Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt từ nguồn nước mặt với công suất 15000m3ngày đêm

Vì vậy đi đôi với sử dụng và khai thác hợp lí các nguồn nước, con người còn cần phải biết xử lí nước cấp sinh hoạt để có đủ và đảm bảo chất lượng nước đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về nư

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường

Người hướng dẫn khoa học ThS LÊ CAO KHẢI

Hà Nội, 2011

LỜI CẢM ƠN

Việc thực hiện khóa luận tốt nghiệp là một việc hết sức quan trọng đối với sinh viên nói chung và với bản thân em nói riêng Để thực được tốt khóa luận của mình ngoài việc nỗ lực cố gắng của bản thân, em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình và những ý kiến đóng góp sát thực của thầy giáo – Thạc sĩ

Lê Cao Khải Qua đây, em xin được gửi tới thầy lời cảm ơn sâu sắc nhất

Bên cạnh đó em xin chân thành cảm ơn Khoa Hóa học – trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện tốt nhất cho sinh viên nói chung và bản thân

em nói riêng được làm và hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo xã Khánh Thiện – Yên Khánh – Ninh Bình đã cung cấp những thông tin cần thiết để tôi hoàn thành tốt công việc của mình Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè là những người luôn động viên, ủng hộ, cổ vũ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp để được hiệu quả nhất

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của tôi

Trong công trình nghiên cứu, mọi kết quả và số liệu đều hoàn toàn trung thực, không trùng với bất kì tài liệu hay công trình nghiên cứu nào của tác giả khác

Hà Nội, Ngày 27 tháng 4 năm 2011

Sinh viên

Đồng Hải Lý

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH

1 Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Dự báo dân số của xã

Bảng 2.2 Nhu cầu sử dụng nước của xã Khánh Thiện tính đến năm 2020

Bảng 2.3 Kết quả phân tích nước sông Âu – Khánh Thiện – Yên Khánh – Ninh Bình

Bảng 2.4 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 2.5 Tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt theo phương diện vi khuẩn

và sinh vật (theo quyết định số 505BYT/QĐ của bộ y tế)

Bảng 2.6 Phân biệt hai quá trình lọc

Bảng 2.7 Khả năng keo tụ tương đối của các chất điện phân

Bảng 3.1 Liều lượng phèn để xử lí nước đục

2 Danh mục các hình

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lí nước cấp sinh hoạt từ nước sông Âu

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang thu nước ở cuối

Hình 2.3 Bể phản ứng có vách ngăn theo phương thẳng đứng

Hinh 4.1 Sơ đồ bể hòa phèn và tiêu thụ phèn

Hình 4.2 Cấu tạo bể lắng ngang

Hình4.3 Cấu tạo bể phản ứng có vách ngăn zíc zắc ngang

Hình 4.4 Cấu tạo bể lọc nhanh trọng lực

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Cũng như ánh sáng và không khí, nước không thể thiếu trong cuộc sống của con người và mọi sinh vật trên trái đất Ở đâu có nước ở đó có sự sống, nước phục vụ cho nhu cầu sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, giao thông vận tải, du lịch và sinh hoạt hàng ngày của con người Hay nói

cách khác nước là giá trị đích thực

Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh vật Con người có thể không ăn trong nhiều ngày mà vẫn sống nhưng sẽ chết sau ít ngày (khoảng 3 ngày) nếu không uống vì cơ thể người có khoảng 65 đến 70% là nước

Nếu mất khoảng 12% nước cơ thể sẽ bị nôn nao, hôn mê và có thể chết Trong quá trình trao đổi chất, nước đóng vai trò trung tâm Những phản ứng lí hóa diễn ra với sự tham gia bắt buộc của nước Nước là dung môi của nhiều chất và đóng vai trò dẫn đường cho muối đi vào cơ thể

Con người cần nước ngọt cho ăn uống, sinh hoạt hàng ngày và cho sản xuất Mỗi người 1 ngày chỉ cần 2,5 đến 3 lít nước, nhưng tính chung cho cho

cả sinh hoạt thì ở các nước phương tây mỗi người cần khoảng 300 lít nước mỗi ngày Với các nước đang phát triển thì lượng nước đó thường dùng chung cho một gia đình khoảng 5 – 6 người

Nước dùng trong sinh hoạt là nước trực tiếp tác dụng tới sự sống và sức khỏe của con người Chính vì vậy mà, nước sinh hoạt phải đảm bảo đầy đủ các thành phần lí hóa, hóa học, vi sinh vật theo một yêu cầu quy phạm, không chứa các thành phần hóa lí, hóa học, vi sinh vật có ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của con người Nói chung nước sinh hoạt phải đạt tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới WHO như các tiêu chuẩn về độ pH, độ đục, màu sắc, độ cứng, độ kiềm, độ axit, nồng độ sắt, kẽm, mangan…

Tuy nhiên như chúng ta đã biết môi trường nước không tồn tại độc lập với các môi trường khác mà luôn tiếp xúc với không khí, đất, sinh quyển Bên cạnh đó, dưới tác động chủ quan của con người trong các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, hay dưới tác động của thiên tai như bão lũ… đã làm cho môi trường nước, đặc biệt là môi nước mặt trở nên bị ô nhiễm trầm trọng Con người đang đứng trước thảm họa thiếu nước sinh hoạt, nước bị ô nhiễm và kém chất lượng, không thể sử dụng được nếu không xử lí trước Vì vậy đi đôi với sử dụng và khai thác hợp lí các nguồn nước, con người còn cần phải biết xử lí nước cấp sinh hoạt để có đủ và đảm bảo chất lượng nước đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về nước sinh hoạt của mình Một trong số các nguồn nước cấp sinh hoạt cần xử lí là nước mặt như nước ao, hồ, sông, suối

