : 12 mg/l Các chỉ tiêu khác đều nằm trong quy phạm cho phép Nhận xét về chất lượng nguồn nước: đối với nước ngầm cĩ chất lượng như trên thì hệ thống xử lý chủ yếu là dùng để khử Fe và amoni. Như vậy hệ thống xử lý được thiết kế dưới đây sẽ dùng xử lý cả Fe và amoni. Ta nhận thấy nguồn nước trên đây cĩ độ kiềm thấp đồng thời lượng CO2 trong nước nguồn rất cao, do đĩ sơ đồ dây chuyền đề nghị sử dụng ở đây là: làm thống – lắng – lọc Do trong nước nguồn hàm lượng Fe cao, độ kiềm thấp do đĩ ta sẽ phân tích chất lượng nước trong hệ thống xử lý hiện tại đồng thời sử dụng cơng thức để kiểm tra xem cĩ nên sử dụng thêm hĩa chất trong quá trình xử lý hay khơng. Kiểm tra độ kiềm của nước sau khi làm thống Ki = Ki0 – 0,036 ´ CFe02+ (theo [3]) Trong đĩ: Ki0 là độ kiềm ban đầu của nước nguồn, Ki0 = 5 CFe02+ là hàm lượng Fe của nước nguồn, CFe02+ = 14,8 Þ Ki = 5 – 0,036 ´ 16 = 4,424 Kiểm tra hàm lượng CO2 cịn lại trong nước sau khi làm thống: C(CO2) = C(CO2)0 ´ (1 – a) + 1,6 ´ CFe02+(theo [3]) Trong đĩ: C(CO2)0: hàm lượng CO2 của nước nguồn trước khi làm thống, C(CO2)0 = 120 (mg/l) a : hiệu quả khử CO2 của cơng trình làm thống, lảm thống bằng giàn mưa a = 0,75 ¸ 0,8. Lấy a = 0,8 Þ C(CO2) = 120 ´ (1 – 0,8) + 1,6 ´ 16 =49,6 (mg/l) - pH của nước sau làm thống: pH = log - Ưm Trong đĩ: C: hàm lượng CO2 sau làm thống = 49,6 mg/l Ki: độ kiềm sau làm thống = 4.064 ÞpH = log =6,96 Do ph=6,96 nên ta cĩ thể dùng vơi để khử sắt.(theo [3] thì ph6,8 ta cĩ thể dùng vơi để oxi sắt là được) Như vậy với chất lượng nước nguồn hiện tại ta sẽ thiết kế hệ thống xử lý khử Fe cĩ hĩa chất. Hệ thống xử lý bao gồm: Thiết bị pha dung dịch và định lượng hĩa chất Cơng trình làm thống và trộn hĩa chất Bể lắng Bể lọc Cơng nghệ xử lý được mơ tả như sau: Tiến hành làm thống trước để khử CO2, hịa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. Cơng trình làm thống được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà mơi trường pH thấp khơng tốt cho quá trình oxy hố Fe. Sau khi làm thống ta sẽ châm hĩa chất để khử Fe cĩ trong nước. Hĩa chất sử dụng ở đây là CaO. Cơng trình làm thống trong các hệ thống xử lý nước ngầm là giàn mưa và tháp oxy hĩa. Sau khi làm thống và châm hĩa chất thì nước được đưa sang cơng trình kế tiếp là cơng trình trộn. Cơng trình này cĩ mục đích là trộn đều nước và hĩa chất để các phản ứng hĩa học diễn ra thuận lợi. Các cơng trình trộn thường được sử dụng là bể trộn cơ khí, máng trộn cĩ vách ngăn, bể trộn đứng. Sau đĩ nước đuợc tiếp tục đưa sang bể lắng . Bể lắng cĩ nhiệm vụ giữ lại các cặn tạo ra trong quá trình oxy hĩa cũng như cặn vơi sau khi các phản ứng xảy ra. Thời gian lưu nước trong bể lắng thường là 90 phút. Và cơng trình cuối cùng là bể lọc áp lực. Bể lọc này cĩ nhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ mà khơng thể giữ lại trong bể lắng. Lựa chọn các cơng trình trong hệ thống xử lý Trước hết, đối với quá trình làm thống cĩ thể sử dụng giàn mưa hoặc tháp oxy hĩa. 