Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý nước cấp ở trung tâm cấp nước sạch khu công nghiệp suối dầu

Do đặc trưng của nguồn nước này luôn thay đổi về thành phần, tính chất nên cần phải giám sát chặt chẽ nguồn nước thô trước xử lý, đồng thời dây chuyền công nghệ, hóa chất sử dụng phải th

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo thuộc viện Nghiên cứu sinh học và môi trường để em có thể hoàn thành tốt bài báo cáo của mình

Đặc biệt em xin chân thành cám ơn giáo viên hướng dẫn Th.S Trần Nguyễn Vân Nhi đã tận tình hướng dẫn, tư vấn và giúp đỡ em trong quá suốt trình thực hiện

đề tài này, các thầy cô giáo ở Tổ nghiên cứu và Trung tâm Thí nghiệm Thực hành trợ giúp về máy móc, thiết bị tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện thí nghiệm, hoàn thành nội dung bài báo cáo

Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Khu Công nghiệp Suối Dầu, Các cán bộ nhân viên tại Trung tâm Cấp nước sạch Khu Công nghiệp đã giúp đỡ nhiệt tình, quan tâm và tạo điều kiện về môi trường thực tập

Em xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.1 Lịch sử hình thành 1

1.1.2 Quá trình phát triển 1

1.1.3 Chức năng và nhiệm vụ 2

1.1.3.1 Chức năng 2

1.1.3.2 Nhiệm vụ 2

1.1.4 Hiện trạng quản lý và xử lý môi trường 2

1.1.4.1 Hiện trạng quản lý 2

1.1.4.2 Xử lý môi trường 3

1.1.5 Phương hướng đầu tư và phát triển 3

1.2 Tổng quan về trung tâm xử lý nước sạch 4

1.2.1 Giới thiệu chung 4

1.2.2 Hoạt động cấp nước sạch 5

1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt Nam 7

1.3.1 Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới 7

1.3.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam 8

1.4 Tính cấp thiết của đề tài 12

1.5 Nội dung nghiên cứu 13

CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 14

2.1.2 Hóa chất sử dụng 14

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 14

2.1.3.1 Thiết bị 14

2.1.3.2 Dụng cụ 14

2.2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nước 15

2.2.1 Mục đích của quá trình xử lý nước 15

2.2.2 Chất lượng nước thô thích hợp với các quá trình xử lý nước 15

2.2.3 Các quá trình xử lý nước 16

2.2.3.1 Hồ chứa và lắng sơ bộ 16

2.2.3.2 Song chắn rác và lưới chắn 16

2.2.3.3 Bể lắng cát 16

2.2.3.4 Làm thoáng 16

2.2.3.5 Clo hóa sơ bộ 17

2.2.3.6 Quá trình khuấy trộn hóa chất 18

2.2.3.7 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn 18

2.2.3.8 Quá trình lắng 19

2.2.3.9 Quá trình lọc 20

2.2.3.10 Khử trùng nước 21

2.2.3.11 Ổn định nước 21

2.2.4 Một số quy trình công nghệ xử lý nước cấp 22

2.2.4.1 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500 mg/L 22

2.2.4.2 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500 mg/L 22

2.2.4.3 Khi nguồn nước là nước ngầm 22

2.2.4.4 Khi nguồn nước là nước mặt 23

2.3 Lý thuyết về phương pháp keo tụ 23

2.3.1 Cơ sở khoa học của quá trình keo tụ 23

2.3.1.1 Phân loại các tạp chất trong nước theo kích thước 23

2.3.1.2 Cơ chế keo tụ – tạo bông 25

2.3.1.3 Hóa học của quá trình keo tụ bằng PAC 29

2.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 30

2.4 Cơ sở của quá trình tối ưu hóa theo phương án trực giao cấp hai 32

2.4.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm theo phương án trực giao cấp hai 32

2.4.2 Xác định điều kiện tối ưu 34

2.5 Phương pháp nghiên cứu 34

2.5.1 Khảo sát quy trình xử lý nước cấp 34

2.5.2 Phương pháp đo pH 34

2.5.3 Phân tích độ đục 35

2.5.4 Thí nghiệm tối ưu hóa quá trình keo tụ 35

2.5.4.1 Thí nghiệm Jartest 35

2.5.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 36

2.5.4.3 Tối ưu hóa quá trình keo tụ theo phương án trực giao cấp hai 37

2.5.5 Thử nghiệm mô hình 39

2.5.5.1 Lấy mẫu nước thí nghiệm 39

2.5.5.2 Chuẩn bị hóa chất 39

2.5.5.3 Các thông số thiết kế của mô hình 39

2.5.5.4 Vận hành mô hình 43

2.5.5.5 Thu mẫu nước sau xử lý 44

2.5.6 Phương pháp xử lý số liệu 44

2.5.6.1 Đối với số liệu phân tích 44

2.5.6.2 Đối mô hình hồi quy cấp hai 44

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả khảo sát quy trình xử lý nước cấp 45

3.1.1 Sơ đồ công nghệ 45

3.1.2 Thuyết minh công nghệ 46

3.1.3 Quy trình vận hành trạm xử lý nước sạch 47

3.1.3.1 Công tác kiểm tra 47

3.1.3.2 Công tác vận hành hệ thống 48

3.1.3.3 Công tác kiểm tra chất lượng sản phẩm 48

3.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 48

3.2.1 Kết quả thí nghiệm 1 48

3.2.1 Kết quả thí nghiệm 2 50

3.3 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa 51

3.3.1 Thiết kế thực nghiệm 51

3.3.2 Kết quả thí nghiệm Jartest 52

3.3.3 Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai 53

3.3.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình 54

3.4 Kết quả thử nghiệm trên mô hình 58

3.4.1 Kết quả kiểm tra hiệu suất keo tụ 58

3.4.2 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu đầu ra 58

3.5 Đề xuất cải tạo công nghệ 60

3.6 Khái toán kinh tế 61

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 TCVN 1329/2002/BYT- QĐ ngày 18/04/2002 5

Bảng 1.2 Phân loại nước theo kích thước tạp chất 24

Bảng 2.1 Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ khi giữ nguyên giá trị pH 36

Bảng 2.2 Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ khi giữ nguyên giá trị nồng độ PAC 37

Bảng 2.3 Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai, hai yếu tố 38

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ 49

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ 50

Bảng 3.3 Bảng thiết kế quy hoạch thực nghiệm 51

Bảng 3.4 Bảng kế hoạch thực nghiệm tối ưu hóa 52

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa trên máy Jartest 53

Bảng 3.6 Các hệ số hồi quy thu được tự thực nghiệm 53

Bảng 3.7 So sánh hiệu suất keo tụ theo thực nghiệm và theo mô hình cấp hai 54

Bảng 3.8 Các thông số cơ bản của mô hình hồi quy cấp hai 55

Bảng 3.9 So sánh giá trị tính toán và thực nghiệm tại điều kiện tối ưu 55

Bảng 3.10 Kết quả thử nghiệm trên mô hình 58

Bảng 3.11 Kết quả phân tích nước đầu ra sau bể lọc cát của KCN tháng 4/2012 58

Bảng 3.12 So sánh một số chỉ tiêu đầu ra của nước sau quá trình lắng ở KCN và từ kết quả tối ưu hóa 59

