N.V.Anh-Xu ly nuoc cap-Chuong 2. Keo tu

b AlOH3, FeOH3kết hợp với các Anion trongnước tạo bông cặn, có hoạt tính bề mặt cao →hút bám lên bề mặt các chất bẩn hạt keo, cặn, mùn, vi sinh vật, một số chất tan, ion kim loại nặng,..

Trạm xử lý nước

PGS TS Nguyễn Việt Anh,

Bộ môn Cấp thoát nước, Trường Đại học Xây dựng 9.2009

Sơ đồ phát triển của công nghệ XLNC

Những vấn đề trọng tâm

Xử lý sơ bộ, trộn hoá chất, keo tụ, lắng, lọc, khử trùng

Xử lý sắt, mangan trong nước ngầm Công nghệ xử lý nước mới: lọc 2 lớp, tuyển nổi, Flo hoá, ozon hoá

Quản lý chất lượng nước

1 Xử lý sơ bộ

Th1nh phần, tính chất các tạp chất trong nước, khả

năng lắng được của chúng Mục đích sơ lắng

Những yêu cầu thiết kế, vận h1nh bể sơ lắng Những yếu tố ảnh hưởng: hình dạng bể, tính chất cặn, thời tiết, …

Các giải pháp xử lý

Mục đích sơ lắng

Điều ho1 lưu lượng v1 nồng độ, giúp cho công trình phía sau l1mviệc ổn định

Giảm lượng nước, hoá chất, điệnnăng tiêu hao (phèn keo tụ, vôikiềm hoá, bơm nước rửa lọc, xử

lý bùn cặn v1 nước rửa lọc, …)

Dễ d1ng xây dựng công trình thunước v1 TB cấp 1 hơn do xa bờTrữ nước

Một số yêu cầu thiết kế

Co> 1500 mg/L (có thể nhỏ hơn)

H = 1,5 – 3,5 m

T = 2 – 7 ng1y (>4 h)

V < 1 mm/s (bể sơ lắng: 0,5 – 0,6 mm/s) Tháo rửa hồ: 0,5 c 1 năm/lần

Nên có >= 2 ngăn, hoặc:

Bơm hút bùn, tăng Lpkhi tháo rửa hồ, giảm tốc độ lọc, …Miệng hút cao hơn mặt bùn max 0,5 m

2 ng®

10 c 30 min 2,5 min

20 s

10 s

Khả năng tách các chất bẩn v vi sinh vật từ nước theo kích thước của chúng

Thẩm thấu ngược

100 ààààm 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 ààààm

Các phân tử hợp chất hữu cơ

Đơn b o:

10 – 100 àm

Men

Lọc Nano Siêu lọc

Virus Polio: 0.03 àm

HIV Hồng cầu: 6 àm

Nhìn được bằng mắt thường: > 40 àm

Sợi tóc

Vi lọc Lọc cát

1 nm

Hệ keo trong nước

-Cát, sét, bùn, sinh vật phù du, sản phẩm phân huỷcác chất hữu cơ,… có kích thước nhỏ 10'3 10'6 mm, khó tách khỏi nước bằng phương pháp lắng cơ học

-Tồn tại ở trạng thái lơ lửng, trong trạng thái cân bằng

động

thái cân bằng đó, tạo điều kiện để các hạt cặn lơ lửngkết dính với nhau, tăng kích thước v= khối lượng củachúng→ dễ lắng xuống đáy hơn

2 Keo tụ cặn bẩn trong nước

TÇng hÊp thô TÇng khuyÕch t¸n

§iÖn tÝch cña hÖ keo trong n−íc

3 T¹o hÖ keo kh¸c cã kh¶ n¨ng keo tô

4 §−a v=o n−íc hÖ Polyme

5 KÕt hîp (1+ 2 + 3 + 4)

Lùc t¸c dông lªn h¹t keo saukhi líp ®iÖn tÝch kÐp bÞ nÐn(Compression of the Double Layer DLVO Theory)