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. Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng khơng gặp nhiều khĩ 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 hĩa 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). Nhưng khi ta sử dụng tháp oxi hĩa sẽ oxi hĩa triệt để hơn giàn mưa. Sau quá trình làm thống là châm hĩa chất (vơi). Hĩa chất được châm ngay sau khi làm thống. Cũng cĩ khi hĩa chất được châm trước khi làm thống nhưng điều này khơng cĩ lợi. Bởi vì trong nước ngầm thường cĩ một số khí do quá trình phân hủy kị khí trong đất sinh ra (H2S), nếu cho hĩa chất vào trước thì sẽ hao tốn thêm hĩa chất để khử các chất này trong khi các chất này thường là các chất khí dễ dàng bị khử qua làm thống. mục đích là nâng pH và độ kiềm trong nước tạo mơi trường cho phản ứng oxy hĩa và thủy phân Fe diễn ra dễ dàng. Lượng hĩa chất cho vào phải đảm bảo khử hết Fe2+ cĩ trong nước và pH đầu bể lắng khoảng 8 – 8,3. Sau đĩ ta tiến hành trộn đều nước và hĩa chất để phản ứng diễn ra thuận lợi. Các cơng trình dùng để trộn cĩ thể chia ra làm 2 loại là khuấy trộn bằng thủy lực và khuấy trộn bằng cơ học. Ta nên sử dụng bể trộn thủy lực để tiết kiệm diện tích. Sau khi trộn đều với hĩa chất, nước được đưa sang cơng trình kế tiếp là cơng trình lắng hay lọc tiếp xúc. Mục đích của cơng 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 cơng suất lớn thì ta nên sử dụng bể lắng tiếp xúc và thời gian lưu trong bể tốt nhất là 90 phút. Bể lắng sử dụng ở đây là bể lắng đứng do lưu lượng tương đối nhỏ. Sau khi ra khỏi bể lắng nước tiếp tục sang cơng trình cuối là bể lọc. Bể lọc cĩ nhiệm vụ giữ lại các cặn cịn sĩt lại. Đối với hệ thống xử lý nước cĩ cơng suất lớn người ta thường sử dụng bể lọc nhanh với vận tốc lọc khoảng 5 – 8 m/h. Ở đây ta cĩ thể sử dụng bể lọc áp lực với vận tốc > 10 m/h. Tĩm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm: Tháp oxi hĩa Bể trộn thuỷ lực Bể lắng đứng Bể lọc áp lực TÍNH TỐN LƯU LƯỢNG VÀ LƯỢNG HĨA CHẤT CẦN DÙNG: Giả sử khu vực cấp nước nằm ở đơ thị loại II và trong nội ơ năm N i N i+1 Ni+1/2 N i+1** tốc độ tăng trưởng thời gian so với 2010 2010 2500 2500 2500 2500 2% 0 2011 2500 2550 2525 2550.5 2% 1 2012 2500 2600 2550 2602 2% 2 2013 2500 2650 2575 2654.5 2% 3 2014 2500 2700 2600 2708 2% 4 2015 2500 2750 2625 2762.5 2% 5 2016 2500 2800 2650 2818 2% 6 2017 2500 2850 2675 2874.5 2% 7 2018 2500 2900 2700 2932 2% 8 2019 2500 2950 2725 2990.5 2% 