Bảng 3.13 Bảng khái toán kinh tế 61

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước nhà máy nước Cầu Đỏ 11

Hình 2.1 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500mg/L 22

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500mg/L 22

Hình 2.3 Một số quy trình xử lý nước ngầm 23

Hình 2.4 Một số quy trình xử lý nước mặt 23

Hình 2.5 Hiệu quả của cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích các ion trái dấu 27

Hình 2.6 Mô tả quá trình tạo bông keo theo cơ chế hấp phụ - bắc cầu 28

Hình 2.7 Cấu trúc Keggin của PAC 30

Hình 2.8 Sơ đồ thí nghiệm phương án cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố 33

Hình 2.9 Thiết bị Jartest 36

Hình 2.10 Mô hình bể điều hòa 39

Hình 2.11Mô hình bể keo tụ 40

Hình 2.12 Mô hình bể tạo bông 41

Hình 2.13 Mô hình bể lắng 42

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ quy trình xử lý nước cấp tại KCN Suối Dầu 45

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ 50

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ 51

Hình 3.4 Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa hàm lượng PAC và pH đến độ đục của nước sau keo tụ 56

Hình 3.5 Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa hàm lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 57

Hình 3.6 Biểu đồ so sánh một số chỉ tiêu của nước sau khi lắng 60

Hình 3.7 So sánh hiệu quả kinh tế giữa KCN và kết quả của bài nghiên cứu 61

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SUDAZI Khu Công nghiệp Suối Dầu TIC Công ty Thương mại và Đầu tư Khánh Hòa TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

QĐ Quyết định BYT Bộ y tế XLNC Xử lý nước cấp PAC Poly Aluminum Cloride USA The United States of America STT Số thứ tự

TCN Trước Công Nguyên NMN Nhà máy nước ĐVT Đơn vị tính KCN Khu Công Nghiệp

MỞ ĐẦU

Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu sử dụng nước của người dân cho sinh hoạt, cho hoạt động công nghiệp dịch vụ là rất lớn Hiện nay nước từ thiên nhiên là nguồn cung cấp nước chính, chủ yếu là nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm Tuy nhiên nguồn nước từ thiên nhiên có chất lượng rất khác nhau và phần lớn bị ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt công nghiệp của con người

Vì vậy trước khi đưa vào sử dụng cần phải tiến hành xử lý chúng

Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu là một trong những thành viên của công ty cấp nước Khánh Hòa, chuyên xử lý và cung cấp nguồn nước sạch cho KCNSuối Dầu và người dân xung quanh KCN Nhà máy hiện đang sử dụng nguồn nước mặt của hồ Suối Dầu để xử lý Do đặc trưng của nguồn nước này luôn thay đổi về thành phần, tính chất nên cần phải giám sát chặt chẽ nguồn nước thô trước xử lý, đồng thời dây chuyền công nghệ, hóa chất sử dụng phải thay đổi cho phù hợp với chất lượng nước đầu vào theo từng thời kì, cụ thể là sự thay đổi về hóa chất trong quá trình keo tụ

Trên nền tảng những kiến thức đã học từ nhà trường và muốn vận dụng vào

thực tế em thực hiện đề tài: "Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý

nước cấp ở Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu" Nhằm mục

đích nắm bắt kiến thức, kinh nghiệm từ quá trình thực tập và góp phần cải tiến nâng cao quá trình xử lý của dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp cho Trung Tâm cấp nước sạch

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Lịch sử hình thành

Đáp ứng nhu cầu phát triển của hoạt động phát triển kinh doanh và kêu gọi đầu tư của toàn tỉnh Khánh Hòa, ngày 11/11/1997 Thủ tướng chính phủ đã ký quyết định số 951/QD-TTG quyết định thành lập Khu Công nghiệp Suối Dầu, phê duyệt

dự án đầu tư xây dựng và kinh doanh kết cấu hạ tầng Khu Công nghiệp Suối Dầu tỉnh Khánh Hòa, gọi tắt là SUDAZI

Dưới sự đầu tư của doanh nghiệp nhà nước Công ty Thương Mại và Đầu tư Khánh Hòa TIC, trực thuộc ủy ban nhân dân tỉnh Khánh Hòa, SUDAZI được đưa vào khởi công và xây dựng

SUDAZI được xây dựng thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước, huy động, tận dụng và tăng giá trị nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương Với vị trí

thuận lợi cả về giao thông đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường hàng không

Các nguồn cung cấp điện và nước cho Khu Công nghiệp thuận lợi cho việc phát

triển Với diện tích quy hoạch 152 ha (giai đoạn I: 78,1 ha) và có thể mở rộng đến

300 ha (giai đoạn II) Nằm ở vị trí đầu mối của giao thông, cách Thành Phố Nha Trang 25km, cách cảng biển và sân bay Nha Trang 27km, cảng biển Quốc tế Cam Ranh và Ba Ngòi 35km, và cách các ga Suối Cát, Suối Tân, Hòa Tân 2- 5km thì SUDAZI là điểm hẹn công nghiệp của miền trung nói riêng và của đất nước nói chung

Chương 1 : Tổng quan

- Xây dựng hoàn chỉnh một trạm bơm nước thô 2750 m3/ngày và một trạm

xử lý nước sạch công suất hiện tại 3000 m3/ngày Nguồn cấp nước lấy từ hồ thủy lợi Suối Dầu với công suất 10.000 m3/ngày, cung cấp đầy đủ nước cho sinh hoạt và công nghiệp bằng đường ống dài 10km Hoàn thiện hệ thống xử lý nước 5000

1.1.3.2 Nhiệm vụ

Đến nay SUDAZI đã có trên 35 doanh nghiệp đã và đang thuê đất đầu tư sản xuất, đạt công suất khai thác 70% diện tích đất cho thuê với 80% Doanh nghiệp đang hoạt động và chế biến thủy sản Nên nhiệm vụ trọng tâm của SUDAZI là đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước sạch thường xuyên, số lượng lớn và đảm bảo tiêu chuẩn, xử lý nước thải của các Doanh nghiệp cũng là một nhiệm vụ quan trọng, cần thiết để đảm bảo cho môi trường xung quanh