Keo tô cÆn bÈn trong n−íc

' ChÊt keo tô: phÌn nh«m Al2(SO4)3, phÌn s¾t FeCl3,

Poly Alluminium Chlorid (PAC)

Kation kim lo¹i v= Anion axit m¹nh:

Al 2 (SO 4 ) 3→2Al 3+ + 3SO 4 27 FeCl 3→Fe 3+ + 3Cl 7

(a) Các ion kim loại (Al3+, Fe3+) → trung ho= các hạt keo trong nước mang điện tích ('), l=m gia’m thế điện động → các hạt keo liên kết lại

Al(OH)3 v= Fe(OH)3 l= như`ng hạt keo mang

điện tích (+)→ trung ho= + tạo bông cặn

(b) Al(OH)3, Fe(OH)3kết hợp với các Anion trongnước tạo bông cặn, có hoạt tính bề mặt cao →hút bám lên bề mặt các chất bẩn (hạt keo, cặn, mùn, vi sinh vật, một số chất tan, ion kim loại nặng, ) → hi`nh th=nh bông cặn lớn →lắng xuống đáy bể lắng

Trên thực tế, khi cho phèn v=o nước, chúng bị thuỷphân v= tạo ra không chỉ Al(OH)3 hay Fe(OH)3 m=

còn tạo các phức Monomers v= Polymers (phụ thuộcv=o pH, nồng độ phèn, ):

Monomers: Al 3+ , Al(OH) 2+ , Al(OH) 2 +, Al(OH) 3 , Al(OH) 4 7

Polymers: Al 2 (OH) 2 4+ , Al 3 (OH) 4 5+ , Al 13 O 4 (OH) 24 7+ ,

Những phức n=y mang điện tích dương, có khả năng:

L=m trung ho= các điện tích sơ cấp mang điện (') (cơ chế (a);

Hấp phụ trên bề mặt chúng các hạt keo (cơ chế b);

Các sản phẩm thuỷ phân ho=n to=n l= các Hydroxit kim loại kết tủa, tạo bông – bẫy các hạt keo (cơ chế c).

quá trình keo tụ bằng phèn

→ pH của dung dịch được điều chỉnh bằng:

Độ kiềm tự nhiên của nước

Sử dụng vôi/sôđa/xút(Vôi: không tạo CO2v= tăng pH cao hơn + rẻ)

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

Mỗi loại phèn yêu cầu 1 giá trị pH thích hợp cho quá

trình tạo bông keo tụ:

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

2 Độ kiềm của nước Ki

Điều chỉnh độ pH của nước sau khi đưa phèn v=o:

Nếu Ki lớn → trung ho= ion H+ sinh ra do quá trình thuỷphân phèn → pH thay đổi ít

phải sử dụng hoá chất để nâng độ kiềm Ki trong nước:

sử dụng vôi, sôđa, xút

CO 3 27 + H +→HCO 3 7 →Ki ↑↑

OH 7 + H + →H 2 O

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

' Xác định độ kiềm trong nước sau khi đưa phèn v=o:

p K

e

L e L

+ Lk,ek– liều lượng (mg/l) v= đươnglượng (mgđl/l) của chất kiềm + Lp, ep – liều lượng (mg.l) v=

đương lượng (mgđl/l) của chất phèn sử dụng

+ Kitp' độ kiềm to=n phần của nước, mgđl/l

+ 0,5 ' Độ kiềm dự trữ, mgđl/l

Lk> 0?

k k

p

p i i

e

L e

L K K

tp

tp = 0 ư +

mg/l

H=m lượng CO2trong nuớc sau khi đưa phèn v=o

=

k k p

p

e

L e

L CO

CO* 0 44 mg/lH=m lượng cặn lơ lửng:

k

L K C

Cmax* = max0 + + 0 , 25 + mg/l

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

quá trình keo tụ bằng phèn

5 Đưa v o nước hệ Polymer:

Để tăng hiệu suất của quá trình đông tụ + tiết kiệm

được hoá chất → sử dụng các Chất trợ keo: Các hợp chất cao phân tử (Polymer) tự nhiên hoặc tổnghợp, đưa v=o nước sau phèn v= vôi