Địa bàn xã Khánh Thiện – Yên Khánh – Ninh Bình nơi mà tôi sinh sống thì nhu cầu sử dụng nước sạch cho sinh hoạt cũng ngày một tăng và điều

đó là thiết yếu Do đó tôi thấy cần thiết phải có một hệ thống xứ lí nước cấp sinh hoạt cho địa phương Với những lí do trên mà tôi đã lựa chọn đề tài làm

khóa luận tốt nghiệp của mình là: Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước

cấp sinh hoạt từ nguồn nước mặt với công suất 15000 m 3 / ngày đêm, với

nguồn nước mặt là nước sông Âu

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế được các hạng mục trong xử lí nước cấp sinh hoạt từ nguồn nước mặt là nước sông Âu – Khánh Thiện – Yên Khánh – Ninh Bình, công suất 15000 m3/ngày đêm

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác định được các thông số về chất lượng nước sông Âu

- Lựa chọn được dây chuyền xử lí nước phù hợp với chất lượng nước

và công suất đề ra là 15000 m3/ngày đêm

4 Đối tượng nghiên cứu

- Nguồn nước mặt sông Âu

- Tình hình dân cư, các hoạt động kinh tế xã hội của địa bàn xã Khánh Thiện – Yên Khánh – Ninh Bình

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập tài liệu

- Phương pháp tính toán

- Phương pháp trao đổi ý kiến với các thầy cô, bạn bè

CHƯƠNG 1

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - KINH TẾ XÃ HỘI VÀ SỰ CẦN

THIẾT PHẢI XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TẠI

XÃ KHÁNH THIỆN - YÊN KHÁNH - NINH BÌNH

1.1 Điều kiện tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lí

Xã Khánh thiện nằm ở phía Đông Bắc của huyện Yên Khánh - Tỉnh Ninh Bình Ranh giới của xã:

- Phía Đông giáp với sông Đáy

- Phía Nam giáp với xã Khánh Cường

- Phía Tây giáp với xã Khánh Lợi

- Phía Bắc giáp với xã Khánh Tiên

1.1.2 Khí hậu

- Nhiệt độ: Cao nhất là 390C, thấp nhất là 80C và trung bình là 250

- Độ ẩm: Cao nhất là 92%, thấp nhất là 50% và trung bình là 86%

- Lượng mưa trung bình năm là: 2345,5 mm

- Gió: Hướng gió thịnh hành mùa hạ là gió Đông Nam và mùa đông là gió Bắc

1.1.3 Địa hình

Địa hình xã Khánh Thiện phần lớn là bằng phẳng chiếm 100% Tổng

diện tích của xã là 1409,1 ha

Theo số liệu điều tra xã Khánh Thiện tính đến năm 2010 dân số toàn

xã là 8560 người, 2031 hộ chia thành 8 xóm, dân tộc chủ yếu là dân tộc Kinh

- Trẻ em ở độ tuổi nhà trẻ, mẫu giáo đến trường: 50,14%

- Trẻ em ở độ tuổi tiểu học và trung học cơ sở đến trường là: 100%

b Y tế

- Tổ chức tiêm chủng tốt

- Thực hiện cuộc vận động kế hoạch hóa gia đình tốt, có hiệu quả cao (tỉ lệ tăng tự nhiên 1,4%)

c Tình hình văn hóa phát triển

- Các thôn xóm của xã đều có nhà văn hóa thôn, xóm

- Xã có trạm truyền thanh, trang thiết bị hệ thống loa đến các thôn

- Thiết bị nghe nhìn: 97% hộ có ti vi, 75% hộ có rađio

- Thông tin: 70% hộ có lắp điện thoại, có bưu điện văn hóa xã

Các công trình hạ tầng xã hội cấp xã đã được đầu tư đủ danh mục, hạng mục công trình và 100% nhà cấp 3 và cấp 2, quy mô và chất lượng đáp ứng được nhu cầu sử dụng

b Nhà dân

- Nhà ở: 100 % dân có nhà ở, chất lượng các nhà đạt loại khá tốt

+ Nhà kiên cố (mái bằng 1-2 tầng trở lên): chiếm 48,5%

+ Nhà kiên cố (1 tầng mái ngói): chiếm 51,5%

- Dân cư: Phân tán trên địa bàn xã, toàn xã có 8 xóm, xóm lớn nhất là xóm 1, gồm 1460 người, xóm lớn thứ 2 là xóm Phong An gồm 1360 người Xóm nhỏ nhất là xóm Cầu Âu gồm có 750 người

1.2.6 Cấp điện

- Xã có điện lưới quốc gia chạy qua, hệ thống điện đáp ứng đủ yêu cầu sinh hoạt và sản xuất của dân cư

- Tỷ lệ hộ dùng điện: 100%

1.2.7 Hiện trạng thoát nước và vệ sinh môi trường

- Thoát nước chưa có hệ thống cống rãnh tiêu nước thải sinh hoạt, chăn nuôi gia cầm mà chủ yếu là thoát xuống ao, lưu thông giữa ao hồ, do hạn chế

đó nên nguồn nước mặt bị ô nhiễm

- Rác thải: Không được thu gom, các gia đình tự giải quyết (cho vào chuồng nuôi gia súc để tăng hàm lượng phân hữu cơ)