1.1.4 Hiện trạng quản lý và xử lý môi trường

1.1.4.1 Hiện trạng quản lý

SUDAZI hiện có nhiều ngành nghề thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau Vì vậy, việc kiểm soát và quản lý về môi trường rất khó khăn và còn nhiều bất cập do đặc điểm chất thải của mỗi công ty hoàn toàn khác nhau Mặc dù vậy, SUDAZI đã có các bước kiểm soát, Ví dụ như yêu cầu các công ty xả thải phải đạt tiêu chuẩn quy định, kiểm soát định kỳ, bắt buộc phải xử lý chất thải nguy hại theo đúng quy định,

ký cam kết bảo vệ và không xâm phạm tới môi trường

1.1.4.2 Xử lý môi trường

 Khí thải

Khó kiểm soát nhất do khả năng phân tán rộng Ban Quản lý đã kết hợp với

các cơ quan chức năng đã tiến hành kiểm tra nhưng đến thời điểm hiện nay, xử lý

khí thải chưa có hiệu quả tuyệt đối Mặt khác theo định kỳ, các xí nghiệp đã tiến hành đo đạc quan trắc, theo dõi diễn biến môi trường không khí của khu công nghiệp, xung quanh để kịp thời đối phó với sự cố khi xảy ra

 Nước thải

Sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại B và C, nước thải ở các cơ sở sản xuất sẽ được đưa vào trạm xử lý tập trung để xử lý tiếp cho đến khi đạt tiêu chuẫn loại A, sau đó sẽ được thải ra môi trường

 Chất thải rắn

Chất thải rắn Công nghiệp và sinh hoạt hiện nay cũng là một gánh nặng đối với môi trường Khu Công nghiệp Tuy khối lượng rác thải lớn nhưng do Khu Công nghiệp áp dụng biện pháp chôn lấp và thiêu hủy nên phần nào đã giải quyết vấn đề này

1.1.5 Phương hướng đầu tư và phát triển

Mục tiêu xây dựng Khu Công nghiệp:

- Xây dựng Khu Công nghiệp tập trung với các điều kiện hạ tầng kỹ thuật thuận lợi nhằm thu hút vốn đầu tư các doanh nghiệp trong và ngoài nước

- Xây dựng Khu Công nghiệp tập trung với công nghệ tiên tiến và hiện đại Vậy với chức năng quản lý và kinh doanh hạ tầng Khu Công nghiệp Suối Dầu, Xí nghiệp ngày càng hoàn thiện hệ thống quản lý chất lượng (theo ISO 9001:2000) trong việc sản xuất nước sạch, xử lý nước thải, vận động tiếp thị, quảng cáo thu hút đầu tư để hoàn tất việc cho thuê giai đoạn I, đẩy mạnh tốc độ xây dựng

hạ tầng giai đoạn II để cố gắng hoàn thiện cơ sở hạ tầng và đưa cho thuê vào năm

2015 Mặt khác SUDAZI đã có trên 35 doanh nghiệp đang hoạt động và sản xuất

Dự kiến những năm tiếp theo sẽ có nhiều doanh nghiệp khác đầu tư vào, việc này

giúp giải quyết vấn đề thất nghiệp đang rất nóng trong xã hội

Chương 1 : Tổng quan

1.2 Tổng quan về trung tâm xử lý nước sạch

Quá trình cấp nước sạch quy định việc nhận và cung cấp nước sạch cho Khách hàng thuộc Khu Công nghiệp Suối Dầu Bảo đảm yêu cầu theo tiêu chuẩn nước sạch TCVN 1329/2002/BYT- QĐ

1.2.1 Giới thiệu chung

Trạm xử lý nước sạch gồm có 9 cán bộ- công nhân viên có trình độ chuyên môn và nhiều năm kinh nghiệm về việc xử lý và giải quyết các sự cố về máy móc, chuyên môn trong hệ thống xử lý nước

Trạm xử lý nước sạch hoạt động theo 2ca/(ngày đêm), các thành viên chia thành 2 tổ trực 12h/24h luân phiên không ngừng Trong mỗi ca trực, các ca viên phải chịu trách nhiệm về mọi hoạt động hoặc sự cố xảy ra trong ca trực của mình Các ca viên có 3 công tác sau :

 Công tác kiểm tra

 Kiểm tra hệ thống, thiết bị trong dây chuyền xử lý đang hoạt động

 Kiểm tra hóa chất và bể pha hóa chất đang hoạt động

 Kiểm tra nồng độ pha loảng của các hóa chất như chất keo tụ, vôi…

 Kiểm tra hàm lượng Clo dư trong nước tại bể chứa

 Kiểm tra hệ thống thiết bị nổi, ngầm,…

 Công tác vận hành

 Đo độ trong của nước nguồn bằng ống nghiệm thủy tinh Dianet

 Vận hành bơm định lượng hóa chất cho phù hợp với chất lượng nước nguồn đang cấp

 Kiểm tra pH, độ đục, quá trình keo tụ

 Vận hành bơm Clo khử trùng vào bể chứa

 Công tác kiểm tra chất lượng sản phẩm

 Đo độ trong của nước

 Đo pH của nước sau xử lý pH  6,5 8, 0 

 Đo hàm lượng Clo dư trong nước, Clo  0, 2 0,5 ppm 

1.2.2 Hoạt động cấp nước sạch

Xí nghiệp Phát triển Hạ Tầng Khu Công nghiệp Suối Dầu – Trạm xử lý nước sạch làm nhiệm vụ xử lý nước, cung cấp cho khách hàng là các doanh nghiệp sản xuất trong Khu Công nghiệp và những người dân sống xung quanh khu công nghiệp Việc cung cấp nước này được thực hiện thông qua Hợp động kinh tế về việc mua bán nước sạch, căn cứ theo Luật Thương Mại năm 2005 và theo nhu cầu của các bên

Hiện nay, tổng lượng nước sạch mà Xí nghiệp cấp cho khách hàng là 3.000

m3/ngàyđêm, lượng nước cấp này vẫn còn nằm dưới khả năng tối đa của tram Trong tương lai dự đoán cần tới 7.000 m3/ngàyđêm Nước đầu ra phải đạt tiêu chuẩn theo TCVN 1329/2002/BYT- QĐ với các thông số được quy định như sau:

2 Mùi vị Không có

mùi, Vị lạ Cảm quan

3 Ðộ đục NTU 2

(ISO 7027 - 1990) TCVN 6184- 1996

4 pH 6,5-8,5 AOAC hoặc SMEWW

5 Ðộ cứng (a) mg/l 300 TCVN 6224 - 1996

6 Tổng chất rắn hoà

tan (TDS) mg/l 1000

TCVN 6053 –1995 (ISO 9696 –1992)

7 Hàm lượng nhôm mg/l 0,2 ISO 12020 – 1997

8 Hàm lượng Amoni,

tính theo NH4+ mg/l 1,5

TCVN 5988 – 1995(ISO 5664

1984)

chung cho cả Borat

và Axit boric mg/l 0,3 ISO 9390 - 1990

a: chỉ tiêu cảm quan

1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt Nam

1.3.1 Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới

Theo lịch sử ghi nhận hệ thống cấp nước đô thị xuất hiện sớm nhất tại La Mã vào năm 800 TCN Điển hình là công trình dẫn nước vào thành phố bằng kênh tự chảy, trong thành phố nước được đưa đến các bể tập trung, từ đó theo đường ống dẫn nước đến các nhà quyền quí và bể chứa công cộng cho người dân sử dụng Khoảng 300 năm TCN người ta đã biết khai thác nước ngầm bằng cách đào giếng Người Babilon có phương pháp nâng nước lên độ cao khá lớn bằng ròng rọc, guồng nước

