bài giảng cấp nước và xử lý chất thải-trần văn vương

Chất hữu cơ + các loài VSV CO2 Lớp đất trên bề mặt CO2+ H2O H2CO3 Nước ngầm với lượng canxi cao Quá trình ngấm xuống của acid yếu Đất CaCO3 + H2CO3 CaHCO32 Đá vôi... - Chất lượng nguồn c

Please purchase a personal license CẤP NƯỚC

VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI

Biên soạn: Trần Văn Vương

Nha Trang, tháng 07 năm 2011

BÀI GIẢNG

NỘI DUNG CHÍNH

Phần I: Kỹ thuật cấp nước.

Chương 1: Khái quát về nước cấp

Chương 2: Các quá trình XLNC cơ bản

Chương 3: Hệ thống phân phối nước

NỘI DUNG CHÍNH

Phần II: Kỹ thuật xử lý chất thải.

Chương 1: Khái quát về chất thải.

Chương 2: Một số PP thu gom & xử lý

chất thải cơ bản.

Chương 3: Lựa chọn PPXL và mơ hình.

KHKT HN.

Nội.

3- TS Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết

kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, HN.

4- TS Nguyễn Đức Lượng (2003), Công nghệ

sinh học môi trường (T1), NXB ĐHBK,

TPHCM.

next

8

9

10

- Tổng quan về 1 vòng tuần hoàn nước cấp:

Các nguồn nước tự

nhiên Khai thác vàxử lý Phân phối và sửdụng

Thu gom và xử

next

chất độc hại,

VSV…

14

a) Chất lượng nước thô

- Trong tự nhiên không tồn

tại các nguồn nước

nguyên chất mà chỉ có

các nguồn nước thô.

- Tùy thuộc vào địa hình và

các điều kiện môi trường

xung quanh mà các

nguồn nước tự nhiên có

thể có chất lượng khác

nhau.

next

next

có:

người.

Chất hữu cơ + các loài VSV CO2 Lớp đất trên bề mặt

CO2+ H2O H2CO3

Nước ngầm với lượng canxi cao Quá trình ngấm xuống của acid yếu Đất CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2 Đá vôi

b) Chọn nguồn cấp.

- Chất lượng nguồn cấp có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý nước.

- Nguồn nước quyết định tính chất và

các hạng mục công trình (số lượng

thiết bị và công nghệ xử lý Quyết

định kinh phí đầu tư xây dựng và giá thành sản phẩm

next

20

1.3 Các biện pháp và dây chuyền

công nghệ xử lý nước

next

…

next

next

thoáng.

next

25

b) Dây chuyền công nghệ

xử lý nước.

KN: Quá trình xử lý nước

phải qua nhiều công đoạn,

mỗi công đoạn lại được thực

hiện trong các công trình đơn

vị khác nhau Tập hợp các

công trình đơn vị theo một

trình tự từ đầu tới cuối gọi là

dây chuyền công nghệ xử lý

nước (DCCNXLN).

next

duïng.

mg/lít:

Từ trạm bơm

Cấp I tới Bể trộn Bể phản Bể

ứng lắng Bể lọcnhanh nước sạchBể chứaChất keo tụ

Chất kiềm hoá

Chất khử trùng

next

mg/lít:

Từ trạm bơm

Cấp I tới Bể phản Bể

ứng lắng Bể lọcnhanh nước sạchBể chứa

Chất khử trùng

Bể trộn Chất keo tụ

Chất kiềm hoá

Bể lắng

sơ bộ

next

Từ trạm bơm

giếng tới Giàn mưa hay

thùng quạt gió tiếp xúcBể lắng Bể chứanước

sạch

Bể lọc nhanh

Chất khử trùng

Chất oxy hoá mạnh

Chất điều chỉnh pH

•Chương 2

Các quá trình xử lý nước cấp cơ bản

???

2.1 Nguyên tắc chọn CNXL.

???

