Tính toán thiết kế hệ thống xử lý cấp nước sinh hoạt cho xã bối cầu huyện bình lục tỉnh hà nam

Việc có được nguồn nước sạch để sử dụng là vô cùng cấp thiết, chính vì vậy mà tôi đã lựa chọn đề tài làm khóa luận của mình là: “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt cho

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình, đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo - Thạc sĩ Lê Cao Khải, người trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện Bằng kinh nghiệm bản thân và những vốn kiến thức hiểu biết của người đi trước, thầy đã chỉ bảo tận tình và cho em những ý kiến đóng góp sát thực nhất

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Khoa Hóa Học - Trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện tốt nhất cho toàn thể sinh viên tham gia nghiên cứu hoàn thành tốt khóa luận

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các ban lãnh đạo xã Bối Cầu – huyện Bình Lục – tỉnh Hà Nam đã giúp đỡ rất nhiều cho tôi để thực hiện khóa luận này

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, người thân cùng toàn thể bạn bè, những người luôn cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Do thời gian có hạn, khối lượng công việc khá lớn nên dù đã nỗ lực cố gắng hoàn thiện nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Em xin chân thành cảm ơn những nhận xét và ý kiến đóng góp bổ sung của quý thầy cô và các bạn sinh viên để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Hà nội, ngày 17 tháng 5 năm 2013

Sinh viên

Lê Thị Thúy Hằng

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH

1 Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Dự báo dân số của xã Bối Cầu tính đến năm 2015

Bảng 1.2 Nhu cầu sử dụng nước của xã Bối Cầu tính đến năm 2020 Bảng 1.3 Kết quả phân tích nguồn nước sông Sắt

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt đối với khu dân cư khu đô thị nhỏ và nông thôn theo quy định số 505 BYT/QĐ của bộ y tế Bảng 2.2 Tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt theo phương diện vi khuẩn và sinh vật (theo quyết định số 505 BYT)

Bảng 3.1 Tiêu chuẩn TCXD-33-1985

Bảng 3.2 Thông số thiết kế bể hòa trộn phèn

Bảng 3.3 Các thông số thiết kế bể cơ khí

Bảng 3.4 Thông số nước nguồn

Bảng 3.5 Sự phụ thuộc K và  vào L/H0

Bảng 3.6 Giá trị u0 theo đặc điểm nước nguồn

Bảng 3.7 Các thông số thiết kế bể lắng ngang

Bảng 3.8 Thông số bể một lớp lọc

Bảng 3.9 Thông số bể lọc cát hai lớp thạch anh và antraxit

2 Danh mục các hình

Hình 1.1 Hình ảnh sông Sắt Hình 2.1 Các hạng mục công trình Hình 3.1 Song chắn rác

Hình 3.2 Công trình và thiết bị keo tụ Hình 3.3 Sơ đồ bể hòa trộn hóa chất Hình 3.4 Sơ đồ bể trộn đứng

Hình 3.5 Sơ đồ bể trộn cơ khí Hình 3.6 Bể lắng ngang Hình 3.7 Bể lọc nhanh trọng lực

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

QCVN :Quy chuẩn Việt Nam

DO (Dessolved oxigen) : Lượng oxi hòa tan trong nước cần

thiết cho sự hô hấp của các thủy sinh COD (Chemical Oxigen Demand) : Nhu cầu oxi hóa học

WHO (Worl Health Oganization) : Tổ chức y tế thế giới

MNP (Most Probale Number) : Đơn vị đánh giá chỉ tiêu vi sinh TCU (True Clor Units) : Đơn vị đo độ màu

NTU (Nephelometric Turbidity Unit) : Đơn vị đo độ đục

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: ĐẶT BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ NƯỚC THÔ VÀ YÊU CẦU ĐẦU RA 3

1.1 Tổng quan về nguồn nước sông Sắt 3

1.1.1 Nguồn nước mặt 3

1.1.2 Hiện trạng nước mặt 3

1.1.3 Nhu cầu sử dụng nước 4

1.2 Xác định các thông số chất lượng nước thô và các yêu cầu đầu ra 6

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ THÍCH HỢP VỚI CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔ ĐẦU VÀO 8

