Thiên nhiên bị tàn phá, môi trường ngày càng xấu đi, đã ảnh hưởng trực tiếp lên đời sống của con người, mỹ quan đô thị cũng như các loài động thực vật, việc xây dựng hệ thống công nghệ
Trang 1Con người và môi trường có mối quan hệ mật thiết với nhau.Trong lịch sử phát triển của con người, để giải quyết các nhu cầu thiết yếu của cuộc sống cũng như sự gia tăng dân số một cách nhanh chóng trong thời gian gần đây đã và đang gây ra nhiều tác động cân bằng sinh học trong hệ sinh thái Thiên nhiên bị tàn phá, môi trường ngày càng xấu
đi, đã ảnh hưởng trực tiếp lên đời sống của con người, mỹ quan đô thị cũng như các loài động thực vật, việc xây dựng hệ thống công nghệ xử lí nước cấp
trở thành yêu cầu hết sức cần thiết, đặt biệt là trong giai đoạn đô
thị hóa và phát triển mạnh mẽ như hiện nay
Chúng em những sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật môi trường tương lai rất cần những chuyên đề
như thế này để tự hình thành khái quát trong đầu một hệ thống xử lí nước, thu thập thêm nhiều kiến thức cho bản thân Từ đó có cơ sở tốt để hoàn thành tốt cho công việc
sau này Đây là lần đầu tiên em làm một chuyên đề như thế này, do thiếu kinh nghiệm cũng như kiến
thức, nên không tránh khỏi những sai xót, mong cô có phần góp ý và chỉ dạy thêm Thời gian qua nhờ
sự chỉ dạy tận tình của cô TRẦN THỊ MINH HÀ đã giúp em thêm nhiều kiến thức, kỹ năng
chuyên ngành, cũng như giúp em hoàn thành xong chuyên đề này Em xin chân thành cảm
ơn !
CHUYÊN ĐỀ : XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 32000 m3/ngày.đêm
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM………
1.1.Giới thiệu về nước ngầm………
Trang 21.2 Đặc điểm, thành phần và tính chất của nguồn nước ngầm………
1.2.1 Đặc trưng của nguồn nước ngầm………
1.2.2 Thành phần và tính chất nước ngầm………
Chương 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ ………
2.1 Các công trình thu nước ngầm………
2.2 Công trình vận chuyển nước ngầm………
2.3 .Xử lý nước cấp bằng phương pháp cơ học………
2.3.1 Hồ chứa và lắng sơ bộ………
2.3.2 Song chắn rác và lưới chắn rác………
2.3.3 Bể lắng cát………
2.3.4 Lắng………
2.3.5 Lọc………
2.4 Khử sắt trong nước ngầm………
2.4.1 Trạng thái tồn tại của sắt trong nguồn nước ngầm………
2.4.2 Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước ngầm………
Chương 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ………… ………
3.1 Đề xuất phương án xử lý………
3.2 Lý do lựa chọn phương án xử lý………
3.3 Thuyết minh công nghệ…….………
3.4 Tính toán lượng hóa chất và các công trình đơn vị……… ……….………
Trang 33.4.1 Tính toán lượng hóa chất ………
3.4.2 Thùng quạt gió………
a Nhiệm vụ ………
b Tính toán………
3.4.3 Bể lắng ngang………
a Nhiệm vụ………
b Tính toán………
3.4.4 Bể lọc nhanh………
a Nhiệm vụ………
b Tính toán………
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………
6.1 Kết luận………
6.2 Kiến nghị………
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM
1.1.GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC NGẦM
Nước là vai trò và nhu cầu rất cần thiết trong đời sống con người và sinh vật,nó tham gia vào mọi hoạt động của quá trình tự nhiên và tác động đến mọi sự biến đổi của sinh vật trên trái đất,không có nước sẽ không có sự sống.Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về nước của con người cũng ngày càng tăng
Trang 4Do đó nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt của con người lại được phân chia ra nhiều loại khác nhau:nước cho nhu cầu ăn uống đòi hỏi phải có chất lượng cao,đảm bảo không gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người;các nguồn nước dùng cho tắm giặt,rửa có thể yêu cầu thấp hơn.Ngoài ra thì nước ta là một nước nông nghiệp nên nhu cầu nước dùng cho sản xuất nông nghiệp là rất lớn;bên cạnh đó nước còn sử dụng cho công nghiệp,giao thông vận tải và các hoạt động khác…Nước dùng để cấp cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất có chất lượng rất khác nhau bao gồm nước mặt và nước ngầm.Các nguồn nước này hầu như không đáp ứng được các yêu cầu chất lượng ;do
