Nghiên cứu thiết kế nâng công suất nhà máy cấp nước số 1 thị xă Bạc Liêu

Do ảnh hưỡng của thủy triều, mực nước tại chỗ gặp nhau lúc ở mức cao, lúc ở mức thấp và do sự hòa trộn giữa nước ngọt và nước biển làm cho độ muối và hàm lượng huyền phù trong nước ở khu

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: LÊ TRUNG CƯỜNG MSSV: 02ĐHMT030 KHOA: MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC LỚP : 02ĐHMT5

1 Đầu đề đồ án: “Nghiên cứu thiết kế nâng công suất nhà máy cấp

nước số 1 thị xã Bạc Liêu”

2 Nhiệm vụ luận văn:

Thí nghiệm phân tích chỉ tiêu ban đầu ,chạy mô hình giàn mưa – cột lắng để xác định vận tốc chảy tràn và thời gian lắng Dựa vào số liệu xác định được trong quá trình thực nghiệm tiến hành tính toán thiết kế nâng công suất nhà máy cấp nước số 1 thị xã Bạc Liêu Số liệu ban đầu :Q=85000m3/ngđ=3542m3/h, pH=7.04, mFe(tổng Fe2+ và Fe3+)=5 mg/l, [CO2]=50mg/l, Cđ =50 mg/l, to=25oC

3 Ngày giao luận văn : 1 /10 /2006

4 Ngày hoàn thành luận văn: 27 /12 /2006

5 Giáo viên hướng dẫn Phần hướng dẫn

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được Khoa thông qua

Ngày tháng năm 200

CHỦ NHIỆM KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Điểm số bằng số Điểm số bằng chữ

TPHCM,ngày … , tháng … , năm 200

(GV hướng dẫn ký và ghi rõ họ tên)

Trong thời gian học tập tại Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM,

em đã được Ban Giám Hiệu nhà trường và thầy cô trong khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học tần tình giảng dạy, giúp đỡ, và truyền đạt những kiến thức, kinh nhgiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Để hoàn tất đồ án tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lâm Vĩnh Sơn đã hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Thầy đã có những chỉ dẫn quý báu và truyền đạt những kinh nghiệm thực tiễn của thầy dành cho em trong suốt các năm học và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ giáo viên phòng thí nghiệm khoa môi trường đã tạo mọi điều hiện thuận lợi để em thực hiện tốt quá trình nghiên cứu trong thời gian chạy mô hình thực nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn đến các cô chú, anh chị trong Nhà Máy Cấp Nước Số 1 – Công ty Cấp Thoát Nước và Môi Trường Đô Thị Xã Bạc Liêu đã hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đồ án

Xin cảm ơn các anh chị khoá trên và các bạn trong lớp đã góp ý kiến, giúp đỡ, hỗ trợ về sách vở và tại liệu để em hoàn thành đồ án này Do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên đồ án còn nhiều sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn nhằm rút ra những kinh nghiệm cho công việc sau này

TP HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2006

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đồ án 2

1.3 Mục tiêu đề tài 3

1.3.1 Mục tiêu ngắn hạn .3

1.3.2 Mục tiêu dài hạn 3

1.4 Quy mô đề tài: .3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5.1 Phương pháp luận 3

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể 4

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP VÀ CÁCCÔNG NGHỆ XỬ LÝ 5

2.1 Tầm quan trọng của nước cấp 5

2.2 Nguồn nước cấp 6

2.2.1 Nước mặt 6

2.2.2 Nước ngầm 6

2.2.3 Nước biển 7

2.2.4 Nước lợ 7

2.2.5 Nước khoáng 7

2.2.6 Nước chua phèn 7

2.2.7 Nước mưa 8

2.3 Những chỉ tiêu về nước cấp .8

2.3.1 Các chỉ tiêu vật lý 8

2.3.1.1 Nhiệt độ nước 8

2.3.1.2 Độ màu 8

2.3.1.3 Mùi vị 9

2.3.1.4 Độ đục 9

2.3.1.5 Độ nhớt 9

2.3.1.6 Độ dẫn điện 10

2.3.1.7 Tính phóng xa 10

2.3.1.8 Hàm lượng chất rắn trong nước 10

2.3.2 Các chỉ tiêu hoá học 11

2.3.2.1 Thành phần ion của nước thiên nhiên 11

2.3.2.2 Cặn sấy khô 12

2.3.2.3 Cặn nung cháy 12

2.3.2.4 Độ oxy hóa của nước 13

2.3.2.5 Ion sunfat và clorua 13

2.3.2.6 Các hợp chất của silic 14

2.3.2.9 Ion iod và ion flo 15

2.3.2.10 Độ hòa tan của các chất trong dung dịch nước 15

2.3.2.11 Độ pH của nước 15

2.3.2.12 Độ kiềm 16

2.3.2.13 Độ cứng 16

2.3.2.14 Các hợp chất của axit cacbonic 17

2.3.2.15 Các hợp chất sắt, mangan 18

2.3.2.16 Các chất khí O2, H2S, CH4 18

2.3.3 Các chỉ tiêu vi sinh 19

2.3.3.1.Vi trùng gây bệnh 19

2.3.3.2 Các loại rong tảo 20

2.4 Các tiêu chuẩn nước cấp 20

2.4.1 Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt 20

2.4.2 Chất lượng nước cấp cho sản xuất 20

2.5 Tổng quan về các công trình xử lý nước ngầm 21

2.5.1 Làm thoáng 24

2.5.2 Clo hoá sơ bo 26

2.5.3 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn 26

2.5.4 Quá trình lắng 27

2.5.5 Quá trình lọc 29

2.5.6 Flo hoá để tăng cường hàm lượng flo trong nước uống 31

2.5.7 Khử trùng nước 31

2.5.8 Ổn định nước 32

2.5.9 Làm mềm nước 32

2.6 Một vài sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp 32

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ THỊ XÃ BẠC LIÊU VÀ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC CẤP THỊ XÃ BẠC LIÊU 37

3.1 Đặc điểm địa lý, tự nhiên 37

3.1.1 Vị trí địa lý 37

3.1.2 Khí hậu 38

3.1.3 Dân số 38

3.1.4 Tài nguyên thiên nhiên 38

3.1.4.1 Tài nguyên đất ,địa chất 38

3.1.4.2 Tài nguyên nước 39

3.1.4.3 Tài nguyên rừng ,động thực vật 40

3.1.4.4 Tài nguyên biển 41

3.1.4.5 Tài nguyên du lịch 41

3.2.2.2 Thuỷ sản 42

3.2.2.3 Công nghiệp 42

3.2.2.4 Giao thông 42

3.2.2.5 Dịch vụ – du lịch 43

3.2.3 Định hướng kinh tế xã hội 43

3.2.3.1 Thực trạng 44

3.2.3.2 Định hướng .45

3.3 Hiện trạng nhà máy cấp nước số 1 thị xã Bạc Liêu 47

3.3.1 Sơ Đồ Dây Chuyền Công Nghệ 47

3.3.2 Các Hạng Mục Công Trình Chủ Yếu 47

3.3.2.1 Trạm bơm giếng số 3 47

3.3.2.2 Cụm xử lý – bể chứa – trạm bơm 47

3.3.2.3 Nhà clo 48

3.3.2.4 Nhà hành chánh 48

3.3.2.5 Hệ thống điện 49

CHƯƠNG 4 : MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM NÂNG CÔNG SUẤT NHÀ MÁY - THỰC NGHIỆM - KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ 52