9 2020 2500 3000 2750 3050 2% 10 Bảng 3.3: số dân ở các năm trong tương lai Vậy số dân tính cho năm 2020 là 3050 người. Nên: lượng nước cấp cho sinh hoạt là: Qsh= = = 452,925m3/ng Trong đĩ: q: tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt lấy theo TCXD 33:2006 . N: số dân tính tốn ứng với tiêu chuẩn cấp nước f: tỷ lệ dân được cấp nước lấy theo TCXD 33:2006 lượng nước phục vụ cơng cộng: Qcc= 10% Qsh=10% x452,925 =45,29 m3/ng lượng nước phục vụ cơng nghiệp dịch vụ: Qdv= 10%Qsh =10% x 452,925 = 45,29m3/ng lượng nước cấp thất thốt: Qtt = 19%(Qsh + Qcc + Qdv) = 19%x(452,925+ 45,29+ 45,29) = 103,27 m3/ng lượng nước yêu cầu riêng của nhà máy xử lý: Qr = 8%(Qsh + Qcc + Qdv + Qtt) = 8%x(452,925+ 45,29+ 45,29+ 103,27) = 51,74 m3/ng Q tt ngày = Qsh + Qtt + Qcc + Qdv + Qr = 452,925+ 45,29+ 45,29+ 103,27+ 51,74 = 698,52 m3/ng Lưu lượng nước tính tốn trong ngày dùng nước nhiều nhất: Q max.ngày = Q tt ngày x K max = 698,52 x 1,4= 977,92 m3/ng chọn Q max.ngày = 1000m3/ng Vậy: lưu lượng để cấp cho số dân này là 1000m3/ng Lưu lượng nước tính tốn trong ngày dùng nước ít nhất: Q min.ngày = Q tt ngày x K min = 698,52 x 0,8 = 558,82 m3/ng Trong đĩ: K:hệ số dùng nước khơng điều hịa ( k max ngày = 1,2 - 1,4; k min ngày = 0,7 - 0,9 ) Tính tốn lượng hĩa chất cần dùng trong việc khử sắt là: CaO = 0,8 x Co2 + 18 x Fe2+ = 0,8 x 120 + 1,8 x 16 = 124,8 g/l ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ: Sơ đồ cơng nghệ: Nguồn Trạm bơm cấp 1 Tháp oxi hĩa Hịa tan CaO Hồ chứa bùn Lắng đứng Bể trung gian Nước Rửa ngược Lọc áp lực Nước Rửa ngược Châm clo khử trùng Bể chứa nước sạch Chú thích: Đường nước: Đường bùn: Đường nước rửa: Đường hĩa chất: Cấp vào mạng lưới Đài nước Trạm bơm cấp 2 Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ: Nước nguồn được bơm từ giếng khoan lên. Sau đĩ được đưa lên tháp oxi hĩa, tại đây được cung cấp oxi nhờ vào máy thổi khí khử được CO2 và pH được nâng lên tốt cho quá trình khử sắt. Sau quá trình làm thống là châm hĩa chất (vơi). Hĩa chất được châm ngay sau khi làm thống. Sau đĩ ta tiến hành trộn đều nước và hĩa chất nhờ vào bể trộn đứng để phản ứng diễn ra thuận lợi. Sau khi trộn đều với hĩa chất, nước được đưa sang cơng trình kế tiếp là bể lắng đứng. Mục đích của cơng trình này là tạo thời gian để các phản ứng diễn ra và thu hồi cặn của các phản ứng này . sau khi ra khỏi bể lắng nước tiếp tục sang bể lọc áp lực. Bể lọc cĩ nhiệm vụ giữ lại các cặn cịn sĩt lại. Khi qua bể lọc nước được đưa tới bể chứa nước sạch. Trên đường đi tới thì châm clo khử trùng vào để làm sạch vi khuẩn gây bệnh.sau đĩ nước được bơm lên đài chứa nước rồi cấp vào mạng lưới. Tính tốn bể lọc áp lực: Hình3.2 : bồn lọc áp lực và bể lắng