23 Hàm lượng Thuỷ

ngân mg/l 0,001

TCVN 5991-1995 (ISO 5666/1-1983  ISO 5666/3 -

1983)

24 Hàm lượng

Molyb-den mg/l 0,07 AOAC hoặc SMEWW

25 Hàm lượng Niken mg/l 0,02 TCVN 6180 -1996

31 Hàm lượng kẽm (a) mg/l 3 TCVN 6193 -1996

(ISO8288-1989)

32 Ðộ ô xy hoá mg/l 2 Chuẩn độ bằng KMnO4

[10]

Chương 1 : Tổng quan

Thế kỷ thứ XIII, các thành phố ở châu Âu đã có hệ thống cấp nước Thời đó chưa có các loại hóa chất phục vụ cho việc keo tụ xử lý nước mặt, người ta phải xây dựng các bể lắng có kích thước rất lớn (gần như lắng tĩnh) mới lắng được các hạt cặn bé Do đó công trình xử lý rất cồng kềnh, chiếm diện tích và kinh phí xây dựng lớn Năm 1600 việc dùng phèn nhôm để keo tụ nước được các nhà truyền giáo Tây Ban Nha phổ biến tại Trung Quốc Năm 1800 các thành phố ở châu Âu, châu Mỹ đã

có hệ thống cấp nước khá đầy đủ thành phần như công trình thu, trạm xử lý, mạng lưới …

Năm 1810 hệ thống lọc nước cho thành phố được xây dựng tại Paisay- Scotlen.Năm 1908 việc khử trùng nước uống với qui mô lớn tại Niagara Falls, phía Tây Nam New york Thế kỷ XX kỹ thuật cấp nước ngày càng đạt tới tình độ cao và còn tiếp tục phát triển, các loại thiết bị cấp nước ngày càng đa dạng phong phú và hoàn thiện Thiết bị dùng nước trong nhà luôn được cải tiến để phù hợp và thuận tiện cho người sử dụng Kỹ thuật điện tử và tự động hóa cũng được sử dụng rộng rãi trong cấp thoát nước Có thể nói kỹ thuật cấp nước đã đạt đến trình độ rất cao về công nghệ xử lý, máy móc trang bị thiết bị và hệ thống cơ giới hóa, tự động hóa trong vận hành, quản lý

1.3.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam

Ở Việt Nam, hệ thống cấp nước đô thị được bắt đầu bằng khoan giếng mạch nông tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh vào năm 1894 Nhiều đô thị khác như Hải Phòng, Đà Nẵng… hệ thống cấp nước đã xuất hiện, khai thác cả nước ngầm và nước mặt Hiện nay hầu hết các khu đô thị đã có hệ thống cấp nước.Nhiều trạm cấp nước đã áp dụng công nghệ tiên tiến và tự động hóa của các nước phát triển như Pháp, Phần Lan, Australia… Hiện nay Đảng và nhà nước đang quan tâm đến vấn

đề cấp nước cho nông thôn, đòi hỏi các chuyên gia trong lĩnh vực cấp nước cần phải đóng góp sức mình và sáng tạo nhiều hơn để đáp ứng yêu cầu thức tế

Công nghệ đang áp dụng

 Hiện nay ở đô thị sử dụng nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm Ngoài

ra, một số hộ vùng ven đô và nông thôn có sử dụng cả nước mưa Trong toàn quốc,

tỷ lệ sử dụng nguồn nước mặt khoảng 60%, nước ngầm khoảng 40% Ở các thành

[5]

[7]

phố lớn, các NMN có công suất khoảng từ vài chục ngàn m3/ngày.đêm tới vài trăm ngàn m3/ngày.đêm Tiêu biểu như: NMN Thủ Đức (TP HCM) có tổng công suất 1.200.000 m3/ngày.đêm, các NMN xử lý nước ngầm ở Hà Nội có công suất từ 30.000 - 60.000 m3/ngàyđêm (thường chia thành đơn nguyên 30.000 m3/ngàyđêm, xây dựng thành từng đợt, nhà máy nước Sông Đà 600.000 m3/ngàyđêm, giai đoạn 1

đã xây dựng 1 đơn nguyên 300.000 m3/ngàyđêm đã hoạt động) Tại các thành phố, thị xã trực thuộc tỉnh, các NMN có công suất phổ biến từ 10.000 m3/ngàyđêm tới 30.000 m3/ngàyđêm Các trạm cấp nước của các thị trấn thường có công suất từ

1000 m3/ngày.đêm tới 5.000 m3

/ngàyđêm, phổ biến nhất xung quanh 2.000

m3/ngàyđêm

Công nghệ và công trình xử lý nước

 Công nghệ xử lý nước mặt phổ biến là:

Keo tụ + lắng + lọc nhanh trọng lực + khử trùng

 Công nghệ xử lý nước ngầm chủ yếu là khử sắt ( hoặc khử mangan) bằng phương pháp:

Làm thoáng + lắng tiếp xúc + lọc nhanh trọng lực + khử trùng

Các công trình đơn vị trong trạm xử lý đa dạng

 Các công trình keo tụ ( đa số dùng phèn nhôm, PAC) với bể trộn đứng, trộn cơ khí, bể tạo bông có vách ngăn ziczac, tạo bông có tầng cặn lơ lửng, tạo bông kiểu cơ khí

 Các công trình lắng: bể lắng đứng ( cho trạm công suất nhỏ) bể lắng ngang thu nước cuối bể, thu nước bề mặt được sử dụng khá rộng rãi ở các dự án thành phố, thị xã, bể lắng ngang lamen được sử dụng tại 6 tỉnh miền núi phía Bắc: Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ, Hoà Bình, Hưng Yên và sân bay Đà Nẵng Loại bể đang được phổ biến ở một số địa phương khác như bể lắng Pulsator ( công nghệ Pháp) được dùng ở Nam Định, Cần Thơ và bể lắng ly tâm ( Thái Bình) là 2 loại bể lằng ít được

sử dụng

 Các công trình lọc: Bể lọc nhanh trọng lực ( lọc hở với vật liệu lọc là cát) được dùng rộng rãi, được dùng khá nhiều ở các dự án cấp tỉnh, thành phố

 Các công trình làm thoáng: Phổ biến dùng tháp làm thoáng tự nhiên ( Dàn mưa), một số ít dùng thùng quạt gió ( làm thoáng cưỡng bức), một số trạm khác dùng tháp làm thoáng tải trọng cao theo nguyên lý làm việc của Ejector Chất lượng nước sau xử lý hầu hết đạt tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn cuả tổ chức y tế thế giới Một số nhà máy còn một vài chỉ tiêu chưa đạt như mangan, amôni, arsenic