4.1 Cơ sở lý luận 52

4.2 Mô hình thí nghiệm 53

4.3 Kết quả thí nghiệm 55

4.3.1 Kết quả lắng lần 1 55

4.3.2 Kết quả lắng lần 2 58

4.3.3 Kết quả lắng lần 3 60

4.4 Kết quả xử lý trung bình 3 lần thực nghiệm 63

4.5 Sơ đồ dây chuyền công nghệ và thuyết minh 70

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN NÂNG CÔNG SUẤT NHÀ MÁY CẤP NƯỚC SỐ 1 THỊ XÃ BẠC LIÊU 75

5.1 Nhu cầu dùng nước 75

5.2 Xác định công suất của nhà máy 78

5.2.1 Lưu lượng nước sinh hoạt tính toán 78

5.2.2 Lưu lượng nước dùng cho công nghiệp 78

5.2.3 Lưu lượng nước tưới cây, rửa đường 79

5.2.4 Công suất của nhà máy nước cấp 79

5.3 Tính Toán các công trình đơn vị .79

5.3.1 Tính Toán Giàn mưa 80

5.3.2 Bể lắng ngang .90

5.3.3 Bể lọc nhanh .95

5.3.4 Bể chứa 108

5.4.2 Phần thiết bị .110

5.4.3 Chi phí nhân công 111

5.4.4 Chi phí điện năng 111

5.4.5 Chi phí hoá chất .112

5.4.6 Tổng chi phí quản lý hàng năm 112

5.4.7 Tổng chi phí đầu tư 112

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 113

6.1 Kết luận 113

6.2 Kiến nghị 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Bảng 2.1: Các ion chủ yếu có trong nước thiên nhiên 11

Bảng 4.5: Kết quả lắng lần 1 56

Bảng 4.6: Hiệu quả lắng lần 1 (%) 56

Bảng 4.7: Hiệu quả khử sắt và cặn của cột lắng lần 1 57

Bảng 4.9: Kết quả lắng lần 2 58

Bảng 4.10: Hiệu quả lắng lần 2(%) 58

Bảng 4.11: Hiệu quả khử sắt và cặn của cột lắng lần 2 59

Bảng 4.13: Kết quả lắng lần 3 61

Bảng 4.14: Hiệu quả lắng lần 3(%) 61

Bảng 4.15: Hiệu quả khử sắt và cặn của cột lắng lần 3 62

Bảng 4.18: Hiệu quả trung bình và cặn của cột lắng 63

Bảng 4.20: Tốc độ chảy tràn tương ứng với thời gian lưu nước 66

Bảng 4.21: Hiệu quả lắng theo thời gian lưu nước 67

Bảng 4.22: Bảng tổng hợp các số liệu của quá trình lắng 67

Bảng 4.23: Hiệu quả lắng theo thời gian lắng 68

Bảng 4.25: Thể hiện vận tốc chảy tràn tương ứng với thời gian lắng: 68

Bảng 5.1: Bảng điều tra nhu cầu sử dụng nước bình quân /tháng 75

Bảng 5.2: Tiêu chuẩn cấp cấp nước 78

Bảng 5.3: Bảng tính toán phần xây dựng các công trình 110

Bảng 5.4: Bảng tính toán phần thiết bị 110

Hình 2.6: Làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa 25

Hình 2.7: Cấu tạo bể tạo bông 27

Hình 2.8: Cấu tạo bể lắng ly tâm 28

Hình 2.9: Cấu tạo bể lắng ngang 29

Hình 2.10: Cấu tạo bể lọc nhanh 31

Hình 3.1: Vị Trí địa lý tỉnh Bạc Liêu 37

Hình 3.3: Một số hình ảnh nhà máy cấp nước số 1 thị xã Bạc Liêu 50

Hình 4.1: Mô hình giàn mưa 54

Hình 4.2: Mô hình cột lắng 54

Hình 4.3: Sàn tung mưa 54

Hình 4.4: Thí nghiệm xác định đường chuẩn 55

Hình 4.28: Mặt cắt lớp vật liệu lọc 73

Hình 5.3: Chi tiết giàn mưa 83

Hình 5.4: Chi tiết hệ tống phân phối nước cho giàn mưa 87

Hình 5.5: Chi tiết hệ tống phân phối khí giàn mưa 89

Hình 5.6: Chi tiết bể lắng ngang 91

Hình 5.7: Chi tiết ngăn phân phối nước bể lắng 93

Hình 5.8: Chi tiết bể lọc nhanh 98

Hình 5.9: Chi tiết ống nhánh rửa lọc 100

Hình 5.10: Chi tiết hệ tống ống nhánh rửa lọc 101

Hình 5.11: Chi tiết máng phân phối nước lọc 104

Hình 5.12: Chi tiết bể chứa 109

Sơ đồ 2.2: Sơ đồ đơn giản xử lý nước ngầm có đủ Oxy 21

Sơ đồ 2.3: Sơ đồ đơn giản xử lý nước ngầm có làm thoáng và lọc 22

Sơ đồ 2.4: Sơ đồ mô tả các quá trình khác nhau trong quá trình xử lý nước ngầm 23

Sơ đồ 2.5: Công nghệ xử lý nước ngầm phổ biến 23

Sơ đồ 2.11: Xử lý nước có hàm lượng cặn ≤25000 mg/l 33

Sơ đồ 2.12: Xử lý nước có hàm lượng cặn > 25000 mg/l 33

Sơ đồ 2.13: Xử lý nước ngầm nhiễm phèn 34

Sơ đồ 2.14: Áp dụng khi nước nguồn có chất lượng loại A hoặc độ đục ≤ 10 NTU .35

Sơ đồ 2.15: Dùng để xử lý nước nguồn có chất lượng loại B và tốt hơn 35

Sơ đồ 2.16: Áp dụng khi nguồn nước có chất lượng loại C 36

Sơ đồ 3.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ 47

Đồ thị 4.8: Hiệu quả khử sắt và cặn của cột lắng lần 1 57

Đồ thị 4.12: Hiệu quả khử sắt và cặn của cột lắng lần 2 60

Đồ thị 4.16: Hiệu quả khử sắt và cặn của cột lắng lần 3 62

Đồ thị 4.19: Đường con hiệu quả lắng 64

Đồ thị 4.24: Biểu diễn hiệu quả lắng theo thời gian 68

Đồ thị 4.26: Biểu diễn mối tương quan giữa thời gian lắng và vận tốc 69

Sơ đồ 4.27: Sơ đồ khối hệ thống xử lý nước cấp thị xã Bạc Liêu 71

CHỮ VIẾT TẮT

TSS: (total suppended solid) tổng hàm lượng cặn lơ lững

SS : (suppended solid) Cặn lơ lững

DS : (dissoloved solid) Chất rắn hoà tan

VS : (volatile solid) chất rắn hoá hơi

THM : trihalometan

NTU : (Nepheometic Turbidity Unit) đơn vị đo độ đục

Tp HCM: Thành phố Hồ Chí Minh

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

XLNC : Xử lý nước cấp

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề :

Thị xã Bạc Liêu là một tỉnh lỵ nằm ven biển ,là trung tâm thương mại hàng đầu của tỉnh Bạc Liêu ,phía Bắc và phía Tây giáp huyện Vĩnh Lợi tỉnh Bạc Liêu,phía Nam giáp biển Đông,phía Đông giáp huyện Vĩnh Châu tỉnh Sóc Trăng, cách TP Hồ Chí Minh 280 km, cách TP Cần Thơ 110 km Thị xã Bạc Liêu có diện tích tự nhiên là 17.518,1 ha, đất nội thị là 3.928,7 ha Dân số của thị xã Bạc Liêu có khoảng 140.000 người, tỷ lệ tăng dân số trung bình khoảng 1,2% Do mức độ đô thị hóa ngày càng cao, cộng với việc giải tỏa để xây dựng cơ sở hạ tầng, các khu tái định cư được hình thành nên mật độ dân số của các phường nội ô và các xã ven cũng được nâng lên