2.1 Đánh giá sơ bộ chất lượng nước thô đầu vào 8

2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp 12

2.3 Các quá trình xử lý nước cấp 14

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 21

3.1 Tính toán các thông số nước nguồn 21

3.2 Công trình trạm thu nước và trạm bơm 22

3.3 Công trình và thiết bị của quá trình keo tụ 23

3.3.1 Công trình chuẩn bị dung dịch phèn 24

3.3.1.1 Lựa chọn phèn 24

3.3.1.2 Thiết bị hòa trộn phèn 26

3.3.1.3 Thiết bị tiêu thụ phèn 30

3.3.1.4 Thiết bị định lượng phèn 32

3.3.2 Thiết bị hòa trộn chất phản ứng 33

3.3.2.1 Thiết bị trộn thủy lực 33

3.3.2.2 Thiết bị trộn cơ khí 36

3.3.2.3 Thiết bị pha chế vôi 38

3.3.3 Thiết bị phản ứng tạo bông kết tủa 39

3.4 Thiết bị lắng nước - Bể lắng ngang 42

3.4.1 Tính toán thông số bể lắng ngang 42

3.4.2 Tính toán máng thu nước 46

3.4.3 Tính toán thiết kế vùng chứa cặn 47

3.5 Thiết bị lọc nước - bể lọc nhanh 50

3.5.1 Tốc độ lọc 51

3 5.2 Chiều cao bể lọc 53

3.5.3 Lượng nước rửa lọc cần thiết 54

3.5.4 Tính toán hệ thống dẫn khí rửa lọc 55

3.6 Thiết bị khử sắt và mangan trong nước 56

3.7 Thiết bị khử trùng nước bằng Clo lỏng 56

3.8 Bể chứa nước sạch 57

3.9 Trình bày bố trí các hạng mục 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nước là tài nguyên hết sức quan trọng đối với sự sống của con người

và sinh vật Tất cả sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hoàn nước Nước phục vụ cho mọi mặt của đời sống con người như sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, du lịch và dịch vụ

Nước góp phần làm động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế

Nước có vai trò đặc biệt quan trọng đối với cơ thể sống, tham gia vào các quá trình sinh hóa, trao đổi chất trong cơ thể Nếu nhịn uống nước con người sẽ chết trong vài ngày Nước chiếm khoảng 70% trọng lượng cơ thể Mỗi ngày, con người cần ít nhất 1,83 lít nước và nếu chỉ cần mất hơn 10% là nguy hiểm đến tính mạng, mất 20÷22% sẽ dẫn đến tử vong

Trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí Mỗi người cần 2,5÷3 lít nước/ngày, ở các nước phương Tây, con số đó lên tới 300 lít nước/ngày Như vậy, lượng nước sạch dùng cho sinh hoạt là tương đối lớn

Tuy nhiên, các chất thải, chất hữu cơ khó hòa tan, đã làm ô nhiễm nguồn nước sạch khiến chúng ngày càng trở nên quý hiếm và khó sản xuất Nếu không có các biện pháp xử lý nguồn nước tích cực, con người, đặc biệt là trẻ em - tương lai của thế giới sẽ luôn phải đối mặt với dịch bệnh, độc tố và tuổi thọ không kéo dài Chính vì vậy, nước cấp dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo các chỉ tiêu lý hóa cùng các chỉ tiêu vệ sinh an toàn khác, đạt tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới (WHO) hoặc của Cộng đồng châu Âu Tuy nhiên, chỉ tiêu chung về chất lượng nước cấp còn tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên và mục đích sử dụng của mỗi quốc gia

Nước là tài nguyên quý giá nhưng không phải là vô tận Dưới tác động của tự nhiên và hệ quả hoạt động công nghiệp hóa đã làm cho các nguồn nước bị

ô nhiễm nghiêm trọng Trong đó, nguồn nước mặt dễ cho khai thác và xử lý Nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng cao, chính vì vậy mà con người cần

có biện pháp xử lý nguồn nước mặt thích hợp trước khi đưa vào sử dụng

Nhận thấy việc sử dụng nước sạch dùng cho sinh hoạt và hoạt động sản xuất tại địa bàn xã Bối Cầu, nơi mà tôi đang sinh sống, vẫn chưa được đáp ứng kịp thời Phần lớn người dân vẫn sử dụng trực tiếp nguồn nước mưa dùng cho sinh hoạt Việc có được nguồn nước sạch để sử dụng là vô cùng cấp thiết,

chính vì vậy mà tôi đã lựa chọn đề tài làm khóa luận của mình là: “Tính toán

thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt cho xã Bối Cầu - huyện Bình Lục - tỉnh Hà Nam”

2 Mục đích nghiên cứu

Tính toán thiết kế được các hạng mục trong xử lý nước cấp sinh hoạt từ nguồn nước mặt là nước sông Sắt với công suất 1500m3/ngày đêm

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác định các thông số về chất lượng nước sông Sắt

- Lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp với chất lượng nước thô đầu vào

và đề ra công suất 1500m3/ngày đêm

- Tính toán thiết kế các hạng mục công trình

- Trình bày bố trí các hạng mục

4 Đối tượng nghiên cứu

- Nguồn nước mặt sông Sắt

- Tình hình dân cư, các hoạt động kinh tế xã hội tại xã Bối Cầu - huyện Bình Lục - tỉnh Hà Nam

5 Phương pháp nghiên cứu

Áp dụng các tiêu chuẩn và quy chuẩn mới nhất của Việt Nam dựa trên các công thức tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp của các tác giả trong nước và thế giới

CHƯƠNG 1 ĐẶT BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ NƯỚC THÔ

VÀ YÊU CẦU ĐẦU RA

1.1 Tổng quan về nguồn nước sông Sắt

1.1.1 Nguồn nước mặt

Sông Sắt chảy theo hướng Tây Bắc qua xã Bối Cầu với chiều dài 2km, chiều rộng trung bình 30m, độ dốc lưu vực 25%, lưu lượng nước sông trong mùa mưa là 23m3/s, mùa khô là 3m3/s Sông Sắt hằng năm cung cấp một lượng lớn nước cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất của người dân

