Công nghê môi trường Xử lý nước

Trong những năm qua, Nhà nước đã đầu tư xây dựng nhiều hồ lớn dùng trị thuỷ và điều tiết nước nhằm phục vụ cho nhiều mục đích, trong đó có cấp nước cho dân dụng và công nghiệp, v ề phươn

TRƯỜNG ĐẠI HỌ'C K.lẾN TRÚC HÀ NỘI

PGS TS HOÀNG V/ÁN HUỆ (Chủ biên)

LỜI NỚI ĐẦU

C ải th iện đ iề u k iệ n sống, sin h hoạt của con người và bảo vệ m ôi trư ờ n g là

n h ữ n g vấn đ ề bức xúc hiện nay ở nước ta n h ấ t là trong g ia i đ o ạ n th ú c đ ẩ y công

n g hiệp hóa và h iệ n đ ạ i hóa đ ấ t nước.

Trong n h ữ n g n ă m g ầ n đây tại nhiều trường đại học đ ã đ ư a vào chương trin h

g iả n g d ạ y các m ô n học ưề quy hoạch không gian, k ĩ th u ậ t hạ tầng, m ôi trường và

p h á t triển bền vữ n g n h ằ m cung cấp cho sin h viên n h ữ n g kiến th ứ c cơ bản n h ấ t ưề bảo vệ m ôi trường các đô th ị và k h u công nghiệp M ôn học C ô n g n g h ệ m ô i tr ư ờ n g củng đ ã được c h ín h thức đưa vào chương trin h đào tạo của n g à n h k ĩ th u ậ t h ạ tầ n g

và m ôi trường đô th ị tại Trường Đ ại học K iến trúc H à Nội.

Đ ể đ á p ứ n g cho yêu cầu về tài liệu g iả n g d ạ y của các th ầ y cô giáo và tà i liệu học tậ p của s in h viên, ch ú n g tôi hiên soạn cuốn giá o tr in h "Công nghệ m ôi trường" với nội d u n g g ồ m 4 p h ầ n chính: x ử lí nước; Q u ả n lí c h ấ t th ả i rắ n đô th ị

và công nghiệp; x ử l í kh ó i bụi và x ử lí tiến g ồn đô thị Giáo tr in h được chia là m

3 tập: T ậ p I: x ử lí nước; Tập 11: Q uản lí ch ấ t th ả i rắn; T ậ p III: x ử lí k h ó i b ụ i và tiến g ồn.

T à i liệu được p h â n công biên soạn n h ư sau:

- C h ủ biên: P G S , T S H oàng V ăn Huệ.

- T h a m g ia biên soạn:

T ậ p I: P G S , T S H oàng V ăn Huệ

T ậ p II: P G S, T S Trần T h ị H ường

T ậ p I I I : P G S, TS H oàng V ăn H uệ; K S N g u y ễn T rọ n g Phương;

TS N g u yễn 'Văn M uôn.

C h ú n g tôi x in ch â n th à n h cám ơn các bạn đ ồ n g nghiệp và các ch u yên g ia đ ã

đ ó n g góp n h iề u ý kiến q u ý báu trong qu á trin h biên soạn cuốn sách Các tác g iả

c ủ n g n h ậ n được s ự g iú p đỡ to lớn của cán bộ, chuyên g ia th u ộ c N h à x u ấ t b ản

X â y dựng, đ ặ c biệt là của Trường Đ ại học K iến trúc H à N ộ i và B ộ X â y dự ng, x in

b à y tỏ lòng c ả m ơn ch ă n th à n h trong việc hoàn th à n h cuốn sá ch này.

Cuốn sách có th ể còn n h ữ n g sai sót và nhược điểm , rấ t m o n g được các bạn

đ ọc góp ý p h ê bình Y kiến p h ê binh xin g ử i về theo đ ịa chỉ: K hoa K i th u ậ t h ạ

tầ n g và m ôi trư ờ n g đô th ị - Trường Đ ại học K iến trúc H à N ội, k m 9 - đư ờ ng

N g u y ễ n Trãi.

Các tác giả

PHẦN I

XỬ LÍ NƯỚC CẤP

Chương 1

NGUỔN NƯỚC, YÊU CẦư VỂ

I.l NGUỒN NUỚC

Khi thiết kế hệ thống cấp nước cần hết sức quan tâm tới vấn để chọn nguồn nước vì

nó quyết định tính chất và thành phần các hạng mục công trình của hệ thống cấp nước, quyết định kinh phí đầu tư xây dimg và giá thành sản phẩm

Nguồn nước thiên nhiên được sử dụng vào mục đích cấp nước, có thể chia làm hai loại:

- Nước mặt; Sông suối, ao hồ và biến

- Nước ngầm; Mạch nông, mạch sâu, giếng phun

1.1.1 N guồn nước m ặt

Nguồn nước mặt chủ yếu ở các sòng, hồ chứa, biển

Nước mưa, hơi nước trong không khí ngưng tụ trên bề mặt và một phần do nước ngầm chảy lộ thiên tạo thành những dòng suối sông

ở nước ta, với lượng mưa trưng bình hàng năm thưòfng khoảng 2000mm phân bố tương đối đều so với nhiều nước trên thê giới Hệ thống sông ngòi chằng chịt có lưu lượng nước rất phong phú Tuy nhiên, do chiều rộng từ Trường Sơn ra biển Đông hẹp, độ dốc lớn, ít hồ thiên nhiên và nhân tạo nên lượng nước phân bố không đều trong năm v ề mùa mưa nước thừa gây úiig ngập, ngược lại về mùa khô không đủ cu” ;;ị cấp cho nông nghiệp, công nghiệp và dân sinh Trong những năm qua, Nhà nước đã đầu tư xây dựng nhiều hồ lớn dùng trị thuỷ và điều tiết nước nhằm phục vụ cho nhiều mục đích, trong đó

có cấp nước cho dân dụng và công nghiệp, v ề phương diện chất lượng, nước sông ở ta

do chảy qua nhiều vùng đất khác nhau chịu ảnh hưỏng của các yếu tố tự nhiên, mang theo nhiều tạp chất, có độ đục cao vổ mùa lũ, lứợng chất hữu cơ và vi trùng lớn, có độ màu cao

Đối với các hồ lớn nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của các khu dân cư thì chất lượng nước thường tốt có thể dùng làm nguồn cung cấp nước Các ao hồ nhỏ ở nông thôn tuy

hàm lượng cặn nhỏ, nhưng độ màu rất cao; các hỢỊi chất hữu cơ và phù du, rong tão lớn, nên ít dùng vào mục đích cấp nước cho dân dụng và công nghiệp.

Nước ta có khoảng SOOOkm bờ biển Nước biển làm mặn những quãng sông sàii vào trong lục địa tới 20 ^ 30km Nước ngầm vùng đồng bầns ven biển cũng bị nhiễm mặn

do ảnh hưởng của nước biển thấm sâu, có nơi tới lOOkm vào đất liền

Nguồn nước mặt bị ô nhiễm có thể do:

- Các chất thải của người và động vật trực tiếp hoặc gián tiếp thải vào

- Các chất thải công nghiệp xả vào

- Các chất thải trong quá trình bảo vệ thực vật

- Các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp

Nói chung, chất lượng nguồn nước mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ phát triển công nghiệp, đò thị trong kai vực; hiệu quả quản lí các dòng chất thải xả vào nguồn, điều kiện thuỷ văn, tốc độ, hình dạng, công suất dòng chảy và thời tiết vùng khí hậu Tuy trong nước mặt luôn luôn xảy ra các quá trình tự làm sạch, nhưng rất ít gặp những nguồn nước đủ tiêu chuẩn chất lượng cấp nước trực tiếp mà đa phần phải qua qiiá trình xử lí mới sử dụng được

Bảng 1.1 giới thiệu thành phần các chất gây ô nhiễm nước mặt

Bảng 1.1 Thành phần các chất gây ò nhiễm nguồn nước mặtChất rắn lơ lửng

d < l^m

Các chất keo d = 0,00 H ] |.im (chủ yếu 0,05 0,2ụm)

- Chất thải sinh hoạt hữu cơ

- Cao phíìn tử hữu cơ

- Virut 0,03 ^ 0,3ịam

- Các ion K^, Na^, Ca'*^ NH4 , SO^" , c \ - , PO4'Các chất khí CO,, N.,CH4, H2S

đáng quan tâm là trong nước ngầm chứa nhiều các tạp chất hoà tan do ảnh hưcmg của điều kiện địa tầng, thời tiết, các quá trình phong hoá và sinh hoá xảy ra trong khu vực và trong tầng đất đá ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt thì trọng nước ngầm chứa nhiểu chất bẩn, lượng nước mưa lớn thì chất ỉượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, chất mùn lâu ngày theo nước mưa thấm sâu vào nguồn nước Nước ngầm cũng có thể nhiễm bẩn do tác động của con ngưòi Các chất thải do người và động vật, các chất thải hoá học, các chất thải sinh hoạt cũng như việc sử dụng phân bón hoá học, Tất cả các chất thải đó theo thời gian ngấm dần vào nguồn nước, tích tụ dần và dẫn đến ô nhiễm nguồn nưóc ngầm.

ớ nước ta, nước ngầm có hàm lượng muối cao ở các vùng đồng bằng ven biển, ở các nơi khác nước phổ biến có hàm lượng sắt, canxi và magiê lớn hoín tiêu chuẩn cho phép, nên phải xử lí mới dùng được Nước ngầm trong các tầng nứt nẻ của đá vôi phần lớn có chất lượng tốt Nước ngầm mạch sâu được các tầng địa chất phía trên bảo vệ nên ít bị nhiễm bẩn bởi các tạp chất hữu cơ và vi trùng

Khi nghiên cứu nguồn nước cần làm rõ một số chỉ tiêu cần thiết, ví dụ:

- Đối với nước mặt: Lưu lượiig tối đa ứng với mực nước cao nhất; lưu lượng tối thiểu ứng với mực nước thấp nhất; tốc độ dòng chảy và tình trạng bồi lở của dòng sông

- Đối với nước ngầm: Mực nước tĩnh, mực nước động, đưòfng cong giảm áp, bán kính giảm áp,

Chọn nguồn nước để cung cấp phải dựa trên cơ sở kinh tế, kĩ thuật của các phương

án, nhưng cần luii ý các điểm sau đây:

- Nguồn nước phải có lưu lượng trung bình nhiều nãm theo tần suất yêu cầu của đối tượng tiêu thụ (bảng 1.2) Trữ lượng nguồn nước phải đảm bảo khai thác được nhiều năm

- Chất lượng nước đáp ứng yêu cầu vệ sinh theo TCVN, uu tiên chọn nguồn nước nào

dễ xử lí và ít dùng hoá chất

- ưu tiên chọn nguồn nước gần nơi tiêu thụ, có sẵn thế năng để tiết kiệm năng lượng,

có địa chất công trình phù hợp với yêu cầu xây dimg, có điều kiện bảo vệ nguồn nước