Thị xã Bạc Liêu có vai trò là trung tâm chính trị – kinh tế – văn hóa – xã hội – an ninh quốc phòng của tỉnh Bạc Liêu, là nơi các cơ quan đầu não của tỉnh như: Tỉnh ủy, Uỷ ban Nhân dân tỉnh, các sở ngành đặt trụ sở làm việc, là trung tâm giao lưu với các huyện trong tỉnh, là trung tâm khoa học kỹ thuật, là đầu mối giao thông để đến các thành phố lớn như: TP Hồ Chí Minh, TP Cần Thơ và đi đến các tỉnh lân cận

Thời gian qua, thị xã Bạc Liêu có những thay đổi dần về diện mạo Tỉnh ủy, UBND tỉnh đã quan tâm, tập trung lãnh đạo Đảng bộ, nhân dân thị xã Bạc Liêu không ngừng nổ lực khắc phục khó khăn đưa thị xã từng bước đi lên theo hướng văn minh, hiện đại Về kinh tế, hàng năm đạt tốc độ tăng trưởng bình quân 8%,

cơ cấu kinh tế đang chuyển dần theo hướng tích cực, tỷ trọng thương – dịch vụ chiếm 52,34%, công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp chiếm 41,30%, nông nghiệp chiếm 6,36% trong GDP Đặc biệt từ sau công cuộc đổi mới của Đảng, trên lĩnh vực xây dựng đô thị, xây dựng kết cấu hạ tầng đã có sự chuyển biến khá rõ nét, bộ mặt thị xã khang trang hơn, nhiều công trình phục vụ kinh tế, văn hóa, sống được xây dựng; lĩnh vực văn hóa, xã hội có sự chuyển biến khá tốt Mạng lưới

giáo dục, y tế đáp ứng cơ bản nhu cầu học tập, phòng trị bệnh cho nhân dân Tình hình an ninh – chính trị, trật tự – xã hội được duy trì ổn định, hệ thống chính trị từng bước được củng cố, kiện toàn

Để thị xã xứng đáng là trung tâm, đạt các tiêu chí đô thị loại 3 do Chính phủ quy định, phát triển ngang bằng, sánh vai với các thị xã khác trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long Dựa trên những cơ sở đó, cuối năm 2004, UBND Thị xã Bạc Liêu đã tiến hành xây dựng “Đề án xây dựng thị xã Bạc Liêu đạt chuẩn đô thị loại 3” Đề án đã nêu lên hiện trạng xây dựng và phát triển thị xã Bạc Liêu thời gian qua về cơ sở hạ tầng phục vụ đô thị, thu chi ngân sách, thu nhập bình quân đầu người, hiện trạng phát triển kinh tế và an ninh quốc phòng So với 28 tiêu chí đạt chuẩn đô thị loại 3 trong Thông tư Liên bộ 02/2000/LB – XD – BTCBCP thì thị xã Bạc Liêu đạt 17 tiêu chí, còn lại 11 tiêu chí chưa đạt Cụ thể: tỷ lệ lao động phi nông nghiệp, quy mô dân số, mật độ dân số, thoát nước bẩn qua hệ thống xử lý nước thải trước khi thải ra sông rạch, tỷ lệ hành khách tham gia các phương tiện công cộng, đất xây dựng công cộng cấp khu nhà ở, đất dân dụng, đất xây dựng công trình công cộng đô thị, đất cây xanh đô thị, đất cây xanh công cộng, nhà kiên cố Qua đó, đề án đưa ra phương hướng nhiệm vụ, biện pháp xây dựng và phát triển Thị xã Bạc Liêu đạt chuẩn đô thị loại 3

Việc đẩy mạnh xây dựng, phát triển thị xã Bạc Liêu đạt chuẩn đô thị loại 3, một đô thị hiện đại, phát triển bền vững, ngoài việc phát triển chính trị, kinh tế, hạ tầng kỹ thuật, dân số cần phải chú trọng đến vấn đề vệ sinh môi trường Đặc biệt là dân số tăng nhanh với tốc độ đô thị hóa, kéo theo nhu cầu dùng nước sạch cho sinh hoạt tăng, nên phải đảm bảo nước sạch cấp đủ cho nhu cầu sinh hoạt Đó cũng là 1 trong những tiêu chí quan trọng để đạt tiêu chuẩn đô thị loại 3

1.2 Tính cấp thiết của đồ án :

Nhà máy cấp nước số 1 thị xã Bạc Liêu đã được xây dựng từ năm 1998 với

hiện nay của thị xã thì với công suất trên không đủ cho nhu cầu sử dụng nước sạch cho người dân Vì vậy cần phải nâng cấp ,cải tạo công suất của nhà máy để dảm bảo việc cung cấp đủ nước sạch cho người dân

1.3 Mục tiêu đề tài :

1.3.1 Mục tiêu ngắn hạn :

™ Nghiên cứu, nâng công suất nhà máy cấp nước đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước hiện tại của người dân và các điểm thu nước tập trung

™ Giải quyết vấn đề thiếu nước, và chất lượng nước hiện nay

1.3.2 Mục tiêu dài hạn :

Nâng công suất nhà máy cấp nước định hướng đến năm 2020 để có thể giải quyết được vấn đề cấp nước của thị xã Bạc Liêu từ đây đến năm 2020

Hướng đến mục tiêu 100% người dân trong thị xã không thiếu nước và chất lượng nước đạt chuẩn từ đây đến năm 2020

1.4 Quy mô đề tài :

Nghiên cứu cải tạo nâng công suất nhà máy cấp nước số 1 để có đủ lượng nước cung cấp cho các phường nội ô thị đến năm 2020

1.5 Phương pháp nghiên cứu :

1.5.1 Phương pháp luận :

Thị xã Bạc Liêu có vai trò là trung tâm chính trị – kinh tế – văn hóa – xã hội – an ninh quốc phòng của tỉnh Bạc Liêu, là nơi các cơ quan đầu não của tỉnh như: Tỉnh ủy, Uỷ ban Nhân dân tỉnh, các sở ngành đặt trụ sở làm việc, là trung tâm giao lưu với các huyện trong tỉnh, là trung tâm khoa học kỹ thuật, là đầu mối giao thông để đến các thành phố lớn như: TP Hồ Chí Minh, TP Cần Thơ và đi đến các tỉnh lân cận

Song song với sự phát triển đó là vấn đề dân số tăng nhanh ,cơ sở vật chất hạ tầng ngày càng phát triển Với công suất hiện nay của nhà máy cấp nước sô 1 thị xã Bạc Liêu vẩn chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước của các phường

thuộc nội ô thị xã Có nhiều vấn đề đã đặt ra cho những nhà quản lý ở đây như tình trạng thiếu nước ,và chất lượng nước Điều đó cho thấy nhà máy cấp nước hiện nay đã bị quá tải , xuống cấp không đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước của người dân Như vậy việc nghiên cứu cải tạo nâng công suất nhà máy cấp nước cần phải được thực hiện Dựa vào thành phần nông độ các chất trong nguồn nước ngầm của thị xã và tốc độ gia tăng dân số như hiện nay để nghiên cứu cải tạo hệ thống xử lý của nhà máy và nâng công suất nhà máy

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể:

- Lấy mẫu, phân tích mẫu

- Phương pháp thực tế: thu thập,phân tích các chỉ tiêu nước sinh hoạt

- Phương pháp so sánh: so sánh các số liệu phân tích so sánh các số liệu phân tích so với TCVN 5502 từ đó có thể xác định các chỉ tiêu phải xử lý

- Phương pháp phân tích tổng hợp :thu thập kiến thức từ các tài liệu sau đó quyết phương án xử lý hiệu quả nhất

- Phương pháp chuyên gia: tham khảo ,thu thập ý kiến của các thầy cô,giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP VÀ CÁC

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

2.1 Tầm quan trọng của nước cấp

Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật trên trái đất, không có nước cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại Nhu cầu dùng nước của 1 người là từ 3 – 10lít cho các hoạt động bình thường chưa kể đến các hoạt động sản xuất