Hình 1.1 Hình ảnh sông Sắt

1.1.2 Hiện trạng cấp nước

- Nguồn nước sử dụng: Trong sinh hoạt, ăn uống và các hoạt động sản xuất khác có bốn nguồn nước chính được người dân sử dụng đó là nước mưa, nước giếng, nước giếng khoan đường kính nhỏ và nước mặt

- Hiện trạng sử dụng

+ Nước mưa: 97% số hộ có bể chứa dùng cho ăn uống, 36% số hộ có

bể chứa dự trữ đủ dùng cho mùa khô (bể > 5m3)

+ Nước giếng khoan: Toàn xã có 256 giếng khoan đường kính nhỏ, độ sâu từ 30m45m Nước được xử lý qua bể lọc đơn giản trước khi sử dụng do

đó chất lượng nước không đảm bảo

+ Nước mặt: Diện tích ao hồ tự nhiên chiếm khoảng 5% diện tích xã, chất lượng nước kém, chủ yếu là nước ao tù và nước thải chưa qua xử lý

+ Nước giếng đào: Chủ yếu là nước ngầm tầm nông, chưa đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh

Như vậy, việc có nước sạch để sử dụng cho ăn uống, sinh hoạt và các hoạt động khác của người dân tại xã Bối Cầu là hết sức cấp thiết Cần phải có một hệ thống xử lý và cung cấp nước sạch cho toàn xã

1.1.3 Nhu cầu sử dụng nước

- Tính đến năm 2012, dân số của xã Bối Cầu là 5022 người, tỉ lệ gia tăng dân số hằng năm của xã là 1%, dự đoán trong những năm tới tỉ lệ này vẫn không thay đổi

Bảng 1.1 Dự báo dân số của xã Bối Cầu tính đến năm 2025

- Nhu cầu sử dụng nước đến năm 2020

+ Tiêu chuẩn nước sinh hoạt: Tính đến năm 2020 nhu cầu nước sinh

hoạt bình quân mỗi người ở khu vực nông thôn là 100 lít/ngày đêm (theo

quyết định 63/1998/QĐ-TT ngày 18/3/1998)

+ Nước dùng cho trạm y tế xã chiếm 10% nước sinh hoạt

+ Nước dùng cho các trường mầm non chiếm 10% nước sinh hoạt

+ Nước dùng cho các trường tiểu học và trung học cơ sở chiếm 20% nước sinh hoạt

+ Nước dùng cho các công trình công cộng khác như Uỷ ban nhân dân, Bưu điện xã chiếm 10% nước sinh hoạt

+ Nước dùng cho khu chợ đầu mối và chế biến gia súc miền Bắc là 500m3/ngày đêm

+ Nước thất thoát rò rỉ tính bằng 5% tổng nhu cầu sử dụng nước + Nước dùng cho trạm xử lý bằng 8% tổng nhu cầu sử dụng nước

Bảng 1.2 Nhu cầu sử dụng nước của Xã Bối Cầu tính đến năm 2020

số

Tiêu chuẩn nước cấp (lít/ngày đêm)

Nhu cầu (m 3 /ngày)

Nước cho khu chợ

đầu mối và chế biến

1.2 Xác định các thông số chất lượng nước thô và các yêu cầu đầu ra Bảng 1.3 Kết quả phân tích nguồn nước song Sắt

mg/l mg/l

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ THÍCH HỢP VỚI CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔ ĐẦU VÀO

2.1 Đánh giá sơ bộ chất lượng nước thô đầu vào

Trên cơ sở khảo sát và nghiên cứu về trữ lượng và chất lượng nước,

nguồn nước mặt sông Sắt có thể dùng để khai thác và xử lý làm nguồn nước

cấp phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của người dân

Dựa vào kết quả phân tích chất lượng nước sông Sắt cho thấy các chỉ

tiêu cơ bản về mặt lý, hóa học của nguồn nước như pH, độ kiềm, độ oxi hóa,

hàm lượng kim loại Mn, Pb2+, Cu2+, đều nằm trong giới hạn cho phép của

tiêu chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt Tuy nhiên, mẫu nước có độ

đục, hàm lượng sắt,mangan và tổng hàm lượng vi khuẩn Coliform khá cao

Đối chiếu với quy chuẩn Việt Nam 08:2008/BTNMT - chất lượng nước

mặt thay thế TCVN 5942:1995 quy định giá trị giới hạn các thông số chất

lượng nước mặt thì chất lượng nước sông Sắt vẫn đủ tiêu chuẩn để khai thác,

xử lý dùng cho nước cấp

 Các tiêu chuẩn nước uống và nước sinh hoạt

Tình hình cấp nước đối với cụm dân cư và khu vực nông thôn hiện nay

có những bất lợi, đặc biệt là khu vực nông thôn, vấn đề nước sạch vẫn chưa

được quan tâm đúng mức Nước ngầm mạch nông và nước mưa vẫn là

phương tiện chủ yếu được sử dụng, do đó để đạt được chất lượng nước theo

hai bảng dưới đây là một công việc hết sức phức tạp đối với cả những khu

vực thành phố

Để đáp ứng yêu cầu cấp nước sinh hoạt và sản xuất, quyết định số

63/1998/QĐ-TT ngày 18/3/1998 của Thủ Tướng Chính Phủ đã phê duyệt

trong đó xác định mục tiêu phấn đấu đến năm 2020 có 100% dân số đô thị được cấp nước sạch và 90% đối với các gia đình ở nông thôn