Keo tụ hoá học (chất vơ cơ) Ơxy hoá sinh học (chất hữu cơ)

Kết tủa hoá học

(chất vơ cơ)

Trao đổi khí

10 -4

• 2- Phương án chọn công nghệ.

• a) Với nguồn nước ngầm:

Nước thơ

Làm thoáng Oxy hóa

Lọc khử Fe 2+ , Mn 2+ Tạo bông và

lắng

ổn định lọc ổn định, điều

chỉnh pH

Lắng Lọc

Hấp thụ

Khử trùng, ổn định

Nước cấp

• VD: Cơng nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt (Hà Lan)

Giếng ngầm (100 -150 m)

Làm thoáng bằng Khuấy Tạo bơng

Lắng Lọc nhanh

• b) Với nguồn nước bề mặt:

Vi sàng Oxy hóa

(chất oxy hóa mạnh) Lắng sơ bộ Lọc ngầm qua đất, lọc chậm

- Tách rác, vật thô, mảnh vụn, vật nổi.

- Diệt VSV gây bệnh (ơxy hĩa chất hữu cơ).

- Hạn chế gây mùi vị Tạo hạt kết tinh kích thước

nhỏ nhằm thúc đẩy quá trình xử lý tiếp theo.

- Trộn hĩa chất với nước thơ chứa hạt kích thước nhỏ chưa thể lắng lọc được.

- Phá vỡ trạng thái bền của hệ keo trong nước

- Kết dính các hạt keo nhỏ tạo thành bơng cặn kích

thước lớn cĩ khả năng tách bằng lắng lọc

- Lắng tách bông cặn.

- Lọc tách bông cặn còn lại.

- Tăng cường thời gian lưu, khử trùng hồn tồn.

- Điều hòa lưu lượng nước giữa các giờ cao điểm.

Nước thơ

Ơxy hĩa sơ bộ

Lựa chọn hóa chất keo tụ

Khử trùng sau xử lý.

Hoá chất Ca(OH)2hoặc HCl

Lọc

2.2 Phương pháp xử lý cụ thể

2.2.1 PP keo tụ.

2.2.2 PP loại bỏ sắt và mangan.

2.2.3 PP làm mềm nước cứng.

2.2.4 PP lắng.

2.2.5 PP lọc.

2.2.6 PP khử trùng.

next

2.2.1 PP keo tụ.

a) Đặc điểm.

 Keo tụ là quá trình tạo hạt của

các chất lơ lửng dạng keo và hạt lơ

lửng có trong nước do lực dính kết

lẫn nhau dưới tác dụng của lực hút

phân tử của chính hạt keo đó

b) Mục tiêu của quá trình keo tụ.

với nhau, khi đó sẽ giảm khoảng cách

giữa các hạt ( để làm được điều này

người ta tạo nên chuyển động với

những tốc độ khác nhau, bằng cách

cho nước chuyển động trong các loại

bể lắng)

 Khi đó lực hút phân tử giữa các hạt

làm cho chúng có thể dính kết làm

tăng trọng lượng phân tử và lắng

xuống.

c) Phân loại.

loại bể chứa cho chúng tự keo tụ lại với nhau và thời

gian keo tụ thường rất lâu & hiệu quả lắng thấp.

keo tụ vào, làm quá trình lắng nhanh, hiệu quả cao

d) Nguyên lý của quá trình keo tụ.

 Bản chất của các hạt keo là các hạt mạng

điện Do đó để loại bỏ được nó ra khỏi nguồn

nước cấp thì chúng ta phải làm cho chúng kết

dính lại với nhau.

vào nước một loại hoá chất gọi là chất keo

tụ, có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến

thành hạt có kích thước lớn và lắng xuống.

next

 Trong thực tế sản xuất hiện

nay người ta thường dùng:

không ngậm nước,

Al2(SO4)3.18H2O, AlCl3 lỏng, ….