đứng(nguồn :đi thực tế ở khu NAM LONG q7 tphcm) Chiều cao của bể lọc là: H = HVL + HOT + HTN + HBV + HSD = (400 + 700) + 650 + 150 + 300 + 300 = 2500mm = 2,5m HVL : chiều cao lớp vật liệu lọc(Chọn vật liệu lọc: lớp than antraxit 400mm,lớp cát thạch anh là 700mm,theo [2]) HSD: chiều cao lớp sỏi đở( theo [2] sử dụng sỏi đở dày 150mm cỡ hạt 2-4 mm) HOT: chiều cao từ lớp vật liệu đến ống thu nước chọn 650mm(theo [1] HVL<0,7) HBV: chiều cao bảo vệ là 300mm, HTN: chiều cao thu nước chọn: 300mm. Diện tích bể lọc: F = = = 5,21 m2 Trong đĩ: F: diện tích bể lọc (m2) Q: lưu lượng tính tốn (m3/ng) V: vận tốc lọc trong (theo [1] vận tốc lọc trong từ 8 - 12 m/h chọn v = 8 m/h) Số bể lọc theo thực nghiệm [1] N = F = 5,21 = 1,14 nên số bể lọc là 1 nhưng ta chọn 2 bể lọc làm việc cùng lúc. Diện tích 1 bể lọc: S = = = 2,605 m2 Đường kính bể: D = 4S/p = = 1,85 m Tốc độ lọc khi bể làm việc ở chế độ tăng cường Vtc = v bt x = 8x = 16 m/h Tổn thất áp lực khi qua hệ thống phân phối cĩ chụp lọc: H = = = 0,46 m Tổn thất áp lực qua lớp cát,than và sỏi đở: H = L + 0,06H sỏi đở XW = 1,1 + 0,06 x 0,15x54 = 1,59m Trong đĩ: L: là lớp vật liệu lọc(than 0,4m cát 0,7m) W: tốc độ rửa lọc(15l/s.m2 = 54 m3/h.m2) Rửa lọc ta rửa ngược bằng nước thuần túy:tốc độ rửa lọc 14-16 l/s.m2 chọn 15 l/sm2 thời gian rửa trong 7 phút. Thể tích lớp cát lọc: V= SxHC= 2,605x0,7=1,82m3 Thể tích lớp than: V=SxHT= 2,605x0,4=1,042m3 Thể tích lớp sỏi đở: V=SxHS= 2,605x0,15=0,39m3 Trong đĩ: Hc: chiều cao lớp cát lọc(m3) HS: chiều cao lớp than(m3) HS: chiều cao lớp sỏi đở(m3) ống dẫn nước vào và ra bể: D = = = 0,07m = 70 mm Chọn đường ống lọc và rửa lọc là D = 750mm. Ngồi ra : ta thu nước bằng chụp lọc, khoảng cách giửa các chụp lọc lấy bằng 150mm(theo [2] khoảng cách của chụp lọc là 140-180mm)chọn số chụp lọc để thu nước là 69 cái.(theo [2]) hình3.3 :quy tắc vận hành bồn lọc áp lực CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Kết luận: Với hệ thống sử lý nước ngầm như đã thiết kế trên cĩ thể đáp ứng cung cấp nước cho 2500 dân cho đến năm 2020 với tỉ lệ tăng dân là 2% Và lưu lượng 1000m3/ng. được sử dụng ở đơ thị cấp II. Với hệ thống làm thống bằng tháp oxi hĩa sẽ làm tăng khả năng khử CO2 so với các hệ thống làm thống khác và đở tốn diện tích lắp đặt. bể lắng đứng thích hợp với lưu lượng nhỏ thích hợp cho cơng trình này. Ngồi ra bể lọc áp lực dùng để loại bỏ cặn mà khơng lắng được ở bể lắng, với yêu cầu cấp nước ngày càng cao thì bể lọc áp lực được lựa chọn nhiều nhất(đối với lưu lượng nhỏ) hơn bể lọc chậm trong các nhà máy xử lý nước.các cơng trình đơn vị nhỏ gọn như vậy sẽ tiết kiệm được diện tích trạm xử lý và khi sau này cĩ cải tạo nâng cấp cũng cĩ thể dễ thực hiện hơn.