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt đối với khu dân cư đô thị nhỏ và nông thôn theo quy định số 505 BYT/QĐ của bộ y tế

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt theo phương diện vi

khuẩn và sinh vật (theo quyết định số 505 BYT)

- Tổng coliform, ecoli/100 ml

Độ đục 1 NTU

- 0 (diệt khuẩn bằng clo khi pH = 8)

- 0 (tiếp xúc với clo sau

30 phút, hàm lượng clo

dư 0,2÷0,5 mg/l) A2 Nước chưa được làm

sạch tại chạm xử lý

- Faecal coliform, ecoli/100 ml

- Tổng coliform, ecoli/100

ml

- 0 (bảo đảm 98% số mẫu trong năm đạt tiêu chuẩn)

- 3 (đôi khi có nhưng không thường xuyên) A.3 Nước trong đường ống

phân phối

- Faecal coliform, ecoli/100 ml

- Tổng coliform, ecoli/100

Ml

- 0 (đảm bảo 98% số mẫu trong năm đạt tiêu chuẩn)

- 3 (đôi khi có nhưng không thường xuyên)

- 0 (không thường xuyên)

- 10 (nếu thường xuyên cần kiểm tra bảo vệ nguồn nước)

- Helminth (ký sinh gây bệnh)

- Sinh vật tự do (rong tảo)

0

0

0

2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp

Dựa vào kết quả phân tích chất lượng nước sông Sắt, ta thấy có độ đục, màu sắc, một số chỉ tiêu về kim loại như sắt, mangan là cao hơn so với tiêu chuẩn, ngoài ra trong nước còn chứa lượng coliform khá cao nên dây chuyền công nghệ được tập trung xử lý độ đục, độ màu, loại bỏ một số ion kim loại nặng và khử trùng nước

Mặt khác, do đặc điểm của sông Sắt có độ đục dao động với biên độ lớn, về mùa khô độ đục của nước thấp là 70mg/l vào thời điểm mùa mưa hàm lượng có thể lên tới 300mg/l hoặc cao hơn Vì vậy cần có sự điều chỉnh phù hợp

 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Hình 2.1 Các hạng mục công trình

Bể keo tụ tạo bông

Bể lắng ngang thu nước bề mặt

Bể chứa hóa chất

Bể chứa hóa chất

Bể chứa nước rửa

Cặn, bùn Nước rửa lọc

Sân phơi bùn

 Thuyết minh công nghệ

Từ sơ đồ dây truyền công nghệ trên ta thấy:

Trạm thu nước sẽ thu nước từ nguồn nước mặt Từ đây, nước nguồn được trạm bơm cấp I bơm theo đường ống qua lưới chắn rác nhằm tách rác, mảnh vụn, vật thô, vật nổi Sau đó, nước được đưa tới bể tụ keo lắng, tại đây sử dụng phương pháp cơ học cùng hóa học, cho vào bể các chất tạo khả năng dính kết kéo các hạt lơ lửng lắng theo Các chất có khả năng phản ứng thích hợp đó là: Al2(SO4)3, FeSO4, FeCl3 tạo bông kết dính các hạt keo mục đích cuối cùng

là loại bỏ cặn, tách các kim loại (Fe, Mn, Cu, Pb), tách các anion (F-, NO3-, PO43-) và tách vi sinh vật Nước đi vào bể lắng có vận tốc nhỏ nên bông cặn và hạt cặn sẽ đi xuống đáy bể Nước trong được thu trên mặt bể lắng và dẫn qua

bể lọc qua hệ thống thu nước Các chất lơ lửng còn lại sau quá trình keo tụ, tạo bông lắng được giữ lại qua lớp vật liệu lọc, vôi được châm vào để ổn định pH

và nước tiếp tục chảy qua bể khử trùng bằng clo Tại đây sử dụng dư lượng clo

để khử trùng các vi khuẩn còn lại, giảm sự phát triển của tảo, giảm mùi vị trong nước và chống nhiễm khuẩn trở lại Nước sạch được đưa vào bể chứa nhằm kiểm tra pH, tăng thời gian lưu, khử trùng hoàn toàn, điều hòa áp lực giữa trạm bơm I và trạm bơm II Trạm bơm cấp II dùng để bơm nước từ bể chứa nước sạch vào mạng cung cấp nước cho các đối tượng sử dụng

2.3 Các quá trình trong xử lý nước cấp

a Quá trình xử lý sơ bộ

- Xử lý sơ bộ bằng bể chứa: Giúp các quá trình lắng tự do các hạt bụi

và kim loại nặng có nồng độ cao trong nước thô không tách được, xúc tiến quá trình làm sạch tự nhiên