T¹o cÇu nèi gi÷a c¸c h¹t keo c¸ch xa nhau víikho¶ng c¸ch lín h¬n kho¶ng c¸ch hiÖu dông cñalùc ®Èy

C¸c Polyme mang ®iÖn, cã thÓ l=m trung ho= ®iÖntÝch c¸c h¹t keo

Tuy nhiªn, nÕu sö dôngPolyme qu¸ liÒu l−îng, sÏ t¸i x¸c lËp l¹i tr¹ng th¸i bÒn v÷ngcña hÖ keo, l=m gi¶m hiÖu suÊtkeo tô

Polyme tổng hợp: gồm PolyAcrylAmit & Co'polymersCơ chế: ' trung ho= điện tích trái dấu

' dính bám, hấp phụCác thông số cơ bản:

+ Phân tử lượng+ Độ nhớt của dung dịch+ Tỷ lệ các Monomers trong Co'polymes

3 loại chất trợ keo (Flocculant):

+ Anion (A); Kation (K); Non – anion (N)

Polymer trong xử lý nước cấp:

Có nhiều SS nguồn gốc hữu cơ thực vật (rong, rêu, tảo,…) phân giải: sử dụngC, N, C + N

+ Nước ngầm:

Nếu có nhiều Ca2+, Mg2+: sử dụng A hoặc N Có thể

xử lý trước bằng Na2HPO4→ tạo kết tủa;

Nhiều Fe2+, Mn2+: oxy hoá →A,N, A + N

Nếu có chất hữu cơ: dầu, mỡ,… → thực nghiệm đểlựa chọn Polymer

Thông thường:

SS l= vô cơ:sử dụngA, N;

SS l= hữu cơ:sử dụngC,N.Cho sau khi cho phèn, vôi 1' 2 min

Keo tụ tăng cường

Loại bỏ các chất đặc biệt trong nước:

TOC, NOMs, M=u, As, các KLN khác

Các loại hoá chất dùng để keo tụ nước Liều lượng cần thiết

* Các loại h/c thường sử dụng (liều lượng phụ thuộc chất lượng nước nguồn)

c Poly Aluminum Chloride c PAC(PACN, PAC HAPI, ).

Aln(OH)mCl(3ncm) Al12(OH)24AlO4(H2O)12 , các phức khác

c Poly Aluminum Chloride Sulphate c PACS

Aln(OH)mClxSO4(y)

c Poly Aluminum Silica Sulphate (PASS)

c Poly Ferric Chloride (PFC)

c Poly Aluminum Ferric Chloride (PAFC)

c Poly Aluminum Silicate Chloride (PASC)

c Poly Ferric Silicate Chloride (PFSC)

c Poly Aluminum Ferric Silicate Chloride (PAFSC)

