Đồ án kỹ thuật xử lý nước cấp đề xuất và lựa chọn công nghệ xử lý nước cấp cho khu dân cư

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC MẶT HIỆN NAY 5 1 1 Tổng quan về nguồn nước mặt 5 1 2 Nhu cầu sử dụng nước sạch ở Việt Nam 8 1 2 1 Đánh giá nguồn nước mặt củ[.]

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC MẶT HIỆN NAY 5

1.1 Tổng quan về nguồn nước mặt 5

1.2 Nhu cầu sử dụng nước sạch ở Việt Nam 8

1.2.1 Đánh giá nguồn nước mặt của Việt Nam 10

1.2.2 Đặc điểm của nguồn nước mặt 11

1.2.2.1 Nước sông 11

1.2.2.2 Nước hồ 12

1.3 Chỉ tiêu về chất lượng nước 13

1.3.1 Nhiệt độ 13

1.3.2 Độ màu 14

1.3.3 Độ đục 14

1.3.4 Mùi vị 14

1.3.5 Độ dẫn điện 14

1.3.6 Độ pH 15

1.3.7 Độ cứng 15

1.3.8 Độ kiềm 15

1.3.9 Các chỉ tiêu vi sinh vật 16

1.4 Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt 16

1.5 Lựa chọn nguồn nước và phương pháp xử lý 17

1.5.1 Lựa chọn nguồn nước 17

1.5.2 Lựa chọn phương pháp xử lý nguồn nước cấp 18

1.6 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp 19

1.6.1 Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt 19

1.6.2 Chất lượng nước cấp cho sản xuất 19

1.7 Các phương pháp xử lý nguồn nước mặt 20

1.7.1Xử lý nước cấp bằng phương pháp cơ học 20

1.7.1.1Hồ chứa và lắng sơ bộ 20

1.7.1.2 Song chắn và lưới chắn rác 20

1.7.1.3 Bể lắng cát 21

1.7.1.4 Quá trình lắng 21

1.7.1.5 Quá trình lọc 26

1.7.2 Xử lý nước cấp bằng phương pháp hóa lý 31

1.7.2.1Quá trình làm thoáng 31

1.7.2.2 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn 31

1.7.2.3 Clo hóa sơ bộ 33

1.7.2.4 Khử trùng nước 34

1.7.2.5 Quá trình xử lý ổn định nước 36

1.7.2.6 Quá trình làm mềm nước 36

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO KHU DÂN CƯ 40

2.1 Phân tích đề xuất công nghệ 40

2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ và thuyết minh công nghệ 40

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 43

3.1 Phèn nhôm 43

3.2 Bể trộn đứng 45

3.3 Bể lắng ngang 50

3.4 Bể lọc nhanh 59

3.5 Tính toán lượng Clo để khử trùng 70

3.6 Bể chứa nước sạch 70

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ 77

4.1 Bể hoà tan phèn 77

4.2 Vôi 81

4.3 Kho chứa hoá chất 84

4.4 Trạm bơm cấp I 85

4.5 Trạm Bơm Cấp II 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

MỞ ĐẦU

Ngày nay mọi thứ đều phát triển, kinh tế- đời sống- xã hội và nhu cầu củacon người về vật chất tinh thần cũn tăng cao Trong đời sống hàng ngày, nhu cầu sửdụng nước của con người cũng là một vấn đề cấp bách cần thiết và quan trọng, nhất

là việc sử dụng nước sạch Chính vì thế việc tìm một nguồn nước đủ để xử lí và cungcấp cho người dân sử dụng là một vấn đề cần thiết và quan trọng đối với các kỹ sư môitrường như chúng em Nguồn nước thiên nhiên là một hướng giải quyết tốt nhất hiệnnay mà chúng em nghĩ tới cho việc cung cấp nước cho các hộ dân sử dụng

Nước thiên nhiên được dùng làm nguồn nước cung cấp cho ăn uống sinh hoạt

và công nghiệp có chất lượng rất khác nhau

Đối với nước ngầm, hàm lượng Fe2+ và Mn2+ thường vượt quá tiêu chuẩncho phép

Đối với nước mặt thì thường nhiễm các bởi các chất hữu cơ, hàm lượng cặn

lơ lửng cao… Chính vì vậy, trước khi đưa vào để sử dụng thì chúng em cần xử lýchúng

Từ sự đa dạng của các nguồn nước mặt mà công nghệ xử lý ngày càng pháttriển cho phù hợp với yêu cầu đặt ra

Với đồ án Kỹ thuật xử lý nước cấp, sinh viên chúng em được tự tìm hiểu, làmquen và tính toán những công nghệ, từ đó giúp sinh viên chúng em có thể hiểu sâuhơn về ngành học mà mình đang theo đuổi

Trong quá trình làm đồ án, chúng em đã rút ra được nhiều điều bổ ích Nhómchúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn nhómchúng em hoàn thành tốt môn đồ án Kỹ thuật xử lý nước cấp

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn cô đã hướng dẫn !

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUỒN

NƯỚC MẶT HIỆN NAY

1.1 Tổng quan về nguồn nước mặt

Tài nguyên nước mặt: nước phân bố trên mặt trái đất, nước trong các đạidương, sông, suối, ao hồ, đầm lầy, Đặc điểm của tài nguyên nước mặt là chịu ảnhhưởng lớn từ điều kiện khí hậu và các tác động khác do hoạt động kinh tế của conngười;

Nước mặt dễ bị ô nhiễm và thành phần hóa lý của nước thường bị thay đổi; Khả năng hồi phục trữ lượng của nước nhanh nhất ở vùng thường có mưa.Tài nguyên nước mặt (dòng chảy sông ngòi) của một vùng lãnh thổ hay mộtquốc gia là tổng của lượng dòng chảy sông ngòi từ ngoài vùng chảy vào và lượngdòng chảy được sinh ra trong vùng (dòng chảy nội địa)

Tổng lượng dòng chảy sông ngòi trung bình hàng năm của nước ta bằngkhoảng 847 km3, trong đó tổng lượng ngoài vùng chảy vào là 507 km3 chiếm 60%

và dòng chảy nội địa là 340 km3, chiếm 40%

Nếu xét chung cho cả nước, thì tài nguyên nước mặt của nước ta tương đốiphong phú, chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy của các sông trên thế giới,trong khi đó diện tích đất liền nước ta chỉ chiếm khoảng 1,35% của thế giới Tuynhiên, một đặc điểm quan trọng của tài nguyên nước mặt là những biến đổi mạnh

mẽ theo thời gian (dao động giữa các năm và phân phối không đều trong năm) vàcòn phân bố rất không đều giữa các hệ thống sông và các vùng

Tổng lượng dòng chảy năm:

Sông Mê Kông bằng khoảng 500 km3, chiếm tới 59% tổng lượng dòng chảynăm của các sông trong cả nước

Sông Hồng 126,5 km3 (14,9%)

Sông Đồng Nai 36,3 km3 (4,3%)

Sông Mã, sông Cả, sông Thu Bồn có tổng lượng dòng chảy xấp xỉ nhau,khoảng trên dưới 20 km3 (2,3 - 2,6%)

Các hệ thống sông Kỳ Cùng, Thái Bình và sông Ba cũng xấp xỉ nhau, khoảng

9 km3 (1%)

Các sông còn lại là 94,5 km3 (11,1%)