- Hố tiêu trong các gia đình ở tình trạng không cao lắm:

+ Hố tự hoại : 47%

- Hiện trạng sử dụng:

+ Nước mưa: Dùng ăn uống, 95% số hộ có bể chứa Số hộ có bể chứa

dự trữ đủ cho mùa khô chiếm 34% (bể > 5m3)

+ Nước giếng đào: Số hộ có giếng đào chiếm 58%, Mực nước tĩnh mùa khô 0,5 - 1m, mùa mưa 2 - 4m, chất lượng nước không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh

+ Nước giếng khoan: Toàn xã có 360 giếng khoan có đường kính nhỏ,

độ sâu 30 - 40m Chất lượng và trữ lượng nước không đảm bảo (qua bể lọc đơn giản) không đủ tiêu chuẩn dùng nước

+ Nước mặt: Xã có diện tích ao hồ chiếm 3,4% diện tích tự nhiên, hiện

có khoảng 25% dân sử dụng nước mặt trong sinh hoạt mặc dù nguồn nước này bị ô nhiễm

Tóm lại qua tình hình thực tế về sử dụng nước của nhân dân xã Khánh Thiện thì vấn đề cung cấp nước sạch cho nhân dân của xã là một vấn

đề vô cùng cấp thiết

1.4 Nhu cầu sử dụng nước

Theo dõi sự phát triển dân số của xã Khánh Thiện, xét đến tỉ lệ tăng cơ học do sự phát triển của xã, dự báo tỉ lệ tăng dân số bình quân trong những năm tới là 1,1%

Bảng 1.1: Dự báo dân số của xã

Dân số (Người) 8560 11497 12250 13107

Nhu cầu sử dụng nước đến năm 2020

Tiêu chuẩn nước cấp:

- Tiêu chuẩn nước sinh hoạt: Thiết nghĩ về vấn đề cấp nước và vệ sinh nông thôn đến năm 2020 thì nhu cầu nước sinh hoạt bình quân đầu người là

240 lít/ người, ngày đêm

- Nước dùng cho trạm y tế xã bằng 40% nước sinh hoạt

- Nước dùng cho 2 trường mầm non xã bằng 40% nước sinh hoạt

- Nước dùng cho các trường tiểu học và trung học của xã bằng 10% nước sinh hoạt

- Nước dùng trong khu công nghiệp tinh lọc bột sắn là 3000 m3/ ngày đêm

- Nước dùng trong khu công nghiệp chế biến thức ăn gia súc gia cầm là

4000 m3/ngày đêm

- Nước thất thoát rò rỉ tính bằng 7% tổng nhu cầu sử dụng nước trên

- Nước dùng cho trạm xử lí 8% tổng nhu cầu trên

Bảng 1.2: Nhu cầu sử dụng nước của xã Khánh Thiện tính đến năm 2020

7 Nước cho khu công

nghiệp chế biến thức ăn

1.5 Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng hệ thống cấp nước

Nước sạch cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt sản xuất của nhân dân dần trở thành một nhu cầu tối thiểu không thể thiếu của mọi khu tập trung dân cư

Vì vậy việc xây dựng hệ thống cấp nước cho xã Khánh Thiện là một việc tất yếu

Xã Khánh Thiện có thể nói là 1 xã thuần nông, người dân trong xã có tới 75% sống bằng nghề nông nghiệp, đời sống nhiều người dân gặp nhiều

khó khăn, ngân sách của xã vẫn còn dựa vào sự cân đối của cấp trên Ví dụ tuyến đường liên xã của xóm 2 là tuyến đường chính sách được tỉnh Ninh Bình xây dựng cho Dân cư sống bằng nghề buôn bán thì chủ yếu sống ở chợ Xanh và xóm Cầu Âu Nói chung nông nghiệp vẫn là nguồn thu chính của người dân nơi này Trong tương lai khu công nghiệp tinh chế bột sắn và khu công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc gia cầm thì người dân tham gia hoạt động sản xuất công nghiệp sẽ tăng

Hiện tại nước sinh hoạt ở xã Khánh Thiện chủ yếu lấy từ các giếng khoan UNICEF, giếng khơi song nước chưa qua xử lí nên không đảm bảo vệ sinh

Việc sử dụng nước không qua xử lí, không đảm bảo vệ sinh sẽ gây nhiều bệnh tật cho người sử dụng như: Bệnh đau mắt hột, tiêu chảy, tả lị, các bệnh về da liễu, bệnh bướu cổ, bệnh sốt rét… tuy chưa có thống kê về tỉ lệ các bệnh này nhưng thực tế cho thấy các bệnh này đang gia tăng, đặc biệt ở phụ

nữ và trẻ em Hàng năm chi phí y tế cho những bệnh nhân mắc các bệnh do nguồn nướcgây ra là không ít

Xây dựng một hệ thống cấp nước sạch theo quy hoạch đảm bảo vệ sinh cấp nước ổn định và đủ cho sinh hoạt trước mắt cũng như yêu cầu phát triển trong tương lai là một việc làm cấp thiết và phù hợp với nguyện vọng hàng đầu của nhân dân xã Khánh Thiện