Hiện nay tổ chức Liên Hiệp Quốc đã thống kê có một phần ba các điểm dân

cư trên thế giới bị thiếu nước sạch sinh hoạt Do đó người dânphải dùng đến nguồn nước nhiễm bẩn Điều này dẫn đến hàng năm có tới 500 triệu người mắc bệnh là người dân ở các nước dang phát triển có nguyên nhân việc dùng các nguồn nước bị ô nhiễm

Vấn đề xử lý nước và cấp nước sạch, chống ô nhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất đang là vấn đề đáng quan tâm Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượng nước cấp Trong đó các chỉ tiêu cao thấp khác nhau, nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải đảm bảo an toàn vệ sinh về số lượng vi sinh có trong nước, không có chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, các chỉ tiêu về pH, nồng độ oxy hoà tan, độ đục, màu sắc, hàm lượng các kim loại hoà tan, độ cứng, mùi vị…

Tiêu chuẩn chung nhất là của tổ chức sức khoẻ thế giới (WHO) hay của cộng đồng Châu Aâu Ngoài ra nước cấp cho công nghiệp bên cạnh các chỉ tiêu chung về nước cấp tuỳ thuộc vào từng mục đích mà đặt ra những yêu cầu riêng Các nguồn nước trong tự nhiên ít khi đảm bảo các tiêu chuẩn đó Do tính chất có sẵn của nguồn nước hay bị ô nhiễm nên tuỳ thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về chất lượng nước cấp mà cần thiết phải có quá trình xử lý nước thích hợp, đảm bảo cung cấp nước có chất lượng tốt và ổn định chất lượng nước cấp cho các nhu cầu

2.2 Nguồn nước cấp

Để cung cấp nước sạch, có thể khai thác các nguồn nước thiên nhiên (thường gọi là nước thô) từ nước mặt, nước ngầm, nước biển

Theo tính chất của nước có thể phân ra: nước ngọt, nước mặn, nước lợ, nước chua phèn, nước khoáng và nước mưa

2.2.1 Nước mặt:

Bao gồm các nguồn nước trong các ao, đầm, hồ chứa, sông suối Do kết hợp các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trung của nước mặt là:

¾ Chứa khí hòa tan, đặc biệt là oxy

¾ Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước chứa trong các ao đầm, hồ do xảy ra quá trình lằng cặn nên chất rắn lơ lửng cón lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo

¾ Có hàm lượng chất hữu cơ cao

¾ Có sự hiện diện của nhiều loại tảo

¾ Chứa nhiều vi sinhvật

2.2.2 Nước ngầm:

Được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thầm qua Do vậy, nước chảy qua các tầng chứa cát và granit thường có tính axít và chứa ít chất khoáng Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hyđrocacbonat khá cao Ngoài ra, nước ngầm có đặc trưng là:

¾ Độ đục thấp

¾ Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định

¾ Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S

2.2.4 Nước lợ:

Ơû cửa sông và các vùng ven biển, nơi gặp nhau của các dòng nước ngọt chảy từ sông ra, các dòng thấm từ đất liền chảy ra hòa trộn với nước biển Do ảnh hưỡng của thủy triều, mực nước tại chỗ gặp nhau lúc ở mức cao, lúc ở mức thấp và do sự hòa trộn giữa nước ngọt và nước biển làm cho độ muối và hàm lượng huyền phù trong nước ở khu vực này luôn thay đổi và có trị số cao hơn tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt và thấp hơn nhiều so với nước biển thường gọi là nước lợ

2.2.5 Nước khoáng:

Khai thác từ tầng sâu dưới đất hay từ các suối do phun trào từ lòng đất ra, nước có chứa một vài nguyên tố ở nồng độ cao hơn nồng độ cho phép đối với nước uống và đặc biệt có tác dụng chữa bệnh Nước khoáng sau khi qua khâu xử lý thông thường như làm trong, loại bỏ hoặc nạp lại khí CO2 nguyên chất được đóng vào chai để cấp cho người dùng

2.2.6 Nước chua phèn:

Những nơi gần biển, ví dụ như đồng bằng sông Cửu Long ở nước ta thường có nước chua phèn Nước bị nhiễm phèn là do tiếp xúc với đất phèn, loại đất này giàu nguyên tố lưu huỳnh ở dạng sunfua hay sunfat và một vài nguyên tố kim loại như nhôm, sắt Đất phèn được hình thành do quá trình kiến tạo địa chất Trước đây, những vùng này bị ngập nước, có nhiều loại động vật và thực

vật tầng đáy phát triển Do quá trình bồi tụ, thảm thực vật và lớp sinh vật đáy bị vùi lấp và bị phân hủy yếm khí, tạo ra các axít mùn hữu cơ làm cho nước có vị chua, đồng thời có chứa nhiều nguyên tố kim loại có hàm lượng cao như nhôm, sắt và ion sunfat

2.2.7 Nước mưa:

Nước mưa có thể xem như nước cất tự nhiên nhưng không hoàn toàn tinh khiết bởi vì nước mưa có thể bị ô nhiễm bởi khí, bụi và thậm chí cả vi khuẩn có trong không khí Khi rơi xuống, nước mưa tiếp tục bị ô nhiễm do tiếp xúc với các vật thể khác nhau Hơi nước gặp không khí chứa nhiều khí oxít nitơ hay oxit lưu huỳnh sẽ tạo nên các trận mưa axít Hệ thống thu gom nước mưa dùng cho mục đích sinh hoạt gồm hệ thống mái, máng thu gom dẫn về bể chứa Nước mưa có thể dự trữ trong các bể chứa có mái che để dùng quanh năm

2.3 Những chỉ tiêu về nước cấp

Chất lượng nước thiên nhiên có thể được phân loại và đánh giá theo các chỉ tiêu sau đây: các chỉ tiêu hóa học, các chỉ tiêu lý học, các chỉ tiêu vi sinh

2.3.1 Các chỉ tiêu vật lý

2.3.1.1 Nhiệt độ nước

Nhiệt độ nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường Ví dụ:

ở miền Bắc nước ta, nhiệt độ nước mặt thường dao động từ 13 – 340C, trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở miền Nam tương đối ổn định (26 –

290C)

2.3.1.2 Độ màu

Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: các hợp chất sắt, mangan không hòa tan làm nước có màu nâu đỏ; các chất mùn humic gây ra

nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen

Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu platin – coban Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ Pt – Co độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hòa tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hóa lý kết hợp

2.3.1.3.Mùi vị

Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu

cơ hay sản phẩm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol

Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng, …

2.3.1.4.Độ đục

Nước là một môi trường truyền ánh sáng tốt, khi trong nước có các vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật, … thì khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi Nước có độ đục lớn chứng tỏ có nhiều cặn bẩn Đơn vị đo độ đục thường là mg SiO2/L, NTU, FTU; trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau Nước mặt thường có độ đục 20 – 100 NTU, mùa lũ có khi cao đến

500 – 600 NTU Nước dùng để ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU

Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước

2.3.1.5.Độ nhớt

Độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp

lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hòa tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng

2.3.1.6.Độ dẫn điện

Nước có tính dẫn điện kém Nước tinh khiết ở 200C có độ dẫn điện là 4,2 μS/m (tương ứng điện trở 23,8 MΩ/cm) Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ

Thông số này thường dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hòa tan trong nước

2.3.1.7.Tính phóng xạ:

Tính phóng xạ của nước là do sự phân hủy các chất phóng xạ có trong nước tạo nên Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các chất này có thời gian bán phân hủy rất ngắn nên nước thường vô hại Tuy nhiên, khi bị nhiễm bẩn phóng xạ từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép

Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường dùng để xác định tính phóng xạ của nước Trong đó các hạt α bao gồm 2 proton và 2 nơtron có năng lượng xuyên thấu nhỏ, nhưng có thể xuyên vào cơ thể sống qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa, gây tác hại cho cơ thể do tính ion hóa mạnh Các hạt β có khả năng xuyên thấm mạnh hơn, nhưng dễ bị ngăn lại bởi các lớp nước và cũng gây tác hại cho cơ thể