Một đặc điểm quan trọng nữa của tài nguyên nước sông của nước ta là phầnlớn nước sông (khoảng 60%) lại được hình thành trên phần lưu vực nằm ở nướcngoài, trong đó hệ thống sông Mê Kông chiếm nhiều nhất (447 km3, 88%)

Nếu chỉ xét thành phần lượng nước sông được hình thành trong lãnh thổ nước

ta, thì hệ thống sông Hồng có tổng lượng dòng chảy lớn nhất (81,3 km3) chiếm23,9%, sau đó đến hệ thống sông Mê Kông (53 km3, 15,6%), hệ thống sông ĐồngNai (32,8 km3, 9,6%)

Bảng 1: Những đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt

Hàm lượng chất rắn lơ

lửng

Thường cao và thay đổi

theo mùa Thấp hoặc hầu như không cóChất khoáng hòa tan Thay đổi theo chất lượng

đất, lượng mưa

Ít thay đổi, cao hơn nước bềmặt ở cùng một vùngHàm lượng sắt ( Fe2+)

mangan ( Mn2+) Rất thấp, trừ dưới đáy hồ Thường xuyên có

Khí CO2 hòa tan Thường rất thấp hoặc gần

bằng không

Thường xuất hiện ở nồng độ

caoKhí O2 hoà tan Thường gần bão hòa Thường không tồn tại

Khí NH3 Thường xuất hiện ở các

nguồn nước nhiễm bẩn thường có

Các vi sinh vật Vi trùng (nhiều loại gây

bệnh) virut các loại và tảo

Các vi trùng do sắt gây rathường xuất hiện

1.2 Nhu cầu sử dụng nước sạch ở Việt Nam:

Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội và sự gia tăng dân số, nhu cầu dùng nướccho sinh hoạt, sản xuất công nông nghiệp sẽ tăng lên mạnh mẽ trong tất cả các vùng Theo kết quả đánh giá năm 1999, tổng lượng nước cần dùng của cả nước chiếm khoảng 8,8% tổng lượng dòng chảy năm tương ứng với tần suất 75%, tăng lên tới 12,5% vào năm 2000 và 16,5% vào khoảng năm 2010 Tổng lượng nước dùng để tưới cho cây trồng khá lớn, từ 41 km3 (chiếm

89,8%) năm 1985, tăng lên 46,9 km3 (năm 1990) và 60 km3 năm 2000 (chiếm 85%)

Lượng nước cần dùng trong mùa cạn rất lớn, nhất là lượng nước dùng cho nông nghiệp

Tổng lượng nước cần dùng trong mùa cạn năm 2000 đạt tới 70,7 km3, chiếm khoảng 42,4% tổng lượng nước có khả năng cung cấp trong mùa cạn (bao gồmnước sông, nước dưới đất và nước do các hồ chứa điều tiết), hay 51% tổng lượng dòng chảy mùa cạn tương ứng với tần suất 75% Vào khoảng năm 2010,tổng lượng nước cần dùng trong mùa cạn tới 90 km3, chiếm khoảng 54% tổng lượng nước có thể cung cấp hay 65% tổng lượng dòng chảy trong mùa cạn tương ứng với tần suất 75% Đặc biệt, ở không ít vùng và lưu vực sông, lượng nước cần dùng có thể gấp vài lần tổng lượng nước có thể cung cấp, tức là chẳng những vượt quá xa ngưỡng lượng nước cần có để duy trì sinh thái mà còn không có nguồn nước tại chỗ để cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất

Nước ta hiện nay nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do sự phát triển dân số

và mức sống ngày càng tăng Tuỳ thuộc vào mức sống của người dân và tuỳ từng vùng mà nhu cầu sử dụng nước là khác nhau

Riêng khu vực các huyện ngoại thành Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, mật độ dân cư đông đúc, dân trí cao, kinh tế phát triển lượng nước tiêu thụ cho mỗi người dân đạt ≈ 150 lít/người/ngày.

Nguồn nước cung cấp cho nước sinh hoạt ở nước ta chủ yếu là nguồn nướcmặt được lấy từ các sông, hồ , sau khi qua xử lý sẽ dẫn đến các hộ dân, các khucông nghiệp Hiện nay, hơn 60% tổng công suất các trạm cấp nước tại các đô thị vàkhu công nghiệp trên cả nước dùng nguồn nước mặt với tổng lượng nước khoảng 3triệu m3/ ngày đêm Con số này còn tăng lên nhiều trong những năm tới nhằm cungcấp cho các đô thị và khu công nghiệp ngày càng mở rộng và phát triển

Dự kiến 50 năm nữa nuớc ta sẽ rơi vào tình trạng thiếu nước trầm trọng Sựbiến đổi của khí hậu toàn cầu sẽ dẫn đến sự suy giảm của nguồn nuớc Các kết quảnghiên cứu gần đây ở việt Nam cho thấy tổng lượng nuớc mặt của nuớc ta vào năm

2025 chỉ bằng khoảng 96%, đến năm 2070 xuống còn khoảng 90% và năm 2100còn khoảng 86% so với hiện nay Với tốc độ phát triển dân số như hiện nay thì đến

2025 lượng nước mặt tính bình quân đầu nguời ở nứơc ta chỉ đạt khoảng 2.830

m3/người.năm Tính cả lượng nuớc từ bên ngoài chảy vào thì bình quân đạt 7.660

m3 /người.năm

Tài nguyên nước tại Việt Nam phân bố không đều giữa các vùng Trên 60%nguồn nước tập trung ở đồng bằng sông Hồng (lưu vực sông Mê Kông) trong khitoàn phần lãnh thổ còn lại chỉ có gần 40% lượng nước nhưng lại chiếm 80% dân số

cả nước và trên 90% khối lượng hoạt động sản xuất kinh doanh, dịch vụ Đặc biệtcác địa phương vùng miền Đông Nam Bộ và lưu vực Đồng Nai – Sài Gòn, lượngnước bình quân đầu người chỉ đạt khoảng 2.900 m3/người.năm, bằng 28% so vớimức trung bình của cả nước

Bên cạnh đó, tài nguyên nước của Việt Nam cũng phân bố không đều theothời gian trong năm và giữa các năm Lượng nước trung bình trong 4 đến 5 thángmùa mưa chiếm khoảng 75 – 85% trong khi những tháng mùa khô (kéo dài đến 7 –

8 tháng) lại chỉ có khoảng 15 – 25% lượng nước của cả năm

Theo đánh giá của các nhà nghiên cứu, tốc độ tăng trưởng kinh tế cao không

đi đôi với việc làm tốt công tác bảo vệ môi trường đã gây ra những ảnh hưởng tiêucực tới tài nguyên nước ở nước ta Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt ngày càngtăng về mức độ và quy mô, một số khu vực đồng bằng đã có biểu hiện ô nhiễm docác chất hữu cơ khó phân huỷ và hàm lượng vi khuẩn cao Các biểu hiện suy thoái,cạn kiệt nguồn nước đang trở nên rõ rệt và phổ biến ở nuớc ta

Nước ta có mạng lưới sông ngòi khá dày đặc, trong đó phải kể tới các sônglớn, trong đó có hệ thống sông Mê Kông, tiếp theo là hệ thống sông Hồng, ĐồngNai, sông Mã, sông Cả, sông Hương, sông Thái Bình, sông Thu Bồn, …, với diệntích lưu vực mỗi sông trên 10.00 km2, lưu lượng các sông chính vào khoảng 880