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC

2.1 Nguồn nước

2.1.1 Nguồn nước ngầm mạch nông

Trên địa bàn xã Khánh Thiện, nước ngầm mạch nông chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các sông hồ ao trong xã Các giếng khơi có độ sâu trung bình từ 5 đến 10m là có nước Tuy nhiên, trữ lượng nước không lớn, cụ thể là có rất nhiều giếng nước trong xã một thời gian sử dụng mực nước trong giếng đã hạ thấp xuống vài mét so với khi mới đưa vào sử dụng Bên cạnh đó, chất lượng nước ngầm mạch nông còn chịu ảnh hưởng rất lớn bởi nhiễm bẩn bề mặt, tưới tiêu trồng trọt cho nông nghiệp, nhất là hiện tại sử dụng nước ngầm mạch

nông cho cấp nước lâu dài cho xã không đảm bảo chất lượng và trữ lượng

2.1.2 Nước ngầm mạch sâu

Trong đợt khảo sát tháng 4 năng 2010, với các phiếu kiểm nghiệm mẫu nước lấy tại các giếng khoan UNIDEF khoan ở độ sâu 60m của dân tại thôn, qua quan sát các giếng khoan ở các thôn khác trên địa bàn xã, tôi nhận thấy rằng, nước ngầm ở Khánh Thiện chất lượng không đồng đều, hàm lượng sắt cao, trữ lượng nhỏ và không ổn định

2.1.3 Nước mặt

Sông Âu thuộc hệ thống tưới tiêu của trạm bơm sông Đáy, lưu lượng nước của con sông này rất lớn đảm bảo đủ nước cho cả mùa khô Ngoài ra trong xã còn có cả các hồ ao, kênh mương thủy lợi, nhưng có trữ lượng nước không ổn định nhất là trong mùa khô hạn

Chất lượng nước sông Âu có các tiêu chí hóa lí, vi sinh đảm bảo tiêu chuẩn chung làm nguồn cấp nước để xử lí phục vụ sinh hoạt

2.2 Lựa chọn nguồn nước

Sau khi khảo sát lấy mẫu phân tích của nguồn nước mặt và tài liệu sơ

bộ về nước ngầm trong khu vực, chúng tôi có những nhận xét sau:

- Trong khu vực xã chưa có tài liệu đánh giá trữ lượng nước cụ thể, nên chưa thể khẳng định nguồn nước có thể cung cấp đủ cho hệ thống khai thác quy mô tập trung

- Chưa có nghiên cứu ảnh hưởng của nước ngầm đến khu vực Khi khai thác nước ngầm với quy mô lớn, có thể ảnh hưởng đến độ hạ mực nước ngầm trong khu vực, tác động không nhỏ đến môi trường của khu vực

- Chất lượng nước ở các khu vực xã không đồng đều Do đó việc xử lí rất phức tạp và tốn kém, chưa kể đến có thể nguồn nước ngầm ở khu vực này

có thể bị nhiễm mặn và nhiễm nitrit…

Đối với nguồn nước mặt là sông Âu:

- Việc khai thác nguồn nước của sông này là tương đối thuận lợi

- Trữ lượng nước rất dồi dào trong cả hai mùa lũ và mùa khô

- Là các con sông nội đồng do đó chủ động được việc điều tiết lưu lượng của sông trong năm

- Sông luôn có dòng chảy nên nước luôn được làm sạch

Vì vậy khi chưa có tài liệu cụ thể về nước ngầm của xã, tôi lựa chọn sông Âu là nguồn cung cấp nước chính

Tuy nhiên, khi chọn nước sông làm nguồn cung cấp cho hệ thổng cấp nước sạch cần có các biện pháp bảo vệ nguồn nước, trong vùng bảo vệ vệ sinh phải cấm dân cư sống hai bên bờ, thải trực tiếp nước sinh hoạt xuống sông, cấm giặt, chăn thả trâu bò, cấm sử dụng hóa chất độc hại, phân hữu cơ và các loại phân khoáng để bón cây hai bên bờ sông trong phạm vi bảo vệ theo quy phạm Các nhà máy, xí nghiệp có vị trí nằm gần sông thì nước thải của các nhà máy, xí nghiệp đó phải được xử lí hoàn toàn, bảo vệ nguồn nước theo quy phạm, công việc này cần được phối hợp chặt chẽ giữa các xã trong huyện

2.3 Chất lượng nước sông Âu

Chất lượng nguồn nước có một ý nghĩa rất quan trọng cho quá trình xử

lí nước, do vậy trong những điều kiện cho phép, cần chọn những nguồn nước

có chất lượng tốt nhất để có được hiệu quả cao trong quá trình xử lí Chất lượng nguồn nước quyết định dây chuyền xử lí

Bảng 2.3: Kết quả phân tích nước sông Âu – Khánh Thiện – Yên Khánh – Ninh Bình

STT Chỉ tiêu phân tích

Đơn vị tính toán

Kết quả phân tích

TCVN 5502 năm 2003

Cu, Pd… đều nằm trong giới hạn cho phép dùng làm nguồn nước sử dụng vào mục đích cấp nước cho ăn uống và sinh hoạt theo tiêu chuẩn quốc gia Tuy nhiên mẫu nước có độ đục và hàm lượng Fe, Mn hơi cao so với TCVN, hàm lượng NO3-, Colifom khá cao cần xử lí trước khi đưa vào dùng làm nước sinh hoạt Đặc biệt nước không bị nhiễm kim loại nặng và hầu như các chỉ tiêu khác chỉ hơn tiêu chuẩn một chút, nước này đủ tiêu chuẩn dùng làm 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 đang có những bất lợi đặc biệt là khu vực nông thôn Tại nông thôn ở nhiều vùng phương tiện chủ yếu vẫn là giếng khơi mạch nông, do đó để đạt được chất lượng nước theo 2 bảng dưới đây là một công việc hết sức phức tạp ngay cả những khu vực ở thành phố Tuy nhiên, vì mục tiêu đảm bảo sức khỏe cho toàn dân, chiến lược quốc gia cấp nước sạch chỉ rõ đến năm 2020 thì 100% số hộ ở thành phố được sử dụng nước sạch và 90% đối với các gia đình ở nông thôn