Aln(OH)p(Cl)q(SO4)f, chúng đặc

chưng bằng tỷ số mol: OH/Al =

0,4 – 0,6

VD: Poly Aluminium Chloride

(PAC)-[AL2(OH)LnCL6-n]m.

 Muối sắt: FeSO4.7H2O,

(lỏng), Fe2(SO4)3_Sunfat

feric (rắn).

d) Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả keo tụ.

1.Trị số pH.

2.Lượng chất keo tụ

3.Nhiệt độ của nước.

4.Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ.

5.Tạp chất trong nước: HCO3-, SO42-, Cl-,

2.2.2 Loại bỏ sắt và mangan

a) Đặc điểm.

nhau về dạng tồn tại.

 Trong nước bề mặt sắt và mangan tồn tại ở dạng hợp

phù, hoặc ở dạng hợp chất hữu cơ phức tạp ít tan.

 Trong nước ngầm , sắt & mangan thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe2+) & mangan (Mn2+), chúng là

cao và phân bố không đều trong các lớp trầm tích

Người ta thường thấy hàm lượng sắt cao hơn mangan.

b) Tại sao cần loại bỏ sắt và mangan.

- Khi nước có hàm lượng sắt và mangan cao thường:

sinh hoạt.

khi sử dụng sản xuất VD: cáu bẩn thiết bị trao đổi nhiệt, lò hơi, …

c) Phương pháp loại bỏ sắt & mangan cơ bản.

c) Một số phương pháp khử sắt & mangan.

1.Khử sắt & mangan bằng phương pháp làm

thoáng.

* Nguyên lý: Phương pháp này thực chất là quá

trình làm giàu oxy cho nước tạo điều kiện để sắt & mangan bị oxy hoá.

Fe2+ Fe3+ , Mn2+ Mn3+, Mn4+

sau đó dùng bể lọc để loại bỏ chúng.

 Làm thoáng có thể là

làm thoáng tự nhiên hay

làm thoáng nhân tạo.

52

O Fe

2 2

2 2

+

=

=

+ +

* Nhận xét:

thuận với [Fe2+], [O2] và tỷ lệ nghịch với bình

nhiều yếu tố: pH, O2, hàm lượng sắt, CO2, độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng Ngoài ra còn phụ

thuộc vào E0.

làm thoáng, quy phạm quy định:

 H2S < 0,2 mg/l ; NH4 < 1 mg/l.

 Độ oxy hoá của nước < 0,15 + 3 mg O2/l.

 Sau khi làm thoáng, nước phải có pH > 7, độ kiềm >

2 mg đlg/l.

2 Khử sắt và mangan bằng chất oxy hoá mạnh.

• * Nguyên lý : Fe2+ & Mn2+ dưới tác dụng của các

Mn4+.

• - Các chất oxy hoá mạnh thường dùng là Cl2, O3,

KMnO4, K2Cr2O7.

• Trong các phản ứng ở trên thì để oxy hoá 1 mg

thời độ kiềm của nước giảm đi 0,018 mg đl/l.

• + Nhận xét:

• - So với phương pháp làm thoáng, người ta thấy

khi dùng các chất oxy hoá mạnh thì phản ứng xảy

ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn ( pH < 6).

• - Nếu trong nước tồn tại các hợp chất như: H2S,

sắt & mangan.

d Một số thiết bị thường dùng

2.2.3 Làm mềm nước cứng

Độ cứng của nước là do các muối hoà tan trong nước: CaCl2, MgCl2, NaCl, CaSO4, Na2SO4, KNO3,

được biểu thị bằng độ cứng của nước.

Độ cứng của nước là gì???

1.Độ cứng tạm thời: Do các muối bicacbônat tan

trong nước tạo ra như: Fe(HCO3)2, Mn(HCO3)2,

Ca(HCO3)2, … dưới tác dụng của nhiệt độ chúng tạo

ra các chất kết tủa và lắng xuống.