Km3/năm

Lượng mưa trung bình hàng năm 1960 mm, tạo ra nước tái tạo được khoảng

Ngoài nguồn nước mặt là các sông, hồ thì ở miền núi nguồn nước suối cũngđóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp cho người dân vùng cao Nguồn nướcsuối có trữ lượng nước và chất lượng nước thay đổi theo mùa Mùa mưa nước có độđục lớn, chứa cặn và cũng chứa nhiều chất hữu cơ Tuy vậy nhưng tính chất của cặnkhác nước sông Cặn ở đây là cặn thô, dễ lắng đọng, thời gian lắng nhanh hơn nướcsông

Chất lượng nước sông ở Việt Nam thay đổi theo mùa và theo vùng địa lý

Do dòng chảy bào mòn bề mặt khu vực tạo nên các chất trôi theo dòng chảy gồmcát, bùn, phù sa,

Nước sông có hàm luợng cặn cao vào mùa mưa Tổng lượng cặn do các sông

đổ ra biển trung bình hằng năm khoảng 200 – 250 triệu tấn, trong đó 90% đựơc tạo

ra vào mùa lũ Vào mùa lũ, độ đục cao, hàm lượng cặn lớn và thay đổi theo từngthời kỳ Độ đục cao nhất xuất hiện trong tất cả các tháng của mùa lũ Các tháng mùacạn, khi các sông có vận tốc dòng chảy nhỏ nhất thì nước có độ đục nhỏ nhất, đôikhi độ đục gần đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt và ăn uống theo tiêu chuẩn cấp nướccho các đô thị

Thành phần chính của nước sông:

- Khoáng chất: Hàm lượng khoáng chất của các sông ở Việt Nam còn thấp ( 200 – 500 mg/L);

- Độ pH: Nước ở các sông chính có độ kiềm trung tính (7 – 8);

- Độ cứng: Nước thuộc nước mềm;

- Hàm lượng các ion chính: Chủ yếu là các ion Ca2+, Mg2+, K+, SO42-, Cl-,HCO3-,

Nước ta có nhiều hồ tự nhiên như hồ Ba Bể, hồ Núi Cốc và một số hồ nhântạo để phục vụ việc tưới tiêu cho nông nghiệp Đặc biệt một số hồ có dung tích tíchtrữ nước lớn của các công trình thuỷ điện Thác Bà, Hoà Bình, Sơn La

Nhìn chung các hồ tự nhiên có trữ lượng nhỏ, chỉ một vài hồ lớn có khả năngcung cấp nước cho các đối tượng vừa và nhỏ Các hồ thuỷ điện có khả năng cungcấp cho các đối tượng lớn

Nước hồ có hàm lưọng cặn nhỏ hơn nước sông vì đã được lắng tự nhiên vàkhá ổn định Tuy nhiên hàm lượng cặn cũng dao động theo mùa, mùa mưa có hàmlượng cặn lớn, mùa khô hàm lượng cặn nhỏ, có hồ độ (tổng độ đục) trong gần đảmbảo tiêu chuẩn độ trong của nước sinh hoạt và ăn uống Sự dao động về chất lượngnước thường xảy ra ở các vùng ven bờ và phụ thuộc vào địa hình của vùng ven bờ.Vùng xa bờ và giữa hồ có chất lượng nước ổn định hơn

Nước hồ có độ màu cao do: rong, rêu, tảo Hàm lưọng chất hữu cơ trong hồthường cao do xác động thực vật ở quanh hồ gây nên.

Nhìn chung chất lượng nước hồ tốt, dây chuyền công nghệ xử lý nước có thểđơn giản hơn công nghệ xử lý nước sông, lượng hoá chất dùng để keo tụ ít, do vậygiá thành xử lý nước hồ thường rẻ hơn nước sông

1.3 Chỉ tiêu về chất lượng nước

Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khíhậu Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêuthụ Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi thổi theo nhiệt độ môi trường Nhiệt độcủa nguồn nước mặt dao động rất lớn (4 - 400C) phụ thuộc vào thời tiết và độ sâunguồn nước

Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên Các hợp chất sắt, mangankhông hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, còncác loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thảisinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen

Đơn vị đo độ màu thường dùng là platin – coban Nước thiên nhiên thường có

độ màu thấp hơn 200CoPt

Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục củanước.

Mùi vị trong nước thường do các hợp chất hoá học, chủ yếu là là các hợp chấthữu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân huỷ vật chất gây nên Nước thiênnhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối Nước sau khi tiệt trùng với các hợpchất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol

Tuỳ theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hoà tan, nước có thể cócác vị mặn, ngọt, chát, đắng,

Nước có độ dẫn điện kém Nước tinh khiết ở 2000C có độ dẫn điện là 4,2μS/m ( tương ứng điện trở 23,8MΩ/cm) Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượngcác chất khoáng hoà tan trong nước và dao động theo nhiệt độ

và có thêm tác nhân oxy hoá, các kim loại hoà tan trong nước chuyển thành dạngkết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng, lọc.

Độ kiềm là một chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước Để xác định

độ kiềm thường dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric

Có ba nhóm vi sinh chỉ thị ô nhiễm trong phân :

1 Nhóm coliform đặc trưng là Escherichia Coli ( E.Coli);

2 Nhóm Streptococci đặc trưng là Streptococcus faecalis;

3 Nhóm Clostridia khử sunfit đặc trưng là Clostridium perfringents

Đây là nhóm vi khuẩn thường xuyên có mặt trong phân người, trong đó E.Coli

là loại trực khuẩn đường ruột, có thời gian bảo tồn trong nước gần giống những visinh vật gây bệnh khác Sự có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩnphân rác và có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác Số lượng E.Colinhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn phân rác của nguồn nước

1.4 Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

Theo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT “ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng ăn uống” phải đạt được những chi tiêu về lí hóa học và vi trùng như

sau:

Bảng 2: Chất lượng nước cấp cho sinh hoạt ăn uống

1.5 Lựa chọn nguồn nước và phương pháp xử lý

1.5.1 Lựa chọn nguồn nước

Chất lượng nguồn nước có một ý nghĩa rất quan trọng cho quá trình xử lýnước, do vậy trong những điều kiện cho phép cần chọn nguồn nước có chất tốt nhất

để có được hiểu quả cao trong quá trình xử lý Khi lựa chọn nguồn nước cấp, ta nêndựa theo tiêu chuẩn TCXD 233:1999 do bộ xây dựng ban hành để quyết định

Chất lượng nguồn nước quyết định dây chuyền xử lý Lựa chọn một dâychuyền xử lý nước phải phù hợp với từng nguồn nước, ví dụ như thành phần độ bẩn

và bản chất của nó, sổ lượng nước nguồn và độ tin cậy của nguồn nước… chọncông nghệ xử lý nước cụ thể phải mang tính khả thi Các phân tích về hóa học, lýhọc vi trùng rất cần thiết để có đầy đủ thông tin về nguồn nước và để thấy được cácđiều kiện tiếp theo

Dựa vào hướng dẫn về các tiêu chuẩn chung, các thông số cặn chú ý khi khilựa chọn nước bao gồm:

Nồng độ cặn lơ lửng trong nước quyết định đến dây chuyền công nghệ Mộtphần dựa vào thông số này người ta quyết định có nên sử dụng quá trình keo tụ tạobông hay không, có công đoạn lắng hay là có tất cả các quá trình thông thường