Cấp nước nông thôn - Các loại mô hình cấp nước sinh hoạt nông thôn

 Người dân nông thôn Việt Nam tuỳ điều kiện của mình đã sử dụng cả 3 loại nguồn nước (nước mưa, nước ngầm và nước mặt) cho nhu cầu cấp nước phục

vụ sinh hoạt Từ những đặc điểm riêng biệt từng vùng ở nông thôn Việt Nam hiện đang tồn tại 2 loại hệ thống công trình cấp nước cơ bản:

• Các công trình cấp nước phân tán: Các công trình cấp nước nhỏ lẻ truyền thống phục vụ cho từng hộ gia đình, những nhóm hộ dùng nước hay các cụm dân cư sống độc lập, riêng lẻ mật độ thấp…

• Các công trình cấp nước theo kiểu công nghiệp tập trung: Hệ thống dẫn nước tự chảy và hệ thống bơm dẫn nước phục vụ cho các thị trấn, thị tứ, các cụm dân cư sống tập trung của xã

Một trong những Thành phố tiên phong trong xây dựng các công trình xử lý nước ở việt Nam hiện nay không thể không nhắc tới Thành phố Đà Nẵng Trước năm 1954 toàn thành phố Đà Nẵng đều sử dụng nước ngầm với 36 giếng khoan ở

độ sâu 30 đến 50 mét Các giếng khoan này chia thành một số nhóm, mỗi nhóm cung cấp nước cho một khu vực nhỏ và hình thành một mô hình cung cấp nước bao gồm: Giếng khoan - trạm bơm giếng - đài nước và đường ống cấp nước Do nhu cầu khai thác nước ngày càng tăng và thành phố ngày càng phát triển nên các giếng khoan này càng bị nhiễm mặn, nhiễm bẩn, phải ngừng hoạt động dần Đến năm

1971, hai nhà máy nước khai thác nước mặt sông Cẩm Lệ đã được xây dựng

Một trong hai nhà máy được xây dựng sớm nhất ở Đà Nẵng là NMN Cầu

Đỏ công suất hiện nay là 120.000 m3/ngàyđêm Với kinh nghiệm thực tiễn, đã xử lý thành công nguồn nước cấp cho người dân tại đây với quy trình xử lý như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước nhà máy nước Cầu Đỏ

Bể chứa

Trạm bơm cấp II

Mạng luới tiêu thụ

Clo khử trùng Clo khử

[9]

Chương 1 : Tổng quan

Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ

Nước từ sông Cẩm Lệ sẽ chảy vào cửa thu nước đặt sát mép sông Cửa thu nước được lắp đặt van đóng mở, lưới chắn rác phía ngoài và song chắn rác phía trong có tác dụng cản rác không cho vào đường ống Tiếp đến nước sẽ tự chảy vào

hồ sơ lắng xây dựng phía trong cửa thu nước theo đường ống D = 900mm Tại đây nước được trung hoà và lắng sơ bộ Các máy bơm của trạm bơm cấp I bơm nước lên

và đẩy lên ngăn trộn Hoá chất được châm vào trong đường ống từ trạm bơm cấp I lên bể hoà trộn bằng bơm định lượng có Q = 2.000l/h và áp lực đẩy 4kg/cm

Nước từ bể trộn sẽ chảy qua 4 ngăn phản ứng Nhờ các vách ngăn nước chuyển động trong bể luôn thay đổi theo chiều dòng chảy làm cho dòng chảy bị xáo trộn, dẫn đến các hạt cặn trong nước có điều kiện va chạm với nhau tạo thành các bông cặn lơ lửng Nước có chứa các bông cặn lơ lửng được đưa sang bể lắng lamel-

la Tại đây nước được chuyển động từ dưới lên tạo với phương ngang theo chiều nghiêng 60o Nước được di chuyển trong các tấm lamen nhờ đó dòng chảy không bị xáo trộn và các bông cặn được liên kết tạo các bông cặn lớn và lắng xuống đáy bể

Tiếp đến nước từ phần trên của bể lắng lamella được đưa qua cụm bể lọc nhanh một lớp vật liệu với chiều cao lớp cát lọc 1,2m Trong quá trình lọc cặn sẽ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc Nước lọc sẽ được thu bằng các chụp lọc Nước sau lọc được clo hoá với định lượng 20 kg/h để diệt tất cả vi khuẩn trong nước và đưa vào bể chứa nước sạch để dự trữ Từ đó trạm bơm cấp II sẽ cung cấp cho mạng lưới cấp nước của thành phố

1.4 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, sự phát triển, mở rộng sản xuất cũng như số lượng tham gia của các Doanh nghiệp đang có chiều hướng gia tăng trong KCN Suối Dầu, chủ yếu là các ngành chế biến thủy sản và thức ăn gia súc, các ngành này cần sử dụng lượng nước lớn cho quá trình sản xuất Điều này có nghĩa là trong tương lai lượng nước sạch cần cung cấp sẽ gia tăng đáng kể So sánh về hiệu quả kinh tế và hiệu quả xử lý giữa PAC và phèn nhôm truyền thống thì PAC luôn cho hiệu quả cao hơn, tuy nhiên vì PAC mới được đưa vào sử dụng, điều kiện xử lý về

pH và hàm lượng PAC thích hợp vẫn chưa được nghiên cứu kỹ nên cho hiệu quả xử

lý chưa cao Vì vậy tôi thực hiện đề tài này nhằm góp phần cải thiện những vấn đề nêu trên

1.5 Nội dung nghiên cứu

 Khảo sát quy trình và hệ thống thiết bị xử lý nước cấp tại trung tâm cấp nước sạch thuộc KCN Suối Dầu

• Khảo sát quy trình xử lý nước cấp

• Khảo sát danh mục, nồng độ các hóa chất sử dụng  Thực hiện thí nghiệm thăm dò để xác định khoảng pH và hàm lượng PAC tối ưu

 Xác định giá trị pH và hàm lượng PAC tối ưu theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm

 Thử nghiệm và hoàn thiện quy trình keo tụ-tạo bông trên mô hình

Chương 2 : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nước thô lấy từ trạm bơm cấp I của Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu Nước thô ban đầu chưa qua bất kỳ xử lý, được lấy vào thùng và vận chuyển từ Trạm xử lý về phòng thí nghiệm Trường Đại học Nha Trang