2.3.1.8 Hàm lượng chất rắn trong nước

Hàm lượng chất rắn trong nước gồm có chất rắn vô cơ ( các muối hoà tan, chất rắn không hoà tan như huyền phù, đất cát, …), chất rắn hữu cơ (gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, chất thải sinh hoạt, công nghiệp) Trong xử lý nước, về hàm lượng chất rắn có các khái niệm sau :

- Tổng lượng cặn lơ lửng TSS (total suppended solid) là trọng lượng khô

cách thuỷ rồi sấy khô ở 1050C tới khi trọng lượng không đổi, đơn vị là mg/l

- Cặn lơ lững SS (suppended solid),phần trọng lượng khô tính bằng mg phần còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít mẫu qua phễu ,sấy khô ở 1050C tới khi trọng lượng không đổi ,đơn vị là mg/l

- Chất rắn hoà tan DS (dissoloved solid) bằng hiệu giữa tổng lượng cặn TDS và cặn lơ lửng SS

DS = TDS – SS

- Chất rắn hoá hơi VS (volatile solid) là phần mất đi khi nung ở 5500C trong một thời gian nhất định Phần mất đi là chất rắn hoá hơi, phần còn lại là chất rắn không hoá hơi

2.3.2.Các chỉ tiêu hoá học

2.3.2.1.Thành phần ion của nước thiên nhiên:

Trong nước thiên nhiên thường chứa các cation và anion như ở bảng (2.1)

Bảng 2.1 Các ion chủ yếu có trong nước thiên nhiên

(Nguồn: Cấp nước – Tập 2 Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – TS Trịnh Xuân Lai)

Trong đại đa số các trường hợp thành phần ion của nước thiên nhiên được xác định bởi các ion: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO , SO , Cl−

3

− 2 4

- Các ion còn lại chiếm số lượng rất bé, tuy đôi khi chúng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước

Nước là chất điện phân trung hòa về điện nghĩa là tổng hàm lượng cation biểu thị bằng mđlg/L phải bằng tổng hàm lượng anion Quy luật được sử dụng để kiểm tra sự đúng đắn của bảng phân tích nước Do nước chứa chủ yếu là 7 ion kể trên nên hàm lượng của ion natri và kali được tính theo công thức:

3

− 2 4

-) – (Ca2+ + Mg2+) Tổng hàm lượng của các ion hòa tan trong nước thường được đánh giá gần đúng bằng lượng cặn sấy khô và lượng cặn nung cháy

2.3.2.2.Cặn sấy khô:

Xác định bằng cách cho bốc hơi 1 thể tích nước đã lọc qua giấy lọc, cặn còn lại sấy ở nhiệt độ 105 – 1200C đến trọng lượng không đổi Cặn sấy khô biểu thị hàm lượng cặn hòa tan không bay hơi ở trong nước, song thực tế một vài hợp chất

ở nhiệt độ 105 – 1200C vẫn còn giữ một lượng nước kết tinh chưa bay hơi trong cấu trúc của nó và cũng ở nhiệt độ này một vài chất hữu cơ đã bị oxy hóa và bay hơi do có lượng cặn sấy khô chỉ gần đúng biểu thị hàm lượng cặn hòa tan trong nước

2.3.2.3Cặn nung cháy:

Xác định bằng cách nung tiếp cặn sấy khô đến nhiệt độ 8000C Đầu tiên xảy

ra quá trình cacbon hóa, sau đó là sự cháy cacbon của các chất hữu cơ và sự bay hơi của hơi ẩm còn lại trong cặn sấy khô, đồng thời xảy ra sự phân hủy một phần cacbonat và khử CO2 Vì vậy cặn nung cháy không biểu thị chính xác tổng hàm

Tổng hàm lượng muối trong nước được xác định chính xác bằng cách cộng các hàm lượng thành phần của cation và anion khi phân tích nước

2.3.2.4.Độ oxy hóa của nước:

Độ oxy hóa của nước do các hợp chất hữu cơ và một vài chất vô cơ dễ bị oxy hóa như H2S, Fe2+ tạo nên Độ oxy hóa của nước thiên nhiên dao động trong giới hạn lớn từ một vài mg/l O2 trong nước ngầm đến 60 mg/l O2 trong nước sông Nước của các đầm lầy có khi độ oxy hóa đạt đến hàng trăm mg/l O2 Trong thực tế phân tích hóa nước độ oxy hóa biểu thị bằng mg KMnO4 (pecmanganat kali) cần để oxy hóa chất hữu cơ và một vài chất vô cơ dễ bị oxy hóa trong 1 lít nước hoặc biểu thị bằng số miligam oxy

Độ oxy hóa 1 mg/l O2 tương ứng với 0,253 mg/l KMnO4

Nguồn nước có độ oxy hóa lớn hơn 10 mgO2/l đã có thể bị nhiễm bẩn Nếu trong quá trình xử lý nước có dùng clo ở dạng clo tự do hay hợp chất hypoclorit sẽ tạo thành các hợp chất clo hữu cơ [trihalometan (THM)] có khả năng gây ung thư Tổ chức Y tế thế giới quy định mức tối đa của THM trong nước uống là 0,1 mg/L

2.3.2.5.Ion sunfat và clorua:

Có trong tất cả các loại nước thiên nhiên dưới dạng muối của canxi, natri (CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4, NaCl, KCl) Nếu trong nước đồng thời có SO >

250 mg/L và Cl

− 2 4

- từ 50 – 3.000 mg/L thì nước có tính xâm thực đối với bêtông và ximăng pooclăng

Clorua làm nước có vị mặn Ion này thâm nhập vào nước qua sự hòa tan các muối khoáng hoặc bị ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay ở đoạn sông gần biển Việc dùng nước có hàm lương clorua cao có thể gây ra bệnh về thận

Nước có nguồn gốc khoáng chất hoặc nguồn gốc hữu cơ thường chứa ion sunfat Với hàm lượng sunfat lớn hơn 400 mg/L có thể gây mất nước trong cơ thể và làm tháo ruột

Khi nghiên cứu các quá trình công nghệ xử lý nước cần phải tính đến ảnh hưởng của nồng độ Cl- và SO đến sự nâng cao độ hòa tan của một số hợp chất trong nước (CaSO

− 2 4

4, CaCO3, Mg(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3), do tăng lực ion của dung dịch và giảm độ hoạt tính của ion

2.3.2.6.Các hợp chất của silic:

Hợp chất của silic rất phổ biến trong nước thiên nhiên và dao động trong giới hạn từ vài phần mười đến hàng chục mg/L

Phụ thuộc vào pH của nước, các hợp chất của silic có thể tồn tại ở dạng keo hay dạng ion hòa tan Ở pH < 8, silic tồn tại ở dạng H2SiO3 Khi pH = 8 – 11, silic chuyển sang HSiO Ở pH > 11, silic tồn tãi ở dạng HSiO , SiO Do vậy trong nước ngầm, hàm lượng silic thường không vượt quá 60 mg/L, chỉ những nguồn nước có pH > 9 hàm lượng silic lên cao đến 300 mg/L

− 3

− 3

− 2 3

Sự có mặt của các hợp chất silic trong nước cấp cho các nồi hơi áp lực cao gây ra nguy hiểm do tạo nên lắng đọng silicat trên thành nồi hơi, thành ống làm giảm khả năng truyền nhiệt và gây tắc ống

Trong quá trình xử lý nước, silic có thể được loại bỏ một phần khi dùng các hóa chất keo tụ để làm trong nước

2.3.2.7.Các hợp chất chứa nitơ:

4, nitrit (NO ), nitrat (NO ) dùng làm chỉ tiêu đánh giá độ nhiễm bẩn của nước do nước thải sinh hoạt gây ra Sự tồn tại trong nước của các hợp