 Hàm lượng cacbon hữu cơ hòa tan COD, thể tích các hạt cặn trong nước tỷ

lệ thuận với nồng độ các chất muối có trong nước, với nồng độ axit humic NếuCOD cao thì phải dùng cacbon hoạt tính để hấp thụ COD cho nhiều chất keo tụ để

Các chất hữu cơ có gây ra nhiều loại chất lơ lửng trong nước, từ những phân

tử hữu cơ lớn như các chất muối, protein cho đến các chất nhỏ như virus, vi trùng,tảo, chúng thường gây ra màu trong nước Gần đây các chất mùn được xem như

có chứa các chất độc trihalogenmetan là chât gây bệnh cấp tính, mãn tính và ác tínhtrong nước

Nếu các chất hữu cơ như phenol, hóa chất bảo vệ thực vật hoặc chất tẩy rửa

ở nồng độ không cho phép thì phải có quá trình oxi hóa sơ bộ vìchúng không

thể tách bằng các xử lý thông thường

Nếu hàm lượng NO3, NH4+ có giá trị cao thì phải xử lý sơ bộ bằng quá trìnhkhử nitrat, khử amon hoặc phải dùng phản ứng oxi hoá như quá trình tinh lọc khô

1.5.2 Lựa chọn phương pháp xử lý nguồn nước cấp

Chọn lựa công nghệ xử lý nước phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và đặc

trưng của nguồn nước thô, yêu cầu chất lượng nước cấp và công suất trạm nước cấpcần xử lý Hầu hết các chất bẩn trong nước có kích thước từ milimet đến nanomethoặc nhỏ hơn Các kích thước nhỏ hơn được gọi là keo tụ (10-4– 10-6mm), hệ keo

gồm các khoáng chất các chất keo phù du kết hợp với vi trùng, tảo virus, polymesinh học và các phân tử lớn Các hạt có kích thước nhỏ hơn 10-6 mm là các chất hoàtan gồm có ion, các phân tử vô cơ đơn giản và các tổ hợp

Chất lượng nước của nguồn thay đổi theo vị trí và thời gian, từ chỗ này đếnchỗ khác và từ mùa này qua mùa khác, do vậy công nghệ xử lý nước và quá trìnhvận hành cũng phải thay đổi dựa vào tính chất hóa lý, sinh học của nước thô Trongmột nguồn nước, người ta cố giữ chất lượng nước đưa vào xử lý không thay đổitheo mùa bằng các quá trình xử lý sơ bộ

Lựa chọn công nghệ xử lý nước trước hết được tiến hành trong phòng thínghiệm để tìm ra các thông số tối ưu vá hóa chất sơ bộ, liều lượng sử dụng, chất xúctác, độ pH, sau đó để đánh giá các thông số thiết kế và điều kiện vận hành tối ưu,thử nghiệm công nghệ trên mô hình thực nghiệm cần thiết

Các vấn đề cần để cập đến khi thiết kế quá trình xử lý nước bao gồm: chấtlượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn của nước sau xử lý Dựa vào các số liệu đã

có, so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần tách gì ra khỏinước, chọn các thông số chính về chất lượng hóa chất nước và đưa ra kỹ thuật xử lý

cụ thể, chọn hoá chất và liều lượng hoá chất cần dùng, tối ưu hoá các điều kiện vậnhành cho từng bước xử lý và sắp xếp các bước xử lý cho thật hợp lý

1.6 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp:

Nước cấp cho ăn uống, sinh hoạt phải không màu, không mùi, không vị,không chứa các chất độc hại, các vi trùng và các tác nhân gây bệnh Hàm lượng cácchất hòa tan không được vượt quá tiêu chuẩn cho phép Theo tiêu chuẩn nước cấp

cho ăn uống và sinh hoạt phải có các chỉ tiêu chất lượng theo: “Tiêu chuẩn vệ sinh

ăn uống của Bộ Y tế số 01/2009/BYT/QĐ ngày 17- 06-2009”.

Chất lượng nước cấp cho sản xuất đòi hỏi rất khác nhau, tùy thuộc vào mụcđích sử dụng của mỗi ngành công nghiệp, có thể chia thành các loại như sau:

Nước cấp cho ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, giấy, phimảnh, yêu cầu chất lượng nước phải đạt như ăn uống sinh hoạt

Nước để làm nguội gần như là nhu cầu chung của của rất nhiều ngành côngnghiệp và chiếm một số lượng rất lớn (ví dụ: làm nguội các thiết bị hóa chất các lòđúc gang, thiết bị ngưng tụ của nhà máy và tua bin hơi, thiết bị làm nguội khôngkhí, ) nước làm nguội yêu cầu hàm lượng cặn và độ cứng tạm thời nhỏ và nhiệt độcàng thấp càng tốt

Nước cấp cho nồi hơi yêu cầu chất lượng nước cao Nước không được có độcặn, độ cứng toàn phần rất nhỏ Đối với nồi hơi có áp lực 13 - 16 at, độ cứng toànphần không được quá 0,10dH Nồi hơi có áp lực 52 at, độ cứng toàn phần nhỏ hơn0,050dH, và nổi hơi có áp lực lớn hơn 112at, độ cứng toàn phần luôn phải nhỏ hơn0,010dH Ngoài ra, phải hạn chế tới mức thấp nhất sự có mặt của các hợp chất axitsilic (H2SiO3)

1.7 Các phương pháp xử lý nguồn nước mặt

Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô là tạo điều kiện thuận lợi chocác quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác độngcủa các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác động của oxyhòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồnnước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lýnước

1.7.1.2 Song chắn và lưới chắn rác

Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụloại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng caohiệu quả làm sạch của các công trình xử lý Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có thể

có kích thước nhỏ như que tăm, hoặc nhành cây non khi đi qua máy bơm vào cáccông trình xử lý có thể bị tán nhỏ hoặc thối rửa làm tăng hàm lượng cặn và độ màucủa nước Song chắn rác có cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn cỡ 8 hoặc 10,hoặc tiết diện hình chữ nhật kích thước 6x50 mm đặt song song với nhau và hàn vàokhung thép Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 – 50 mm Vận tốc nước chảyqua song chắn khoảng 0,4 – 0,8 m/s Song chắn rác được nâng thả nhờ ròng rọchoặc tời quay tay bố trí trong ngăn quản lý Hình dạng song chắn rác có thể là hìnhchữ nhật, hình vuông hoặc hình tròn Lưới chắn rác phẳng có cấu tạo gồm 1 tấmlưới căng trên khung thép Tấm lưới đan bằng các dây thép đường kính 1 – 1,5 mm,mắt lưới 2x2 – 5x5 mm Trong một số trường hợp, mặt ngoài của tấm lưới đặt thêm

1 tấm lưới nữa có kích thước mặt lưới 25x25 mm đan bằng dây thép đường kính 2 –

3 mm để tăng cường khả năng chịu lực của lưới

Song chắn rác

1.7.1.3 Bể lắng cát

Ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250 mg/l sau lưới chắn,các hạt cặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, có khảnăng lắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điềukiện tốt để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớnhơn hoặc bằng 2,5 để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí vàgiảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng

1.7.1.4 Quá trình lắng

Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoànthành quá trình làm trong nước Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bểlắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng, bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng, bểlắng ly tâm