Điện tích + lớn, thế năng Zêta max

Các loại hoá chất dùng để keo tụ nước

Giá trị pH thích hợp nhất

đối với các hợp chất nhôm

790 PhÌn

bét 45

Ca 3

1040 PhÌn

bét 40

Ca 2

1260 PhÌn

bét 45

Ca 1 23cJun

220 PACN

40

Ca 3

440 PACN

50

Ca 2

440 PACN

50

Ca 1 22cJun

205 PACN

45

Ca 3

305 PACN

40

Ca 2

310 PACN

40

Ca 1 17cJun

385 PACN

70

Ca 3

686 PACN

70

Ca 2

591 PACN

72

Ca 1 10cJun

253 PACN

46

Ca 3

248 PACN

30

Ca 2

275 PACN

28

Ca 1 9cJun

115 PACN

22

Ca 3

225 PACN

25

Ca 2

240 PACN

27

Ca 1 8cJun

L−−îng h/c, kg/ca Lo¹i h/c NTU NgAy

PhÌn

2240 PhÌn

bét 56

Ca 2

3460 PhÌn

bét

86 c 97

Ca 1 16cJul

1050 PhÌn

bét 35

Ca 3

960 PhÌn

bét 30

Ca 2

1120 PhÌn

bét 35

Ca 1 14cJul

252 PACN

35

Ca 3

305 PACN

35

Ca 2

980 PhÌn

bét 35

Ca 1 13cJul

1040 PhÌn

bét 60

Ca 3

2100 PhÌn

bét 75

Ca 2

640 PACN

80

Ca 1 2cJul

270 PACN

60

Ca 3

460 PACN

60

Ca 2

455 PACN

55

Ca 1 26cJun

960 PhÌn

bét 58

Ca 3

1620 PhÌn

bét 58

Ca 2

1540 PhÌn

bét 55

Ca 1 25cJun

L−îng h/c, kg/ca Lo¹i h/c NTU NgAy

ThÝ nghiÖm keo tô trong PTN

5: Khuấy nhanh (100) vòng/ph trong 1 phútKhuấy chậm (20 ' 50) vòng/ph trong 15 ' 20 phút6: Để lắng 30 – 45 phút, quan sát sự tạo bông, kíchthước, tốc độ lắng, nhận xét

7: Kiểm tra NTU, (SS), pH, Nhiệt độ, Ki (lấy trên bề mặtcốc)

(Lặp lại với liều lượng hoá chất khác)(8: Lấy ~ 70 ml nước trên bề mặt các cốc, lọc qua giấylọc, đo NTU)

9: Vẽ biểu đồ10: Chọn liều lượng thích hợp

A: Ki thấp, cần Lp ít hơn.

A: đạt NTU min với ~ 20 mg/L phèn nhôm, ~30 mg/L phèn sắt.

A với phèn nhôm, B với phèn sắt vA phèn nhôm: Lp tăng C NTU giảm.

A với phèn sắt: khi tăng Lp (Lp ~40 mg/L) C NTU giảm rồi tăng: có sự hấp phụ vA trung hoA điện tích do keo tái ổn định vA không keo tụ nữa.

(Không có trên đồ thị): Cho phèn vAo nước có Ki thấp lAm giảm pH (Nước A), lAm tăng cường hấp phụ vA trung hoA điện tích Từ đó cho thấy: Cần Lp lớn hơn đới với nước nguồn có Ki cao (Nước B) nhưng pH sau xử

lý ổn định.

Phèn nhôm – không đạt được NTU < 1 Cần bổ sung Polymer hay lọc sau keo tụ – lắng

Kinh nghiệm khác:

L=m thí nghiệm Jar Test + Lọc qua giấy lọc:

Chọn mẫu có chất lượng tốt nhất (NTU min) v= thời gianlắng + lọc nhanh nhất (t lắng + lọc min)

Xác định tỷ lệ a = L p /NTU' dùng cho ng=y hôm đó

Thời gian lắng tĩnh trong Jar Test (max) = 2 h

Keo tụ cặn bẩn trong nước

c Sau khi chọn được lưu lượng phèn→ Kiểm tra Ki*:+ Nếu Ki≥ thì không cần kiềm hoá

+ Nếu không đảm bảo yêu cầu → kiềm hoá (vôi hay xô đa) → giữ

pH luôn ở gía trị có lợi cho quá trình thuỷ phân phèn v1 tạo bông cặn:

Trong đó: DKc Lượng chất kiềm cần cho v1o nước, mg/l

ekc Trọng lượng đương lượng của chất kiềm hoá, mgđl/l, cần thiết để kiềm hoá dung dịch lên 1 mgđl/l

ePc Trọng lượng đương lượng của chất phèn, mgđl/l

K c độ kiềm của nước nguồn (lấy giá trị nhỏ nhất), mgđl/l

p

p i i

e

L K

e

C e D

Keo tụ cặn bẩn trong nước

+ Nếu DK< 0 → nước đủ độ kiềm theo yêu cầu (thường đối với nước có độ đục v1

độ cứng cao→ không phải kiềm hoá sơ bộ).

cLiều lượng chất cao phân tử PAA:

+ C = 0,2 ữ 1,5 mg/l c nếu cho trước bể keo tụ.