đó phải biết được thành phần tính chất của chúng để tiến hành xử lý nhằm đạt được các yêu cầu về chất lượng,đáp ứng mục đích sử dụng nước.Trong mục đích cấp nước cho sinh hoạt người ta thường sử dụng nguồn nước ngầm,do đó có rất nhiều công nghệ
xử lý nước ngầm đã được áp dụng để đáp ứng nhu cầu cuộc sống của con người
Nước ngầm được con người khai thác và sử dụng từ hàng nghìn năm qua.Qua các thời đại,ở khắp mọi miền trên thế giới,loài người đã sang tạo ra nhiều phương pháp khác nhau để khai thác nước ngầm,dùng đến đủ mọi năng lượng (sức động vật,sức
người,sức gió,sức nước,năng lượng mặt trời…).Ngày nay , trên toàn thế giới khoảng 60% nước ăn uống,15% nước dùng trong gia đình và 20% nước tưới lấy từ các nguồn nước ngầm.Tại hầu hết các vùng khô cằn trên thế giới,nước ngầm là nguồn cung cấp nước chủ yếu Ngoài ra nó còn cung cấp ít nhất 20% và nhiều khi hơn 30% tổng khối lượng nước sử dụng ở các nước công nghiệp.Hiện nay trên thế giới hàng năm người ta khai thác khoảng từ 600-700 tỷ m3 nước ngầm,nhiều hơn bất kỳ một nguồn tài nguyên nào khác được khai thác từ lồng đất.Còn ở Việt Nam nguồn nước ngầm tương đối SVTH: Phạm Thới Đông Trang 4
Trang 5ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho phong phú,nhiều nơi có chất lượng nước tốt có thể khai thác lên sử dụng trực tiếp mà 1.2.ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NGUỒN NƯỚC NGẦM 1.2.1 Đặc trưng của nước ngầm
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá
tốt về chất lượng Nước ngầm tồn tại trong các lỗ 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 mua… Nước ngầm là nước xuất hiện ở tầng sâu dưới dất, thường từ
30 – 40 m, 60 – 70 m có khi 120 – 150 m và cũng có khi tới 180 m
Ðối với các hệ thống cấp nước tập trung thì nguồn nước ngầm luôn là loại nguồn
nước được ua tiên lựa chọn nếu có thể Bởi vì các nguồn nước mặt thuờng bị ô
nhiễm và lưu lượng khai thác phụ thuộc vào sự biến động theo mùa Trong khi đó,
nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con nguời Chất lượng
nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều Trong nước ngầm hầu như
không có các hạt keo hay các hạt lo lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp
Nước ngầm (nước dưới đất) được hình thành do nước mưa thấm qua các lớp đất đá trong lòng đất và được giữ ở tầng chứa nước bên dưới bề mặt đất ở các độ sâu khác nhau Nước ngầm gồm có nước ngầm tầng nông và nước ngầm tầng sâu
Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên
nhân gây ô nhiễm nguồn nước Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 5
Trang 6ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực Ở những vùng có điều kiện phong hoá
tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người Các
chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và
việc sử dụng phân bón hoá học…Tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Ðã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ
1.2.2 Thành phần, tính chất nước ngầm
Thành phần chất luợng của nuớc ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc của nuớc ngầm,
cấu trúc dịa hình của khu vực và chiều sâu dịa tầng nơi khai thác nuớc Ở các khu
vực duợc bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nuớc ngầm nói chung duợc
dảm bảo về mặt vệ sinh và chất luợng khá ổn dịnh Nguời ta chia làm 2 loại khác
Thông thuờng nuớc có oxy có chất luợng tốt, có truờng hợp không cần xử lý mà