Lắng ngang

Để nghiên cứu quá trình lắng cặn ở bể lắng ngang, trước tiên xét chuyểnđộng của các hạt cặn tự do trong điều kiện chảy tầng lí tưởng Lúc này quỹ đạochuyển động của các hạt cặn tự do là tổng hợp của lực rơi tự do và lực đẩy của dòngnước theo phương năm ngang có dạng đường thẳng

Trường hợp lắng nước có dùng chất keo tụ, quỹ đạo chuyển động của cac hạt

dùng chất keo tụ Càng xa điểm xuất phát, kích thước hạt càng tăng lên do quá trình

va chạm, kết dính Do đó tốc độ lắng cũng tăng lên So với lắng không keo tụ, lắng

có keo tụ có hiệu quả lắng co hơn nhiều

Bể lắng ngang

Là loại nước chuyển động theo chiều ngang

Có kích thước hình chữ nhật, làm bằng bê tông cốt thép

Sử dụng khi công suất lớn hơn 300m3/ngàyđêm

Cấu tạo bể lắng ngang: bộ phận phân phối nước vào bể; vùng lắng cặn; hệthống thu nước đã lắng; hệ thống thu nước xã cặn

Có 2 loại bể lắng ngang: bể lắng ngang thu nước ở cuối và bể lắng ngang thunước đều trên bề mặt

Bể lắng đứng

Là loại nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn cáchạt cặn rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống

Khi xử lý nước không dùng chất keo tụ, các hạt keo có tốc độ rơi lớn hơn tốc

độ dâng của dòng nước sẽ lắng xuống được Còn các hạt keo có tốc độ rơi nhỏ hơnhoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước, sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nướclên phía trên bể

Khi sử dụng nước có dùng chất keo tụ, tức là trong nước có các hạt cặn kếtdính, thì ngoài các hạt cặn có tốc độ rơi bân đầu lớn hơn tốc độ rơi của dòng nướclắng xuống được, còn các hạt cặn khác cũng lắng xuống được

Nguyên nhân là do quá trình các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòngnước bị đẩy lên trên, chúng đã kết dính lại với nhau và tăng dần kích thước, cho đếnkhi có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ chuyển động của dòng nước sẽ rơi xuống Như vậylắng keo tụ trong bể lắng đứng có hiệu quả lắng cao hơn nhiều so với lắng tự nhiên.Tuy nhiên hiệu quả lắng trong bể lắng đứng không chỉ phu thuộc vào chất keo

tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dong nước đi lên và chiều cao vùnglắng phải đủ lớn thì các hạt cặn mới kết dính với nhau được

Bể thường có dạng hình vuông hoặc hình tròn được xây bằng gạch hoặc bêtông cốt thép

Được sử dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn 3000m3/ ngàyđêm Ống trung tâm có thể là thép cuốn hàn điện hay bê tông cốt thép

Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ

Cấu tạo bể: vùng lắng có dạng hình trụ hoặc hình hộp ở phía trên và vùngchứa nến cặn ở dạng hình nón hoặc hinh chóp ở phía dưới, Cặn tích lũy ở vùngchứa nén cặn được thải ra ngoài theo chu kì bằng ống và van xả cặn

Nguyên tắc làm việc bể: đầu tiên nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể, rồi

đi xuống dưới qua bộ phận hãm là triệt tiêu chuẩn động xoáy rồi vào bể lắng Trong

bể lắng đứng, nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên trên, cặn rơi từ trênxuống đáy bể Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành

bể và được đưa sang bể lọc

Bể lắng lớp mỏng

Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang nhưng khác với langngang là trong vùng lắng của bể được đặt thêm các bảnh vách ngăn bằng thépkhông rỉ hoặc bằng nhựa Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 45o ÷ 60o so vớimặt phẳng nằm ngang và song song với nhau

Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệusuất lắng cao hơn so với bể lắng ngang Vì vậy kích thước bể lắng lớp mỏng nhỏhơn bể lắng ngang, tiết kiệm diện tích đất xây dựng và khối lượng xây dựng côngtrình

Tuy nhiên do phải đặc nhiều bản vách ngăn song song ở vùng lắng, nên việclắp ráp phức tạp và tốn vật liệu làm vách ngăn Mặt khác do bể có chế độ làm việc

ổn định, nên đòi hỏi nước đã hòa trộn chất phản ứng cho vào bể phải co chất lượngtương đối ổn định

Vì vậy, trước mắt nên xử dụng bể lắng lớp mỏng cho những trạm xử lý cócông suất không lớn, khi xây mới, hoặc có thể sử dụng khi cần cải tạo bể lắngngang cũ để nâng công suất trong điều kiện diện tích không cho phép xây dựngthêm công trình mới

Theo chiều của dòng chảy, bể lắng lớp mỏng được chia làm 3 loại: bể lắng lớpmỏng với dòng chảy ngang; bể lắng lớp mỏng với dòng chảy nghiêng cùng chiều;

bể lắng lớp mỏng với dòng chảy ngược chiều

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

Nước cần xử lí sau khi đã trộn đều với chất phản ứng ở bể trộn ( không qua bểphản ứng) đi theo đường ống dẫn nước vào, qua hệ thống phân phối với tốc độ thíchhợp vào ngăn lắng

Khi đi qua lớp cặn ở trạng thái lơ lửng, các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ

va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lửng và được giữ lại Kết quả nước được làmtrong

Thông thường ở lắng trong, tầng cặn lơ lửng gồm 2 ngăn: ngăn lắng và ngănchứa nén cặn Lớp nước ở phía trên tầng cặn lơ lửng gọi là tầng bảo vệ Nếu không

có tầng bảo vệ, lớp cặn lơ lửng sẽ bị cuốn theo dòng nước qua máng tràn làm giảmhiệu quả lắng cặn

Mặc khác để bể lắng trong làm việc được tốt, nước đưa vào bể phải có lưulượng và nhiệt độ ổn định

Ngoài ra nước trước khi đưa vào bể lắng trong phải qua ngăn tách khí Nếukhông trong quá trình chuyển động từ dưới lên trên, các bọt khí sẽ kéo theo các hạtcặn tràn vào máng thu nước trong làm giảm chất lượng nước sau lắng

Bể lắng trong có ưu điểm là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trìnhphản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớpcặn lơ lửng của bể lắng

Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn diện tích xây dựng hơn.Nhưng bể lắng trong có kết cấu phức tạp, chế độ quản lí chặc chẽ, đòi hỏi công trìnhlàm việc liên tục suốt ngày đêm và rất nhạy cảm với dao động lưu lượng và nhiệt độcủa nước

Bể lắng trong chỉ sử dụng cho các trạm xử lý có công suất đến 3000

m3/ngàyđêm

Bể lắng li tâm

Nước cần xử lí theo ống trung tâm vào giữa ngăn phân phối , rồi được phânphối vào vùng lắng Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể rangoài Ở đây cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng vàtheo đường ống sang bể lọc

Bể lắng li tâm có dạng hình tròn, đường kính có thể tư 5m trở lên Bể lắng litâm thường được sử dụng sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao ( lớn hơn

2000mh/l) với công suất lớn hơn howcj bằng 30.000 m3/ngàyđêm và có hoặc khôngdùng chất keo tụ.