2) chứng tỏ nguồn nước vừa bị nhiễm bẩn bởi nước thải Sau một thời gian NH+

4 và NO bị oxy hóa đến nitrat NO , vì thế khi phát hiện thấy trong nước, có thể kết luận nguồn nước trước đây đã bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt

− 2

− 3

+ 4

− 2

− 2

2.3.2.8.Các hợp chất photpho:

trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ Cũng như nitrat là chất dinh dưỡng cho sự phát triển của rong tảo Nguồn photphat đưa vào môi trường nước là từ nước thải sinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp và lượng phân bón dùng trên ruộng đồng

Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở trong quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt chất của các bể lắng Đối với những nguồn nước có hàm lượng chất hữu cơ, nitrat và photphat cao, các bông cặn kết cặn ở bể tạo bông sẽ không lắng được ở bể mà có khuynh hướng tạo thành đám nổi trên mặt nước, đặc biệt vào những lúc trời nắng

2.3.2.9.Ion iod và ion flo:

Nước ngầm từ giếng sâu hoặc từ suối phun ở vùng đất chứa quặng apatit thường chứa ion flo với hàm lượng cao (2 – 2,5 mg/L) Tuy florua canxi (CaF2) và floruamagie (MgF2) là các hợp chất ít hòa tan nhưng chúng không lắng đọng trong quá trình xử lý nước vì hàm lượng flo trong nước thiên nhiên thường rất bé Trong sông ngòi không xảy ra quá trình tự làm sạch ion flo

Ion iod có trong đại bộ phận các nguồn nước thiên nhiên với hàm lượng rất bé Ở những vùng trong nước thiên nhiên không có đủ lượng iod thì những sản phẩm nông nghiệp trong vùng cũng chứa với hàm lượng iod rất thấp

2.3.2.10 Độ hòa tan của các chất trong dung dịch nước:

Trong các qui trình công nghệ xử lý nước cấp để khử một chất nào đó ra khỏi nước thường áp dụng các biện pháp hóa học để biến nó thành hợp chất khó tan và tạo thành cặn dễ lắng và lọc

Ở mỗi nhiệt độ nhất định, nồng độ của hợp chất khó tan trong dung dịch không thay đổi Độ hòa tan được đặc trưng bởi tích số tan và hệ số hoạt hóa của các ion trong dung dịch

2.3.2.11 Độ pH của nước:

Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong nước (pH = -lg[H+]) Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH Khi pH = 7 nước trung tính, pH < 7 nước mang tính axít và pH > 7 nước có tính kiềm

Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hòa tan trong nước Ở pH < 5, tùy thuộc vài điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hòa tan và một số loại khí như CO2, H2S tồn tại dạng tự do trong nước Độ pH được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat có trong nước bằng biện pháp làm thoáng Ngoài ra khi tăng pH và có thêm tác nhân oxy hóa, các kim loại hòa tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc

2.3.2.12 Độ kiềm:

Có thể phân biệt thành độ kiềm toàn phần và riêng phần Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng các ion bicacbonat, cacbonat, hyđroxyt và anion của các muối axit yếu Do hàm lượng các muối này có trong nước rất nhỏ nên có thể bỏ qua Khi nước thiên nhiên có độ màu lớn ( > 40 Pt – Co), độ kiềm toàn phần sẽ bao gồm độ kiềm do muối của các axít hữu cơ gây ra

Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước

Độ kiềm riêng phần là độ kiềm bicacbonat hay độ kiềm hyđrat, góp phần tạo nên tính đệm cho dung dịch nước Nguồn nước có tính đệm cao, nếu trong quá trình xử lý có xử dụng thêm các hóa chất như phèn thì độ pH của nước cũng ít thay đổi nên sẽ tiết kiệm được hóa chất dùng để điều chỉnh pH

Độ kiềm của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lý nước Vì thế trong một số trường hợp nước nguồn có độ kiềm thấp, cần thiết phải bổ sung hóa chất để kiềm hóa nước

2.3.2.13 Độ cứng:

trong nước Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng 3 khái niệm độ cứng:

™ Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi và magie có trong nước

bicacbonat của canxi và magie có trong nước

™ Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lượng các muối còn lại của canxi và magie có trong nước

Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do canxi và magie sẽ phản ứng với các axít béo tạo thành các hợp chtất khó tan Trong sản xuất, nước cứng có thể tạo lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau:

™ Độ Đức (0dH): 10dH = 10 mgCaO/L nước

™ Độ pháp (0f): 10f = 10 mgCaCO3/L nước

™ Đông Aâu (mgđl/L): 1mgđl/L = 2,80dH

Tùy theo giá trị độ cứng, nước được phân loại thành:

2.3.2.14 Các hợp chất của axit cacbonic:

Các hợp chất của axit cacbonic trong nước ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình công nghệ xử lý nước, chúng có thể tồn tại dưới dạng phân tử không phân ly của axit cacbonic H2CO3 (khoảng 2%), dưới dạng phân tử khí cacbonic hòa tan CO2, phân ly thành ion hyđrocacbonic HCO và cả dưới dạng ion cacbonat CO khi pH ≥ 8,4

− 3

− 2 3

Cần có 1 lượng CO2 tự do hòa tan trong nước để cân bằng với lượng ion hyđrocacbonat (HCO ) gọi là lượng CO−

quá lượng CO2 cân bằng gọi là nước có tính xâm thực (hòa tan các vật cứng có chứa muối cacbonat như CaCO3, MgCO3,…) Ngược lại, nếu hàm lượng CO2 của nước thấp hơn lượng CO2 cân bằng sẽ tạo nên sự lắng đọng CaCO3 khi vận chuyển nước theo đường ống, khi chứa nước trong bể chứa, hay trên bề mặt các bể lọc,… Tính ổn định của nước liên quan đến hàm lượng CO2 tự do hòa tan trong nước Nước ổn định sẽ không làm ăn mòn (xâm thực) đường ống hoặc đóng cáu cặn trong quá trình vận chuyển và lưu trư.õ

2.3.2.15 Các hợp chất sắt, mangan:

Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+, kết hợp với các gốc bicacbonat, sunfat, clorua; đôi khi tồn tại dưới dạng keo của axit humic hoặc keo silic Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa ion Fe2+ bị oxy hóa thành

Fe3+ và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ Nước ngầm thường có hàm lượng sắt cao, đôi khi lên đến 40 mg/L hoặc cao hơn

Nước mặt thường chứa sắt (Fe3+) tồn tại ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù

Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp Các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng của các ống dẫn nước Mangan thường có trong nước ngầm dưới dạng ion Mn2+, nhưng với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l Trong các nguồn nước mặt, đặc biệt là nước co màu thì mangan tồn tại trong các hợp chất hữu cơ hay chất keo Với hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng, giống như nước chứa sắt với hàm lượng cao

2.3.2.16 Các chất khí O2, H2S, CH4:

của nguồn nước Các nguồn nước mặt thường có hàm lượng oxy hòa tan cao do có bề mặt thoáng tiếp xúc trực tiếp với không khí Nước ngầm có hàm lượng oxy hòa tan thấp hoặc không có, do các phản ứng oxy hóa khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu hao hết oxy

Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân hủy các chất hữu cơ, phân rác Khi trong nước có H2S làm nước có mùi trứng thối khó chịu và ăn mòn kim loại

Khí metan thường xuất hiện trong nước ao tù, đầm lầy do các quá trình thối rửa chất hữu cơ và thảo mộc Khí metan không làm giảm chất lượng nước ăn uống, tuy vậy nếu nồng độ khí metan cao trong các công trình kín như bể chứa, bể lắng,… có thể gây nổ nguy hiểm

2.3.3.Các chỉ tiêu vi sinh

2.3.3.1.Vi trùng gây bệnh

Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi khuẩn, virut, rong, tảo,… chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh hoặc sống và phát triển trong nước Trong đó, có một số vi sinh gây bệnh như vi khuẩn gây nên các bệnh lỵ, viêm đường ruột và các bệnh tiêu chảy khác; virrut trong nước gây bệnh viêm gan và viêm đường ruột; rong, tảo sinh ra các độc tố Vì thế, cần phải loại bỏ chúng khỏi nước trước khi sử dụng