có thể cấp trực tiếp cho nguời tiêu thụ Trong nuớc có oxy sẽ không có các chất khử SVTH: Phạm Thới Đông Trang 6
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho Trong quá trình nước thấm qua các tầng đá , oxy bị tiêu thụ Khi lượng oxy hòa tan
Trang 7trong nước bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+ , Mn2+ sẽ được tạo thành.Mặt khác các quá trình khử NO 3- -> NH4+; SO42- -> H2S ; CO2 -> CH4 cũng xảy ra
Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao.Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình thủy phân các tạp chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật.Khí CO2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau:
Axít yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxicacbonat tạo ra ion Ca2+
2H2CO3 + 2CaCO3 -> Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3-
Nguồn gốc của các ion Mg 2+ trong nước ngầm chủ yếu từ các muối magie silicat và CaMg(CO3)2, chúng hòa tan chậm trong nước chứa khí CO2 Sự có mặt Ca2+ và Mg2+
Sự hình thành của Na+ trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau:
2NaAlSi3O3 + 10H2O -> Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3
Na+ cũng có thể có nguồn gốc từ NaCl, Na2SO4 là những muối có độ hòa tan lớn trong SVTH: Phạm Thới Đông Trang 7
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho
Các ion NH4+ có trong nước ngầm có nguồn gốc từ các chất thải rắn và nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp,chất thải chăn nuôi,phân bón hóa học và quá trình vận Được tạo ra trong nước nhờ quá trình tan đá vôi khi có mặt khí CO2
CaCO3 + CO2 + H2O ->Ca2+ +
2HCO3-Có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxy hóa FeS2 trong điều kiện ẩm 2FeS2 + 2H2O +7O2 -> 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+
Có nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt
Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+ ,kết hợp với gốc
Trang 8bicacbonat,sunfat,clorua,đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic.Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước ttrong điều kiện yếm khí sau:
4Fe(OH)3 + 8H+ ->4Fe2+ + O2 + 10H2O
Sau khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa,ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+
và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.Vì vậy,khi vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và không màu, nhưng sau một thời gian để lắng trong chậu
và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn màu đỏ Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hưu cơ Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trị II của các hợp chất
sunfat và clorua Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H2S) và sắt thì sẽ SVTH: Phạm Thới Đông Trang 8
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS Khi làm thoáng khử khí CO2, hyđrocacbonat sắt hóa trị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hóa để tạo thành hyđroxyt sắt hóa trị III
Với hàm lượng sắt cao hơn 0.5mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp trên giàn làm nguội trong các bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa thành sắt hóa trị III,tạo thành bông cặn, các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước Đặc biệt là có thể gây nổ nếu nước đó dùng làm nước cắp cho nồi hơi.Một số ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt như dệt,giấy,sản Nước có chứa ion sắt,khi trị số pH<7.5 là diều kiện thuận lợi để vi khuẩn sắt phát triển trong các đường ống dẫn,tạo ra cặn lắng gồ ghề bám vào thành ống làm giảm khả năng
Trang 9vận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống.