Bảng 2.4: 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

Đối với vùng ven biển

Đối với vùng nội địa

Bảng 2.5: Tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt theo phương diện vi khuẩn và sinh vật (theo quyết định số 505BYT/QĐ của bộ y tế)

STT Chỉ tiêu Tiêu chuẩn

A1 Nước đã được làm sạch tại trạm xử lý

- Faecal coliform, Coli/100ml

trạm xử lí

- Faecal coliform,Coli/100ml

- Tổng coliform, Coli/100ml

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

- 3 (đôi khi có nhưng không thường xuyên)

- 3 (đôi khi có nhưng không thường xuyên)

- 0 (không thường xuyên)

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

- Helminth (ký sinh gây bênh)

- Sinh vật tự do (rong tảo)

0

0

0

2.4 Đề xuất công nghệ xử lí

Những dây chuyền xử lí phải đảm bảo độ đục, Fe, Mg, Mn, NO3- và vi sinh vật nằm trong giới hạn cho phép Dựa vào kết quả phân tích chất lượng nước sông Âu dự kiến công nghệ xử lý như sau:

- Nước sông được bơm lên qua trạm bơm cấp 1, rồi được đưa qua lưới chắn để tách các vật thô, rác, mảnh vụn thô… Sau đó đưa qua ống dẫn nước thô vào bể trộn phèn (sử dụng chất keo là PACN-95 được sản xuất tại Việt Nam thay cho phèn) tại đây xảy ra quá trình keo tụ và đông tụ

- Tử bể trộn phèn nước được chảy thẳng vào bể lắng ngang Lắng nước

có dùng chất keo tụ sẽ hiệu quả hơn là trường hợp không dùng chất keo tụ Càng xa điểm xuất phát kích thước hạt càng tăng lên do quá trình va chạm, kết dính, do vậy tốc độ lắng càng tăng Nhờ quá trình lắng này mà các hạt có trọng lực riêng lớn hơn nước đã được tạo bông và nhờ quá trình keo tụ thì chúng được tách ra

- Tại bể lọc nhanh thì nước được làm sạch thông qua lớp vật liệu lọc nhằm tách các hạt cặn lơ lửng, các keo tụ chưa được tách ở bể lắng, tách được các vi sinh vật trong nước

- Cuối cùng nước từ bể lọc được tự chảy vào bể chứa nước sạch và khử trùng bằng clo để tiêu diệt các vi trùng còn lại mà các giai đoạn trên không thể khử trùng được hết

- Nước từ bể chứa nước sạch được trạm bơm cấp 2 bơm vào mạng lưới

và phân phối tới nơi tiêu dùng

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ xử lí nước cấp sinh hoạt từ nước sông Âu

- Dẫn nước thô từ sông vào để xử lí

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

- Giảm độ đục, giảm chất rắn lơ lửng

- Tách kim loại: Fe, Mn, Cu, Pb

- Giảm mùi, vị trong nước

- Dư lượng clo để chống nhiễm khuẩn trở lại

- Tăng thời gian lưu, khử trùng hoàn toàn

- Điều hòa lưu lượng nước giữa các giờ cao điểm

- Kiểm tra độ pH của nước

Bể keo tụ tạo bông

2.5 Công nghệ xử lí nước 2.5.1 Các quá trình xử lí sơ bộ

Xử lí 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 để tách phần lớn các hợp chất hữu cơ có kích thước nhỏ và các chất vô cơ, hoặc xử lí sơ bộ với dịch vôi…

Xử lí sơ bộ bằng oxi hóa sơ bộ: có tác dụng nâng cao hiệu suất các quá trình

oxi hóa tiếp theo, tăng hiệu suất tách các quá trình tiếp theo, giảm số lượng tảo trong nước…Hiện nay người ta thường dùng ozon là chất oxi hóa cho quá trình oxi hóa sơ bộ nước thô do có chứa các tạp chất thô

2.5.2 Quá trình lắng 2.5.2.1 Khái niệm

Xử lí nước bằng quá trình lắng là quá trình nước đưa vào bể và giữ lại trong thời gian cần thiết để dưới tác dụng của trọng trường, các hạt có khối lượng riêng lớn hơn chất lỏng bao quanh nó sẽ tự lắng xuống Bằng cách đó các hạt lơ lửng trong nước thô di chuyển xuống đáy tạo ra lớp bùn còn phần trong của nước sẽ đi ra ngoài Thực tế người ta có thể cho thêm hóa chất vào

nước để tăng kích thước hạt và làm hạt có thể lắng nhanh hơn

Quá trình lắng có một số ứng dụng trong các quá trình sau:

- Sử dụng tách cặn cho các nguồn nước sông có hàm lượng cặn cao, sau

đó nước đạt yêu cầu

- Sử dụng bể lắng sau công đoạn keo tụ

- Lắng bùn sau công đoạn khử độ cứng của nước khi làm mềm nước

bằng vôi, xôđa tạo ra lượng bùn lớn

2.5.2.2 Các loại bể lắng

Có thể phân các loại bể lắng như sau:

- Theo hình dạng: Hình vuông, hình chữ nhật, hình tròn

- Theo hướng dòng chảy: Bể lắng ngang hoặc bể lắng đứng

Trong số các loại bể lắng trên chọn bể lắng ngang để xử lí cặn trong nước là tốt nhất và phù hợp công suất của nhà máy

Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật, được sử dụng trong các trạm xử

lí có công suất lớn hơn 3.000 m3 /ngày đêm đối với trạm xử lí dùng phèn và

sử dụng với công suất bất kì cho những trạm xử lí không dùng phèn Căn cứ vào biện pháp thu nước lắng người chia thành 2 loại bể: Bể lắng ngang thu nước ở cuối và bể lắng ngang thu nước trên bề mặt Bể lắng ngang thu nước ở cuối thường được kết hợp với bể phản ứng có vách ngăn hoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Bể lắng ngang được chia thành nhiều ngăn, chiều rộng của mỗi ngăn thường là 3-6 m, chiều dài bể không quy định Để phân phối nước đều trên toàn bộ bề mặt diện tích bể lắng cần đặt các vách ngăn

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang thu nước ở cuối

Xả cặn

2.5.3 Quá trình lọc

2.5.3.1 Khái niệm

Là quá trình 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 Sau quá trình lọc nước được chất lượng nước tốt hơn về mặt hóa học và lí học

Ống xả

Bảng 2.6: Phân biệt hai quá trình lọc

- Giảm COD

- Oxi hóa ammoniac, tách được các chất gây đục kích thước nhỏ

- Tách các chất gây đục

- Có tính hấp phụ khi dùng than hoạt tính

- Tách được axit

- Oxi hóa tách được sắt

và mangan

- Ứng dụng lọc nhanh sinh học

c Ứng dụng của quá trình lọc

* Lọc khô: Là quá trình lọc nước trong đó nước cần xử lí từ trên xuống dưới

qua các lớp vật liệu lọc cùng với sự chuyển động của khí có khối lượng tương

tự

- Ưu điểm: Lọc khô có nhiều ưu điểm như cung cấp đủ oxi cho quá

trình ôxi hóa, khử được các chất khí hòa tan dễ bay hơi như: CO2, H2S… và các chất hữu cơ gây mùi cho nước… Tuy nhiên lọc khô thích hợp đối với quá trình xử lí nước thô có hàm lượng NH4+ và các khí hòa tan cao

- Nhược điểm: Phải cấp khí

* Lọc nhanh: Đối với lọc nhanh có thể ứng dụng trong nhiều trường hợp

khác nhau, có thể sử dụng hoàn toàn độc lập, có thể ban đầu xử lí tách bớt các tạp chất lơ lửng trước khi đi vào các quá trình lọc chậm, có thể là khâu xử lí cuối cùng để tách nốt các tạp chất bẩn còn lại sau quá trình keo tụ và lắng Riêng đối với nước ngầm, có thể sử dụng lọc nhanh độc lập để xử lí

Đối với nước mặt có hàm lượng chất rắn lơ lửng không cao, độ đục thấp người ta kết hợp sử dụng quá trình lọc nhanh cùng với khử trùng và keo

tụ tạo bông

* Lọc chậm: Lọc chậm áp dụng cho các nguồn nước có độ đục tính theo hàm

lượng cặn từ 20 mg/l đến 50mg/l

- Ưu điểm: Bể lọc chậm có tác dụng rất cao trong việc khử cặn lơ lửng

và làm trong nước vì vật liệu lọc có kích thước nhỏ và mịn

- Nhược điểm: Phương pháp lọc chậm có diện tích lớn, khối lượng xây

dựng lớn, khó khăn trong việc cơ giới hóa và tự động hóa quá trình rửa lọc

Do vậy, lọc chậm thường ít tác dụng với các nhà máy có công suất lớn Lọc chậm không kinh tế bằng lọc nhanh do tốc độ lọc thấp

Để khắc phục tình trạng đó người người ta dùng lọc nhanh

Trong quá trình lọc nhanh, nước cần xử lí bằng hạt có kích thước lọc

trung bình lớn, vận tốc cao

* Nguyên lí cấu tạo bể lọc

- Nước được dẫn từ bể lắng ngang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc là lớp đá sỏi, nước được đưa vào hệ thống thu nước trong và

được đưa vào bể chứa nước sạch Ban đầu đa số cặn được giữ lại trên bề mặt lọc Khi bề mặt màng tăng dần thì cấu trúc màng không bền, có thể bị dòng nước phá vỡ và đi vào mao quản tạo ra lớp màng mới ở trên bề mặt khác Nguyên lí của quá trình này bao gồm quá trình của các hạt cặn có trong nước lên bề mặt hạt lọc và quá trình tách bẩn cặn từ bề mặt hạt lọc đưa vào lớp cát lọc phía dưới Hai quá trình này liên tục từ trên xuống dưới làm cho lượng bùn giữ lại càng nhiều dẫn đến năng suất lọc giảm, trở lực tăng nên phải rửa 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 Đối với chất có kích thước lớn, cơ chế sàng có vai trò quan trọng

+ Cơ chế lắng

Các lắng do trọng lực, giống như trong bình lắng, chỉ khác là các hạt lắng trên bề mặt vật liệu Cơ chế lắng giải thích các quá trình huyền phù lơ lửng có kích thước nhỏ hơn lỗ mao quản Vận tốc lắng đường kính hạt, khối lượng riêng của hạt, khối lượng riêng của nước

+ Cơ chế hấp phụ

Là quá trình quan trọng nhất trong quá trình lọc nhanh để tách hạt keo, huyền phù lơ lửng, và các tạp chất hòa tan Nguyên lí của các quá trình lọc là

