công nghệ xử lý nước và nước thải - xử lý nước cấp

BM KTMT Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH HuChương 2... BM KTMT Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH HuChương 2.. BM KTMT Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH HuChương 2... Cơ sC lý thuy t L0ng còn gMi là

Trang 1

BM KTMT Khoa Môi trư ng – Trư ng ðHKH Hu

Chương 2 X! LÝ NƯ%C C&P

Các ch t vô cơ hòa tan (Fe2+, Ca2+, Mg2+, NH4+, NO3>,…)

Các ch t h@u cơ hòa tan

Màu

Các vi sinh vBt gây bFnh (vi khuGn, protozoa,…)

Các quá trình x lý nư c c p có thL là cơ hMc, hóa>lý,

hóa hMc hay sinh hMc.

KOt h p các quá trình x lý theo trình tP nh t ñQnh →

công nghF x lý.

PH N A CÔNG NGH X! LÝ NƯ%C C&P VÀ NƯ%C TH)I

Lo i các VOC, H 2 S, các khí hòa tan; oxy hóa Fe (II) và Mn (II)

Thông khí (Làm thoáng)

Lo i các ch t h@u cơ hòa tan như thu,c trừ sâu, dung môi, THMs,

Lo i các h t l0ng ñư c L0ng

ChuyLn các h t keo thành các h t có thêb l0ng.

Trang 2

LPa chMn công nghF x lý ph thuUc:

Lo i ngu n nư c (m t, ng m)

ð c ñiLm ch t lư ng ngu n nư c

Yêu c u ch t lư ng nư c c p (theo tiêu chuGn)

Ví d :

V i ngu n nư c m t – che yOu x lý làm trong, kh màu và kh trùng:

Hình 2.1 Sơ ñ công nghF ñiLn hình x lý nư c m t Hu

V i ngu n nư c ng m – che yOu lo i s0t, kh trùng:

Hình 2.2 Sơ ñ công nghF ñiLn hình x lý nư c ng m Hà N<i

Nư c ng m LMc cátnhanh Kh trùng Nư c s ch

Cl 2

2.2 Keo t0 T.o bông (Coagulation – Flocculation)

2.2.1 Cơ sC lý thuy t

Kích thư c các h t trong nư c và kh% năng tách chúng:

Các quá trình cơ hMc (l0ng, lMc, ly tâm) chk tách hiFu qu% các h t lơ l ng có

ñư ng kính h t >10>3 mm (bùn, cát, t%o, protozoa, )

ñ i phân t h@u cơ,…) thư ng r t khó l0ng lMc (m t th i gian dài); ñL tách

hiFu qu% thư ng s d ng biFn pháp keo t > t o bông trư c khi l0ng, lMc

ð,i tư ng x lý che yOu cea keo t là các h t keo

Hòa tan

mm 1

Trang 3

C u t o h t keo:

Trong nư c tP nhiên, các h t keo có thL mang ñiFn tích âm ho c dương:

•h t keo có ngu n g,c silicat, các h p ch t h@u cơ có ñiFn tích âm (ña s,);

•các hydroxit s0t, nhôm mang ñiFn tích dương

Xét h t keo âm H t keo mang ñiFn âm

hút các cation ñOn g n bc m t ñL trung

hòa ñiFn tích, phân b, thành 2 l p:

• L p th nh t r t mfng, mang ñiFn tích

dương và liên kOt ch t cht v i h t keo

gMi làl p Stern

• L p th hai dày hơn, là hun h p các ion

(h u hOt là cation), liên kOt lfng lvo, gMi

làl p khuOch tán

ñiFn tích dương Gi@a 2 l p là m t trư t

ThO ñiFn ñUng xu t hiFn gi@a 2 l p gMi

làthO zeta

x tr ng thái tĩnh, ñiFn tích h t ñư c bù

Gi@a hai h t keo luôn luôn t n t i hai lo i lPc tương tác:

LPc tYng h p quyOt ñQnh tr ng thái Yn ñQnh h t keo:

Khi lPc ñGy > lPc hút (lPc tYng h p là ñGy): hF keo bcn v@ng;

Khi lPc ñGy ≤ lPc hút (lPc tYng h p là hút hay b`ng không): không còn

phá v•

Các h t keo ñã m t Yn ñQnh hay tBp h p khzi ñ u cea chúng st ñư c

tăng cư ng kh% năng tBp h p t o bông c n kích thư c l n khi có m t

ñL t o ra sP tBp h p khzi ñ u các h t keo

Trang 4

Sơ ñ minh h a keo t và t o bông

Các ch t keo tuX thư ng dùng: Al2(SO4)3.18H2O (phèn

nhôm); Fe2(SO4)3.8H2O; FeCl3; Aln(OH)mClx(SO4)y

(Polyaluminium chloride hay PAC).