- Xử lý sơ bộ bằng oxi hóa: Có tác dụng nâng cao hiệu suất các quá trình oxi hóa tiếp theo Hiện nay sử dụng ôzon là chất oxi hóa cho quá trình oxi hóa sơ bộ nước thô

b Quá trình keo tụ

- Khái niệm: Là phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất như phèn

nhôm, phèn sắt làm cho các chất lơ lửng liên kết lại với nhau tạo thành bông keo có kích thước lớn và có thể tách chúng ra khỏi nước bằng tuyển nổi hoặc lắng Quá trình keo tụ có thể tách hoặc làm giảm các thành phần có trong nước như các kim loại nặng, các chất cặn lơ lửng, cải thiện độ đục màu sắc của nước

- Bản chất lý hóa của quá trình keo tụ: Đặc điểm cơ bản của các hạt

cặn do có kích thước vô cùng nhỏ (d < 10-4mm), các hạt này dễ dàng hấp thụ, kết bám với các chất xung quanh hoặc lẫn nhau để tạo ra bông cặn to hơn Mặt khác, các hạt đều mang điện tích nên có khả năng liên kết với nhau hoặc đẩy nhau bằng lực điện từ Tuy nhiên, trong môi trường nước do các loại lực tương tác giữa các hạt cặn bé hơn lực đẩy do chuyển động nhiệt Brown nên chúng luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng Bằng việc phá vỡ trạng thái cân bằng động tự nhiên của môi trường nước sẽ tạo điều kiện thuận lợi để các hạt cặn kết dính với nhau thành hạt cặn to hơn, dễ xử lý hơn

- Các phương pháp keo tụ

Theo lý thuyết về lớp điện tích kép, nếu hạt muốn keo tụ thì thế điện động zeta cần phải nằm dưới giá trị tới hạn Muốn giảm thế năng Zeta của hệ

keo sử dụng phương pháp tăng nồng độ của chất điện phân trong nước

Lượng phèn cho vào phải vừa đủ, nếu dư lượng phèn trên sẽ cuộn lại tạo hiện tượng tái bền hạt keo làm cho nước vẩn đục, không tạo bông hoặc tạo sản phẩm phụ không mong muốn

+ Keo tụ bằng các chất điện ly: Cho thêm vào nước các chất điện ly ở dạng các ion ngược dấu Khi nồng độ của các ion ngược dấu tăng lên, thì càng nhiều ion ngược dấu được chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kéo dẫn tới giảm độ lớn của thế điện động Nhờ chuyển động Brown các hạt keo với

diện tích bé khi va chạm dễ kết dính bằng lực hút phân tử tạo nên các bông cặn ngày càng lớn

+ Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu: Tạo ra trong nước một hệ keo mới tích điện ngược dấu với hệ keo cặn bẩn trong nước, chúng sẽ trung hòa lẫn nhau Chất keo tụ thường là phèn nhôm, phèn sắt, đưa vào nước dưới dạng hòa tan, sau phản ứng thủy phân chúng tạo ra hệ keo mang điện tích dương

- Cơ chế của quá trình

+ Quá trình nén lớp điện tích kép: Quá trình đòi hỏi nồng độ cao của các ion trái dấu cho vào để giảm thế điện động Zeta Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy tạo ra sự kết dinh giữa các hạt keo

+ Quá trình keo tụ do hấp phụ, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện Zeta bằng 0, các hạt keo hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt song song với

cơ chế nén lớp điện tích kép nhưng cơ chế hấp phụ mạnh hơn

+ Quá trình keo tụ do hấp phụ tĩnh điện thành từng lớp các hạt keo đều tĩnh điện

+ Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc bán cầu: Các polyme vô cơ hay hữu cơ có thể ion hóa nhờ cấu trúc mạch dài tạo ra cầu nối giữa các hạt keo

+ Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng: Hình thành các tinh thể, các muối không tan, các polyelectrolit Khi lắng chúng hấp thụ cuốn theo các hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất vô cơ hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước

- Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình keo tụ

+ pH: Phải có nồng độ pH thích hợp đối với từng chất keo tụ nhất định,

có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo bông

+ Nồng độ chất keo tụ: Phải vừa phải không nhiều cũng không ít Quá

ít hiệu quả tạo bông không tốt Quá nhiều các hạt bông trở về trạng thái ban

đầu (các hạt keo lơ lửng)

c Quá trình lắng

- Khái niệm: Là quá trình nước đưa vào bể và giữ lại trong thời gian

cần thiết dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt có khối lượng riêng lớn hơn chất lỏng bao quanh nó sẽ tự lắng xuống đáy tạo lớp bùn còn phần trong

của nước sẽ đi ra ngoài

- Phân loại

+ Lắng tự do của một tập hợp hạt đồng nhất, ổn định ở trạng thái tĩnh + Lắng tự do của một tập hợp hạt không đồng nhất ổn định