- Cần ưu tiên chọn nguồn nước ngầm nếu lưu lưọfng đáp ứng yêu cầu sử dụng

Cùng với việc điểu hoà và khai thác các nguồn nước hiện có, chúng ta phải quan tâm đúng mức đến việc bảo vệ các nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn do nước thải công, nông nghiệp và thành phố thải vào Cần có các quy định của Nhà nước về bảo vệ vệ sinh nguồn nước với nội dung chủ yếu sau:

- Đối với nước ngầm: Khu vực bảo vệ I: Nếu tầng bảo vệ dày hơn 6m thì bán kính bảo vệ lấy 50m, nếu tầng bảo vệ < 6m thì bán kính bảo vệ là lOOm Trong khu vực I nghiêm cấm xây dựng các công trình và người không có trách nhiệm không được đi lại Khu vực II là khu vực hạn chế xung quanh khu vực I, chỉ cho phép xây dựng các công trình của hệ thống cấp nước nếu vùng bảo vệ có bán kính 300m Nếu đất đai tại khu vực

II thấm nước, thì tuỳ theo độ thấm mà bán kính bảo vệ lấy 50 ^ 300m và lấy phụ thuộc vào cỡ hạt của tầng bảo vệ

- Đối với nước mặt; Khu vực I nghiêm cấm xây dựng, tắm giặt, làm bến bãi và xả nước

vào nguồn trong phạm vi: về thượng Iiguồn > 2 0 0 -ỉ- 500m ; về hạ nguồn > 100 -r 200ni tuỳ

thuộc lưu lượng, tốc độ ảnh hưởng của thuỷ triều đến dòng sông Khu vực II không cho phép

xả nước bẩn vào phía thượng nguồn của các con sóng lớn trong khoảng 15 ^ 20km, sông vừa 20 H- 40km và toàn bộ các suối nhỏ Khu vực n i hạn chế nhimg cho phép xả nước thải

có xử lí và phải tính toán hiệu quả tự làm sạch của nguồn nước

- Đối với hồ chứa, đập nước: Nghiêm cấm nuôi cá, xả nước bẩn vào, nghiêm cấm xây dimg, chăn nuôi trồng trọt trong phạm vi 300 H- 500m gần bờ nếu địa hình khu vực bằng phẳng và toàn bộ lưu vực nếu đất dốc về phía hồ Khu vực hạn chế là 300m tiếp theo

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn và cấp an toàn của các nguồn nước

Đối tượng dùng nước Cấp an toàn Tần suất lưu lượng

trung bình (%)

- Nhà máy luyện kim, lọc dầu, nhiệt điện, nước sinh

hoạt của đỏ thị với dân số lớn hcfn 50000 người

cho phép giảm lưu lượng 30% từ 1 3 ngày

- Nhà máy sàng than, làm giàu quặng, lọc dầu, máy

xây dụng và các công nghiệp khác cũng như cấp

nước sinh hoạt đồ thị với dân số < 50000 người,

các xí nghiệp công nghiệp cho phép giảm lưu

lượng không quá 30% troiig I tháng và cắt nước

3 5 giờ

- Các xí nghiệp công nghiệp nhỏ, các hệ thống tưới

trong nông nghiệp cũng như cấp nước điểm dân

cư không quá 500 người cho phép giảm 30% lưu

lượng trong một tháng và cắt nước 1 ngày

1.2 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NUỚC

Như chúng ta đã biết nước thiên nhiên dùng cho các hệ thống cấp nước có chất lượng khác nhau Nước mặt có nhiều cặn, vi trùng, độ đục và hàm lượng muối cao Nước ngầm trong, ít vi trùng, nhiệt độ ổn định, nhiều muối khoáng và thường có hàm lirợiig sắt, mangan và các khí hoà tan Chất lượng nước thiên nhiên được đặc trưng bởi các chỉ tiêu hoá học, lí học và sinh học

1.2.1 C ác chỉ tiéu lí học

1 N h iệt độ: Nhiệt độ của nước khác nhau theo mùa và theo nguồn nước, phụ tluiộc

vào không khí, giá trị giao động ở giới hạn rộng 4 40*^0 và thay đổi theo độ sâu củanguồn nưức Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định 17 -H 27”c

Nhiệt độ được xác định bằng nhiệt kế

2 H àm lượng cặn: Nước mặt luôn chứa lượng cặn nhất định - là các hạt sét, cát, do

dòng nước xói rửa mang theo và các chất hữu cơ nguồn gốc động, thực vật mục nát hoà

tan vào trong nước Cùng một nguồn nước, hàm lượng cặn khác nhau theo các mùa - mùa khô ít, mùa lũ nhiềụ Hàm lượng cặn của nước ngầm chủ yếu là do cát mịn, giới hạn tối đa 30 4- 50mg/l Hàm lượng cặn của nước sông thường dao động lớn, có khi lên tới 3000mg/l.

Người ta phân biệt cặn toàn phần, cặn không hoà tan (cặn lơ lửng), cặn hoà tan và tinh cặn

Cặn toàn phần bao gồm tất cả các chất hữu cơ và vô cơ có trong nước không kể các chất khí Cặn toàn phần được xác định bằng cách đun cho bay hơi inột dung tích nước nhất định và sấy ở nhiệt độ 105 1 IO”C cho đến khi trọng lượng không đổị Cặn hoà tancũng được xác định bằng phương pháp trên, nhưng trước khi đun bay hơi, cần lọc bỏ cặn không hoà tan Phần cặn giữ lại ở trên giấy là cặn lơ lửng không hoà tan Tinh cặn ià các hạt cặn thuộc nguồn gốc vô cơ được xác định bằng cách đun một dung dịch nước nhất định rồi đem đốt sấy ở nhiệt độ 800°c Phần chênh lệch giữa lượng cận toàn phần và lượng tinh cặn là lượng cặn hữu cơ hay còn gọi là chất bay hơị Phụ thuộc vào phương pháp xác định, nếu lọc rồi đem sấy ta được tinh cặn hoà tan, còn nếu đem sấy nước không lọc ta được tinh cặn toàn phần

Khi hàm lượng cặn ít có thể xác định hàm lượng cặn bằng độ trong Khi đó mẫu nước cho vào bình thuỷ tinh cao 30cm, ở đáy có chữ tiêu chuẩn màu đen (phưcmg pháp Sneller) hoặc cao 35cm và ở đáy có chữ thập đen rộng Imm trên nền trắng và được chiếu sáng bằng một bóng điện 300W (phương pháp Diener) Độ trong được đo bằng cột nước lối đa mà qua nó từ trên nhìn xuống đọc được chữ tiêu chuẩn hay thấy rõ chữ thập đen

3 Độ m àu: Độ màu do các chất hiimic, các hợp chất keo của sắt, nước thải của một

số ngành công nghiệp hay do sự phát triển mạnh của rong tảo trong các nguồn nước thiên nhiên tạo nên

Các hợp chất humic thường tạo ra màu nâu hoặc vàng cho nước, chúng có thể là các axit fulvic CịoHpÔ, các axit hymatomelanic C ioH pO ,, các axit humic C|oH|gO|o hoặc các hợp chất humic CiQHiịịỘ Có thể giảm nồng độ các họp chất humic bằng các chất ỏxy hoá mạnh như c u , O3, KM11 4

Nếu màu của nước do sắt (thường màu nâu) mangan (màu đen) hoặc các chất lơ lửng như tảo gây màu xanh lain, xanh luc ihì có thê’ khử bằng làm thoáng và lọc

Độ màu được xác định bằng phưonig pháp so màu với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thường dùng dung dịch KoPtCl(, + CaCl3; lmg/1 KtPiCI^ bằng 1 đơn vị chuẩn màụ Có thể dùng phương pháp trắc quang với dụng cụ có các kính cường độ màu khác nhau, so sánh với màu dung dịch chiiần hoặc sử dụng các ống so màụ

4 Độ cứng: Độ cứng cúa nước do hàm lưoTig canxi và magiê hoà tan trong nước tạo

nên Thường phân biệt ba loại độ cứng: Độ cứng toàn phần, độ cứng cacbonat và độ cứng không cacbonat

Độ cứng cacbonat do các muối canxi, magiê, bicacbonat tạo nên Độ cứng không cacbonat do các muối khác của canxi và magiê tạo nên, như các suníat clorua, nitrit, Nước có độ cứng cao giặt tốn xà phòng, hại quần áo, nấu thức ăn lâu chín và không dùng được cho nồi hơi.

5 M ù i và vị của nước: Các chất khí và các chất hoà tan trong nước làm cho nước có

mùi vị Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối hoặc mùi đặc trưng cho các hoá chất hoà tan như mùi clo, mùi amoniắc, mùi sunfua hyđrô

Các chất gây mùi trong nước có thể chia thành 3 nhóm;

- Các chất gây mùi có nguồn gốc vô cơ như NaCl, MgS0 4 gây mùi mặn; muối đồng gây mùi tanh; các chất gây tính kiềm hoặc axit; Cli, CIO gây mùi clo; H-,S gây mùi trứng thối,

- Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu cơ;

- Các chất gây mùi từ các quá trình sinh hoá, các hoạt động của /\ khuẩn, rong tảo

như CH3-S-CH3 cho mùi tanh cá; CpH^oO, CpHigOo cho mùi tanh bùn,

Chất gây mùi trong nước phần lớn có thể khử được bằng cách làm thoáng, lắng l ọ t Cũng có thể dùng kết hợp với phưcmg pháp đông tụ và keo tụ Tuy nhiên, nhiều chất gây mùi ở trạng thái hoà tan trong nước khó khử được bằng các phưcmg pháp thông thường

kể trên

6 Độ p h ó n g xạ trong nước: Nước nhiễm phóng xạ thường có nguồn gốc từ các

nguồn nước thải Phóng xạ gây nguy hại cho sự sống nên là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước

1.2.2 C ác chỉ tiêu hoá học

1 H àm lượng ôxy hoà tan (DO): Ôxy hoà tan trong nước phụ thuộc vào áp suất,

nhiệt độ, thành phần, tính chất nguồn nước Áp suất tăng, độ hoà tan của òxy vào nước tăng, ngược lại khi nhiệt độ tăng độ hoà tan ôxy vào nước giảm Hàm lượng ôxy hoà tan trong nước tuân theo quy luật Henry Thông thường, nồng độ ôxy hoà tan ở thời điểm tới hạn là 8mg/l

2 Độ pH : Đặc trưng bởi nồng độ ion trong nước (pH = - Ig(H^)), phản ánh tính chất của nước là axit, trung tính hay kiềm

3 Đ ộ kiềm : Đặc trưng bởi các muối của axit hữu cơ như bicacbonat, humat,

cacbonat, hydrat, Người ta cũng phân biệt độ kiềm theo tên gọi của các muối Độ kiềm

có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lí nước Trong một số trường hợp khi

độ kiềm thấp, cần thiết phải bổ sung hoá chất để kiềm hoá nước

4 Độ ôxy hoá: Độ ôxy hóa còn gọi là nhu cầu ôxy cho quá trình sinh hoá (BOD),

thường tính bằng mg/1 Oo, đặc trưng bởi nồng độ các chất hữu cơ hoà tan và một số chất

vô cơ dễ ôxy hoá

5 H àm lượng sắt: Sắt tồn tại trong nước dưới dạng hoặc Fe^^ Trong nước ngầm sắt thường ở dạng hoà tan, còn trong nước mặt ở dạng keo hay hợp chất hoặc ở dạng oxit humic sắt Nước ngầm ở ta thường có hàm lượng sắt lớn.