Cơ chế lo i các h t keo v i mu,i Al (III), Fe (III):

ñiFn tích h t keo ⇒ gi%m thế zeta ⇒ keo tuX

duX Al8(OH)204+, Al3(OH)45+, Al13O4(OH)247+…), h p phuX lên bề m t

h t keo ⇒ trung hòa ñiFn tích h t keo ⇒ gi%m thế zeta ⇒ keo tuX

các h t keo l0ng xu,ng

8,5 >10,0 v i Fe2(SO4)3; pH 4,5 – 7,5 v i PAC

Các ch t t o bông (hay trơX keo tuX) thư ng dùng:

Polymer thiên nhiên: dextrin, chitin,…

Trang 5

2.2.2 Áp d0ng

Hai công ño n x lý nư c b`ng keo t >t o bông tiOn

hành v i các ñicu kiFn khu y trUn khác nhau:

Keo t : Khu y nhanh trong th i gian ng0n ñL làm b t Yn ñQnh h t

Có thL thPc hiFn khu y b`ng thiOt bQ khu y cơ hMc hay

theo nguyên t0c they lPc (dùng vách ngăn t o dòng ch%y

zikzak).

Trư c khi áp d ng thPc tO, c n tiOn hành thPc nghiFm

keo t trong PTN ñL xác ñQnh các ñicu kiFn keo t : licu

keo t , licu tr keo t , pH, t,c ñU khu y, th i gian

khu y, Thư ng s d ng hF th,ng JAR TEST.

Hình 2.6.HF th,ng JAR TEST

Trang 6

2.3 LGng (Sedimentation/Clarification)

L0ng (còn gMi là làm trong) là quá trình dùng ñL tách các ch t r0n có

thL l0ng ñư c hay các bông c n sau keo t >t o bông

Nguyên t0c: dư i tác d ng cea lPc trMng trư ng, các h t có kh,i

lư ng riêng l n hơn kh,i lư ng riêng cea nư c st l0ng xu,ng ñáy

thiOt bQ và ñư c lo i khfi nư c

Lý thuyOt l0ng

Theo n ng ñU và sP tương tác gi@a các h t có b,n d ng l0ng:

l0ng lo i 1 hay l0ng h t riêng lv (discrete particle settling) > h t không thay

ñYi kích thư c trong quá trình l0ng

l0ng lo i 2 hay l0ng t o bông (flocculent settling) > các h t kOt h p nhau, kích

thư c h t l n d n trong quá trình l0ng,

l0ng lo i 3 hay l0ng vùng (zone settling)

l0ng lo i 4 hay l0ng nén (compression settling)

ñQnh

Lý thuyOt l0ng khá ph c t p, nh t là l0ng lo i 2, 3, 4

ρs, ρw> kh,i lư ng riêng cea h t và nư c (kg/m3)

ss– tŒ kh,i cea h t so v i nư c (không th nguyên)

ρ

Trang 7

>l0ng do trMng lPc > vBn t,c l0ng vs(tính như trên)

ðicu kiFn ñL h t bQ gi@ l i trong bL l0ng: vs≥ v0

ñOn ñiLm dư i cùng ñ u ra vùng bL l0ng)

BL l0ng ñ ng dòng ch%y ngư c (dư i lên)

ðicu kiFn ñL h t bQ gi@ l i trong bL l0ng: vs > vu

Th i gian lưu c n thiOt:

[2.4]

ThPc tO: nư c ch a nhicu c• h t khác nhau, không thL

xác ñQnh c• h t, kh,i lư ng riêng Thư ng tiOn hành thí

nghiFm l0ng ñL xác ñQnh các thông s, thiOt kO.

