Nghiên cứu xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường đại học lâm nghiệp việt nam bằng phương pháp trao đổi ion

Được sự giúp đỡ của Thầy Cô và bạn bè, cùng với những nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Investigating hardness treatment of domestic water at Vietnam

forestry university by exchange ion method

Ngành : Khoa học môi trường

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình học ngành Khoa học môi trường tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, em đã nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn, giúp

đỡ và góp ý của quý thầy cô, bạn bè và người thân

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Hảo, người đã động viên, hướng dẫn, chia sẻ cho em nhiều kinh nghiệm trong học tập và nghiên cứu đề tài, và cho em những lời khuyên bổ ích trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường đã giảng dạy và trang bị cho em những kiến thức

cơ bản trong học tập nghiên cứu khoá luận cũng như trong công việc sau này

Những lời động viên, khích lệ từ gia đình, sự chia sẻ, học hỏi từ bạn bè cũng đã góp phần rất nhiều cho khóa luận tốt nghiệp của em đạt kết quả tốt hơn

Được sự giúp đỡ của Thầy Cô và bạn bè, cùng với những nỗ lực của bản

thân, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu xử lý độ

cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam bằng phương pháp trao đổi ion”

Do trình độ hạn chế nên trong quá trình làm khóa luận khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo thêm của thầy cô giúp em hoàn thành

và đạt kết quả tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Anh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên khóa luận: “Nghiên cứu xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam bằng phương pháp trao đổi ion”

2 Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Anh

3 Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thị Bích Hảo

4 Mục tiêu nghiên cứu:

Mục tiêu chung

Góp phần nâng cao chất lượng nước sinh hoạt phục vụ cho các hoạt động của các cán bộ, giảng viên và sinh viên của trường Đại học Lâm Nghiệp

Mục tiêu cụ thể

Đánh giá được hiệu quả xử lý độ cứng của vật liệu trao đổi ion;

Đề xuất được mô hình xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

5 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá chất lượng nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước cấp của vật liệu trao đổi ion

- Đề xuất mô hình xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

- Tìm ra được lượng hạt nhựa C107E xử lý hiệu quả nước cấp tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam;

- Xác định vận tốc tối ưu để xử lý hiệu quả độ cứng nước cấp tại trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam

- Tìm ra được khả năng hoàn nguyên của hạt nhựa trao đổi C107E;

- Thiết kế được bể trao đổi ion xử lý độ cứng, đề xuất được một số giải pháp quản lý xử lý độ cứng nước cấp tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

Hà Nội, Ngày 4 tháng 6 năm 2015

Sinh viên

Phạm Văn Anh

ĐẶT VẤN ĐỀ

Xã hội đang ngày càng phát triển, con người càng muốn cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống của mình vì vậy nhu cầu của con người ngày càng được chú trọng quan tâm hơn Nước sạch là một nhu cầu quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống, con người luôn quan tâm đến chất lượng nguồn nước mình đang sử dụng Vì vậy, chỉ một hiện tượng như sự xuất hiện các váng cặn trong nguồn nước cũng có thể gây nên sự bất an cho người sử dụng, cũng như làm người sử dụng nghi ngờ về chất lượng của nguồn nước mình sử dụng có đảm bảo hay không

Hệ thống cấp nước trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam là hệ thống

đã đi vào hoạt động từ rất lâu, không chỉ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của sinh viên mà còn đáp ứng nhu cầu cho các hộ gia đình xung quanh Theo các

đề tài nghiên cứu trước đây như chuyên đề nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu đặc điểm phân bố và chất lượng nước của hệ thống cấp nước tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam” của nhóm sinh viên Trần Thị Thủy, Nguyễn Văn Chinh và Phạm Văn Anh (2014) cho thấy chất lượng nước cấp khá tốt, tuy nhiên nghiên cứu cũng cho thấy hệ thống cấp nước chưa có biện pháp xử lý độ cứng, nước cấp tại khu vực nghiên cứu là nước hơi cứng đã ảnh hưởng đáng

kể tới sinh hoạt của người sử dụng như tạo ra các mảng bám trong các thiết bị dẫn hoặc chứa nước, gây cảm giác khó chịu cho người dùng…