6 H àm lượng m angan: Thường găp trong nước ngầm cùng với sắt ở dạng

bicacbonat Mn^^

7 A x it silic: Thưòrng gặp trong nước thiên nhiên ở nhiều dạng khác nhau (từ keo đến

ion) Nồng độ axit silic lớn thì cản trở việc sử dựng nước cho nồi hơi áp lực cao Trong nước ngầm thường gặp nồng độ silic cao, khi 6,5 < pH < 7,5 gây khó khăn cho việc khử sắt

8 Các hợp chất của niíơ: Các chất hữu cơ có trong nước thường tồn tại dưới dạng

amoniac, nitrit, nitrat và nitơ tự do Tổn tại những hợp chất này chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải Có NH3 chứng tỏ nước đang nhiễm bẩn rất nguy hiểm đặc biệt cho cá; có HNOt, HNO3 chứng tỏ nước nhiễm bẩn đã lâu, các quá trình ôxy hoá đã kết thúc

Những hợp chất nitơ có trong nước cũng có thể là do nguồn gốc vô cơ gây nên

9 Clorua và sunfat: Có trong nước thiên nhiên thường dưới dạng các muối nitrit,

canxi và magiê Các nguồn nước có thể có lượng clo lên tới 500 -H 1000 mg/1 Sử dụng nước có hàm lượng clo cao có thể gây bệnh thận lon c r có trong nước do sự hoà tan các muối khoáng hoặc do quá trình phân hiiỷ các hợp chất hữu cơ Nước chứa các ion c r có tính xâm thực đối với bêtông

Các ion SO4” có trong nước do khoáng chất hoặc từ nguồn gốc hữu cơ, với hàm lượng > 250 mg/1 sẽ gây tổn hại đến sức khoẻ con người; với hàm lượng > 300 mg/1 sẽ

có tính xâm thực mạnh đối với bêtông,,

10 Các hợp chất p h ô t phát: Các h(ifp chất phốt phát tồn tại trong nước thường dưới

dạng H2PO4, HPO^", PƠ4^ , Na(P0 3), các hợp chất hữu cơ phốt pho, Trong nước có hàm lượng phốt pho cao sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng,

11 lố t và flo ru a : Có trong nước thiên nhiên dưới dạng ion, chúng có ảnh hưcmg trực

tiếp tới sức khoẻ của con người Plorua cho phép tới ím g/1, vì thiếu lượng Aorua sinh bệnh đau răng, thừa lượng ílorua gây hỏng men răng lôt cho phép 0,005 -r 0,007 mg/1.Thiếu lượng iôt sinh bệnh bướu cố

12 Các ch ấ t k h í hoà tan: Các chất khí O-,, H^s, COt trong nước thiên nhiên dao

động rất lớn Nhiều Ot, c o , không làm chất lượng nước xấu đi, nhưng làm ăn mòn kim loại và phá huỷ bê tông HoS là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ phân rác và khi nó tồn tại trong nước sẽ gây mùi hôi thối khó chịu và cũng làm ăn mòn vật liệu

1.2.3 C ác chỉ tiêu về ví sinh vật

1 Vi trù n g và vi kh u ẩ n : Nguồn nước thường bị nhiễm bẩn bởi vi trùng và vi khuẩn

là do chịu ảnh hường trực tiếp của những tác động của con người và động vật Trong nước có nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng gây bệnh và truyền bệnh nguy hiểm như kiết

lị, thưofng hàn, dịch tả, bại liệt, Chỉ tiêu về vi trùng và vi khuẩn được đặc trưng bởi chỉ

số cô li chuẩn độ - số lượng vi trùng và siêu vi trùng có chứa trong Iml nước

2 P hù du rong tảo: Trong các nguồn nước mặt và nhất là trong các ao hồ thường có các

loại phù du rong tảo Chúng ở dạng lơ lửng hay bám vào đáy hồ làm cho chất lượng nước nguồn kém đi và khó xử lí Ví dụ: Nhóm tảo diệp lục và tảo đofn bào thường đi qua bể lắng

và đọng lại trên bể mặt vật liệu lọc làm tăng tổn thất thuỷ lực Trong đưòmg ống khi phát triển rong tảo có thể làm tắc ống, đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình quang hợp hô hấp của rong tảo ứiải ra khí C0 2, Các tác hại của rong tảo ngoài việc làm tắc bể lọc, ống dẫn, còn gây nên tình trạng thừa thiếu ôxy trong nước, tạo ra các chất gây mùi, tăng nồng độ các chất hữu cơ và tạo ra các chất độc hại trong nước

1.3 TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG Nước CẤP

1.3.1 C h á t luọng nước cấp cho ăn uống, sin h hoạt

Nước sau khi xử lí cần đảm bảo an toàn cho sử dụng Nước cấp sinh hoạt phải không ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người, đảm bảo không mùi, không vị, không có vi trùng gây bệnh; nồng độ các chất độc hại, các chất gây bệnh mãn tính không vượt quy định; tính ổn định phải cao và đảm bảo thẩm mỹ cũng như phù hợp với những quy định của TCVN hoặc các tiêu chuẩn quốc tế

Theo tiêu chuẩn tạm thời ban hành kèm theo QĐ số 505 BYT/QĐ ngày 13-4-1992 về chất lượng nước ăn uống sinh hoạt phải đạt được những chỉ tiêu về lí hoá và vi trùng như

50 Tổng hoạt độ alpha (a)

(Total Activitive a degree)

(Total Activitive p degree)

I TIÊU CHUẨN VI KHUẨN

A Cung cấp nước bằng dường ống

A l Nước đã được làm sạch tại hệ thống

phân phối

Độ đục 1 NTU

clo, pH = 8,0Tiếp xúc sau 30

- Coliíorm organisms (dạng coli) SL/lOOml 0 phút, clo thừa

- Coliíorm organisms (dạng coli) SL/lOOml <3 nhưng không

thường xuyên

- Coliform organisms (dạng coli) SL/lOOml < 3 nhưng không

thường xuyên

B Cung cấp nước không bằng đường ỏng

- Paecal Colifomis (coli phân) SL/lOOml 0 Không thường

xuyênNếu thường xuyên

- Colifoim organisms (dạng coli) SL/lOOml 10 thì phải kiểm tra

vệ sinh bảo vệ nguồn nước

c Nước đóng chai

- Paecal ColifoiTns (coli phân) SL/lOOiĩil 0

- Colifoirn organisms(dạng coli) SL/lOOml 0

D Dạng nước khẩn cấp

- Paecal Colifoirns (coli phân) SL/lOOml 0 Trong trường hợp

- Coliíorm organisms (dạng coli) SL/lOOml 0 khẩn cấp cần được đun sôi

II TIÊU CHUẨN SINH VẬT

- Protozoa (nguyên sinh vật gây bệnh)

- Helminths (kí sinh vật gây bệnh)

- Sinh vật sống tự do (rêu, tảo, các loại

0001.3.2 C h ấ t lượng nước cáp cho sản xuất

Yêu cầu về chất lượng nước cấp cho sản xuất công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào lĩnh vực công nghiệp và dây chuyền công nghệ sản xuất

Phần lófn nước dùng trong công nghiệp là làm nguội máy móc thiết bị và sản phẩm sản xuất Loại nước này đòi hỏi 2 yêu cầu cơ bản là độ cứng bicacbonat và hàm lượng

Nước bổ sung cho lượng nước tuần hoàn yêu cầu độ cứng cacbonat nhỏ; sắt không quá 0,5 mg/1 Để tránh lắng đọng các muối và khống nên đưa nhiệt độ của nước lên đến 50 H- 60"c.

Nước cho nồi hơi yêu cầu chất lượng cao, nước không được chứa cặn, độ cứng toàn phần nhỏ và hạn chế các hợp chất của axit silic H',Si0 3, axit cacbonic HoO, và oxy Oọ.Nước cấp cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dệt, eiấy, phim ảnh, yêu cầu chất lượng như nước ăn uống

1.4 CÁC PHUONG PHÁP VÀ DÂY CHUYỀN c ô n g n g h ệ XỬLÍ

1.4.1 C ác phương p h áp xử lí

Có thể phân biệt các phương pháp xử lí cơ bản sau đây;

- Phương pháp xử lí cơ học: Nước cấp xử lí qua các công trình và thiết bị như: songchắn rác, lưới chắn rác, bể lắng và bể lọc

- Phương pháp hoá học là xử lí nước bằng việc bổ sung hoá chất: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hoá nước, cho clo vào nước để khử trùng,

- Phương pháp lí học là dùng các tia tử ngoại, sóng siêu âm đê khử trùng nước, điện phân nước để khử muối, làm thoáng đế khử khí COt hoà tan

Tuy nhiên, các phương pháp hoá lí thưòfiig là các phương pháp hỗ trợ và tănc cườnghiệu quả cho phương pháp xử lí cơ học

1.4.2 Dây chuyền công nghệ xử lí

Xử lí nước có tliê qua nhiều công đoạn, nhiều quá trình và được thực hiện trên lilũrng còng trình, thiết bị khác nhau Tập hợp các công trình đơii vị theo một trình lự từ xử ’í những chất bẩn thô đến xử lí những chất bẩn tinh có chứa ở trong nước nguồn, từ xử lí đơn giản đến xử lí phức tạp đảm bảo sản phám đầu ra đạt chất lượng yêu cầu, hay nói cách khác là sự tập hợp các công trình, thiết bị theo một quy trình cóng nghệ gọi là dãy chuyền công nghệ xử lí nước Sơ đồ công nghệ xứ lí có thê phân loại như sau:

1 Theo hiệu qu ả x ử lí: Phân biệt hai loại sơ đồ: sơ đồ xử lí triệt để và sơ đồ xử lí

không triệt để Khi hiệu quả xử lí đạt yêu cầu chất lượng nước đầu ra cho ãn uống sinh

h o ạ t h o ặ c n h u c ầ u c h ấ t l ượ n g c a o c h o c ô n g n g h i ệ p , gọ i là x ử lí triệt đ ể, c ò n khi h i ệ u <Ịiiá

xử lí thấp hơn chất nước nirớc ăn uống sinh hoạt sọi là xử lí không triệt để Tliông thường,

sơ đồ xử lí triệt để nước cấp là sơ đồ công nghệ xử lí có sử dụng quá trình keo tụ