Trong thực tế không thể xác định tất cả các loại vi sinh gây bệnh qua đường nước vì phức tạp và tốn thời gian Mục đích của việc kiểm tra vệ sinh nước là xác định mức độ an toàn của nước đối với sức khỏe con người Do vậy, có thể dùng vài vi sinh chỉ thị ô nhiễm phân để đanh giá sự ô nhiễm từ rác, phân người và động vật Có 3 nhóm vi sinh chỉ thị ô nhiễm phân:

™ Nhóm coliform đặc trưng là Escherichia Coli (E.Coli)

™ Nhóm Streptococci đặc trưng là Streptococcus feacalis

™ Nhóm Clostridia khử sunfit đặc trưng là Clostridium perfringents

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

là loại trực khuẩn đường ruột, có thời gian bảo tồn trong nước gần giống những vi sinh vật gây bệnh khác Sự có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn phân rác và có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác Số lượng E.Coli nhiều hay ít tùy thuộc vào mức độ nhiễm bẩn phân rác của nguồn nước Ngoài ra, trong một số trường hợp số lượng vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí cũng được xác định để tham khảo thêm trong việc đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

2.3.3.2.Các loại rong tảo

Rong tảo phát triển trong nước làm nước bị nhiễm bẫn hữu cơ và làm cho nước có màu xanh Nước mặt có nhiều loại rong tảo sinh sống ,trong đó loài gây hại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào.Hai loại tảo này khi phát triển trong đường ống có thể gây tắc nghễn đường ống đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình hô hấp thải ra khí cacbonic

2.4.Các tiêu chuẩn nước cấp

2.4.1.Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

Nước dùng cho sinh hoạt phải không màu, không mùi, không chứa các chất độc hại, vi trùng và các tác nhân gây bệnh Hàm lượng các chất hoà tan không được vượt quá giới hạn cho phép Theo tiêu chuẩn Việt Nam năm 2000 TCVN 33 – 85, chất lượng nước cấp cho sinh hoạt phải có chỉ tiêu chất lượng như ở bảng chất lượng nước sinh hoạt

2.4.2.Chất lượng nước cấp cho sản xuất

Mỗi ngành sản xuất đều có những yêu cầu riêng về chất lượng sử dụng Nước cấp cho các ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, giấy, phim ảnh đều cần đên chất lượng nước như nước sinh hoạt, đồng thời có một số yêu cầu riêng về lượng sắt, mangan, độ cứng Nước cấp cho các ngành sản xuất khác sẽ có các yêu cầu cụ thể về chất lượng tuỳ theo sự đòi hỏi của công nghệ sản xuất

2.5.Tổng quan về các công trình xử lý nước ngầm

Khi lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước phải dựa vào tài liệu kiểm nghiệm các chỉ tiêu, lý học, hóa học, sinh học của nước thô ở các thời kỳ đặc trưng của năm và là tài liệu thu thập nhiều năm, đồng thời phải có các tài liệu dự báo sự thay đổi và biến động về chất lượng của nước thô do quá trình sản xuất và bảo vệ hệ sinh thái trong khu vực nguồn nước gây ra ở những năm tiếp theo

So sánh các chỉ tiêu chất lượng nước nguồn với các chỉ tiêu chất lượng nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt để xác định các yêu cầu cần xử lý

Để lựa chọn đúng dây chuyền công nghệ xử lý nước thường phải thí nghiệm xử lý thử trước trong phòng thí nghiệm

Để xác định các chỉ tiêu thiết kế các công trình trong dây chuyền xử lý phải thử trên mô hình thí nghiệm hoặc tham khảo so sánh với các chỉ tiêu của các công trình có sẵn đang làm việc với nguồn nước có chất lượng tương tự

Tuy theo chất lượng nước mà chúng ta có các công trình xử lý khác nhau ,có thể có đủ hoặc không đầy đủ các công trình đơn vị nhưng nước cấp sau xử lý vẫn đảm bảo đạt tiêu chuẩn chất lượng và nhu cầu dùng nước

Trường hợp nước ngầm có đủ ôxy, có thể sử dụng trực tiếp không cần xử lý Tuy nhiên các công trình vẫn rất cần thiết như vấn đề làm mềm nước, điều chỉnh

pH, khử trùng Mô hình đơn giản của quá trình xử lý nước ngầm được thể hiện như sau :

Ca(OH)2 Cl2

Bể chứa nước sạch

Clo hoá an toàn Chỉnh pH

Giếng

Sơ đồ 2.2 :Sơ đồ đơn giản xử lý nước ngầm có đủ Oxy

Nếu giếng không có đủ ôxy hoà tan thì việc trao đổi khí và sau đó là quá trình lọc trở nên rât cần thiết Trong quá trình trao đổi khí sẽ xảy ra sự nhận oxy

tách CH4, H2S, khử CO2 và các ion sắt và Mangan (II) sẽ bị oxy hoá thành sắt và mangan(III) đồng thời một lượng nhỏ amoniac (1,5mg/l) có thể được ôxy hoá thành nitrat bằng quá trình sinh học sau đó nước được đưa qua bể lọc Trong quá trình lọc các ion sắt và mangan (III) được giứ lại trên mặt vật liệu lọc Trong quá trình lọc các ion sắt và mangan (III) được giữ lại trên mặt vật liệu lọc, việc điều chỉnh pH sau lọc cũng rất cần thiết Hệ thống xử lý trong trường hợp này phức tạp hơn so với hệ thống xử lý nước ngầm có đủ ôxy

thoáng

Lọc cát nhanh Làm thoáng Chỉnh pH Bể chứa nước sạch

Ca(OH)2

Giếng Làm

thoáng

Lọc cát nhanh

Chỉnh

pH Bể chứa nước sạch

Làm thoáng

Clo hoá

an toàn

Sơ đồ 2.3 :Sơ đồ đơn giản xử lý nước ngầm có làm thoáng và lọc

Trong một số trường hợp không đủ thời gian để khử sắt (II) thành sắt (III)thì giải pháp đề ra là dùng Clo, Kalipermanganat, Ozôn Ngoài ra để tách Mangan thì phương án tốt nhất là nâng pH lên đến 8,3 vì ở diều kiện đó mangan mới có thể bị khử Trong quá trình lọc nhanh không đủ oxyneen amoniac cần được oxy hoá hoàn toàn thành nitrat trước khi lọc

Trong trường hợp amoniac trong nước cao thì ta sử dụng phương pháp lọc khô, trong quá trình lọc khô sắt và mangan cũng được tách rất hiệu quả, lọc khô có nhược điểm là vận hành khó khăn hơn lọc cát ướt do quá trình rửa ngược chiều phức tạp và năng lượng tiêu hao cũng lớn hơn

Làm thoáng

Oxy hoá Lọc khử Fe2+,Mn2+

Sơ đồ 2.4: Sơ đồ mô tả các quá trình khác nhau trong

quá trình xử lý nước ngầm

Giếng Giàn mưa Bể trộn Bể lắng Bể lọc Bể chứa nước sạch

Chất kiềm hoá

Sơ đồ 2.5: Công nghệ xử lý nước ngầm phổ biến

2.5.1 Làm thoáng

Đây là giai đoạn trong dây chuyền công nghệ xử lý nước có nhiệm vụ hoà tan oxy từ không khí vào nước để oxy hoá sắt (III) ,mangan (IV),tạo thành các hợp chất Fe(OH)3, Mn(OH)4 kết tủa dễ lắng và được tách ra khỏi nước bằng lọc và lắng