Độ cứng của nước được chia thành mấy loại???

2.Độ cứng vĩnh cửu: Trừ các loại muối dạng

bicácbônat còn lại các muối sunfat, nitrat,

nhiệt độ chúng sẽ bám vào bề mặt trao đổi

nhiệt một lớp cặn cứng.

3.Độ cứng toàn phần: là tổng độ cứng tạm thời

và độ cứng vĩnh cửu.

10 mg CaO hoặc 7,14 mg MgO có trong 1 lít

 Tuỳ theo độ cứng của nước mà người ta chia chúng

ra làm 5 loại như sau:

> 28,1

> 10,0 Rất cứng

16,86 – 28,1 6,0 – 10,0

Cứng

8,43 – 16,86 3,0 – 6,0

Hơi cứng

4,2 – 8,42 1,5 – 3,0

Mềm

< 4,2

< 1,5 Rất mềm

0G

Mg đlg/l

Độ cứng của nước Phân loại nước

tốn xà phòng, nấu thức ăn lâu chín, …

chất lượng thực phẩm …

Aûnh hưởng của nước cứng thế

nào???

- Đặc biệt là trong nồ i hơi , các thiết bị nhiệt thì

chúng gây ra tác hại rất lớn, cụ thể:

nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị.

nồi hơi Do đó người ta phải xả váng liên tục cho

nồi hơi.

 Khi ngừng nồi hơi

người ta thấy: giữa

phần chứa hơi và chứa

nước của nồi hơi

(balông), phần bọt

váng bám vào có hiện

tượng bị ăn mòn.

công suất và hiệu suất

của nồi hơi, cặn bám

vào còn làm giảm tuổi

thọ của các thiết bị trao

đổi nhiệt, nồi hơi Đôi

khi còn dẫn tới nứt vỡ bề

mặt trao đổi nhiệt hay

nổ nồi hơi (do chênh

lệch về nhiệt độ ).

Làm mềm nước cứng bằng cách

nào???

1 Làm mềm bằng phương pháp nhiệt.

sự cân bằng hợp chất CO2 dẫn tới sự phân ly của

độ cứng cacbônat và một phần nhỏ độ cứng phi

cacbônat.

t 0

t 0

2 Làm mềm nước bằng phương pháp hoá học.

* Nguyên lý : Đưa vào nước các chất có khả năng

chất không tan và loại trừ khỏi nước bằng phương

pháp lọc.

75

phản ứng:

tủa mang theo chất bẩn lắng xuống.

- Nhiệt độ nước cấp để phản ứng xảy ra tốt nhất là

5 giờ.

• * Nhận xét :

• - Phương pháp này không khử được độ cứng

vĩnh cửu, chỉ khử được độ cứng tạm thời.

• - Phương pháp này ít được dung trong thực tế

đối với nước cấp nồi hơi, chúng chỉ được dùng

trong xử lý nước sinh hoạt, hay sản xuất.

* Nhận xét:

+ Phương pháp này có thể xử lý đuợc nước có độ

cứng tương đối cao Nước sau khi xử lý có thể có độ

kiềm tương ứng 1 – 1,5 mg đlg/l.

+ Nhiệt độ nước cấp tốt nhất là ở 700C, thời gian

phản ứng kéo dài 1,5 – 2,0 giờ.

+ Phương pháp này có thể dùng để xử lý nước nồi

hơi có công suất loại vừa và dùng để xử lý nước cấp

cho sinh hoạt + sản xuất.

này không có khả năng làm mềm nước hơn nữa

mỏng bảo vệ bề mặt tiếp nhiệt khỏi bị ăn mòn.

* Nhận xét:

- Ưu điểm:

+ Sự tạo thành các muối mới kết tủa tốt, nên việc

làm mềm nước triệt để hơn Độ cứng của nước sau

+ Phương pháp này có thể dùng cho nồi hơi có áp

suất thấp và trung bình (16 – 39 at).

bám vào bề mặt trao đổi nhiệt.