Trang 8

X lý sơ bU trư c khi lMc nhanh và chBm;

L0ng bông c n sau keo t > t o bông, trư c khi vào bL lMc nhanh

X lý nư c r a lMc nh`m cô ñ c bùn t[ thiOt bQ lMc

• Thông s, thiOt kO:

8: “ng d”n bùn ra

Trang 9

Thông s, thiOt kO:

Kho%ng cách gi@a các t m = 2,5 > 5 cm

Hình 2.9.BL l0ng lamellar

Trang 10

X%y ra ñ ng th i keo t >t o bông>l0ng trong 1 bL

Áp d ng ñư c v i nư c có ñU ñ c cao, chi phí th p

Thông s, thiOt kO: vBn t,c ch%y ngư c ≤ 5 m/h

Hình 2.10.

BL l0ng tiOp xúc

Tham kh%o:

Trang 11

2.4 LHc (Filtration)

LMc ñư c s d ng ñL tách các h t lơ l ng nhf và các vi sinh vBt

không lo i ñư c trong quá trình l0ng ra khfi nư c

LMc là quá trình tách các ch t r0n lơ l ng khfi nư c b`ng cách cho

ch%y qua vBt liFu lMc (VLL)

Cơ chO gi@ ch t r0n trong l p vBt liFu lMc ph c t p, bao g m các quá

trình vBt lý>hóa hMc và ñôi khi c% sinh hMc Ví d các cơ chO:

sàng (straining) – h t bQ gi@ do kích thư c l n hơn khe hz gi@a các VLL

l0ng (sedimentation) – h t nhf hơn st l0ng trMng lPc lên bc m t VLL

ch n (interception) – dòng nư c mang h t chuyLn ñUng ñOn g n bc m t

VLL trong kho%ng cách 1 bán kính h t st bQ va ñBp và ch n l i

h p ph (adsorption) – h t bQ h p ph lên bc m t VLL bzi các lPc vBt lý

(h p d”n, hút tĩnh ñiFn) hay t o liên kOt hóa hMc

ho t ñUng sinh hMc (biological action) – ch t bGn h@u cơ trong nư c

n`m l i trên bc m t l p VLL st gi@ các vi sinh vBt và t o l p nh y

Theo th i gian, SS bám trên bc m t VLL tăng d n ⇒ kho%ng hz cho

tăng ñOn giá trQ gi i h n ph%i tiOn hành làm s ch, ph c h i kh% năng

Các ñ c trưng quan trMng cea VLL:

TŒ kh,i (ss) hay kh,i lư ng riêng (ρs)

C• h t hiFu qu% (ES: Effective size) – c• rây (mm) cho phép 10% kh,i lư ng

VLL lMt qua

HF s, ñ ng nh t (UC: Uniformity coefficient) – tŒ s, gi@a c• rây cho phép

60% VLL lMt qua và c• h t hiFu qu%

Tùy theo vBn t,c lMc, phân biFt 2 lo i bL lMc:

LMc nhanh (Rapid filter)

LMc chBm (Slow filter)

Trang 12

2.4.2 Áp d0ng

2.4.2.1 BK lHc cham

ð,i tư ng:

x quy mô nhf (nông thôn)

Ngu n nư c có ñU ñ c th p (<40 NTU hay <50 mg>SS/L)

Ưu ñiLm: X lý trPc tiOp nư c tP nhiên v i hiFu qu% lo i SS và vi

khuGn cao, thiOt bQ và vBn hành ñơn gi%n

Như c ñiLm: t,n diFn tích, kh,i lư ng xây dPng l n

L p cát làm VLL (c• h t hiFu qu% 0,2 – 0,35 mm)

L p sfi ñL ñ• cát lMc, ho c nhicu l p mfng có c• h t l n d n (l p trên

g p 4 l n c• h t cát, l p tiOp theo g p 4 l n c• h t l p trên,…)

Máng thu nư c lMc có ñU d,c

Làm s ch: Cào l p cát bGn trên bc m t 3>5 cm ñL r a, sau 10>15

l n r a c n bY sung cát s ch; sau nhicu năm ph%i thay cát s ch

Thư ng l0p 2 hay nhicu bL lMc ho c chia nhicu ngăn ñL luân phiên

làm s ch

Hình 2.11.C u t o bL lMc chBm

Trang 13

2.4.2.2 BK lHc nhanh

ð,i tư ng:

x quy mô l n (các nhà máy nư c)