Trong nước ngầm nước thường tồn tại ở dạng ion Fe2+ là thành phần của muối hoà tan như bicacbonat Fe(HCO3)2, sunfat FeSO4 và thường tồn tại không bền vững và bị phân ly:

Fe(OH)3= 2HCO3- + Fe2+

Quá trình oxy hóa thuỷ phân diễn ra :

4 Fe2+ + O2 + 10H2O = 4 Fe(OH)3 + 8H+

-Đồng thơì xảy ra phản ứng phụ:

H+ + HCO3- = H2O + CO2Khử khí CO2,H2S có trong nước ,làm tăng pH của nước ,tạo điều kiện thuẩn lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hoá và thuỷ phân sắt,mangan ,nâng cao năng suất của các công trình lắng và lọc trong quá trình khử sắt và mangan

2H2S + O2 = 2S + 2H2O Quá trình làm thoáng tăng hàm lượng oxy hoà tan trong nước ,nâng cao lượng oxy trong nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hoá chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và màu của nước

Có 2 phương pháp làm thoáng

mỏng trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên hay cho nước phun thành tia và màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng như các giàn làm thoáng cưỡng bức

™ Đưa không khí vào nước: dẫn và phân phối không khí nén thành các bọt nhỏ theo giàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước ,các bọt khí nổi lên,nước được làm thoáng

Trong kỹ thuật xử lý nước cấp ,người ta áp dụng các giàn làm thoáng theo phương pháp 1 và các thiết bị làm thoáng hỗn hợp giữa 2 phương pháp trên: làm thoáng bằngg màn tràn nhiều bậc và phun trên mặt nước Đầu tiên tia nước tiếp xúc với không khí sau khi chạm mặt tia nước kéo theo các bọt khí đi sâu vào khối nước trong bể tạo thành các bọt khí nhỏ nổi lên

Sàn thu nước

Hình 2.6 :Làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa

2.5.2 Clo hoá sơ bộ

Là quá trình cho clo vào nước trong giai đoạn trước khi nước vào bể lắng và bể lọc ,tác dụng của quá trình này là:

Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn

Oxy hoá sắt hoà tan ở dạng hợp chất hữu cơ ,oxy hoá mangan hoà tan để tạo thành các kết tủa tương ứng

Oxy hoá các chất hữu cơ để khử màu

Trung hoà Amoniac thành Cloramin có tính tiệt trùng kéo dài

Clo hoá sơ bộ còn có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong rêu rảo trong bể phản ứng tạo bông cặn và bể lắng, phá huỷ tế bào của vi sinh vật sinh sản ra chất nhầy nhớt trên bề mặt lọc làm tăng thời gian của chu kỳ lọc

2.5.3 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn

Keo tụ và tạo bông cặn là quá trình tạo ra các tác nhân có khả năng kết dính các chất làm bẩn nước ở dạng hoà tan hay lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng được trong bể lắng hay kết dính trên bề mặt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và tinh tế nhất

Trong kỹ thuật xử lý thường dùng phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeCl3, Fe2(SO4)3 và FeSO4 Quá trình sản xuất pha chế định lượng đơn giản thường dùng phèn nhôm, đôí với phèn sắt tuy hiệu quả cao hơn nhưng quá trình sản xuất, vận chuyển và định lượng phức tạp hơn nên ít được sử dụng

Hiệu quả của quá trình tạo bông phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn để các nhân keo tụ và cặn bẩn va chạm và dính kết vào nhau Để tăng hiệu quả cho quá trình tạo bông, người ta thường cho polyme được gọi là chất trợ lắng vào bể phản ứng tạo bông Polyme sẽ tạo liện kết lưới anion nếu trong nước thiếu các ion đối như SO42- nếu trong nước có thành phần ion và độ kiềm thoả mãn điều kiện keo tụ thì polyme sẽ tạo ra liên kết trung tính

Nước vào Nước ra

- Lắng trọng lực trong các bể lắng khi đó các hạt cặn có tỷ trọng lớn hơn sẽ

lắng xuống đáy bể

- Lực ly tâm sẽ tác dụng vào các hạt cặn trong bể lắng ly tâm và cyclon thuỷ

lực làm các hạt cặn lắng xuống

- Lực đẩy nổi do các hạt khí dính bám vào hạt cặn ở các bể tuyển nổi

Cùng với việc lắng cặn qúa trình lắng còn làm giảm được 90-95% vi trùng

có trong nước (vi trùng luôn bị hấp thụ và dính bám vào các hạt bông cặn trong

quá trình lắng )

Có 3 loại cặn thường được xử lý trong quá trình lắng như sau :

™ Lắng các hạt phân tan riêng rẽ : trong quá trình lắng không thay đổi hình

dạng, độ lớn, tỷ trọng Trong quá trình xử lý nước ta không pha phèn nên

công trình lắng thường có tên gọi là lắng sơ bộ để lắng các hạt cặn làm

giảm độ đục của nước nguồn

™ Lắng các hạt ở dạng keo phân tán: thường được gọi là lắng cặn đã được

pha phèn Trong quá trình lắng các hạt cặn có khả năng kết dính với nhau

thành bông cặn lớn khi đủ trọng lực sẽ lắng xuống ngược lại các bông cặn

có thể bị thay đổi kích thước, hình dạng và tỷ trọng

™ Lắng các hạt cặn đã đánh phèn: nên các hạt có khả năng dính kết với nhau những với nồng độ lớn hơn (thường lớn hơn 1000mg/l), các bông cặn này tạo thành lớp mây cặn liên kết với nhau và dính kết để giữ lại các hạt cặn bé phân tán trong nước

Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn, trong bể tạo bông tạo ra các hạt cặn to, bền, chắc và càng nặng thì hiệu quả lắng càng cao Nhiệt độ nước càng cao, độ nhớt càng nhỏ, sức của nước đối với các hạt cặn càng giảm là tăng hiệu quả của quá trình lắng Hiệu quả lắng tăng lên từ 2-3 lần khi nhiệt độ nước tăng 100C

Thời gian lưu nước trong bể lắng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của bể lắng Để đảm bảo cho lắng tốt, thời gian lưu nước trung bình của các phân tử trong nước trong bể lắng phải đạt từ 70-80% thời gian lưu nước trong bể theo tính toán Nếu để cho bể lắng có vùng nước trung bình của các phần tử trong nước trong bể lắng phải đạt từ 70-80% thời gian lưu nước trong bể theo tính toán Nếu để cho bể lắng có vùng nước chết, vùng chảy quá nhanh, hiệu quả lắng sẽ giảm đi rất nhiều Vận tốc dong nước trong bể lắng không được lớn hơn trị số vận tốc xoáy và tải cặn đã lắng lơ lửng trở lại trong dòng nước

Ống dẫn nước vào

Ống dẫn nước ra PVC ∅ 150 Máng răng cưa

Thanh gạt bùn

Ngăn phân phối

nước

Ống dẫn bùn

Hình 2.9:Cấu tạo bể lắng ngang 2.5.5 Quá trình lọc

Quá trình lọc là cho nước di 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 có trong nước Sau một thời gian dài làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại làm tốc độ lọc giảm Để khôi phục lại kảh năng làm việc của bể lọc phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió hoặc gió nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc

Trong dây chuyền xử lý nước ăn uống sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm trong nước triệt để Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau kkhi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép (nhỏ hơn hoặc bằng 3mg/l)

Bể lọc luôn luôn phải hoàn nghuyên Chính vì vậy quá trình lọc nước được đặc trưng bởi 2 thông số cơ bản là: tốc độ lọc và chu kỳ lọc Tốc độ lọc là lượng nước lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong 1 đơn vi thời gian Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa 2 lần rửa bể lọc

Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể có nguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau ,cơ bản có thể chia ra các loại bể lọc sau:

a Theo tốc độ lọc :

™ Bể lọc chậm: có tốc độ lọc 0.1-0.5m/h

™ Bể lọc nhanh: có tốc độ lọc nhanh 5-15m/h