2 Theo biện pháp x ử ỉí Trong một số sơ đồ công nghệ có thổ có một hay nhiều biện

pháp xử lí như: vừa khử đục vừa khử màu hay vừa khử sắt vừa khử trùng Cũnsỉ có thê’ trong một sơ đồ công nghệ có nhiều quá Irình xử lí như: lắng, lọc, và một quá tiìnli lại

có thể lặp đi lặp lại một số lần Khi nước ít đực có thể chỉ cần một lần lọc, một lần lắng,

3 Có quá trinh keo tụ hay kh ô n g có quá trinh keo tụ

Sơ đồ công nghệ không có quá trình keo tụ dùng cho trạm xử lí công suất nhỏ Trong

sơ đổ thường có bể sơ lắng hoặc xiclôn thuỷ lực đế lắng bớt một số cặn ihỏ và bc lọc chậm d ù n í đế xử lí nước sinh hoạt Sơ đồ còng nghệ xử lí khống có quá trình keo tụ về neuyên tắc khổng xử lí được độ màu

Sơ đồ còng nghẹ có quá trình keo tụ thường dung khi nguồn nước có độ đục và dò màu cao đối với những trạm xứ lí công suất lớn

4 Theo chuyển động dòng nước: Phân biệt sơ đồ xử lí tự chảy và sơ đồ xử lí áp lực

Sơ đổ xử lí lự chay dùng trong hệ thống cấp nước thành phò và cõng nghiệp vói cònt;

.suất loii Sơ đổ xứ lí áp lực thường dùng t ro ne liệ thống cấp nước tạm thời hay hệ thống câp IIƯỚC còng suất bé Chọn sơ đổ xử lí tự cháy hay S(í đồ xử lí áp lực là căn cứ chủ yếu vào công suất, vật liệư xây dựng, khả Iiãng cung cấp và gia cóng công xưởiig các thiết bị

áp lực Nói chung, hệ thống tự cháy thường làm bằng gạch, đá, bê tông cốt thép, rất ít khi dùng vật liệu thép, còn hệ tliống áp lực dùng hoàn toàn bằng thép

I.ựa cliọn sơ đồ công nghệ xử lí nước cấp phải càn cứ vào chất lượng nước nguồn, clìàt lưựnc nước sản phẩm, vật liệu xây dựng, địa hình, và phải dựa vào kết quả so sánh kinh lế kĩ thuật của các phương án Bảiií; 1.4 giới lliiệu một số dây chuyền còng nghệ xử

lí dược kiên ncliị trong TCXD 33: 1985 TCXD 33: 1985 cũng đưa ra các biện pháp hoá học bổ sung và các hoá chất tliườiig sử dụng như trong bảng (1.5) Căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng nước nguồn, có tliế có các phương pháp hoá học khác nhau, kết hợp với các phương pháp xử lí cơ học đế có tỉiế tạo nên một sơ đồ dày chuyền công nghệ xử lí nước cấp phù hợp

Bảng 1.4 Lựa chọn so đồ dây chuyền cóng nghệ xử lí nưóc cáp theo TCXD 33 - 1985

Điểu kiện sử dụngThành phần các công trình chíiih

của dây chuyền cống Iiẹhệ

Chất lượiig nước nguồn Công suấtLưọiig cặn, mg/1 Độ màu cobalt, độ trạm xử lí, mVngày

b Hoàn nguyên vạt liệu lọc không

phải lấy cát ra (xới bằng cơ giới Đến 700 Đến 50 Đến 30000

và rửa bằng nước)

c Bể lọc sơ bộ, bể iọc chạm hoàn

nguyên vạt liệu lọc bằng cơ giới Đến 1000 Đến 50 Đến 30000

5 Bê ỉọc hạl to làm irong mội phần Đếii 15Ơ

l 2 3 4

II Xử lí nước ngầm

1 Giàn mưa (công trình làm thoáng

tự nhiên), lọc phá hay lọc tiếp

độ ôxy hoá nhỏ hơn 0,15Fe^^

3 Công trình làm thoáng cưỡng bức

dùng quạt gió, bể tiếp xúc, lọc Hàm lượiig sắt < lmg/1;

<500nhanh hoặc công trình làm thoáng pH không nhỏ hoìi 6,8

bằng quạt gió, lọc tiếp xúc

phụ trợ keo tụ

Phèn nhôm, phèn sắt, chất phụ trợ keo tụ: poliacrilamit, axit silic, hoạt hoá,.-

Nước có độ màu cao, có

nhiều chất hữu cơ và phù du

sinh vât

Clo hoá nước, đánh phèn xử lí bằng chất phụ trợ keo tụ, ồzôn hoá

Clo phèn chất phụ trợ keo tu, ôzòn

Có mùi và vị Các bon hoá, clo hoá nước, clo

hoá nước kèm amoniac hoá, xír

lí bằng kaìi

Than hoạt tính, clo lỏng, kali permanganat, amoniac, ozôn,

Nước có nhiều muối cứng Khử các bon, làm mểm bằng

vôi, sỏđa, trao đối ion

Vôi, sô đa, phèn (sắt cloruaì, muối ãn, axit sunfuric

Hàm lượng muối cao hcm

axit suníuric, sôđa, vôi

Nhiều ôxy hoà tan Liên kết bằng các chất khử Sunfat hoạt natri thiosunfat,

khí sunfurơ, hydrazinNước khòng ổn định trị số

bão hoà thấp

Permanganat, òzôn hoá, kiềm hoá, phốt phát hoá

vỏi, sôđa, phốt phát natri

Nưóc không ổn đinh có chí

số bão hoà cao

Axit hoá, phốt phát hoá Axit suníuric, phốt phát natri

Nước có vi trùng Clo hoá, ôzôn hoá Clo, vôi, sôđa, phèn kali

permanganatNước có nhiều sắt Làm thoáng, clo hoá, kiềm

hoá, đánh phèn bằng kali permanganat, lọc cation

Để loại bỏ những hạt cặn này người ta áp dụng phưcmg pháp keo tụ - phương pháp xử

lí nước có sử dụng hoá chất để tạo ra môi trưòng cho các hạt cặn liên kết lại với nhau thành những hạt có kích thước lớn hơn và thay đổi trọng lượng riêng, dễ dàng tách ra bằng các biện pháp lắng, lọc hay tuyển nổi thông thưòng

Tuỳ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, các hạt cặn trong nước thiên nhiên nếu ở trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi điện tích của lớp ion khuếch tán Nhưng do chuyển động Brown, lớp ion khuếch tán không di chuyển đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên kết không bền vững Do đó hạt keo trong nước luôn mang điện tích

Trong pha phân tán keo, điện tích bề mặt của các hạt keo có ảnh hưởng rất lớn đến các ion bao quanh Các ion trái dấu bị thu hút về bể mặt và các ion cùng dấu bị đẩy ra khỏi bề mặt Do chuyển động nhiệt và húl đẩy ion lẫn nhau tạo ra một lớp trong và lớp

ngoài của bề mặt tích điện của hạt kco - "lớp điện tích kép" với 2 lớp: Lớp điện tích trên

bé mật hạt keo; và lớp ion trái dấu khuếch tán trong dung dịch bị hấp thụ vào Điện thế trên bề mặt giữa lớp trong và lớp ngoài trái dấu nhau gọi là thê điện động zeta Nếu hạt rắn muốn keo tụ thì thế điện động zeta cẩn phải giảm thấp dưới giá trị tới hạn Do vậy, quá trình keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp các hạt riêng lẻ nhờ việc giảm thế điện động zeta Quá trình tạo bỏng keo xảy ra nhờ khuấy trộn và hình thành việc kết hợp các hạt bông keo nhỏ

Khi thuỷ phân ion kim loại như lioặc Al^^, quá trình này xảy ra tức thời và hình thành các phức hyđrôxyl Nồng độ của các hyđrôxyl phụ thuộc vào nồng độ các ion kim loại và giá trị pH Các phức hyđrôxyl mang điện tích và thời gian tồn tại rất ngắn Các ion dương hấp thụ lên bề mặt các hạt kco và điện tích bể mật bị trung hoà do giảm thế điện động zeta Khi các muối kim loại như PeCl vóH iO và Ali(S04)3 (16 -í- 18)H20 được

bổ sung vào nước với nồng độ đủ, nhôm hoặc sắt hyđrôxit được hình thành và tạo ra kết tủa - keo tu nhanh

Khi năng lượng động học của các hạt keo không đủ đè tạo ra sự chuyến dộng, hệ keo trở nên bền vững Bằng biện pháp khuấy trộn hoặc bổ sung thêm các polime có khả năiiíỉ keo tụ, người ta có thể phá vỡ trạng thái càn bằng của hệ keo, làm cho các hạt kco xích lại gần nhau hơn, tăng lực hiìt, giảm lực đẩy và do vậy làm quá trình kco tụ đạt hiệu cỊLiá.2.2 CÁC PHƯ3NG PHÁP KEO TỤ

Trong công nghệ xử lí nước cấp bằng keo tụ, nmrời ta thường sử dụng:

1 Phưoriig pháp keo tụ díing các chất điện phân đơn giản;

2 PhưOTig pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như CÍÍC muối nhôm hoặc sắt;

3 Phương pháp keo tụ dùng các chất polime

2.2.1 K eo tụ điện

Bản chất của phương pháp là cho vào nước các chất diện li ở dạng ion đơn gián ngược dấu Khi nồng độ chất điện li tăng lén thì các ion được chuvến từ lớp khuếch tán vào lóp điện tích kép cũng được tăng lên, làm giảm điện thế zcta, đồng thời lực đẩy tĩnh điện cũng giảm đi Nhờ chuyển động Brown, các hạt keo với điện tích nhỏ khi va chạm dễ dính kết bằng lực hút phân tử tạo nên những bông cặn lớn hơn

Biện pháp keo tụ này rất đơn giản, nhimg đòi hỏi phái bổ sung chất điện li nhiều, liểulượng phải chính xác, nên ít được sử dụng

2.2.2 K eo tụ b àng keo ngược dấu

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phán ứng thích hợp như phèn nhôm A1-,(S0 4)3; phèn sắt loại FeS0 4 hoặc loại FeCl, Các loại này đưa vào nước dưới dạng dung dịch hoà tan, phân li thành các cation và anion theo phán ứng sau:

A1.(S04)3 -> 2A1-'" + 3 S 0 ^

FeCl3 -> Fe’" + 3cr

Nhờ hoá trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các chất AlíHiO)^"^, F e(H2 0)f^^ Tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường mà chiìng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau V í dụ với nhôm các phức chất này tồn tại ở pH

Các phản img dừng lại ờ trạng thái hyđroxyt A1(0H)3 hoặc hydroxyt Fe(O H)3 kết tủa

và lắng xuống khi độ pH > 5 đối với sắt, và pH > 6 đối với nhôm Quá trình tạo thành