- Máy đo quang DR2000 - pH kế

- Cân phân tích - Máy Jartest

- Bơm nước thải - Bơm định lượng hóa chất

- Mô hình bể lắng - Mô hình bể điều hòa

- Mô hình bể phản ứng keo tụ - Mô hình bể tạo bông

2.1.3.2 Dụng cụ

- Thùng đựng nước thô - Đũa thủy tinh

- Cốc thủy tinh 1000ml - Cốc thủy tinh 250ml

- Cốc thủy tinh 100ml - Bình định mức 1000ml

- Pipet man - Ống đong 1000ml

- Ống đong 250 ml - Ống đong 100ml

- Pipet 25 ml - Pipet 10 ml

2.2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nước

2.2.1 Mục đích của quá trình xử lý nước

Mục đích của quá trình xử lý nước là:

 Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hóa học, vi trùng học để thỏa mãn các nhu cầu về ăn uống sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ sinh hoạt công cộng của các đối tượng dùng nước

 Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không chứa các chất gây vẩn đục, gây ra màu, mùi,vị của nước

 Cung cấp nước có đủ thành phần khoáng chất cần thiết bảo vệ sức khỏe của người tiêu dùng

 Để thỏa mãn các yêu cầu nêu trong các điểm trên thì nước sau xử lý phải đạt các chỉ tiêu chất lượng thỏa mãn Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

2.2.2 Chất lượng nước thô thích hợp với các quá trình xử lý nước

Phần lớn các nguồn nước từ thiên nhiên dùng làm nguồn nước ở Việt Nam

có chỉ tiêu chất lượng không thỏa mãn (bảng 1.1) tiêu chuẫn vệ sinh theo quy định nhà nước Do đó phải xử lý nước thô trước khi cấp cho các đối tượng tiêu thụ Nhà nước đã ban hành tiêu chuẩn TCVN 5942-1995 quy định nguồn nước mặt sử dụng làm nguồn nước cấp

Tiêu chuẩn đã chia nguồn nước mặt và nước ngầm dùng làm nguồn cấp nước thành ba loại theo các chỉ tiêu chất lượng của nước thô như sau :

1 Nước thô đạt chỉ tiêu chất lượng loại A : áp dụng các quy trình xử

lý đơn giản, lọc trực tiếp, khử trùng rồi cấp cho người tiêu thụ

2 Nước thô đạt chỉ tiêu chất lượng loại B : áp dụng các quy trình xử

lý truyền thống ; pha phèn, khuấy trộn, keo tụ, lắng, lọc, khử trùng …

3 Nước thô đạt chỉ tiêu chất lượng loại C : áp dụng quy trình xử lý đặc biệt như ; khử NH3, NO2,H2S, khử mangan, sắt, khử màu, khử mùi, khử trùng … trước khi cấp cho người tiêu thụ

[2]

[4]

Chương 2 : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.2.3 Các quá trình xử lý nước

2.2.3.1 Hồ chứa và lắng sơ bộ

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

2.2.3.2 Song chắn rác và lưới chắn

Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có kích thước như cành cây, nhánh cây con khi đi qua máy bơm vào các công trình xử lý có thể bị tán nhở hoặc thối rữa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu của nước

2.2.3.3 Bể lắng cát

Bể lắng cát tạo điều kiện để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,6, để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng

2.2.3.4 Làm thoáng

Nhiệm vụ của công trình làm thoáng trong dây chuyền công nghệ xử lý là:

 Hòa tan oxy trong không khí vào nước để oxy hóa sắt II, Mangan II

về sắt III, mangan IV thành các hợp chất Fe(OH)3 và Mn(OH)4 ở dạng kết tủa, dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng quá trình lắng và lọc

 Khử khí CO2, H2S có trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hóa, thủy phân sắt và mangan, nâng cao năng suất của các công trình lắng và lọc với mục đích khử sắt và mangan

 Quá trình làm thoáng tăng hàm lượng oxy hòa tan trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và màu của nước

[4]

Có hai phương pháp làm thoáng sau :

 Đưa nước vào trong không khí : cho nước phun thành tia hay thành mang mỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hoặc chảy trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng như ở các dàn làm thoáng cưỡng bức

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

Hiệu quả của quá trình làm thoáng phụ thuộc vào:

 Chênh lệch nồng độ (hay còn biểu thị bằng chênh lệc áp suất riêng phần) của khí cần trao đổi trong hai pha khí-nước, độ chênh lệch nồng

độ biểu thị thực tế bằng cường độ tưới nếu dùng giàn làm thoáng tự nhiên, hoặc bằng tỷ lệ gió-nước nếu dùng giàn làm thoáng cưỡng bức

 Diện tích tiếp xúc giữa hai pha khí và nước, diện tích tiếp xúc càng lớn quá trình trao đổi khí diễn ra càng nhanh

 Thời gian tiếp xúc giữa hai pha khí-nước trong công trình, thời gian tiếp xúc càng lớn mức độ trao đổi càng triệt để

 Nhiệt độ của môi trường, nhiệt độ tăng có lợi cho quá trình khử khí

ra khỏi nước và bất lợi cho quá trình hấp thụ và hòa tan khí vào nước

và ngược lại

 Bản chất của khí được trao đổi

2.2.3.5 Clo hóa sơ bộ

Clo hóa sơ bộ là quá trình đưa clo vào nước trước bể lắng, bể lọc nhằm :

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

 Oxi hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương đương

 Oxi hóa chất hữu cơ để khử màu

 Trung hòa amoni, cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài

Chương 2 : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

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

Clo hóa sơ bộ có các nhược điểm sau :

 Tiêu tốn lượng clo gấp ba đến bốn lần lượng clo cần dùng cho khử trùng nước sau bể lọc, làm tăng giá nước thành sau xử lý

 Gần đây các nhà dịch tễ học phát hiện ra phản ứng của clo với các chất hữu cơ trong nước tạo ra các hợp chất trihalomethane, là chất gây

ra bệnh ung thư cho người sử dụng nước, vậy không nên áp dụng quy trình clo hóa sơ bộ cho các nguồn nước mặt chứa nhiều chất hữu cơ

2.2.3.6 Quá trình khuấy trộn hóa chất

Mục đích cơ bản của quá trình khuấy trộn hóa chất là tạo ra điều kiện phân tán nhanh và đều hóa chất vào toàn bộ khối nước cần xử lý Quá trình trộn phèn đòi hỏi phải trộn nhanh và đều phèn vào nước xử lý, vì phản ứng thủy phân tạo nhân keo tụ xảy ra rất nhanh chóng, nếu không trộn đều và trộn kéodài thì không tạo ra

đủ các nhân keo tụ chắc và đều trong khối thể tích nước, hiệu quả lắng sẽ kém và tốn hóa chất Việc lựa chọn điểm cho hóa chất vào để trộn đều với căn cứ vào tính chất và phản ứng hóa học tương hỗ giữa các hóa chất với nhau, giữa hóa chất với các chất có trong nước xử lý theo quy trình công nghệ được chọn

2.2.3.7 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn

Mục đích của quá trình keo tụ và tạo bông cặn là tạo ra tác nhân có khả năng dính kết các chất làm bẩn nước ở dạng hòa tan lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng trong các bể lắng và dính kết trên bề mặt hạt của lớp vật liệu lọc với tốc