Bể lắng li tâm là loại trung gian giữ bể lắng ngang và bể lắng đứng Nước từvùng lắng chuyển động từ trong ra ngoài và từ dưới lên trên So với một số kiểu bểlắng khác, bể lắng li tâm có một số ưu điểm sau: nhờ có thiết bị gạt bùn, nên đáy bể

có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng ( 5 ÷ 8%), do đó chiều cao công tác bể nhỏ(1,5 ÷ 3,5 m) nên thích hợp xây dựng ở những khu vực có mực nước ngầm cao

Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bìnhthường Nhưng bể lắng li tâm có kết quả lắng cặn kém hơn so với các bể lắng khác

do bể có đường kính lớn, tốc độ dòng nước chuyển động chậm dần từ trong rangoài, ở vùng trong do tốc độ lớn, cặn khó lắng đôi khi xuất hiện chuyển động khối.Mặc khác nước trong chỉ có thể thu vào bằng hệ thống máng vong xung quanh

bể nên thu nước khó đều Ngoài ra hệ thống gạt bùn cấu tạo phức tạp và làm việctrong điều kiện ẩm ướt nên chống bị hư hỏng

1.7.1.5 Quá trình lọc

Bể lọc được dùng để lọc 1 phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộcvào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước Quá trình lọcnước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lạitrên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng cótrong nước Sau 1 thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áplực, tốc độ lọc giảm dần Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổirửa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệulọc

Bể lọc trọng lực: hở, không áp

Bể lọc có áp lực: lọc kín

Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua 1 đơn vị diện tích bề mặt của bể lọctrong một đơn vị thời gian (m/h) Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa 2 lần rửa bểlọc T (h) Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc cónguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu và thông số vận hành khác nhau Thiết bịlọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc giánđoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suấttrong qua trình lọc như lọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (0,3 – 1,5MPa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng

Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn không cần sử dụng các thiết bịlọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu lọc có thể sửdụng 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 hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học

- Quá trình lắng và tạo bông

Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bịlọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bịlọc hở dao động trong khoảng 1 - 2m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1m

Các loại bể lọc

Bể lọc chậm

Nước từ máng phân phối di vào bể qua lớp cát lọc vận tốc rất nhỏ ( 0.1 - 0.5m/h) Lớp cát lọc được đỏ trên lớp sỏi đỡ, dưới lớp sỏi đỡ là hệ thống thu nước đãlọc đưa sang bể chứa.

Bể lọc chậm có dạng hình chữ nhật hoặc vuông, bề rộng mỗi ngăn của bểkhông được lớn hơn 6m và bề dày không lớn hơn 60m

Số bể lọc không được ít hơn 2

Bể lọc chậm có thể xây bằng gạch hoặc làm bằng bê tông cốt thép Đáy bểthường có độ đốc 5% về phía xả đáy

Trước khi cho bể vào làm việc phải đưa nước vào bể qua ống thu nước ở phíadưới và dân dần lên, nhầm dồn hết không khí ra khỏi lớp cát lọc Khi mực nướcdâng lên trên mặt lớp cát lọc từ 20 ÷ 30 cm thìu ngừng lại và mở van cho nướcnguồn vào bể đến ngang cao độ thiết kế

Mở van điều chỉnh tốc độ lọc và điều chỉnh cho bể lọc làm việc đúng tốc độtính toán Trong quá trình làm việc, tổn thất qua bể lọc tăng dần lên, hàng ngàyphải điều chỉnh van thu nước một vài lần để đảm bảo tốc độ lọc ổn định Khi tổnthất áp lực đạt đến trị số giới hạn ( 1÷2m) thì ngừng vận hành để rửa lọc

Bể lọc nhanh

Theo nguyên tắc cấu tạo và hoạt động, bể lọc nhanh bbao gồm bể lọc mộtchiều và bể lọ 2 chiều Trong bể lọc một chiều gồm 1 lớp vật liệu lọc hoặc hai haynhiều lớp vật liệu lọc

Khi lọc: nước được được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc,qua lớp vật liệu ọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa vào bể chứanước sạch

Khi rửa: Nước rửa do bơm hoặc đài nước cung cấp, qua hệ thống phân phốinước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ , lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào máng thunước rửa, thu về máng tập trung, rồi được xả ra ngoaig theo mương thoát nước.Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc

Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn, nên chất lượng nước lọc ngaysau khi rửa chưa đảm bảo, phải xả lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa

Hiệu quả làm việc của bể lọc phụ thuộc vào chu kì công tác của bể lọc, tức làphụ thuộc vào khoảng thời gian giữa 2 lần rửa bể Chu kì công tác của bể lọc dàihay ngắn phụ thuộc vào bể chứa Thời gian xả nước lọc đàu quy định là 10 phút

Bể lọc nhanh 2 lớp

Bể lọc nhanh 2 lớp, có nguyên tắc làm việc, cấu tạo và tính toán hoàn toàngiống bể lọc nhanh phổ thông Bể này chỉ khác bể lọc nhanh phổ thông là có 2 lớpvật liệu lọc: lớp phía dưới là cát thạch anh, lớp phía trên là lớp than Angtraxit.Nhờ có lớp vật liệu lọc phía trên có cỡ hạt lớn hơn nên độ rỗng lớn hơn Do đósức chứa cặn bẩn của bể lắng lên từ 2 ÷ 2,5 lần so với bể lọc nhanh phổ thông Vìvậy có thể tăng tốc độ lọc của bể và kéo dài chu kì làm việc của bể

Tuy nhiên khi rửa bể lọc 2 lớp vật liệu lọc thì cát và than rất dễ xáo trộn lẫnnhau Do đó chỉ dùng biện pháp rửa nước thuần túy để rửa bể lọc nhanh 2 lớp vậtliệu lọc

Bể lọc sơ bộ

Bể lọc sơ bộ còn được gọi là bể lọc phá được sử dụng để làm sạch nước sơ bộtrước khi làm sạch triệt để trong bể lọc chậm

Bể lọc sơ bộ có nguyên tắc làm việc giống như bể lọc nhanh phỏ thông

Số bể lọc sơ bộ trong 1 trạm không được nhỏ hơn 2

Do bể làm việc dưới áp lực, nên nước cần xử lý được đưa trực tiếp từ trạmbơm cấp I vào bể, rồi đưa trực tiếp vào mạng lưới không cần trạm bơm cấp II

Bể lọc áp lực có thể chế tạo sẵn trong xưởng Khi không có điều kiện chế tạosẵn có thể dùng thép tấm hàn, ống thép … để chế tạo bể.

Nước được đưa vào bể qua 1 phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp cát lọc, lớp đỡ vào

hệ thống thu nước trong, đi vào đáy bể và phát vào mạng lưới Khi rửa bể, nước từđường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên qua lớp cát lọc và qua phễu thu, chảytheo ống thoát nước rửa xuống mương thoát nước dưới sàn

Bể lọc tiếp xúc

Bể lọc tiếp xúc được sử dụng trong dây truyền công nghệ xử lí nước mặt códùng chất phản ứng đối với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150 mg/l, độ màuđến 150o (thường là nước hồ) với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầmcho trạm xử lí có công suất đến 10.000 m3/ngàyđêm

Khi dùng bể lọc tiếp xúc, dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt sẽ không cần

có bể phản ứng và bể lắng

Hỗn hợp nước phèn sau khi qua bể trộn vào thẳng bể lọc tiếp xúc, còn dâychuyền khử sắt sẽ không cần có bể lắng tiếp xúc, nước ngầm sau khi qua dàn mưahoặc thung quạt gió vào thảng bể lọc tiếp xúc