A1(0 H)4 hoặc Fe(0 H)4 chí xảy ra khi độ pH > 7,5 đối với nhôm và pH > 10 đối với sắt.Tất cá các sản phẩm tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6 hoặc các hyđroxyt nhôm, sắt đều mang điện tích dương mạnh, có khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm để tạo thành bông cặn Các ion kim loại tự do khi phân li phèn nhôm, sắt còn kết hợp với nước qua phản ứng thuỷ phân cũng tạo thành các hyđroxyt:

+3H2O -^A l(O H ), +3H "

Fe-’^ +3H2O ->Fe(0H )3 +3H "

Trong các phản ứiig trên, ngoài các AI(OH), là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo

lụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H ' mà sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước ( HCI3) Trường hợp độ kiềm tự nhiên thấp, không đủ để trung hoà ion H^, thì cần phải kiềm hoá nước Chất dừng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi (CaO), sôđa (NaCO^) hoặc xút (NaOH)

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới quá trình keo tụ nước, nhiệt độ tối ưu đối với phèn nhôm

là 20 ^ 40"c Ngoài ra còn một số yếu tố klìác cũng gây ảnh hưcmg tới quá trình keo tụ như: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện xáo trộn

Các loại phèn nhôm, sắt thườiig sử dụng trong quá trình keo tụ gồm; nhôm suníat AU(S0 4)3.I4H i0 , nhôm clorua AlCl3.6H^O, nhôm polucloriia ỊA1(0H)| 5(804)0 P5CI105]n> sắt (II) suníat FeS0 4-7H i0 , sắt clorua FeCl3, siinfat sắt nhôm AlFe(S0 4)3-nHoO, sunfat clo sắt FeQ S0 4, F eQ3.Fe(S0 4)3

2.2.3 T ăn g cường q u á trìn h keo tụ b àn s các hợp ch ất cao p h â n tử

Người ta dùng các chất cao phân tử tan trong nước, có cấu tạo mạch dài với phân tử lượng từ 10^ đến lO^g/mol và đường kính pliâii (ử trong dung dịch vào khoảng 0, l|.im đến 1 Ịim để keo tụ hoặc làm chất phụ Irợ kco tụ cho các phèn nhôm và sắt

Dựa vào hoá trị, người ta phân chia các loại cao phân tử dùng trong keo tụ ra làm 3 loại: loại anion, loại cation và loại không ion

Trong xử lí nước ăn uống, người ta thường dùng các chất cao phân tử tự nhiên và một sô' loại cao phân tử tổng hợp, lượiig tối da đến 0,5mg/l Tuy nhicn, các loại polime này có nhược điểm là không bảo quản được lâu, đặc biệt là khi đã hoà tan trong nước, công nghệ sàn xuất đắt, giá thành sản phẩm cao ở nước ta hầu như chưa dùng loại keo tụ này

2.3, CÁC GIAI ĐOẠN, CÁC THIẾT BỊ VÀ CÔNG TRÌNH THựC HIỆN QUÁ TRÌNH KEO TỤ

Quá trình keo tụ nước được thực hiện theo các giai đoạn sau;

- Định lượng và hoà trộn cliất keo tụ vào nước cần xử lí

- Phá vỡ^trạng thái ổn định của hệ keo và chất vẩn trong nước.

- Tạo bông kết tủa

2.3.1 T h iết bị đ ịn h lượng và hoà trộ n c h ấ t k eo tụ vào nước

Thiết bị định lượng có nhiệm vụ điều chỉnh tự động lượng hoá chất (phèn) cần thiết đưa vào nước xử lí, còn thiết bị hoà trộn có nhiệm vụ trộn đểu hoá chất với nước và pliá

vỡ trạng thái ổn định của hệ keo trong đó

7 Thiết bị định lượng phèn có th ể phản chia theo c h ế d ộ chảy ỉủni 2 loại:

- Thiết bị định liều lượng phèn tự chảy, thường dùng để định lượng dung dịch phèn

đưa thẳng vào bể trộn V í dụ, thiết bị định lượng dung dịch phèn không đổi kiểu phao (hình 2.1), kiểu tỉ lệ với lưu lượng nước xử lí (hình 2.2) Đối với các trạm xử lí nước công suất nhỏ (khu dân cư đô thị, nông thôn), để định lượng dung dịch phèn, sô đa, hypoclorit calsium có thể dùng thùng định lượng (hình 2.3) Để định lượng vôi sữa, cóthể dùng thiết bị định lượng cố định và loại tỉ lệ với lưu lượng (hình 2.4)

- Thiết bị định lượng phèn có áp, thường dùng để định lượng dung dịch phèn vào ốngnước có áp Ví dụ định lượng phèn máy bơm định lượng kiểu pittông, kiểu màng Sơ đồlắp đặt bơm định lượng giới thiệu ở hình 2.5 và hình 2.6

2 Thiết bị khuấy trộn

Vì hoá chất đưa vào so với khối lượng nước xử lí chiếm tỉ lệ rất nhỏ, nên việc xáo trộn đều hoá chất vào nước là rất cần thiết Mặt khác phản ứng giữa nước và hoá chất xảy ra rất nhanh, ngay sau khi chúng tiếp xúc với nhau Do đó với mục đích là đạt được

độ đồng đều và phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo, cần đến cường độ khuấy cao Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy

Vì cường độ khuấy trộn cao, thời gian khuấy trộn thưòfng vào khoảng 30 đến 120 giây Nếu thời gian khuấy trộn kéo dài, có thể sẽ gây ảnh hưởng đến các phản ứng tiếp theo

Thiết bị khuấy trộn có thể có loại khuấy trộn thuỷ lực, khuấy trộn cơ học

a)

Hình 2.1: Cấu tạo phao Kìiavanski a) Cách lắp đặt; h) Cấu tạo phao

1 Bể định lượng; 2 Phao định lượng; 3 ố n g cao su; 4 Vòi dẫn dung dịch;

5 Ống dẫn dung dịch vào bé’ định lượng; 6 ố n g thông hơi; 7 ố n g thu dung dịch; 8 Màn chắn có lỗ ihu

Hình 2,2; Sơ đồ cấu tạo ĩhiếí bị định lượng theo tì ìệ lưu lượng nước

1 Phao; 2 Rông đen; 3 Hệ thống ròng rọc; 4 Đối trọng; 5 Miệng xả dung dịch phèn;

6 Ống mềm; 7 Phễu thu; 8 Van phao; 9 ố n g dẫn dung dịch phèn từ bể tiêu thụ phèn

6 Phễu dẫn dung dịch vào nước.

Hình 2.4: Thiếí hị định lượng vôi sữa tỉ lệ

với liùẲ lượng nước

1,2 Phễu định lượng;

3 Ông dẫn vôi sữa vào phễu;

4 Van điều chinh;

5 Ống dẫn nước cần xử lí;

6 Miệng phun vôi sữa;

7 Hệ thống ròng rọc.

Hinh 2,5: Sơdổ cíậĩ hơììì (íịỉìh lượỉiiỊ c lìỉỉìlì hchìỉ^ ỉay

1 Thùng định lượng;

2 Bộ lọc chỉnh lưu lượng;

3 Van phân chia luu lượng;

4 Đưa dung dịch vào ống irộn,

Hình 2.6: Sơ dồ đặĩ hơrn dinh Ìượìisị

3 K huấy trộn th u ỷ lực là phương pháp dùng các loại vật chắn để tạo ra sự xáo trộn

trong dòng chảy giữa hỗn hợp hoá chất và nước Giá trị Gradient tốc độ trong trưòfng hợp này được tính theo năng lượng cần tiêu hao đế thắng sức cản thuỷ lực do các vật cản tạo

ra Năng lượng cần tiêu hao được tính như sau:

T| - Hiệu suất của quá trình;

H - Tổng tổn hao áp lực do vật cản tạo ra, m

Tuỳ theo hình thức cấu tạo thiết bị, quá trình trộn thuỷ lực được thực hiện bằng cácthiết bị trộn trong ống, bể trộn đứng, bể trộn có tấm chắn đục lỗ, bể trộn có vách ngănngang có cửa thu hẹp

- Trộìì rroiiịỊ Ố/ÌÍỊ (Ichì thường dùng đế trộn

sơ bộ hai hay nhiều hoá chất vào nước qua

đường ống đẩy của máy bơm cấp I Tại vị trí

cho hoá chất vào, ống cần thu nhỏ để đạt vận

tốc nước chảy khoảng 1,2 l,5in/s Chiểu

dài của đoạn ống trộn được tính theo tổng

tốn thất áp lực bằng 0,3 -í- 0,4m Trong

trường hợp ống đẩy máy bơm không đủ

chiều dài cần thiết thì dùng vòng chắn nước

(hình 2.7) thay cho đoạn ống trộn

- B ê’ trộn dứ/HỊ dùng trong hệ thống có sử

dụng sữa vôi với mục đích đảm bảo cho các

phần tử vôi giữ được ở trạng thái lơ lửng

Diện tích tối đa của một bể trộn đứng không

nên vượt quá 15m^

Bê trộn đứng có hình dạng mặt bằng

vuông hoặc tròn, phần dưới cấu tạo hình

chóp hoặc tháp với góc ở đáy a = 30 ^ 40“

(hình 2.8)

Nước đưa vào bể với tốc độ V = 1 ^ 1,5

m/s tạo ra dòng rối để trộn đều dung dịch

hoá chất với nước Từ đáy, nước dâng lên

theo thân bể với tốc độ = 2,5mm/s, saii

đó chui qua khe hở đục lỗ chay ngập vào

máng vòng chung quanh và ra ngoài

Thời gian nước lưu trong bê khỏng vưcrt

quá 2 phút

- B ể trộìì có tấm chắn đục lỗ thực chất

là một cái máng, bên trong có 3 tấm clìắn

thắng đứng có đục nhiểu hàng lỗ đc tạo ra

nhiều xoáy nước làm cho chất phản ứng được

trộn đều với nước (hình 2.9) Tốc độ nước

qua lỗ (kích thước d| = 20 H- ỈOOmrn) lấy

bằng Vj = Im/s, tốc độ nước ở cuối máng

trộn = 0,6m/s Tổng diện tích của lỗ lấy

bằng 30 ^ 35% diện tích của tấm chắn

Hinh 2.7: Tliĩèí hị rỏniỊ í hắn nicác

. Oiìí; dẫn nước; 2 Vòtìg chắn; 3 Ong dần hoá chất; 4 Joăng cao su; 5, Vành

I

Hình 2.8: Bể (rộn cỉỉúìiỊ thu nước Ìxlìì^ núiỉìỉị

1 Nưức vào; 2 Ong đưa nước sang bc phán ứng; 3 ô n g dần hoá chấl;

4 Máng thu nước; 5 Ong xá.

Tổn thất thuỷ lực qua mỗi tấm chắn có thể tính theo công thức;

->

n 2g

Trong đó: V| - Vận tốc nước chảy qua lỗ, m/s;

|a - Hệ số lưu lượng qua lỗ, phụ thuộc vào tỉ sô' giữa đưòng kính lỗ (dị) và chiểu dày tấm chắn (6); d |/ô , có thể tham khảo bảng 2.1;