độ nhanh và kinh tế nhất

Khi trộn đều phèn với nước xử lý lập tức xảy ra các phản ứng hóa học và lý hóa tạo thành hệ keo dương phân tán đều trong nước, khi được trung hòa hệ keo dương này là các hạt nhân có khả năng dính kết với các keo âm phân tán trong nước

để tạo thành các bông cặn, do đó quá trình tạo nhân dính kết gọi là quá trình keo tụ, quá trình dính kết cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trình phản ứng tạo bông cặn

Hiệu quả của quá trình tạo bông cặn 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 nếu là keo

tụ trong môi trường thể tích, phụ thuộc vào độ đục và nồng độ cặn của nước thô đã được dính kết từ trước nếu keo tụ trong lớp vật liệu lọc

Có ba loại cặn cơ bản thường gắn liền với quá trình lắng trong xử lý nước như sau :

1 Lắng các hạt cặn phân tách riêng lẻ, trong quá trình lắng hạt cặn không thay đổi hình dáng, độ lớn, tỷ trọng, trong xử lý nước thiên nhiên thường là cặn không pha phèn và công trình lắng thường gọi là lắng sơ bộ để giảm độ đục của nước nguồn

2 Lắng các hạt cặn dạng keo phân tán, trong xử lý nước thiên nhiên gọi lắng cặn đã được pha phèn Trong quá trình lắng, các hạt cặn có khả năng dính kết với nhau thành các bông cặn lớn, và ngược lại các bông cặn lớn có thể bị vỡ ra thành các mảng nhỏ hơn nên trong khi lắng các bông cặn thường bị thay đổi kích thước, hình dạng và tỷ trọng

3 Lắng các hạt cặn đã đánh phèn có khả năng dính kết với nhau như loại cặn đã nêu trên nhưng với nồng độ lớn, thường lớn hơn

Chương 2 : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

lơ lửng trong bể lắng, các bông cặn này tạo thành đám mây cặn liên kết với nhau và dính kết để giữ lại các hạt cặn bé phân tán trong nước Trong thực tế xử lý nước thường phải lắng cặn loại 2 và loại 3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng cặn keo tụ là :

 Kích thước, hình dạng và tỷ trọng của bông cặn

 Độ nhớt và nhiệt độ của nước

 Thời gian lưu nước trong bể lắng

 Chiều cao lớp nước trong bể lắng

 Diện tích bề mặt bể lắng

 Tải trọng bề mặt của bể lắng hay tốc độ rơi của hạt cặn

 Vận tốc dòng nước cháy trong bể lắng

 Hệ thống phân phối nước vào bể và hệ máng thu nước ra khỏi bể Hiệu quả lắng phụ thuộc nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn Bể tạo bông cặn tạo ra các hạt càng to, bền và nặng thì hiệu quả lắng càng cao

Nhiệt độ nước càng cao, độ nhớt càng nhỏ, sức cản của nước đối với các hạt cặn càng giảm làm tăng hiệu quả quá trình lắng

2.2.3.9 Quá trình lọc

Lọc là quá trình không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc và còn giữ lại các hạt keo sắt, keo hữu cơ gây ra độ đục và độ màu, có kích thước bé hơn nhiều lần kích thước các lỗ rỗng nhưng có khả năng dính kết và hấp thụ lên bề mặt hạt lớp vật liệu lọc Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc nước qua bể lọc hạt là :

 Kích thước hạt lọc và sự phân bố các cỡ hạt trong lớp vật liệu lọc

 Kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng, nồng độ và khả năng dính kết của cặn bẩn lơ lửng trong nước xử lý

 Tốc độ lọc, chiều cao lớp lọc, thành phần của lớp vật liệu lọc và độ chênh áp lực dành cho tổn thất của một chu kỳ lọc

 Nhiệt độ và độ nhớt của nước

2.2.3.10 Khử trùng nước

Để đảm bảo an toàn về mặt vi trùng học, nước trước khi cấp cho người tiêu thụ phải được khử trùng Để khử trùng thường dùng các biện pháp tiêu diệt vi khuẩn

và vi trùng có trong nước như:

 Đun sôi nước

 Tính chất xử lý nước như : số lượng vi khuẩn, hàm lượng chất hữu

cơ và các chất khử có trong nước

 Nhiệt độ trong nước

 Liều lượng Clo

Thời gian khuấy trộn và tiếp xúc của Clo tự do với nước :

 Thời gian tiếp xúc của clo với nước theo quy định của tiêu chuẩn Việt Nam phải lấy trên 30 phút

 Thời gian tiếp xúc 30phút, lượng Clo tự do dư trong nước 0,3mg/l

2.2.3.11 Ổn định nước

Xử lý ổn định nước là quá trình khử tính xâm thực của nước, tạo ra mặt trong

thành ống màng bảo vệ cách li không cho nước tiếp xúc trực tiếp vật liệu làm ống

Tác dụng của màng bảo vệ là :

 Chống gỉ cho ống thép và các phụ tùng trên đường ống

 Không cho nước hòa tan vôi trong thành phần xi măng của lớp tráng mặt trong ống gang, mặt thành trong của các ống bêtông

Hóa chất dùng ổn định nước : Hexametaphotphat, silicat natri, sôđa, vôi…

Chương 2 : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.2.4.1 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500 mg/L

Hình 2.1 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500mg/L 2.2.4.2 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500 mg/L

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500mg/L 2.2.4.3 Khi nguồn nước là nước ngầm

Giàn mưa hay thùng quạt gió

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch

Từ trạm

bơm giếng

Chất khử trùng

Bể lắng tiếp xúc

Bể trộn

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch Nguồn

Chất khử trùng Chất keo tụ

Chất kiềm

hóa

Bể phản ứng

Bể lắng

Bể trộn

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch Nguồn

Chất khử trùng Chất keo tụ

Chất kiềm hóa

Bể phản ứng

Bể lắng

Hình 2.3 Một số quy trình xử lý nước ngầm 2.2.4.4 Khi nguồn nước là nước mặt

Hình 2.4 Một số quy trình xử lý nước mặt 2.3 Lý thuyết về phương pháp keo tụ

2.3.1 Cơ sở khoa học của quá trình keo tụ

2.3.1.1 Phân loại các tạp chất trong nước theo kích thước

Trong nước luôn luôn tồn tại các tạp chất có kích thước khác nhau, từ các dạng ion không nhìn thấy được, cho đến các tập chất thô nhìn thấy được Trên cơ sở

đó Kulsky đề xuất phân loại nước tự nhiên theo độ phân tán của tạp chất tồn tại trong nước, và các phương pháp khảo sát và công nghệ xử lý thích hợp sau:

Bể lắng nhanh

Bể chứa nước sạch

Chất khử trùng

Bể kết bông

Bể trộn

Bể trộn

cơ khí

Bể lắng ngang Lọc nhanh Nguồn

Chương 2 : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Bảng 1.2 Phân loại nước theo kích thước tạp chất