X lý nư c m t: sau keo t >t o bông>l0ng; nOu ñU ñ c th p có thL bf

VLL: có thL 1 l p cát; tuy nhiên t,t hơn s d ng 2 l p (dual>media) hay

nhicu l p (multi>media), ví d : than anthracit>cát

HF th,ng thu nư c lMc (có thL dùng l p sfi)

HF th,ng r a ngư c (back>washing)

Hình 2.12.C u t o bL lMc nhanh

Trang 14

kh,i) nhf hơn l p dư i

RFa ngưec

Khi r a: khóa van nư c vào; cho m c nư c ngBp bc m t 15 – 20 cm;

ñóng van nư c s ch ra; mz van nư c r a; nư c r a ch%y ngư c

mang theo c n bGn tràn qua máng thu

Các thông s,:

Th i gian r a ngư c = 4 > 10 phút

ðU giãn n• thL tích l p VLL: 10 – 30 %

Lư ng nư c dùng cho r a ngư c = 3 > 6 % công su t x lý

VBn t,c r a ngư c: quá l n st làm trôi VLL ho c trUn l”n 2 l p VLL; quá

nhf không ñe r a s ch VLL ThPc tO:

Trang 15

B%ng 2.3 So sánh bL lMc cát chBm và lMc nhanh

Cao

Th pChi phí vBn hành

Th p hơn (~90 – 99 %)Cao (~99,9 %)

HiFu qu% x lý vi khuGn

Nhanh chóngKhó

Kh% năng ñicu chknh ñ u ra

CaoCao

Chi phí ñ u tư

3 – 6 % nư c s ch0,2 – 0,6 % nư c s ch

Tiêu th nư c làm s ch

ñơn l p, 2 l p ho c ña l p(vd., antracite>cát + l p sfi ñ•)

ñơn l p (1 l p cát 1 m+

l p sfi ñ• 0,3 m)

C u trúc VLL

R a ngư cCào, r a s ch l p bc m t

0,5 – 1,5 mm0,2 – 0,35 mm

0,1 – 0,4 m/h(2,5 – 10 m3/m2/d)

VBn t,c lMc

LHc nhanh LHc cham

Thông sf

2.5 KhF trùng

Trong ngu n nư c thô ch a nhicu VSV, trong ñó có các VSV gây

bFnh Các quá trình keo t >t o bông, l0ng, lMc lo i ñư c mUt ph n

VSV bQ tiêu diFt; 1 s, ít s,ng sót do t o bào t

(Hình 2.14); hiFu qu% kh trùng gi%m nOu hàm lư ng ch t h@u cơ

Trang 16

2.5.1.2 Các PP hóa hHc

Ưu ñiLm: th i gian tác d ng nhanh, trong cùng ñicu kiFn ho t tính kh trùng

g p 600>3000 l n clo, không t o ra các s%n phGm ph nguy h i, ít chQu tác

ñUng cea yOu t, pH

Như c ñiLm:giá thành x lý cao (2>3 l n clo), ít hòa tan trong nư c nên khó

duy trì dư lư ng ozon ñL tránh quá trình tái nhiWm khuGn

Hình 2.14.ThiOt bQ kh trùng v i tia UV

2.5.2 Lý thuy t quá trình khF trùng blng clo

T[ Pt.[2.5] và [2.6]: z pH>4 (ñicu kiFn nư c bình thư ng), không còn t n

HClO m nh hơn ClO>(40 > 80 l n)

dư lư ng clo tP do (free chlorine residual) Dư lư ng clo tP do trong nư c

Trang 17

›nh hưzng pH ñOn kh trùng

v i clo:

ph thuUc vào pH (Hình 2.14):

pH < 7: che yOu d ng HClO

pH > 8: che yOu d ng ClO>

z pH = 7,5: [HClO] = [ClO>]