Trong bể lọc tiếp xúc, quá trình lọc xảy ra theo chiều từ dưới lên trên Nước đãpha phèn theo ống dẫn nước vào bể qua hệ thống phân phối nước lọc, qua lớp cátlọc rồi tràn vào máng thu nước và theo đường ống dẫn nước sạch sang bể chứa

Bể lọc tiếp xúc có thể làm việc với tốc độ không đổi trong suốt một chu kì làmviệc hoặc với tốc độ lọc thay đổi giảm dần đến cuối chu kì sao cho tốc độ lọc trungbình phải bằng tốc độ lọc tính toán

Ưu điểm của bể lọc tiếp xúc: Khả năng chứa cặn cao, chu kì làm việc kéo dài.Đơn giản hóa dây truyền công nghệ xử lí

Nhược điểm: tốc độ lọc bị hạn chế nên diện tích bể lọc lớn Hệ thống phânphối hay bị tắt, nhất là trường hợp nước chứa nhiều sinh vật và phù du rong tảo

1.7.2 Xử lý nước cấp bằng phương pháp hóa lý

1.7.2.1 Quá trình làm thoáng

Bản chất của quá trình làm thoáng là hòa tan oxy từ không khí vào nước đểoxy hóa sắt hóa trị II, mangan hóa trị II thành sắt hóa trị III, mangan hóa trị IV tạothành các hợp chất hydroxyl sắt hóa trị III và hydroxyl mangan hóa trị IV Mn(OH)4kết tủa dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng, lọc Làm thoáng để khử CO2,H2S có trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quátrình oxy hóa và thủy phân sắt và mangan, nâng cao công suất của các công trìnhlắng và lọc trong quy trình khử sắt và mangan Quá trình làm thoáng làm tăng hàmlượng oxy hòa tan trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để thực hiện dễdàng các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và mùi củanước

Có 2 phương pháp làm thoáng:

- Đưa nước vào trong không khí: cho nước phun thành tia hay thành màngmỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hay cho nước phunthành tia và màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng như ở cácdàn làm thoáng cưỡng bức

- Đưa không khí vào nước: dẫn và phân phối không khí nén thành các bọtnhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên, nước được làmthoáng

- Hỗn hợp hai phương pháp trên: làm thoáng bằng máng tràn nhiều bậc vàphun trên mặt nước

1.7.2.2 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịnphân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 – 0m Các hạt nàykhông nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kích thước hạtnhỏ, tủ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bềmặt trở nên rất quan trọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh

kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ sự va chạm Sự vachạm 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 tánnhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặcđiện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóacác nhóm hoạt hóa Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bềmặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trunghòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kíchthước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạobông

Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:

- Al2(SO4)3, Al2(SO4)2.18H2O, NaAlO2, NH4Al(SO4)2.12H2O

- FeCl3, Fe2(SO4)2.2H2O, Fe2(SO4)2.7H2O

 Muối nhôm: Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãinhất do có tính hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả trongkhoảng pH = 5,0 – 7,5

Khi sử dụng phèn nhôm cần lưu ý:

- pH hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5,5 – 7,5

- Nhiệt độ của nước thích hợp khoảng 20 – 40oC

- Ngoài ra, cần lưu ý đến: các thành phần ion có trog nước, các hợp chấthữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng

Ưu điểm của phèn nhôm:

- Về mặt năng lực keo tụ ion nhôm, nhờ điện tích 3+, có năng lực keo tụthuộc loại cao nhất trong số các loại muối có ít độc hại mà loài người biết

- Muối nhôm ít độc, sẵn có trên thị trường và khá rẻ

- Công nghệ keo tụ bằng phèn nhôm là công nghệ tương đối đơn giản, dễkiểm soát, phổ biến rộng rãi

Nhược điểm của phèn nhôm:

- Làm giảm đáng kể độ pH, phải dùng NaOH để hiệu chỉnh lại độ pH dẫnđến chi phí sản xuất tăng.

- Khi quá liều lượng cần thiết thì hiện tượng keo tụ bị phá hủy làm nướcđục trở lại

- Phải dùng thêm một số phụ gia trợ keo tụ và trợ lắng

- Hàm lượng Al dư trong nước lớn so với khi dùng chất keo tụ khác và cóthể lớn hơn tiêu chuẩn với 0,2 mg/lít

- Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng các kim loạinặng thường hạn chế

- Ngoài ra, có thể làm tăng lượng SO42- trong nước thải sau xử lý là loại

có độc tính đối với vi sinh vật

 Muối sắt: Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưuđiểm hơn so với các muối nhôm do:

- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp

- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn

- Độ bền lớn

- Có thể khử mùi H2S

Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có màu

do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ

 Chất trợ keo tụ: Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người tathường sử dụng các chất trợ keo tụ Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liềulượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bôngkeo 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 Liều lượng chất keo tụtối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghệm Jartest

1.7.2.3 Clo hóa sơ bộ

Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc Clo hóa

hóa sắt hòa tan ở dạng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng,oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thànhcác kết tủa tương ứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triểncủa rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sinh ra chất nhầy, nhớt trên bề mặt bểlọc.

1.7.2.4 Khử trùng nước

Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt.Mục đích là để tiêu diệt hoàn toàn những vi khuẩn có thể gây bệnh còn sót lại trongquá trình xử lý nước Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật Sau các quátrình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữlại Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùngnước Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như:

Khử trùng bằng phương pháp hóa học

Khử trùng bằng Clo và các hợp của Clo

Clo là một chất oxi hóa mạnh ở bất cứ dạng nào Khi Clo tác dụng với nướctạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh Khi cho Clo vàonước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vaatjvaf gây phảnứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến visinh vật bị tiêu diệt

Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau:

Hoặc có thể ở dạng phương trình phân li:

-Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra nư sau:

-pH của nước càng cao, hiệu quả khử trùng bằng Clo càng giảm

Khử trùng bằng Clo và ammoniac

Khi khử trùng bằng Clo, mà trong nước có chứa pheenol, để ngăn chặn mùiClophenol, phải đặt thiết bị để cho khí amoniac vào nước Amoniac phải được bảoquản trong bình hoặc thùng đặt tại kho tiêu thụ

Thiết bị amoniac hóa được bố trí trong buồng riêng, cách li với buồng địnhliều lượng Clo và phải được trang bị cơ gới hóa để di chuyển các bình và thùng

Dùng ôzôn để khử trùng

Ôzôn là 1 chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối vớicon người Ở trong nước, ôzôn phân hủy rất nhanh thành ỗi phân tử và nguyên tử.Ôzôn có tính hoạt hóa mạnh hơm Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rấtnhiều lần

Lượng ozon cần thiết cho vào nước không lớn Thời gian tiếp xúc rất ngắn (5phút), không gây mùi khó chịu cho nước kể cả khi trong nước có phenol

Khử trùng nước bằng tia tử ngoại

Tia tử ngoại hay còn gọi là tia cực tím, là các tia có bước sóng ngắn có tácdụng diệt trùng rất mạnh

Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước Các tia cực tímphát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc vàmất khả năng trao đỏi chất, vì thế chúng bị tiêu diệt Hiệu quả khử trùng chit đạtđược triệt để khi trong nước không co các chất hữu cơ và cặn lơ lửng

Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ Phương pháp đung sôi nướctuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên chỉ dùng trong quy mô giađình.