+ Lắng một tập hợp hạt không đồng nhất và không ổn định

- Phân loại bể lắng

+ Theo hình dạng: Hình vuông, hình chữ nhật, hình tròn, hình trụ

+ Theo cách đưa nước vào: Bể lắng liên tục hoặc gián đoạn

+ Theo hướng dòng chảy: Bể lắng ngang, bế lắng đứng

- Ứng dụng quá trình lắng: Sử dụng tách cặn cho các nguồn nước sông

có hàm lượng cặn cao, sử dụng bể lắng sau công đoạn keo tụ, lắng bùn sau

công đoạn khử độ cứng của nước tạo ra lượng bùn lớn

d Quá trình lọc

- Khái niệm: Là giai đoạn cuối cùng để làm sạch nước thông qua lớp

vật liệu lọc nhằm tách các hạt cặn lơ lửng, các thể keo tụ và ngay cả các vi

sinh vật trong nước

- Phân loại bể lọc: Chia theo nhiều cách khác nhau

+ Theo tốc độ: Bể lọc chậm, bể lọc nhanh, bể lọc cao tốc

+ Theo chế độ làm việc: Bể lọc trọng lực, bể lọc có áp lực,

+ Phân loại theo dòng chảy, lớp vật liệu lọc, cấu tạo, cỡ hạt vật liệu lọc

- Cơ chế của quá trình lọc

+ Cơ chế sàng: Là quá trình tách các hạt lơ lửng lớn hơn mao quản của vật liệu lọc giữ lại trên bề mặt vật liệu mà không phụ thuộc vào vận tốc, nhờ vào cơ chế bắc cầu, tạo bông và keo tụ chảy có hướng

+ Cơ chế lắng: Là quá trình các hạt lắng trên bề mặt vật liệu do trọng lực Giải thích các quá trình huyền phù lơ lửng có kích thước nhỏ hơn lỗ mao quản

+ Cơ chế hấp phụ: Là quá trình quan trọng nhất trong quá trình lọc nhanh để tách các hạt keo, huyền phù lơ lửng, và các tạp chất hòa tan Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra được khi các cơ chế khác đến gần bề mặt vật liệu lọc như lực trọng trường, lực quán tính, lực khuếch tán, lực thủy lực, lực xoáy

+ Cơ chế hoạt hóa: Quá trình biến đổi các chất hòa tan trong nước thành các chất đơn giản vô hại hoặc các chất không tan sau đó tách ra khỏ nước bằng cơ chế sàng, lắng, hấp phụ Có thể tách được chất hữu cơ, tách sắt, tách magan và kim loại nặng khác

+ Cơ chế sinh học: Các vi sinh vật trong nước qua chuyển động sẽ hấp phụ lên bề mặt vật liệu lọc và lấy thức ăn từ các chất vô cơ, hữu cơ trong nước

Đối với chất lượng nước sông Sắt, sau khi đã được xử lý qua bể keo tụ tạo bông và bể lắng ngang có hàm lượng chất rắn lơ lửng và độ đục thấp, ta có thể kết hợp sử dụng quá trình lọc nhanh cùng với khử trùng để làm sạch nước, khử tiếp sắt và mangan

e Quá trình khử trùng nước

- Nguyên nhân khử trùng nước: Có hai nguyên nhân chính:

+ Theo yêu cầu của tiêu chuẩn Việt Nam về chỉ tiêu an toàn nước cấp phải kể đến chỉ tiêu vi sinh vật: E.coli không được tồn tại, coliform < 20

MNP/ml

+ Do quá trình xử lý nước cấp qua nhiều giai đoạn khác nhau, khả năng

nhiễm vi sinh vật rất cao, vì vậy cần phải khử trùng để tránh lây nhiễm mầm bệnh

- Mục đích khử trùng nước

+ Phá hủy, triệt bỏ các loại vi khuẩn gây bênh nguy hiểm chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước

+ Khử mùi, khử màu và giảm quá trình oxi hóa của nguồn tiếp nhận

- Khử trùng bằng clo và các hợp chất của clo

+ Ưu điểm: Dễ sử dụng, có nhiều trên thị trường giá cả hợp lý, là chất oxi hóa mạnh ở bất kì dạng nào, tốt để khử nhiều chất (H2S, Mn, NH3,

Fe3+, )

+ Nhược điểm: Gây mùi khó chịu, clo kết hợp với hydrocacbon thành hợp chất có hại cho môi trường sống, không có khả năng tiêu diệt các loại virut nguy hiểm (giardia và cryptosporidium)

+ Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử trùng: Nồng độ clo, nhiệt độ,

pH, độ đục của nước

+ Cơ chế khử trùng: Chất oxi hóa mạnh làm tăng sức căng bề mặt của VSV dẫn đến phá hủy, làm biến dạng thành tế bào khiến cho VSV ngừng hoạt động hay chết

+ Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong nước Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ hay pH của nước pH càng cao hiệu quả khử trùng càng giảm Khi cho clo vào nước còn khử các chất hòa tan khác và amoniac

- Khử trùng bằng ôzon: Ôzon là chất không bền vững, độ hòa tan của

ôzon gấp 13 lần của oxi Tác dụng khử trùng mạnh nhanh gấp 3100 lần so với clo Thời gian tiệt trùng xảy ra trong khoảng 3÷8s Liều lượng cần thiết cho nước mặt 1÷3mg/l

+ Ưu điểm: Không có mùi, không có sản phẩm độc hại, tăng DO, khử màu, phenol, xianua, tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng, làm giảm nhu cầu oxi trong nước, giảm chất hữu cơ,