- Nhược điểm:

đắt tiền, do đó giá thành sản phẩm cao.

+ Phương pháp này cũng không xử lý triệt để độ

cứng, và nó chỉ thích hợp cho nước cấp của nhà

máy điện.

3 Làm mềm nước bằng từ trường.

hướng thẳng góc với đường sức), dưới tác dụng của

từ trường, các muối có trong nước mất khả năng

hoà tan (không có khả năng đóng cặn), chúng phân

tán thành những hợp chất dạng xốp lắng xuống đáy

nồi hơi và định kỳ được xả ra ngoài.

chảy qua từ trường thì bị mất điện tích, dẫn tới

chúng mất khả năng kết tinh thành cặn cứng để

dính bám trên bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt.

- Ngoài tác dụng chống đóng cáu cặn trên bề mặt

tiếp nhiệt, người ta còn thấy từ trường có khả năng

phá được những lớp cặn cũ đã bám trên bề mặt

tiếp nhiệt của thiết bị

* Thiết bị:

- Hiện nay trên thế giới

người ta đã chế tạo

được thiết bị làm mềm

nước bằng từ trường có

lưu lượng nước: 0,48 –

được tạo ra bởi 1 nam

trâm vĩnh cửu của dòng

điện xoay chiều hay 1

chiều.

* Nhận xét:

- Ưu điểm:

+ Thiết bị nhỏ, nhẹ, gọn.

+ Không tốn nhân công.

+ Chống đóng cáu cặn tốt.

- Nhược điểm:

+ Bộ phận điện dễ bị hỏng.

+ Hỏng thì khó thay thể và sửa chữa.

4 Làm mềm bằng trao đổi

ion.

* Nguyên lý : Dùng các chất có

khả năng trao đổi cation

thay thế cation của muối

khó tan và lắng xuống Các

cation dễ hoà tan thì theo

nước cấp đi ra ngoài.

- Thiên nhiên: Hải lục sa.

- Nhân tạo: Zeonit tổng hợp

- Chất hữu cơ.

- Chất vô cơ

- Nhựa tổng hợp.

- Tính axit mạnh: gốc – SO3H.

- Tính axit yếu: gốc – COOH.

- Chất cacbon: Than sunforric.

- Dạng cationit

- Dạng anionit

- Dạng khác.

- Tính kiềm mạnh.

- Dạng I:

- Dạng II:

- Tính kiềm yếu - Dạng I: (NH 3 )OH, (=NH2)OH.

- Dạng II: (=NH)OH.

- Dạng I: oxy hoá khử.

- Dạng II: khử vật hữu cơ, …

NH4R, … trong đó R

là gốc của cationit

không tan trong nước.

* Hoạt động:

- Lấy cationit natri làm ví dụ:

- Các muối mới tạo thành là muối không tạo ra

hiện tượng đóng cáu cặn.

- Tái sinh các cationit bằng NaCl, HCl

* Thiết bị.

Một số loại nhựa

3 Than anthracite

2 Nhựa trao đổi ion

1 Nhựa cation 220Na

2.2.4 Lắng nước

a) Đặc điểm.

nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong

nước.

nhỏ, các hạt lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của

nước dưới tác dụng của trọng lượng bản thân được lắng xuống.

tắc lắng ở trong chuyển động liên tục của dòng

nước với tốc đo bằng mm/s Với tốc độ đó dòng

nước mất khả năng “chuyển tải” do dòng rối gây

nên và gần đúng với quy luật ở trong nước tĩnh.

b) Phân loại quy luật lắng.

Người ta chia quy luật lắng làm 2:

và độ lớn trong quá trình lắng: Lắng các hạt phù

sa, cát của các nguồn nước đục …

năng dính kết, thay đổi hình dạng và độ lớn trong

quá trình lắng - các hạt hình thành trong quá trình

keo tụ và các hạt không đều.

c) Ph ân loại bể lắng.