Đặc trưng

Có thể nhìn thấy được bằng mắt hoặc kính hiển vi quang học

Hạt keo kích thước nhỏ, nhìn bằng mắt, kính hiển vi bình thường không thấy được

Các chất hữu cơ hòa tan, khí hòa tan, kích thước hạt chất tan ở mức phân tử

Chủ yếu là vô

cơ tan, phân ly Kích thước các hạt tan ở cấp độ phân tử và nguyên tử

Tính chất

Thường không bền, bị lắng hoặc tách lớp khi để tĩnh, chỉ tồn tại nhờ chuyển động của nước

Đây là hệ bền (khó lắng) nhờ cấu trúc đặc biệt của các hạt keo

Có thể thể hiện tính chất của phenol, alcol, có thể gây độ màu, mùi, gây đôc

Các cặn lơ lửng khó lắng lọc đều là những hạt keo kích thước rất nhỏ

Dạng tồn

tại

Nhũ tương và huyền phù

Hệ phân tán tinh

Vi khuẩn

Hạt keo Các chất humic Virus

Khí hòa tan Chất hữu cơ tan Chất phân ly hữu

cơ

Cation Anion

Hiển vi điện tử Điện thẩm tách Tán xạ Reley

Lọc màng bán thấm Phổ tử ngoại – khả kiến

[6]

2.3.1.2 Cơ chế keo tụ – tạo bông

Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn các hạt luôn có xu hướng

co cụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiện tượng giọt nước, giọt thủy ngân luôn tự vo tròn để giảm diện tích bề mặt)

Về nguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có xu thế hút nhau nhờ các lực bề mặt Mặt khác do các hạt keo cùng loại luôn tích điện cùng dấu (đặc trưng bởi thế ) nên các hạt keo luôn đẩy nhau bởi lực đẩy tĩnh điện theo định luật Coulomb, xu hướng này làm hạt keo không thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng xuống nhờ trọng lực như những hạt không tích điện Như vậy thế 

càng lớn (hạt keo càng tích điện) thì hệ keo càng bền (khó kết tủa) Trong trường hợp lý tưởng, nếu thế  0 thì hạt keo biến thành cấu tạo tụ điện phẳng, hạt sẽ không khác gì các hạt không tích điện nên dễ dàng hút nhau để tạo hạt lớn hơn có thể lắng được Đây là cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ

Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ Hiện tượng này xảy ra khi thế  được triệt tiêu Hiện tượng keo tụ có tính thuận nghịch nghĩa là hạt keo đã keo tụ có thể tích điện trở lại và trở nên bền Các hóa chất gây keo tụ thường là các loại muối vô

cơ và được gọi là chất keo tụ

Một cách khác để làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng là dùng các tác nhân thích hợp "khâu" chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông và được thực hiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, quá trình tạo bông là bất thuận nghịch Các chất có khả năng tạo bông được gọi là chất tạo bông hoặc chất trợ keo

tụ

Như vậy, để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây

1 Phá tính bền của hệ keo do lực đẩy tĩnh điện bằng cách thu hẹp lớp điện kép tới mức thế  0, khi đó lực đẩy tĩnh điện hat – hạt bằng không, tạo

Chương 2 : Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

tủa Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu

để trung hòa điện tích hạt keo Điện tích trái dấu này thường là các ion keo loại đa hóa trị

2 Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ - bám dính (hiệu ứng quét)

3 Dùng những chất cao phân tử - trợ keo tụ để hấp phụ "khâu" các hạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông cặn) để lắng

(1) Cơ chế nén lớp điện tích kép nhằm giảm thế ξ :

Khi bổ sung các ion trái dấu vào nước với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và làm tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện Mức giảm điện thế phụ thuộc vào nồng độ và hóa trị của các ion trái dấu đưa vào

Nồng độ và hóa trị của ion bổ sung vào càng cao, quá trình trung hòa điện tích càng nhanh, lực đẩy tĩnh điện càng giảm Đến một lúc nào đó, lực hút Wan der Walls (lực hấp dẫn) thắng lực đẩy tĩnh điện, các hạt keo xích lại gần nhau, kết dính

với nhau và tạo thành bông keo

(2) Cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích :

Ngoài cơ chế nén lớp điện tích kép, các hạt keo cũng hấp phụ lên bề mặt các ion dương trái dấu, làm thay đổi điện tích bề mặt hạt keo Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion tích điện cao được hấp phụ tạo nên sự trung hòa điện tích, ví dụ các nhóm hydroxit kim loại tích điện dương, các polymer hữu cơ cation và các ion kim loại hóa trị cao Các ion này phá vỡ trạng thái bền của hệ keo nhờ cơ chế nén điện tích kép và cơ chế hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt hạt keo, làm giảm thế điện động zeta, giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo điều kiện cho các hạt keo kết dính vào nhau, trong đó cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích đóng vai trò đáng kể

Tuy nhiên, lượng ion trái dấu đưa vào chỉ có được hiệu quả tối ưu ở một giá trị nào đó, khi lượng ion trái dấu đưa vào vượt quá giá trị đó sẽ xảy ra hiện tượng tái

ổn định của hệ keo trong nước, thúc đẩy quá trình tích điện trở lại đối với các hạt keo, làm tăng thế điện động zeta và hiệu quả quá trình keo tụ giảm đi

Hình a mô tả sự phụ thuộc giữa điện thế bề mặt hạt keo và lượng ion trái dấu đưa vào, hình b trình bày hiệu quả của quá trình keo tụ phụ thuộc vào lượng ion trái dấu có trong dung dịch Hiệu quả tối ưu đạt được khi lượng ion trái dấu đưa vào đạt giá trị tối ưu, ngược lại sẽ làm giảm hiệu quả của quá trình keo tụ

Hình 2.5 Hiệu quả của cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích các ion trái dấu

(3) Cơ chế hấp phụ - bắc cầu :

Khi sử dụng chất keo tụ là hợp chất polymer, nhờ cấu trúc mạch dài, các phân tử polymer hấp phụ lên bề mặt keo, tạo ra cầu nối với nhau, hình thành bông keo tụ có kích thước lớn làm tăng tốc độ lắng của các hạt keo Khả năng tạo bông keo tụ nhờ cơ chế bắc cầu, phụ thuộc vào nhóm polymer và hạt keo trong nước, quá trình hấp thụ của các chất polymer lên bề mặt hạt keo cũng như số lượng hạt keo trong dung dịch

Lượng polymer tối ưu đưa vào dung dịch được xác định bằng thực nghiệm Nồng độ tối đa bổ sung thường tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt các hạt keo có trong dung dịch Quá trình tạo bông keo với các polymer nhờ cơ chế bắt cầu được thực

(a)

(b)

–

Lƣợng ion trái dấu cho vào

Lƣợng ion trái dấu cho vào

0%

100%

[6]