CaO

Na2CO3NaOH

57 54,1 76 66,7

Al2(SO4)3FeCl3FeSO4

Fe2(SO4)3

eK, mgđl/l Chất kiềm hoá

ep, mgđl/l Hoá chất

Vị trí đưa hoá chất v$o trong nước

- Vị trí đưa phèn v1 vôi

- Yêu cầu: ho1 trộn đều, tạo bông nhanh, lớn, dễ lắng, chống xâm thực

a/ I = 0: Hệ Cacbonat cân bằng ↔ Nước ổn định

b/I <<<< 0: Lượng CO2tự do trong nước lớn hơn lượng CO2cân bằng

→ hệ không ổn định, phương trình (*)có cân bằng chuyển dịch sang trái

→ sự tạo CaCO3 không diễn ra → nước chứa CO2 (tự do) xâm thực

→ Nước có tính chất xâm thực:

CO2xt+ CaCO3 (bêtông) + H2O → Ca(HCO3)2 (ăn mòn bê tông)

c/ I >>>> 0: Lượng CO2 tự do < CO2 cân bằng → cân bằng chuyểndịch sang phải

→ CO32c+ Ca2+(trong nước) → CaCO3↓ → Nước có tính lắng cặn

Sông Đồng Nai:

Sông S1i GònHậu GiangChuCầu

Các phương pháp ổn định nước

Rashiga): = 75 – 90%, hay đi qua bể với VLL bằng đá cẩm thạch CaCO3, CaCO3.MgO hay MgO

đưa đường ống v$o sử dụng: quét sơn chống ăn mòn

d/ Sử dụng hợp chất kiềm (xem phần ổn định nước với I <<<<0)

mg/l SiO2 hay hỗn hợp cả 2 chất Hecxa Meta Photphat Natria (NaPO3)6

2

CO

E

Các phương pháp ổn định nước

n định nước với I <<< 0, sử dụng kiềm vôi/sôđa<

c Trước tiên, v1o giai đoạn đầu đưa HTCN v1o sử dụng người ta xử lý nước bằng kiềm nồng độ cao → tạo 1 lớp m1ng CaCO3bảo vệ ở bề mặt bên trong đường ống (I = 0,7) – khoảng 1c2 tháng Sau đó giảm liều lượng kiềm xuống để đảm bảo I =

0 v1 giữ I ở giá trị n1y luôn luôn.

* Xác định liều lượng vôi để đảm bảo I = 0,7

C CO

m

D = 1 2 0.100.28

Các phương pháp ổn định nước

b) Với pHs >>>> 7,7:

, mg/l (1)

+ m2, m3– hệ số xác định bằng đồ thị, theo pH0, CO2, K io, pHs+ Ki c độ kiềm của nước Nếu xử lý bằng phèn → , mgđl/l

v

C CO

m K m CO m

D 2. 2 0 3 2 2 0.100.28

0 + +

=

p

p i i

e

L K

K = 0 ư

v i v

C K

D 28 100

0 β

=

Cho vôi vAo cùng phèn?

Hiệu quả xử lý không caoTốn phèn

Lý do: tạo hệ keo (c)3Al3++ 3Ca(HCO3)2 <c> 2Al(OH)3+ 3Ca2++ 6CO2

Al(OH)3+ nOHc <c> Al(OH)(nX3)X

L1m cho hệ keo bền vững, hiệu suất keo tụ giảmGiải pháp: cho vôi v1o trước phèn 5 min (ống đẩy TB1) hoặcsau phèn > 5 min (VIWASE)

Nước ngầm: cho vôi v1o trước phèn 2 – 5 min để tạo kết tửasắt, không cho sau!