4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O –> 4Fe(OH)3 + 8CO2
Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm
và dạng keo hữu cơ trong nước mặt Do vậy việc khử mangan thường được tiến
hành đồng thời với khử sắt Các ion mangan cũng được hòa tan trong nước từ các
tầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau:
6MnO2 + 12H+ -> 6Mn2+ +3O2 +6H2O
Mangan II hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở dạng
hydroxyt kết tủa, quá trình oxy hóa diễn ra như sau:
2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O -> 2Mn(OH)4 +
4HCO3-Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong nước xuất hiện cặn hydroxyt sắt sớm hơn
vì sắt dễ bị oxy hóa hơn mangan và phản ứng oxy hóa sắt bằng oxy hòa tan
trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với mangan Cặn mangan hóa trị cao là
chất xúc tác rất tốt trong quá trình oxy hóa khử mangan cũng như khử sắt Cặn
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 9
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho hydroxyt mangan hóa trị IV Mn(OH)4 có màu hung đen
Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các công trình là do
hợp chất sắt và mangan tạo nên Vì vậy, tùy thuộc vào tỷ số của chúng, cặn có thể
có mà từ hung đỏ đến màu nâu đen
Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l Tuy nhiên, với hàm lượng
mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng
Trang 10giống như trường hợp nuớc chứa sắt với hàm lượng cao
b2 Các chất khí hòa tan trong nuớc ngầm
Tồn tại rất ít trong nước ngầm Tùy thuộc vào nồng độ của khí oxy trong nước ngầm,
có thể chia nước ngầm thành 2 nhóm chính sau:
+ Nước ngầm yếm khí: trong quá trình lọc qua các tầng đất đá, oxy trong nước bị tiêu thụ, khi lượng oxy bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+, Mn2+ sẽ tạo thành
+ Nước dư luợng oxy hòa tan: trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như NH4+, H2S, CH4 Ðó chính là nước ngầm mạch nông Thường khi nước có dư lượng oxy sẽ có chất luợng tốt Tuy nhiên, nuớc ngầm mạch nông phụ thuộc nhiều vào nguồn nước mặt, nếu nước mặt bị ô nhiễm thì nó cũng sẽ bị ảnh hưởng
Hydrosunfua được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với
2SO42- + 14H+ + 8e- -> 2H2S + 2H2O +
6OH-SVTH: Phạm Thới Đông Trang 10
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho Ðược tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia
4C10H18O10 + 2H2O -> 21CO2 + 19CH4
Nồng độ các tạp chất chứa trong nước ngầm phụ thuộc và các vị trí địa lý của
nguồn nước, thành phần các tầng đất đá trong khu vực, độ hòa tan của các hợp chất trong nước, sự có mặt của các chất dễ bị phân hủy bằng sinh hóa trong chất đó
Nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con người như phân
bón,chất thải hóa học, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, hóa chất bảo vệ thực vật
Do vậy các khu vực khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần phải
Trang 11được bảo vệ cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn nguồn nước Ðể bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh vùng khu vực bảo vệ và quản lý, bố trí các nguồn thải ở khu vực xung Tóm lại, trong nước ngầm có chứa các cation chủ yếu là Na+, Ca2+,Mn2+, NH4+ và các Trong đó các ion Ca2+ , Mg2+ chỉ tồn tại trong nước ngầm khi nước này chảy qua tầng
đá vôi Các ion Na+,Cl- ,SO42- có trong nước ngầm trong các khu vực gần bờ biển, nước bị nhiễm mặn Ngoài ra,trong nước ngầm có thể có nhiều nitrat do phân bón hóa học của người dân sử dụngquá liều lượng cho phép Thông thường thì nước ngầm chỉ
có các ion Fe2+,Mn2+,khí CO2, còn các ion khác đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN đối với nước cấp cho sinh hoạt
b3 Một số phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm sắt
Tùy thuộc vào hàm lượng Fe2+ có trong nước ngầm mà người ta lựa chọn các
• Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+
Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc: dàn phun nước cao 0.7m, lỗ phun đường
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 11
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho
kính 5-7 mm; lưu lượng 10m3/m2h Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng =40 % lượng oxy hòa tan bão hòa ( ở 250C lượng oxy bão hòa =8.4 mg/l) Làm thoáng bằng dàn mưa tự nhiên: dàn một bậc hay nhiều bậc với sàn rải xỉ hoặc tre gỗ Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng=55% lượng oxy hòa tan bão hòa Hàm lượng CO2 giảm 50%
Làm thoáng cưỡng bức: tháp làm thoáng cưỡng bức lưu lượng 30 – 40 m3/h,lượng không khí tiếp xúc 4- 6m3/m3 H2O.Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng =70% lượng oxy hòa tan bão hòa Hàm lượng CO2 giảm 75%