ở pH thường thì các hạt tích điện âm do đó có khả năng hấp phụ cation Al3+,

Mn2+, Fe3+ Quá trình hấp phụ các ion dương đã làm điện thế của bề mặt vật liệu lọc giảm Khi có quá nhiều hạt tích điện dương lên bề mặt vật liệu lọc sẽ xảy ra hiện tượng quá bão hòa, và bề mặt vật liệu trở nên tích điện dương, do

đó lại xảy ra quá trình hấp phụ thứ hai, hấp phụ các điện tích âm xảy ra Các

hạt keo có kích thước từ xác động thực vật, các chất bẩn hòa tan, các anion như: NO3- , PO43- sẽ được hấp phụ ở giai đoạn này Quá trình hấp phụ các hạt mang điện tích âm sẽ đạt quá trình bão hòa và trên bề mặt vật liệu lại xảy

ra quá trình tích điện tích dương Hiện tượng đảo thế bề mặt vật liệu lọc xảy

ra liên tục và điện thế bề mặt lọc giảm dần theo thời gian lọc Do đó lực hấp phụ giảm hiệu suất lọc theo cơ chế này cũng giảm theo thời gian

Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra được khi các cơ chế khác đưa hạt bẩn 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:

Cơ chế này biến đổi các chất hòa tan trong nước thành các chất đơn giản, vô hại hoặc chất không tan sau đó tách ra khỏi nước bằng cơ chế sàng, lắng, hấp phụ Cơ chế hóa học rất quan trọng trong quá trình lọc nhanh, có thể tách được các chất hữu cơ, tách sắt và mangan và kim loại nặng nói chung

+ Cơ chế sinh học:

Các vi sinh vật trong nước qua chuyển động sẽ hấp phụ lên bề mặt vật liệu lọc Chất hữu cơ và vô cơ trong nước sẽ trở thành thức ăn cho vi sinh vật, một phần cung cấp năng lượng cho chúng hoạt động và một phần chuyển hoá vào tế bào để cho chúng phát triển Trong quá trình chuyển hóa các chất nói trên, nhờ vi khuẩn các chất hữu cơ phân hủy dần, ví dụ amoniac chuyển hóa thành nitrit rồi sau đó thành nitrat, các chất khác chuyển hóa thành các chất vô hại như nước, CO2, nitrat, phốt phát Sản phẩm của quá trình đi theo nước lọc cùng một phần các vi khuẩn bị phân hủy, có phần được khoáng hóa

Tuy nhiên cơ chế sinh học có một số nhược điểm sau:

Phải dùng dòng nước ngược chiều để rửa vật liệu lọc, các hạt nhỏ được đẩy lên và các hạt to được giữ lại dưới đáy Do đó khi nước tiếp xúc với nước trước thì dễ bị tắc mao quản, trở lực tăng nhanh và thời gian cần rửa lọc rút

ngắn Để giải quyết vấn đề này, người ta phải dùng các hạt vật liệu có kích thước đều nhau, do vậy giá thành đắt hơn

Theo kết quả phân tích nước sông Âu cho thấy hàm lượng NH4+ rất thấp, ít khí hòa tan lựa chọn phương pháp lọc nhanh là phù hợp Tác dụng của lọc nhanh trong dây chuyền công nghệ xử lí này là để tách cặn sau keo tụ, tạo bông không lắng (nổi) mà lơ lửng trong nước Đồng thời trong quá trình lọc cũng xảy ra quá trình khử tiếp sắt và mangan

2.5.4 Quá trình keo tụ

2.5.4.1 Khái niệm

Keo tụ là phương pháp xử lí 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 một cách dễ dàng bằng phương pháp tuyển nổi hoặc lắng

Các chất keo tụ thường được dùng là phèn nhôm, phèn sắt dưới dạng tác dụng hòa tan, các chất điện ly hoặc các chất cao phân tử, …

Quá trình keo tụ có thể tách hoặc làm giảm các thành phần có trong nước như các kim loại nặng, các chất lơ lửng bẩn… và có thể cải thiện được

độ đục cũng như màu sắc của nước

2.5.4.2 Nguyên lý keo tụ

Các chất cặn trong nước đều có thể mang điện tích âm hoặc dương (tùy thuộc nguồn gốc xuất xứ) Khi thế cân bằng điện động nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích dương sẽ kết dính với nhau nhờ lực liên kết phân

tử và lực điện từ tạo thành tổ hợp các phân tử, nguyên tử các ion tự do Các tổ hợp tạo thành gọi là các hạt keo Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo của các hạt keo sẽ có những tính chất khác nhau

Có thể chia các hạt keo thành hai loại: Keo kị nước và keo háo nước

+ Keo kị nước: Hạt keo không kết hơp với phân tử nước trong môi trường để thành vỏ bọc hiđrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích lớn, và khi điện tích này được làm trung hòa thì độ bền của các hạt keo bị phá vỡ

+ Keo háo nước: Có khả năng kết hợp với các phân tử háo nước tạo thành vỏ bọc hiđrat, các hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dưới tác dụng của các chất điện phân không bị keo tụ

Các hạt làm bẩn nước thiên nhiên chủ yếu tạo ra hệ keo kị nước gồm các hạt mang điện tích âm, còn các hạt keo kị nước tạo ra do sản phẩm thủy phân phèn nhôm, phèn sắt thì mang điện tích dương Trong kỹ thuật xử lí nước bằng quá trình keo tụ, sử dụng phèn, keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo, nên ta chỉ nghiên cứu tính chất, cấu tao, phương pháp keo tụ kị nước