1 Nước vào; 2 ố n g dẫn hoá chất; 3 Xả tràn; 4 Tăm chắn đục lỗ; 5 Nước ra.

- B ể trộn vách ngang có cửa thu hẹp có cấu tạo máng hình chữ nhật, bên trong có 3

vách ngăn có cửa thu hẹp (hình 2.10) Nhờ có các cửa thu co hẹp đặt so le nhau giữa các vách ngăn mà tạo nên chuyển động xáo trộn chất phản ứng (hoá chất - phèn) với nước

xử lí Tốc độ nước chảy qua máng > 0,6m/s, tốc độ nước chảy qua cửa thu Vf, = Im/s.Tổn thất áp lực qua mỗi tấm chắn lấy khoảng h = 0,13m Khoảng cách giữa 2 vách ngăn lấy bằng 2 lần chiều rộng bể

Ngoài ra người ta cũng còn dùng bể trộn có vách ngăn xiên

4 B ể trộn cơ k h í là dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chuyển động rối

Năng lượng cần thiết để cánh khuấy chuyển động trong nước tính theo công thức sau:

■ ' -m r - - ^

í-

-/

Hình 2.10: Bể trộn có vách niịàn nv,cmg

1 Nước vào; 2 ô n g dẫn hoá chất; 3 ô n g xả tràn; 4 Vách ngăn ngang

Việc khuấy trộn thưòmg được'tiến hành trong các bể trộn hình vuông hoặc hình tròn với tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2:1 (hình 2.11) Nước và hoá chất cho vào phía dưới đáy bể, sau khi hoà trộn được lấy ra ở phía trên mặt bể và đưa sang bể phản ứng

aLsìI

iXr • .», -*3 ~

1 Nước nguồn; 2 ô n g dẫn hoá châì; 3 Cánh khuấy; 4 Trục quay;

5 Bộ phận truyền động; 6 Nước sang bể phản ứng

TỐC độ quay của cánh khuấy lấy phụ thuộc vào cấu tạo cánh khuấy Ví dụ, cánh khuấy kiểu tuốc bin, tốc độ quay trên trục 300 -r- 1500 vòng/phút; kiểu cánh phẳng, tốc

độ quay 50 ^ 500 vòng/phút

Phương pháp khuấy trộn cơ học có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp khuấy trộn thuỷ lực, có thể điều chỉnh được cường độ khuấy theo ý muốn, thời gian khuấy trộn ngắn hơn nên dung tích bể nhỏ và vật liệu làm bể tiết kiệm hơn Khuyết điểm của phưofng pháp khuấy trộn cơ học là cần có máy khuấy và các thiết bị cơ khí, đòi hỏi trình

độ quản lí và vận hành cao

Bê trộn cơ khí áp dựng cho các trạm xử lí có công suất vừa và lớn, có mức độ cơ giới

và tự động cao,

2,3.2 Q u á trìn h tạo bòng keo tụ

Sau khi chất keo tụ được trộn đều trong nước, giai đoạn thuỷ phân đã kết thúc và

trạng thái ổn định của hệ kco trong nước đã phá vỡ thì chuyển sang giai đoạn hình thành bông keo tụ kích thước lớn mà thường được thực hiện trên bể phản ứng Bể phản ứng có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xức

và dinh kết giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước đê tạo nên những bông cặn đủ lớn Những bông cặn này sẽ được giữ lại ở bế lắng

Có nhiều loại bê phán ứng đươc sứ dụng như: Bế phán ứng tạo bông keo dùng năng lượng thuỷ lực và bể phản ứng tạo bông keo dùng năng lượiig cơ khí

/ B ế ph ấ n ứng tạo bòng keo dùng n ă n g lượng thuỷ lực

Nãng lượng được dùng trong qưá trình phản ứng tạo bông keo là năng lượng của dòng nước kết hợp với cách cấu tạo thèm trong thiết bị

Tưỳ theo cách cấu tạo và vận hành, người ta chia thành bê phản ứng xoáy, bể phản ứng dùng vách Iigãn, và bế phản ứng có lớp cặn lơ lửng

íi) Bê phản ửniỉ xoch' lì ình rni

Bể phản ứng xoáy hình trụ gồm một óng hình trụ đặt ớ tâm bể lắng đứng Loại bể này thường áp dụng cho trạm xứ lí có công suất nhỏ (đến 30()0ni Vng) Nước đã trộn hoá chất

được bơiTi vào ih eo đường tiếp tuyến với chu vi của bế, d o tốc đ ộ q u a v ò i phun lớn, nước

cháy quanh thành bê tạo thành chuyến động xoáy từ trên xuống dưới Các lớp nước với những bán kính quay khác nhau, tốc độ chuyên động khác nhau tạo điểu kiện tốt cho các hat keo và cặn bấn va chạm kết dính vào nhau đế trở nên bông cặn lớn hơn

Hình 2.12 giới thiệu hc ph;ui ứng xoáy hình trụ kết hcíỊ") với bế lắng đứiig.

Đườiig kính bê tíiih theo công thức sau:

y 6071H n

Trong đó: Q - Lưu lượng nước cần xử lí, rn^/h;

t - Thời gian lưu cúa nước ở trong bế, thường lấy từ 15 20 phút;

H - Chiều cao bế phản ứng, lấy bằng 0,9m chiều cao vùng lắng của bể lắng đứng, m;

n - Số bế phán ứng làm việc đồng tliừi

Cường độ khuây trộn trong bê xác định theo gradient vận tốc, theo công thức:

Hiìĩli 2.12: BểlắniỊ (ỉứiìg với nsịâỉì

pììdìì ứìì^ xoáy ìùìììì ĩvỉị ; a) Bé phàu ứn^ xoáy lỉìỉìlì ĩrụ: h) VÙỈIÍỈ lắỉìiị; chửa cặn;

1 Nưức vào; 2 Vòi phun xoáy nước;

3 Caii tạo hướng dòng; 4 Nước ra.

Trong đó: Q - Lưu lượng nước vào bể, ni Vs:

p - Khối lượng ricng cúa nirớc, kg/nv;

V - Vận tốc nước qua vòi phun, m/s;

h) Bểpììiìỉì ứỉii^.xỡúv lìì/ili côn

Bc pliãn ứng xoáy hình cỏn (hình 2.13) có dạng như một cái phểu iớn Nước đưa vào o- đấy và chuyến động đi lên nìặt bế với tốc độ giám dần Do ảnh hưởng của quán tính,

tốc độ dòng chảy phân bố không đều trên cùng mặt phẳng ngang Tốc độ có giá trị lớn khi càng gần tâm bể và dòng chảy luôn có xu hướng phân tán dần ra phía thành bể Đồng thời do ma sát, dòng chảy ở chung quanh bị dòng chảy ở tâm lôi kéo theo lên Sự chuyển động thuận nghịch đó tạo ra các dòng xoáy nhỏ phân bố đều trong bể, làm tăng hiệu quả khuấy trộn Bòng keo tạo ra có kích thước tăng dần theo chiều nước chuyển động và không bị phá vỡ do dòng chảy giảm dẩn tốc độ Nước và bông keo được thu gom trên mặt bể, rồi chuyển sang bể lắng Ị

Bể phản ứng xoáy hình côn có ưu

điểm là; hiệu quả cao, dung tích nhỏ,

tổn thất áp lực thấp Khuyết điểm của

bể là tính toán thiết kế cấu tạo bộ phận

thu nước trên mặt bể đảm bảo thu đều

và không phá vỡ bông cặn gặp nhiều

khó khăn Ngoài ra, do hình dáng cấu

tạo đặc biệt, khó xây dựiig bằng bê tông

Hinh 2.13: Bể phản ứni’ xoáy hình côn

1 Ông đưa nước vào; 2 ô n g thu nước sang bế lắng;

3 Van xả kiệt; 4 Bộ phận tách khí.

Thời gian nước luti trong bể lấy từ 6 -í- 10 phút, tốc độ nước đưa vào bê khoảng 0,7 H-l,2m/s, tốc độ tại mặt cắt nước ra khỏi bể 4 5mm/s Tốc độ nước chảy trong ống hoặc máng dẫn sang bê’ lắng không lớn hơn 0,1 m/s để, đảm bảo cho bông cặn không bị phá vỡ Khoảng cách dẫn nước sang bể lắng càng ngắn càng tốt

Nước trước khi vào bể phản ứng xoáy hình côn cần phải được tách hết khí hoà tan dê tránh hiện tượng bọt khí dâng lên trong bể có thể phá vỡ bông cặn lớn đã hình thành

c) B ể p hả n ứng có vách ngăn

Nguyên lí cấu tạo cơ bản là dùng vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng chảy Khi dòng chảy đổi chiều, giữa các lớp nước có sự thay đổi vận tốc, gây hiện tượng xoáy và tạo ra hiệu quả khuấy trộn Các hạt cặn vận chuyên lệch nhau dỗ va chạrii và kết dính với nhau, tạo thành bông cặn

Bể thường được cấu tạo hình chữ nhật, bên trong có các vách ngăn hướng dòng nước chuyển động zíczắc theo phương nằm ngang hoặc thẳng đứng Hình 2.14 giới thiệu câu trúc bể phản ứng có vách ngăn hướng dòng theo phưcíng ngang, hình 2.15 - theo phương thẳng đứng

Nước từ bể trộn đi vào bể phản ứng, chạy (lọc theo các vách ngăn đi qua các chỗ ngoặt rồi ra khỏi bể Số lưọfng các vách ngăn tíiih theo dung tích bể, thời gian ỈUXI nước trong bể và tốc độ dòng chảy giữa các vách ngăn.