+ Nhược điểm: Vốn đầu tư cao, tiêu tốn năng lượng, vật liệu dễ bị ăn mòn

+ Các yếu tố ảnh hưởng: Một phần nitơ phản ứng với nước tạo thành axit nitric ăn mòn kim loại của máy phát Hiệu quả khử trùng còn phụ thuộc

vào chất lượng nước, tốc độ khuấy trộn và thời gian tiếp xúc

- Khử trùng bằng iot: Iot là chất oxi hóa mạnh nhưng khó tan nên thường được sử dụng ở dung dịch bão hòa Trong thực tế iot dùng để khử trùng bể bơi

- Khử trùng bằng kim loại nặng: Một số kim loại nặng ở nồng độ thấp cũng có khả năng khử trùng nước Tuy nhiên, nếu sử dụng quá liều lượng gây hại tới sức khỏe con người

Nhận thấy điều kiện kinh tế - xã hội của xã Bối Cầu phù hợp lựa chọn phương pháp khử trùng bằng clo

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH

3.1 Tính toán các thông số nước nguồn

- Độ kiềm toàn phần của nước thô:

KiTP = [OH-] + [HCO3-] + [CO32-] (mgđl/l)

Vì pH = 5,7 < 7  [OH-] rất nhỏ có thể coi = 0, và trong nước coi như không

có [CO32-]

→ KiTP = 0 +

02,61

150 + 0 = 2,458mgđl/l

- Độ cứng toàn phần của nước thô:

CTP =   

0 , 20

2

16,12

Mg2 



0,20

16,12

1,5

4,4mgđl/l

- Độ cứng Cacbonat: Ck =  

02,61

HCO3

= 02,61

3.2 Công trình thu nước và trạm bơm

- Trạm thu nước: Trong trường hợp bờ sông có độ dốc thoải, lòng sông

ở xa bờ, bố trí họng thu và trạm bơm xa nhau, công trình thu đặt ở lòng sông, trạm bơm đặt trên bờ Đáy họng thu đặt lưới chắn, mắt lưới 5mm.5mm bằng sợi dây đồng, khung thép hàn có thể tháo lắp dễ dàng để làm sạch và thay thế khi cần.Vận tốc chảy qua lưới, v ≤ 0,6m/s để tránh hiện tượng kéo rác vào ống

Hình 3.1 Song chắn rác

- Diện tích lưới chắn rác tính theo công thức: F = K

v

Q (m2) Trong đó:

Q: Lưu lượng cần thu Q = 1500m3/ngày đêm = 62,5m3/h = 0,0174m3/s v: Vận tốc qua lưới, v = 0,5m/s

K: Hệ số thu hẹp diện tích do các dây làm lưới choán chỗ và rác bẩn

K = 1,5 (quy phạm K = 1,5÷1,6)

→ F = 1,5

5,0

0174,0

= 0,0522m2Kích thước lưới chắn: a.b = 0,25m.0,21m = 0,0525m2

- Trạm bơm cấp I: Bơm nước vào khu vực xử lý

+ Công suất trạm bơm:







.102

H.Q

Trong đó:

Q: Công suất thiết kế, Q = 0,0174m3/s

H: Áp lực của bơm, H = 10m

γ: Khối lượng thể tích của nước, γ = 1000 kg/m3

η: Hiệu suất của máy, η = 80%

→ N =



.102

H.Q

8,0.102

10.0174,0

Hình 3.2 Công trình và thiết bị keo tụ

Các công trình và thiết bị chuẩn bị dung dịch và điều lượng chất phản ứng (các công trình phụ (1), (2), (3)) gồm: bể hòa trộn phèn , bể tiêu thụ, thiết

bị định lượng phèn

Bể hòa trộn phèn

Chuẩn bị dung dịch công tác

Thiết bị định

lượng

Bể trộn Bể phản ứng Thiết bị xử lý tiếp Nước nguồn

Các công trình hòa trộn đều dung dịch chất phản ứng với nước nguồn

xử lý (4) như: bể trộn, ống trộn

Các công trình tạo ra sự tiếp xúc giữa các ion trong nước và phèn để tạo bông cặn (5) như: ngăn phản ứng, bể phản ứng

Các công trình phụ trợ như pha chế vôi sữa, máy nghiền

Ngoài các công trình và thiết bị trên còn cần có: kho chứa hóa chất, các van và đường ống dẫn, bơm hóa chất,