Vì HClO có ho t tính kh trùng

trùng c n tiOn hành z pH ≤ 7

ðL tiêu diFt ñư c 99% s, VK

E.coli có trong nư c v i licu

lư ng 0,1 mg/L clo tP do, th i

gian c n thiOt tăng t[ 6 phút

khi pH=6 ñOn 180 phút khi

ph thuUc vào pH

Các yOu t, %nh hưzng khác:

diFt các VSV do chúng có thL h p ph và cư trú trên các h t SS

⇒ gi%m hiFu qu% kh trùng

tăng nhiFt ñôX làm gi%m sưX hòa tan các khí trong nư c ⇒ clo tưX

do st gi%m T,t nh t z nhiFt ñU thư ng

Fe(II), các ch t h@u cơ ) làm gi%m hiFu qu% cea viFc khưb trùng

do tiêu th mUt lư ng clo tP do

ð c biFt, clo st oxy hóa các h p ch t h@u cơ hòa tan (DOC) t o

ra s%n phGm phuX là các THMs (trihalomethanes) có khab năng

gây ung thư!

Trang 18

Các chloramine có ho t tính kh trùng; clo dư i các d ng

residual).

BiOn thiên dư lư ng clo trong quá trình thêm clo vào

Hình 2.15.ð thQ minh hMa clo hóa ñiLm t i h n(n ng ñU NH3: 1 mg>N/L)

Trang 19

BiOn thiên dư lư ng clo trong quá trình thêm clo vào nư c

( Hình 2.15.) :

ðiKm bGt ñ[u tăng dư lưeng clo tI do gHi là ñiKm tZi h.n hay

ñiKm gãy (breakpoint)

Trang 20

p gi%m

Trang 21

Chloramine B, Chloramine T

ðây là 2 hóa ch t kh trùng nư c ñư c s d ng rUng rãi cho cUng

ñ ng, có tác d ng c chO trao ñYi ch t cea các vi khuGn

Tan t,t trong nư c

ChBm phân hey trong không khí

Chloramine>T

C7H7ClNO2SNaSodium p>

Toluenesulfonchloramide

BUt tr0ngTan t,t trong nư cChBm phân hey trong không khí

CH3

2.6 Lo.i sGt và mangan

Fe và Mn ñư c quan tâm trong nư c c p không ph%i do ñUc tính mà do %nh

hưzng ñOn ñU c ng và tính ch t c%m quan (màu, mùi vQ)

TC nư c u,ng VN: Fe < 0,5 mg/L, Mn <0,5 mg/L; TC nư c u,ng Mž: Fe <

0,3 mg/L, Mn <0,05 mg/L

Trong nư c tưX nhiên, Fe và Mn thư ng t n t i ñ ng th i ⇒ x lý ñ ng th i

Xưb lý Fe và Mn trong nư c ng m quan trMng hơn nư c m t: do t n t i trong

CO32>, HCO3>)

2.6.1 Cơ sơ4 lý thuy t

Oxy hóa Fe (II) và Mn (II) thành Fe(III) và Mn(IV) dư i d ng kOt tea, dW

tách khfi nư c b`ng l0ng, lMc

oxy hóa v i oxy không khí b`ng quá trình làm thoáng hay thông khí:

Fe (II) dễ bQ oxy hóa hơn Mn(II) trong cùng ñicu kiFn

Trang 22

2.6.2 Áp d0ng

(1) Lo.i sGt blng phương pháp làm thoáng

ViFc x lý s0t b`ng biFn pháp làm thoáng có thL ñư c tiOn hành theo

các kž thuBt khác nhau:

dùng ,ng khoan phun nư c lên trên bc m t bL lMc

chicu cao giàn phun = 0,7 m; lu phun = 5>7 mm; Q=10 m3/m2/h

dùng tháp làm thoáng1 hay nhicu bBc

nư c ñư c tư i tP nhiên xu,ng các sàn có ch a vBt liFu tiOp xúc (sfi, than

Q=30>40m3/m2/h; lư ng không khí c p: 4>6 m3/m3 nư c

xúc b`ng màng mfng

oxy hóa Fe2+

Hình 2.16.Các

d ng thiOt bQ làmthoáng

(a): Làm thoáng ñơngi%n; (b): Tháp làmthoáng phun mưa tPnhiên; (c): Tháp làmthoáng cư•ng b c

(a)

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	1,11 MB