Thời gian lưu nước lấy khoảng 20 40 phút tLiỳ theo chất lượng nước

Tốc độ dòng chảy quyết định cấu tạo của b ổ Nếu tốc độ không đổi cho toàn bể, thì chọn khoảng cách giữa các vách ngăn bằng nhau và tốc độ nước chọn trong khoảng 0,2 ^ 0,3m/s

Để tránh sự phá vỡ bông cặn, bể thường được xây dựng cho tốc độ giảm dần từ 0,3m /s ở đầu bể và 0,1 m/s ở cuối bể

Bể phản ứng có vách ngăn thông thường có từ 8 10 chỗ ngoặt đổi chiểu dòng chảy.Chiều sâu trung bình của bể Hjt, = 2 ^ 3m Độ dốc đáy lấy vào khoảng 0,02 0,03 Đểtiện cho việc sử dụng, sửa chữa và cọ rửa, khi khoảng cách giữa các ngăn > 0,7m cấu tạo

bể phản ứng có vách ngãn ngang, còn nếu khoảng cách ngăn nhỏ hơn 0,7m cấu tạo bể phản ứng có vách thắng đứng

Hình 2,14: Bê plìdn ÍOỈÌỊ có vách ỉìí^aỉì ỉìiỉa/ìi>

1 Mươiig dẫn nước; 2 Mương xá nước;

3 Cửa dẫn nước vào; 4 Cứa dẫn nước ra;

5 Van xà cặn; 6 VácỊi ngăn hưứni; dòng.

Hinh 2,15: Bểpỉuhì ứn^ có vàclì tlìẳỉìiỊ dứn^

1, Cửa dẫn nước vào; 2 Cửa dẫn nước ra;

3 Mưoìig dẫn nước; 4 ồ n g xả cạn

(n - 1) - Số chỗ ngoặt đổi chiểu dòng chảy;

V| - Tốc độ dòng chảy giữa các vách ngăn, (m/s);

V-, - Tốc độ dòng chảy giữa các chỗ ngoặt, (m/s);

Q, V, p, - Các đại lượng lấy theo công thức (2.4) và (2.5)

Tổn thất áp lực trong bể, tính theo công thức:

với; V - Tốc độ nước qua chỗ ngoặt, m/s

ưu điểm của bể phản ứng có vách ngăn là cấu tạo đơn giản, dễ lắp ghép và vận hành Khuyết điểm là khối lượng xây dựng lófn (nhiều vách ngãn, bể phải đủ chiều cao để khắc phục tổn thất áp lực toàn phần)

cl) B ể phản ứng có ÌỚỊì cặn lơ liúìg

Nước vào bể qua ống phân phối đều đặt ở đáy bể Đáy bể có cấu tạo hình phễu, nên tốc độ dâng của dòng chảy được giảm dần và phân đều trên toàn bộ bề mặt Khi qua hêì phần đáy, nước đã được khuấy trộn và hình thành các bông cặn nhỏ Các bông cận nhỏnày tiếp tục hấp thụ các hạt cặn nhỏ và lón dần lên, khi đến bé mặt bể các bông cặn sẽ bịdòng chảy cuốn tràn qua bể lắng

Hiệu quả phản ứng của loại bế này phụ thuộc vào việc phân phối đều tốc độ dâng cLia dòng chảy Nếu tốc độ quá lớn sẽ không đủ thời gian lưu để kết bông tối ưu, nếu tốc dộ quá bé thì các bống cận sẽ lớn có thể lắng lại trong bể Tốc độ dòng cháy lấy phụ thuộc vào hàm lượng cặn của nguồn nước (bảng 2.2)

Bảng 2.2 Tốc độ dâng của dòng chảyHàm lượng cặn của nước nguồn, mg/1 Tốc độ dâng lên của dòng chảy, mm/s

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thường được xây dimg liền phía trước với bể lắng ngang Nước được đưa sang bể lắng bằng vách chảy tràn, tốc độ chảy tràn nhỏ hơn 0,05m/s để tránh phá vỡ bông keo Sau vách ngăn sử dụng tấm hướng dòng ngập sâu băng 1/4 chiều sâu bể lắng Khoảng cách từ tường ngăn hướng dòng đến vách ngăn chảy tràn tính theo tốc độ dòng chảy qua đó nhỏ hơn 0,03m/s Bể phản ứng tạo bông thường thiết kế có bề rộng bằng bề rộng bể lắng ngang.

Đê phân phối đều nước vào bể, người ta đặt các ống phân phối dọc theo đáy bể, khoan hai hàng lỗ phân phối phía dưới Hướng tâm lỗ tạo góc 45° so với phương thẳng đứng Đưòng kính lỗ phân phối lấy lớn 25mm, khoảng cách giữa các lỗ 300 ^ 500m Tốc độ nước trong phần đầu ống phân phối 0,5 -T- 0,6m/s, qua lỗ phân phối l,5m/s Tổng diện tích lỗ phân phối lấy bằng 30% -í- 40% diện tích mặt cắt ngang ống phân phối

Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối tính theo hệ phân phối trở lực bé Tổn thất

áp lực trong lớp nước chứa cặn lấy từ 1 đến 2cm tính cho Im chiểu cao cột nước

Hình 2.16 giới thiệu cấu tạo bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng có uu điểm cấu tạo đơn giản, không cần máy móc cơ khí, không tốn chiều cao xây dựng Nhưng có khuyết điểm là do không thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn nên chỉ áp dụng cho các nguồn nước có nhiệt độ ổn định

ỉ Bế lắng; 2 Ong xả cặn bể lắng; 3 Ong phân phối nước vào hể; 4 Vách ngăn hướng dòng;

5 ỏ n g dẫn nước vào; 6 Vành đo lưu lượng; 7 Van xả cặn bế lắng; 8 ô n g xả cặn bể phản ứng.

2 B ể p h ả n ứng bông keo d ù n g năng lượng cơ học

Quá trình tạo bông kết tủa diễn ra nhờ nãng lượng của cánh khuấy, đây là bộ phận chính của bể phản ứng Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và toàn bộ được đặt theo phương nằm ngang hay thẳng đứng (hình 2.17)

0,15^0,20

co

Bể lẳng

Hình 2.17: B ể phản ứng tạo hông keo dùrĩỊỊ năng lượng cơ học

1 Mương phân phối nước vào; 2 Buồng phản ứng; 3 Trục quay; 4 Cánh khuấy; 5 Vách ngăn

Kích thước cánh khuấy được chọn phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo của b ể phán ứng Guồng cánh khuấy có cấu tạo gồm trục quay và các bản cánh đặt đối xứng ỏ' hai hoặc bốn phía quanh trục Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều sâu bể 0,3 H- 0,4m Kích thước bản cánh khuấy được tính với

tỉ lệ của tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt ngang bể là 15 -ỉ- 20% Tốc độ quay của guồng khuấy lấy từ 3 5 vòng/phút Tốc độ quay của cánh khuấy tính theocông thức:

27rRn

Vi =

60 , m/s

(2.9)Trong đó;

R - Bán kính chuyển động của cánh khuấy, tính từ m ép ngoài của cánh đến tâm của trục quay;

n - Sô' vòng quay của cánh khuấy trong một phút (vòng/phút)

Khi cánh khuấy chuyển động trong nước sẽ cuốn nước theo với tốc độ bằng 1/4 tốc

độ của cánh khuấy Như vậy tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước là:

v = v , - v „ = v , - 1 / 4 V , =0,75V,

60Trong đó: V - Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước, m/s;

V | - Tốc độ quay của cánh khuấy, m/s;

- Tốc độ nước cuốn theo khi cánh khuấy quay, m/s

Bể phản ứng dùng năng lượng cơ học thường được chia thành nhiều ngăn với mặt cắt

ngang dòng chảy có dạng hình vuông, kích thước cơ bản 3,6 X 3,6m, 3,9 X 3,9m hoặc

4,2 X 4,2m Số ngăn phụ thuộc vào công suất của trạm xử lí Dung tích của bể tính theo thời gian lưu nước 10 4- 30 phút Để tạo điều kiện cho quá trình tạo bông cặn đạt kết quả cao và các bông tạo ra không bị gradient vận tốc lớn phá vỡ, thường mỗi ngăn được chia thành nhiều buồng bằng các vách ngăn hướng dòng theo phương thẳng đứng Mỗi buồng đặt một guồng cánh khuấy với cấu tạo sao cho cường độ khuấy trộn giảm dần từ buồng đầu đến buồng cuối, tương ứng với độ lớn dần của bông cặn Trên thực tế, việc giảm cường độ khuấy trộn giữa các buồng phản ứng kế tiếp nhau được thực hiện bằng cách giảm dần số vòng quay của cánh khuấy Nói chung, cấu tạo bể phải đảm bảo điếu kiện phân phối đều nước vào các ngăn Khi cần thiết có thể cách li từng ngăn riêng biệt để bảo dưỡng sửa chữa

Nước tù bể phản ứng được dẫn bằng ốiig hoặc máng sang bể lắng Vận tốc vào khoảng 0,15 0,3in/s tương ứng với gradient vận tốc trong ống dẫn lớn hcm 20s’'

uii điểm của bể phản ứng dùng năng lượng cơ học là có khả năng điều chỉnh cường

độ khuấy trộn theo ý muốn Nhược điểm là cần máy móc cơ khí chính xác và điều kiện quản lí vận hành phức tạp Vì vậy nó được áp dụng cho các nhà máy công suất lớn, mức

độ cơ giới hoá cao

C hư ơ ng 3

QUÁ TRÌNH LẮNG VÀ TUYỂN NỔI

Trong môi trường nước tĩnh hay chuyển động với tốc độ nhỏ, các hạt cạn có tỉ trọng lớn hay bé hofn tỉ trọng của nước, dưới tác dụng của lực trọng trường xảy ra các quá trình lắng và tuyển nổi theo quy luật tự nhiên Lắng và tuyển nổi là những quá trình xử í cơ bản trong công nghệ xử lí nước

3.1 C ơ SỞ LÍ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LẮNG

Người ta nghiên cứu quy luật lắng đối với:

- Các hạt không thay đổi hình dạng và độ lớn trong quá trình lắng, như các hạt phù

sa, cát trong các nguồn nước đục - các hạt cặn đơn lẻ, kiểu lắng sơ bộ không dùng phèn

- Các hạt "không ổn định" có khả năng dính kết, thay đổi hình dạng và độ lớn tỉong quá trình lắng; các hạt bông cặn hình thành trong quá trình keo tụ và các hạt không cồng nhất

3.1.1 L án g các h ạ t đon lẻ

Trong môi trưòng nước tĩnh, các hạt rắn đơn lẻ có trọng lượng riêng lớn sẽ chLyển

động rơi thẳng đứng Chuyển động của hạt rắn sẽ tăng tốc dần cho đến khi lực ma sát của chất lỏng cân bằng với lực rơi của hạt thì hạt tiếp tục lắng xuống với tốc độ không đổi dưới tác động của lực quán tính Tuy nhiên, thời gian đó ngắn khoảng 0,2 0,5 giây,không đáng kể đối với tổng thời gian lắng (lớn hơn 30 phút) Phương trình cân bằng lưc tác dụng lên hạt có thể viết như sau:

P - F = I

p = mg =

I = ma =

dtTrong đó:

m - Khối lượng của hạt cặn;

d - Đường kính của hạt cặn hình cầu;

Po - Khối lượng riêng của nước;

P| - Khối lượng riêng của hạt rắn;

(3.1)7ĩd^

g - Gia tốc trọng trường

cPo - Hệ số sức cản của nước;

u - Tốc độ lắng của hạt rắn;

a - Gia tốc rơi của hạt rắn

Thay các giá trị của phương trình 3.2, 3.3 và 3.4 vào phưcmg trình (3.1) ta có:

Với: Ịi - Hệ số nhớt động học của nước

Giá trị Re thay đổi thì giá trị của cpo thay đổi theo Khi Re < 1, quá trình lắng xảy ravới chế độ tầng, sức cản chỉ do lực nhớt gây ra:

Re ReThay các giá trị của Ọq vào công thức 3.8 được:

18 |IKhi Re > 1 thì sức cản không những do lực nhớt gây ra, mà lực quán tính cũng ảnhhưởng đến tốc độ lắng của hạt rắn

Khi 1 < Re < 500 quá trình lắng diễn ra trong khu quá độ Lúc đó hệ số sức cản (Po có

18 5thể tính theo công thức: (p„ = ■

Khi Re quá lớn, Re > 500 quá trình lấng diễn ra ở trạng thái rối Lúc đó lực nhớt hoàn toàn không có ảnh hưỏfng tới sự rơi của hạt Hệ số sức cản là hằng số không phụ thuộc vào Re: <Pg = 0,4.