Ban đầu các phân tử tạo thành liên kết lại với nhau thành các khối đồng nhất Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các khối này có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion nào đó tạo thành lớp vỏ ion Lớp vỏ ion này cùng với khối phân

tử bên trong tạo thành hạt keo Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn trên đó có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện tích Như vậy quanh khối liên kết phần tử ban đầu có hai lớp mang điện tích trái dấu bao bọc gọi là lớp điện tích kép của hạt keo

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 Do vậy quá trình keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp riêng rẽ nhờ việc làm giảm thế điện động zeta Quá trình tạo bông xảy ra nhờ khuấy trộn và hình thành việc kết hợp các hạt bông keo nhỏ

2.5.4.3 Các phương pháp keo tụ

Một trong số các phương pháp keo tụ hệ keo là làm giảm thế năng Zeta của hạt bằng cách tăng nồng độ của chất điện phân trong nước

Khi nồng độ của ion tăng lên càng nhiều ion chuyển từ lớp khuếch tán sang lớp điện tích kép, kết quả là làm giảm điện thế Zeta và chiều dầy của lớp khuếch tán giảm Khả năng làm giảm điện thế của các hạt keo bằng các ion tương đối nhanh khi tăng hóa trị của các ion này Ta sẽ nhận thấy khả keo tụ tương đối của các cation và anion có hóa trị khác nhau qua bảng sau

Bảng 2.7: Khả năng keo tụ tương đối của các chất điện phân

Khả năng keo tụ tương đối của các chất điện

phân với keo tích điện Chất điện phân

Từ bảng trên ta thấy khả năng gây ra keo tụ của ion hóa trị I: hóa trị II: hóa trị III gần đúng theo tỉ lệ 1:3:1000

Khi keo tụ các hạt keo bằng cách cho thêm nước vào chất điện phân thì điện thế Zeta của hạt keo giảm dần cho tới không Nhưng nếu tăng nồng độ của chất điện phân quá mức thì dễ gây ra hiện tượng tích điện lại cho các hạt keo, khi đó điện tích của hạt keo đổi dấu và điện thế Zeta lại tăng lên Từ đó

ta thấy nếu cho hàm lượng phèn vào nước nhiều hơn liều lượng cần thiết sẽ làm giảm quá trình keo tụ

2.5.4.4 Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông

- 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, giảm thế điện động Zeta làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy và tạo ra sự kết dính 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 Hấp phụ ion trái dấu làm trung hòa điện tích, giảm thế điện động Zeta tạo ra khả năng kết dính giữa các hạt keo

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

tích điện: Nhờ lực tĩnh điện chúng có xu hướng kết hợp với nhau

- Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc cầu: Các polime vô cơ hay hữu cơ

có thể ion hóa nhờ cấu trúc mạch dài tạo ra cầu nối giữa các hạt keo.Cần tính toán đủ lượng tối ưu để tránh hiện tượng tái ổn định của hệ keo

- Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng: Hình thành các tinh thể,

các muối không tan, các polyelectrolit Cơ chế này không phụ thuộc vào quá trình tạo bông, không có hiện tượng tái ổn định hệ keo 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

2.5.4.5 Các bước thực hiện quá trình keo tụ

Bước 1: Định lượng và trộn lẫn keo tụ: Đưa đủ số lượng chất keo tụ

cần thiết vào trong nước cần xử lí và hòa trộn đồng đều trong hệ thống

Bước 2: Phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo, chất gây đục trong nước

Bước 3: Tạo bông keo có kích thước nhỏ nhờ Građien để cho các chất

keo bông nhỏ tạo thành

Bước 4: Tạo ra bông keo tụ lớn: Tạo bông keo tụ lớn nhờ Građien vận

tốc nhỏ để tách các hạt cặn ra khỏi nước có thể cần hoặc không cần các chất keo tụ

2.5.4.6 Ứng dụng của quá trình keo tụ

Keo tụ là phương pháp dùng phổ biến trong công nghệ xử lí nước cấp cũng như nước thải Trong công nghệ xử lí nước cấp đặc biệt là xử lí nước thô

là nước mặt có thể kể đến hệ thống xử lí ứng dụng công nghệ như sau:

- Keo tụ đơn giản với nước thô có độ đục không lớn, sau đó qua bể lọc chậm và khử trùng

- Keo tụ trước bể lọc nhanh, sau đó đến khử trùng

2.5.4.7 Lựa chọn các chất và bể trong quá trình keo tụ

a Lựa chọn chất keo tụ

- Chất keo tụ được dùng ở đây là PACN-95, có tác dụng lắng nhanh so với sử dụng phèn Hoặc dưới dạng: Alm(OH)nClx.(SO4)y

- PACN – 95 là polime khi tan thì có chứa các ion: Al3+ ,O2-, H+, Cl- và

SO42- , nó được sử dụng trực tiếp và được coi là sản phẩm của quá trình Hàm lượng của Al2O3 trong PACN – 95 đạt khoảng 30 – 35% (trong khi phèn nhôm có Al2O3 cao nhất chỉ đạt tới 15%)

- Trong môi trường pH cao (có thể lên tới 9,5) quá trình hình thành Aluminat từ polime chậm, nên có khả năng keo tụ tốt hơn phèn nhôm Trong vùng pH thấp hơn ≤ 5,5 khả năng keo tụ của PACN – 95 thấp cần sử dụng thêm chất trợ đông tụ PAA (Polyacrylamit), đồng thời để mở rộng và ổn định với dải pH trong môi trường bazơ cũng như cả trong môi trường axit