1 Bể lắng đứng :

100

3 Beå laéng ly taâm

4 Xyclon thủy lực

2.2.5 Lọc nước

a) Đặc điểm.

liệu lọc nhằm tách các hạt cặn lơ lửng, các thể keo tụ và một phần VSV có trong nước

hơn cả về mặt: lý học, hóa học và sinh học.

giai đoạn cuối cùng của quá trình làm trong

nước.

Quá trình lọc được đặc trưng bởi 2 thông số cơ bản:

 Tốc độ lọc : Là lượng nước được lọc qua một đơn

vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị

thời gian (m/s, m/h).

 Chu kỳ lọc : Là khoảng thời gian giữa hai lần rửa

bể lọc, ký hiệu T (h).

b) Phân loại.

1.Theo tốc độ lọc:

+ Bể lọc chậm: tốc độ lọc 0,1 – 0,5 m/h.

+ Bể lọc nhanh: tốc độ lọc 5 – 15 m/h.

+ Bể lọc cao tốc: tốc độ lọc 36 – 100 m/h.

2.Theo chế độ dòng chảy.

+ Bể lọc trọng lực: là loại bể lọc hở, không áp.

+ Bể lọc áp lực: là bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra

nhờ áp lực nước từ phía trên lớp vật liệu lọc.

3.Theo cỡ hạt VLL.

+ Bể lọc cỡ hạt nhỏ: d < 0,4 mm.

+ Bể lọc cỡ hạt vừa: d = 0,4 – 0,8 mm.

+ Bể lọc cỡ hạt thô: d > 0,8 mm.

C- Thiết bị lọc.

đang được dùng phổ

biến trong thực tế

sản xuất thực phẩm

hiện nay.

+ Bể lọc một chiều.

+ Bể lọc hai chiều.

- Yêu cầu của VLL

dùng trong bể:

+ Có thành phần

cấp phối thích hợp,

đồng nhất.

+ Có độ bền cơ

học cao, ổn định

và bền hoá học.

VLL truyền thống

VLL mới

cốt thép, đôi khi dùng gạch xây.

113

2.2.6 Khử trùng nước

Tại sao phải khử trùng nước???

nguồn nước cấp tới giới hạn cho phép.

Mục đích của khử trùng nước???

• Khử trùng là khâu bắt buộc , cuối cùng trong quá

trình xử lý nước cấp cho mục đích ăn uống, sinh

hoạt và sản xuất

Khử trùng tại công đoạn nào???

1 Khử trùng bằng chất oxy hoá mạnh.

2 Khử trùng bằng các tia vật lý.

3 Khử tùng bằng sóng siêu âm.

4 Khử trùng bằng phương pháp nhiệt.

5 Khử trùng bằng iôn kim loại nặng.

Khử trùng bằng cách nào???

Hiện nay ở nước ta đang sử dụng nhiều nhất là

lý

PP khử trùng phổ biến ở VN???

1.Khử trùng bằng Clo và hợp chất của Clo.

HOCl = HCl + O*

* Dạng hợp chất của Clo:

HOCl = HCl + O*

khuếch tán trong nước, chúng sẽ đi qua vỏ tế bào

VSV và gây ra phản ứng với enzyme bên trong tế

bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn tới

VSV bị chết hàng loạt.

* Chú ý : Khả năng tiêu diệt VSV của Clo, cũng như hợp chất của Clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong

pH) của nước Cụ thể khi:

hay các hợp chất hữu cơ chứa nhóm amoni, thì HOCl vừa tạo ra sẽ tác dụng với các chất này trước theo phản ứng:

2.Khử trùng bằng ozôn (O3).

nước và độc hại đối với con người.

phân tử và oxy nguyên tử.

tiêu diệt VSV mạnh hơn Clo rất nhiều.