Chúng ta đã xét đối với hạt rắn, hình cầu, nhưng trong thực tế, các hạt lại có kích thước bất kì Do đó khi tính toán, phai lấy theo kích thước tương đương của hạt J3ằng cách nhân thêm hệ số có tính đến ảnh hưởng của hình dạng hạt

Do các hạt có tốc độ lắng như nhau, nên trong m ột thời gian t, toàn bộ lượng cặn (các hạt rắn) phân bố đều trong khối nước sẽ lắríg hết Thời gian càng dài, lượng cặn nhỏ và ở

Gq - Tổng lượng cặn trong nước trước khi lắng;

c - Nồng độ cặn trong nước làm thí nghiệm ;

f - Diện tích tiết diện ngang của ống nghiệm;

h - Chiểu cao phần lắng của ống nghiệm

Khi hàm lượng cặn lớn, nhất là đối với nước chứa nhiều hạt với kích thước khác nhau

và tốc độ lắng khác nhau, trong quá trình lắng chúng sẽ va chạm , hấp phụ và kết dính với nhau tạo thành hạt bông cặn thay đổi hình dáng kích thước và tốc độ lắng Kết quả là

ở phần trên bể lắng, tốc độ lắng nhỏ, càng sâu xuống phía dưới tốc độ lắng càng lớn vì kích thước hạt càng lớn

Do các bông cặn lớn dần lên, nên lực cản ma sát do nước chuyển động ngược chiều cũng tăng theo tỉ lệ với kích thước của bông cặn Khi bông cặn lớn đến một kích thước nhất định, lực ma sát đủ lớn để phá vỡ bông cặn làm cho kích thước của bông cặn không tăng được nĩra I ử thời điểm đó, tốc độ lắng sẽ không thay đổi và hiệu quả lắng không lăiig thêm, dù thời gian lắng có thể kéo dài

Như vậy, quá trình lắng các hạt "không ổn định" có tạo bông keo tụ, ở mỗi độ sâu khác nhau sẽ có một đường cong tích luỹ biểu thị tần suất phân bố tốc độ lắng quan hệ giữa tốc độ và mật độ cặn

Bằng con đưòfng thực nghiệm, người ta đã chứng minh là hiệii quả lang như nhau nếu đạt được sự tưcmg quan giữa thời gian lắng và chiều cao lắng theo quan hệ sau:

n

(3.14)

Trong đó: n - Chỉ số mũ, có giá trị nhỏ hơn 1, thường n = 0,2 -r 0,5 (trị số lớn dùng

cho trưcmg hợp bông keo kích thước lớn) Số mũ n biểu hiện mức độ ảnh hưởng của sự không ổn định của các hạt cận

tj - Thời gian lắng thực tế, h;

- Thời gian lắiig nước trên mô hình, h;

h, - Chiều cao của bể lắng thực tế, m;

- Chiều cao mô hình lắng, m

3.2, CÁC LOẠI BỂ LẮNG

3.2.1 Bê’ láng đứng

Khi xử lí nước không dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hon tốc độ dâng của dòng chảy sẽ lắng xuống đáy bể Còn các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng chảy, sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng chảy lên phía trên mặt

bể Đối với nước có dùng chất keo tụ, tức là trong nước có chứa các hạt cặn kết dính, thì ngoài các hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ dâng của dòng chảy sẽ lắng xuống, còn có những hạt keo kết bông từ những hạt cặn nhỏ cũng rơi lắng Nguyên nhân

là do trong quá trình các hạt cặn nhỏ bị dòng chảy đẩy'lên trên, chúng va chạm dính kết với nhau và tăng dần kích thuớc, cho đến khi có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng chảy thì lắng xuống Như vậy lắng kẹo tụ trong bể lắng đứng có hiệu quả lắng cao hơn

so với lắng tự nhiên

Trong công nghệ xử lí nước cấp, bể lắng đứng thường bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ (phần ống trung tâm) Bể lắng đứng có dạng một bể chứa đáy vuông hoặc tròn, xây bằng gạch hay bằng bê tông cốt thép, gồm 3 phần: ống trung tâm làm nhiệm vụ keo tụ và hình thành bông cặn (phần phản ứng); phần lắng, nước chuyển động từ dưới lên, làm nhiệm vụ lắng nước; phần đáy bể có dạng hình phễu - dùng để chứa cặn (hình 3.1).Nguyên tắc làm việc của bể lắng đứng như sau: Đầu tiên nước chảy vào ống trung tàm, chuyển động xuống dưới đi qua bộ phận hãm làm triệt tiêu chuyển động xoáy rồi vào vùng lắng Trong vùng lắng, nước chuyển động từ đáy lên mặt bể, trong khi đó các hạt cặn lại rơi lắng từ trên xuống đáy bể Nưóc đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh và được đưa sang bể lọc

Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng xác định theo công thức:

(3.15)

3,6v ,,N

H inh 3.1: B ể lắn^ đímíỊ a) Phán phản ứng;

h) Phẩn lắng;

c) Phán chứa cặn;

1 Ông dẫn nước vào;

2 Vòi phun xoáy nước;

3 Cấu tạo bộ phạn hướng dòng chảy;

4 Ông dẫn nước ra

Trong đó: Q - Lưu lượng tính toán, m /h;

- Tốc độ dâng của dòng chảy, mm/s;

N - Số lượng bể lắng đứng (không nhỏ hơn 2 bể);

p - Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể, lấy trong giới hạn từ 1,3 ^ 1,5 Đường kính của bể:

D = (F + f)4

Trong đó; f - Diện tích tiết diện ngang của phần phản ứng xoáy hình trụ

Chiều cao vùng lắng xác định tuỳ thuộc vào cao trình của dây chuyền công nghệ, có thể lấy H = 2,6 ^ 5m

Phần chứa cặn của bể lắng đứng thưòfng làm hình chóp hoặc hình nón với góc giữa các tường nghiêng là 70 -ỉ- 80° Phải dự kiến khi xả cặn bể không ngừng làm việc Thời gian giữa 2 lần xả cặn không nhỏ hơn 6 giờ đối với nước có hàm lượng cặn tới lOOOmg/1 Khi hàm lương r ặ i i liưiig nước lớn hơn 1000 mg/1, không quá 24 giờ Thời pian giữa 2 lần xả cặn xác định theo công thức:

T = W , N S

Q (C n ,a x -C )

(3.17)

Trong đó: Wj, - Dung tích phần chứa cặn của bể, có thê xác định theo công thức:

ô - Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, lấy theo TCXD 33-85;

c - Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng, lấy khoảng 10 -ỉ- 12mg/l;

- Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng (kể cạ lượng cặn tự nhiên và

lượng hoá chất đưa vào nước), mg/1.Việc thu nước đã lắng ở bể lắng đứng nhờ máng đặt xung quanh bể Đưcfng kính ống

xả cặn lấy bằng 150 ^ 200mm

3.2.2 Bê lắng ngang

Bể lắng ngang có dạng một bể chứa, mặt bằng hình chữ nhật, làm bằng gạch hay bằng bê tông cốt thép (hình 3.2), gồm 4 phần: Ngăn phân phối nước, ngăn lắng, ngăn chứa cặn và ngăn thu nước Ngăn phân phối nước thường đi liến với bể phản ứng có bề rộng 0,7 2,0m phụ thuộc vào công suất xử lí Nước từ ngăn phân phối đi qua vùnglắng, cặn rơi vào vùng chứa và đọng lại Nước sau khi lắng đi qua tường thu đục lỗ vào máng thu và sang bể lọc Thu nước có thế theo hình thức thu nước ở cuối bể và cũng có thể thu nước bề mặt Bề rộng máng thu lấy bằng hoặc bé hơn máng phân phối

Bể lắng ngang về nguyên tắc có thể cấu tạo một hay nhiều tầng

Ngoài bế lắng ngang thông thường, người ta còn dùng bể lắng ngang cải tiến áp dụng cho nhiều loại nguồn nước, nhiều loại công suất khác nhau như loại bể lắng ngang có kết hợp với ngăn phản ứng trong môi trường hạt và thu nước phân tán bể mặt ở 2/3 cuối

bế, bể lắng ngang có lớp cặn lơ lửng

Để bể lắng ngang làm việc có hiệu quả, phải xác định kích thước vùng lắng hợp lí Dựa vào lí thuyết lắng cặn trong bể lắng ngang, người ta đưa ra công thức tính chiểu dài vùng lắng như sau;

UoTrong đó: L - Chiều dài vùng lắng cặn, m;

Bể lắng tầng mỏng có cấu lạo giống như bế láng ngang thòng thường, nhimg khác với

bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng tầng mỏng có đặl các tấm vách ngăn mónu bằng thép không rỉ hoặc bầng nhựa Các vách ngăn này đặt nghiêng rnộl góc 45^^ 60''

so với mạt phẳng ngang, song song và cách nhau h = 0,05 ^ 0,15m

Do cấu tạo có các tấm vách ngăn như vậy nên quãng đường cặn lăng ngắn hơn Vcỉ

hiệu suất lắng cặn cao hơn bế lắng ngang thông thưòrng, diện tích xây dimg cũng liẽí kiệm hơn Tuy nhiên phái đặt nhiều bản ihép móng không rỉ ở trong vùng lắng nên kêl cấu phức tạp và xử lí kém khi chất lương nước đầu vào không ốn định

Bê lắng tầng m ỏ n g c ó thế ch ia làm 3 loại: Bể lắng tầng m ỏ n g với d ò n g cháy nganiZ

(hình 3.2), bể lắng tầng mỏng với dòng chảy nghiêng ngược chiều (hình 3.3) và bế lắngtầng mỏng với dòng chảy nghiêng cùng chiều

Bể lắng táng móng với dòng cháy ngang có cấu tạo và nguyên lí hoạ! đòng giống như

bế lắng ngang thu nước ớ cuối bể Trong bế lắng tầng mòng với dòng cháy nghiêng ngược chiều thì nưóc chuyến động giữa các tâm vách từ dưới lên, còn cặn lắng từ trên xuống và trượt theo vách rơi xuống đáy bế Bể lắng tầng mỏng với dòng cháy nghiêng cùng chiều có cấu tạo tương tự như bế với dòng chảy ngược chiều, nhưng nước và cặii cùng chuyên động đi xuống nên cho hiệu quả lắng cao Tuy nhiên, việc tách cặn ra khỏi dòng chảy gặp rất nhiều phức tạp