Nghiên cứu các thiết bị chính

3.3.1 Công trình chuẩn bị dung dịch phèn

3.3.1.1 Lựa chọn phèn

a Phèn nhôm

Cho vào nước chúng phân ly thành Al3+ → Al(OH)3

Al3+ + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3 H+

- Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình thủy phân

+ pH < 4,5, không xảy ra quá trình thủy phân

+ pH = 5,57,5, đạt tốt nhất

+ pH > 7,5, đạt hiệu quả keo tụ không tốt

Nhiệt độ nước thích hợp vào khoảng từ 20400C, tốt nhất 35400C

2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O → 2 Fe(OH)3↓

+ pH thích hợp từ 8÷9, có kết hợp vôi thì keo tụ tốt hơn

+ Phèn FeSO4 kỹ thuật chứa 47÷53% FeSO4

- Phèn sắt (III): Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3H+

+ Phản ứng xảy ra khi pH > 3,5

+ Hình thành lắng nhanh khi pH = 5,5÷6,5

c So sánh phèn sắt và phèn nhôm

- Độ hòa tan Fe(OH)3 < Al(OH)3

- Tỉ trọng Fe(OH)3 = 1,5Al(OH)3

- Trọng lượng đối với Fe(OH)3 = 2,4; Al(OH)3 = 3,6

- Keo sắt vẫn lắng khi nước có ít huyền phù

- Hàm lượng phèn sắt dùng = 1/31/2 phèn nhôm

- Phèn sắt ăn mòn đường ống

d Xác định liều lượng phèn để keo tụ

Tuy nhiên việc ứng dụng cụ thể phải xác định liều lượng và loại phèn thích hợp Chúng ta có thể xác định theo tiêu chuẩn TCXD-33-1985 như sau:

- Xử lý nước đục:

Bảng 3.1 Tiêu chuẩn TCXD-33-1985 Hàm lượng cặn (mg/l) Al 2 ( SO 4 ) 3 khan (mg/l)

Từ kết quả phân tích nước nguồn ta thấy nước có độ đục cao, hàm lượng cặn Cmax = 300mg/l  Dùng phèn nhôm có liều lượng PAl = 50mg/l (1)

-Xử lý nước màu:

Lượng phèn nhôm: PAl = 4 M =4 50= 28,284mg/l (2)

Với M: Độ màu của nước nguồn (Pt - Co)

- Xử lý nước vừa đục vừa màu: Ta lấy giá trị max {(1) và (2)}

Nếu dùng phèn sắt thì lấy bằng 1/3÷1/2 ứng với phèn nhôm

Nguồn nước mặt sông Sắt vừa đục vừa màu nên hàm lượng phèn nhôm không chứa nước cần dùng lấy theo giá trị max (1)  PAl = 50mg/l

e Chất trợ keo tụ

- Tăng cường hiệu quả keo tụ

- Hạ thấp liều lượng chất keo tụ

- Giảm thời gian đông tụ

- Nâng cao tốc độ lắng của keo bông

- Là loại polyme tổng hợp phân nhánh, có KLPT lớn

- Chức năng là cầu nối các hạt cát

Hóa chất đưa vào với lưu lượng nhỏ và tốc độ khuấy trộn cao, các thiết

bị khuấy trộn có nhiệm vụ tạo dòng xoáy để trộn đều hóa chất trong nước, phá

vỡ trạng thái ổn định của hệ keo và loại bỏ cặn bẩn

Nồng độ của dung dịch phèn trong bể thường cao nhưng không vượt quá nồng độ bão hòa, theo TCXD-33-1985 nồng độ đó trong khoảng 10÷17%

Để hòa tan phèn có thể dùng: Không khí nén, máy khuấy, bơm tuần hoàn

Lựa chọn thiết bị khuấy trộn khí nén để hòa tan phèn

- Nguyên lý hoạt động: Đưa hóa chất vào ống khuếch tán và nổi trên

mặt nước tạo nên sự xáo trộn

- Chất liệu: Bể được xây bằng gạch hoặc đổ bằng bê tông cốt thép

- Cấu tạo:

Hình 3.3 Sơ đồ bể hòa trộn hóa chất

+ Sàn đỡ phèn cục: Gồm các thanh gỗ xếp cách nhau 10÷15mm, lớp sàn đỡ đặt cách đáy bể 0,5÷0,6m

+ Hệ thống phân phối khí nén: Ống dẫn khí làm bằng nhựa hoặc thép chống ăn mòn Tốc độ không khí trong ống lấy bằng 15m/s, các ống phân phối khí nén có khoan một hoặc hai hàng lỗ nghiêng 450 so với phương thẳng đứng hướng xuống dưới

Đường kính d = 3÷4mm, tốc độ khí qua lỗ v = 25÷30m/s Áp suất không khí nén p = 1 2at, cường độ sục khí trong bể hòa trộn lấy bằng

P.n.Q

 (m3) Trong đó:

Q: Là lưu lượng nước xử lý (m3/h) n: Thời gian giữa hai lần pha trộn phèn (giờ)

Pp: Liều lượng phèn cho vào (g/m3)

bh: Nồng độ dung dịch phèn trong bể trộn (%)

: Khối lượng riêng của dung dịch phèn

Thay các giá trị: Q = 1500 m3/ngày đêm = 62,5m3/h , n= 24h, Pp= 50g/m3,

bh = 10% (theo TCXD-33-1985),  = 1tấn/m3

→ Wh =

10.1.10000

50.24.5,62

 0,75m3Vậy xây bể hòa trộn phèn có dung tích 1m3

Kích thước bể B.L.H = 0,75m.1m.1,3m = 1m3

- Lưu lượng gió thổi vào bể:

Q = 0,06.w.F (m3/phút) Trong đó:

w: Cường độ sục khí trong bể, w = 10 l/(s.m2) F: Diện tích bề mặt, F = 1m.0,75m = 0,75m2