Pha chế dung dịch hoá chất:

- Ho1 phèn bằng thủ công;

c Ho1 phèn bằng thiết bị cơ khí, sục khí, dòng nước tuầnho1n

- Tôi vôi

- Pha dung dịch vôi sữa:

- Pha dung dịch vôi b…o ho1 (nước vôi trong)

X BÓ pha sö dông c¸nh khuÊy:

( C ≥ ≥≥≥ 1 X 5 %)

+ N (sè bÓ) ≥ 2 + n = 20 c 30 vßng/phót + r (chiÒu d1i c¸nh khuÊy):

r = 0,4 c 0,45 DbÓ+ Cã thÓ kÕt hîp bÓ pha +

1! bể ho$ tan vôi; 2 – rọ tôi vôi có khớp xoáy nối với th$nh bể; 3 – ròng rọc nâng rọ

để đổ b7 vôi ra ngo$i; 4 – ống dẫn nước v$o bể tôi vôi; 5 – bơm nâng dung dịch vôi bằng khí nén; 6 – ống dẫn dung dịch tuần ho$n đê pha vôi; 7 – ống dẫn khí nén; 8 – máy thu cặn vôi sau tôi; 9 – bể chứa cặn vôi; 10 – bể tiêu thụ; 11 – máy khuấy; 12 – bơm định lượng; 13 – ống dẫn vôi sữa đến nơi tiêu thụ.

Vôi ướt

3 - Palăng

6, 7 R Thùng trộn, cánh khuấy

8 R Bơm định lượng

10 R Rỏ chứa vôi cục

11 R Thùng chứa vôi sữa

12 R Bơm

13 R ống dẫn dd vôi sữa

Hệ thống pha vôi sữa

1 – bể tôi vôi; 2 – lồng đựng vôi cục; 3 – bể pha vôi sữa; 4 – máy khuấy; 5! gầu xục vôi tôi; 6 – máy bơm định lượng vôi sữa; 7 – ống dẫn vôi sữa; 8 – ống dẫn nước sạch;

* Bơm định l−ợng: có các loại chính:

1/ Bơm pit tông:

c Thay đổi từ 25 đến 2500 l/h bằng cách tăng giảm số vòng quay của

động cơ hay biên độ dao động của pit tông

Bơm tuần ho=n để ho= phèn/vôi

Thiết bị định l−ợng hoá chất

Các công trình trộn hoá chất

1 Yêu cầu chung

c Qnước XL >> qhc, mặt khác phản ứng của chúng khi tiếp xúc vớinước chảy ra rất nhanh → phải đảm bảo khuấy trộn nhanh, phân phối đều hoá chất trước khi phản ứng xảy ra + tăng điềukiện tiếp xúc hoá chất + nước

→ Khuấy trộn, tạo dòng chảy rối

c Thông thường: thời gian khuấy trộn 0,5 – 2 min

c Có hai loại chính:

+ Trộn thuỷ lực

+ Trộn cơ khí

Bể trộn đứng

1 – ống dẫn nước nguồn; 2 – ống đưa nước sang bể phản ứng;

3 – ống xả; 4 – ống dẫn hoá chất; 5 – máng thu nước;

c)

Sơ đồ bể trộn cơ khí

Bể phản ứng tạo bông cặn

II.4.1 Yêu cầu chung:

c Thời gian nước chảy trong đường ống dẫn từ bể trộn → bể phản ứng không quá

c Thời gian phản ứng ≅ 6 c 30 phút vì: t nhỏ → không kịp phản ứng tạo bông cặn.

t lớn → tăng kích thước công trình + lắng cặn.

c Vận tốc: + Phải đủ lớn → tránh lắng cặn

+ Không lớn quá → phá vỡ bông cặn đ… tạo th1nh

1 – cöa ®−a n−íc v$o; 2 – cöa ®−a n−íc ra;

3 – cöa ®iÒu chØnh l−îng n−íc ra theo thêi gian; 4 – x¶ cÆn.

BÓ ph¶n øng v¸ch ng¨n

1 – m¹ng chung; 2 – cöa ®−a n−íc v$o; 3 – cöa ®−a n−íc sang bÓ l¾ng ngang;

4 – t−êng ph©n phèi n−íc cña bÓ l¾ng ngang.

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng có ống phân phối nước từ trên xuống

1 – máng dẫn nước từ bể trộn sang; 2 – máng phân phối nước;

3 – ống đứng phân phối đặt cách nhau 0,8 – 1m;

4 – tường tr$n sang bể lắng; 5 – vách ngăn hướng dòng.