Khử trùng bằng Ion bạc

Ion bac thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước Với hàm lượng 2-10iong/l đã có tác dụng diệt trùng Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là : nếutrong nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối … thì ion bạc khôngphát huy được khả năng diệt trùng

1.7.2.5 Quá trình xử lý ổn định nước

Mục đích của quá trình xử lý ổn định nước là giữ chi nước luôn ở môi trườngtrung tính nhằm ngăn ngừa hiện tượng giảm chất lượng nước trong quá trình vậnchuyển, đồng thời ngăn ngừa quá trình xâm thực hoặc lắng cặn CaCO3 trong hệthống đường ống cung cấp, phân phối nước Nhiệm vụ của quá trình xử lý ổn địnhnước là loại trừ khả năng xâm thực của CO2 hoạt tính có trong nước, điều chỉnh độ

pH của nước

1.7.2.6 Quá trình làm mềm nước

Độ cứng của nước chủ yếu là do sự có mặt của các ion Ca2+ và Mg2+ Haithành phần trên không gây độc cho sức khỏe nhưng gây hại cho thiết bị như đóngcặn trong ống dẫn nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước Để khử độ cứng của nước,người ta dựa trên hai phương pháp sau:

- Khử cứng theo phương pháp kết tủa: Phương pháp này loại trừ Ca2+ và

Mg2+ ra khỏi nước dựa trên cơ sở tan thấp của CaCO3, MgCO3 và Mg(OH)2 và cóthể tách chúng ra bằng biện pháp lắng, lọc Đây là phương pháp thường được sửdụng trong xử lý nước cấp Trên cơ sở đó người ta có các phương pháp làm mềmnước như:

Phương pháp hóa học

Làm mềm nước bằng vôi

Làm mềm nước bằng vôi hay còn gọi là phương pháp khử độ cứng cacbonatbằng vôi, được áp dụng khi cần phải giảm cả độ cứng và độ kiềm của nước

Khi cho vôi vào nước, các phản ứng xảy ra theo trình tự sau:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2  Mg(HCO3)2 + 2CaCO3 +

2H2O

2NaHCO3 + Ca(OH)2  CaCO3 + Na2CO3 + H2O

Để tăng cường cho quá trình lắng cặn CaCO3 và Mg(OH)2 khi làm mềm nướcbằng vôi, pha thêm phèn vào nước Do phản ứng làm mềm nước diễn ra ở pH lớnhơn 9 nên không dùng được phèn nhôm, trong môi trường kiềm phèn nhôm tạo raaluminat hòa tan

Để kiểm tra hiệu quả của trình làm mềm bằng vôi, chỉ cần xác định giá trị pHsau khi pha vôi vào nước Phản ứng sẽ diễn ra triệt để khi đã đạt đến sự cân bằngbão hòa CaCO3 và Mg(OH)2 trong nước Tương ứng với trạng thái bão hòa đó, độ

ổn định của nước phải được thể hiện ở một giá trị pHo nào đó Tại trạng thái bão hòa

tự nhiên ứng với pHs của nước, tốc độ phản ứng lắng cặn diễn ra rất chậm Để tăngtốc độ lên, cần phải có một lượng dư ion OH biểu thị bằng giá trị pH Như vậy giátrị pHo sẽ có được biểu thị bằng công thức:

Trong đó

pHo: độ pH bão hòa của nước ở cuối quá trình làm mềm

pHs: có thể xác định bằng phương pháp Langlier để đánh giá độ ổn định củanước

Làm mềm nước bằng vôi và sođa

Khi tổng hàm lượng các ion Mg2+ và Ca2+ lớn hơn tổng hàm lượng các ionHCO3- và CO32+ nếu sử dụng vôi được đọ cứng magie, nhưng độ cứng toàn phầnkhông giảm Để khắc phục điều này, cho thêm sođa vào nước các phản ứng sẽ là:

CaSO4 + Na2CO3  CaCO3 + Na2SO4

Như vậy ion CO32- của sođa đã thay thế ion của các axit mạnh tạo ra CaCO3kết tủa

Làm mềm nước bằng photphat

Khi cần làm mềm triệt để, sử dụng vôi và sođa vẫn chưa hạ độ cứng của nướcxuống được đến mức tối thiểu Để đạt được điều này, cho vào nước Na3PO4 sẽ khửđược hết các ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước ở dạng muối không tan theo phản ứng: 3CaCl2 + 2Na3PO4  Ca3(PO4)2 + 6NaCl

3MgSO4 + 2Na3PO4  Mg3(PO4)2 + 3Na2 SO4

3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4  Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3

3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4  Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3

Quá trình làm mềm nước bằng photphat chỉ diện ra ở nhiệt độ lớn hơn 100oC.Sau xử lý, độ cứng của nước giảm xuống còn 0,04 đến 0,05 mđlg/l Do giá thànhcủa Na3PO4 cao nên thường chỉ dùng nó với liều lượng nhỏ sau khi đã làm mềmbằng vôi và soda

Phương pháp nhiệt

Nguyên lý cơ bản của phương pháp là khu đun nóng nước, khí cacbonic hòatan sẽ bị khử hết thông qua sự bốc hơi, trạng thái cân bằng của các hợp chấtcacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình:

Tuy nhiên đun sôi nước chỉ khử hết khí CO2 và giảm độ cứng cabonat củanước, trong nước vẫn còn một lượng CaCO3 hòa tan Đối với magie quá trình lắngcặn xảy ra qua hai bước, khi nhiệt độ nước đạt 18oC:

Khi tiếp tục tăng nhiệt độ thì MgCO3 bị thủy phân:

Như vậy khi đun nóng nước, độ cứng ccbonat sẽ giảm đi đáng kể Nếu kếthợp xử lý hóa chất với đun nóng, bông cặn tạo ra có kích thước lớn và lắng nhanh

do độ nhớt của nước giảm, đồng thời giảm được lượng hóa chất cần sử dụng

Làm mềm nước bằng đun nóng thường chỉ áp dụng cho các hệ thống cấpnước nóng công nghiệp như nước nồi hơi vì kết hợp sử dụng nhiệt lượng nhiệt dưcủa nồi hơi Các công trình làm mềm bao gồm: pha chế, và định lượng hóa chất,thiết bị đung nống nước, bể lắng và bể lọc

- Khử cứng theo phương pháp trao đổi ion: là biện pháp làm mềm nướcdựa trên cơ sở trao đổi ion Nước được cho chảy qua cột lọc và ở đó, ion Ca2+ và

Mg2+ được giữ lại trên cột lọc

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO KHU DÂN CƯ

2.1 Phân tích đề xuất công nghệ

Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ cần xác định hiệu quả xử lí và giá trị kinh tế,bao gồm:

Dựa vào lưu lượng thiết kế, thành phần và tính chất nguồn nước cung cấp

Yêu cầu xử lí đạt tiêu chuẩn cấp nước cho ăn uống và sinh hoạt của bộ y tế

Dựa vào điều kiện tự nhiên, khí tượng thuỷ văn tại khu vực

Quỹ đất, diện tích mặt bằng xây dựng

Tình hình kinh tế và khả năng về tài chính

Quy mô khu công nghiệp và xu hướng phát triển

Tận dụng tối đa các công trình sẵn có

Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý

Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì

2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ và thuyết minh công nghệ

Sơ đồ dây chuyền công nghệ 1

Chất Cl2 khử trùng MLCN

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch

Bể lắng ngang

Trạm bơm cấp 2 Chất kiềm hóa

Bể trộn đứng

Trạm bơm

cấp 1

Chất keo tụ