Để nâng cao chất lượng nước sinh hoạt nâng cao chất lượng cuộc sống của người sử dụng nước cấp của trường Đại học Lâm Nghiệp tôi đã chọn và đi

vào thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại

trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam bằng phương pháp trao đổi ion”

Chương I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về nước cấp

1.1.1 Giới thiệu chung về nước cấp

Nước giống như không khí và thực phẩm, rất cần thiết cho sự sống con người và các sinh vật Vấn đề cung cấp nước sạch đầy đủ là một trong những điều kiện cơ bản để bảo vệ sức khỏe con người, thể hiện tính ưu việt của xã

hội và trình độ tiến bộ của sản xuất

Trong một vòng tuần hoàn nước cấp, trong đó người ta khai thác nước từ các nguồn nước tự nhiên, được xử lý bằng các biện pháp lý, hóa, sinh để xử lý nhằm đạt được số lượng và chất lượng nước mong muốn, sau đó đi qua các trạm cung cấp nước đến hệ thống phân phối cho người tiêu dùng

Nước cấp sinh hoạt là nước sau khi được xử lý tại các cơ sở xử lý nước

đi qua các trạm cung cấp nước sau đó theo hệ thống phân phối tới người tiêu dùng sử dụng cho mục đích sinh hoạt Trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí , hoạt động công cộng như cứu hỏa, tưới cây, Nguồn nước cấp chủ yếu là nước ngầm (nước giếng khoan) và nước mặt

Các nguồn nước tự nhiên Khai thác và xử lý Phân phối và sử dụng

Thu gom và xử lý

1.2 Ảnh hưởng của một số chỉ tiêu có trong nước sinh hoạt đến thẩm mỹ

và sức khỏe con người

hữu cơ Humic, Fulvic, hợp chất của Sắt và Mangan

Nước có độ màu cao thường gây khó chịu về mặt cảm quan Với các quy trình xử lý như sục khí Ozon, Clo hóa sơ bộ, keo tụ, lắng lọc có thể làm giảm độ màu của nước Cần lưu ý, khi nguồn nước có màu do hợp chất hữu

cơ, việc sử dụng Clo có thể tạo ra chất mới là Trihalomethane có khả năng gây ung thư Cơ màu của nước được xác định bằng phương pháp so màu với hỗn hợp Cobalt – Platin Màu của nước gây ảnh hưởng đến mỹ quan và gây

khó chịu cho người sử dụng

b Mùi

Mùi của nước đặc trưng cho từng loại nước Cường độ mùi của nước được xác định theo độ mùi tương đối Cường độ mùi tương đối là một số khái

niệm mang tính quy ước đặc trưng bằng chỉ số ngưỡng mùi

Chỉ số ngưỡng mùi TON (Threshold of Odor Number) là số lần pha loãng nước có mùi bằng nước cất để mùi biến mất Chỉ số ngưỡng mùi càng cao, nước càng bị ô nhiễm

c Độ đục

Độ đục là đại lượng đo hàm lượng chất lơ lửng trong nước, thường do

sự hiện diện của chất keo, sét, tảo và vi sinh vật Nước đục gây cảm giác khó chịu cho người dùng và có khả năng nhiễm vi sinh

Độ đục của nước được xác định bằng phương pháp so độ đục của mẫu với độ đục của một thang chuẩn Tiêu chuẩn nước sạch quy định độ đục nhỏ

hơn 5NTU nhưng giới hạn tối đa của nước uống chỉ là 2NTU Các quy trình

xử lý như keo tụ, lắng, lọc góp phần làm giảm độ đục của nước

và các phân tử nhỏ khác trong nước

Chất rắn lơ lửng được chia thành chất rắn lơ lửng bay hơi, chất rắn lơ lửng cố định, chất rắn sa lắng

1.2.1.2 Chỉ tiêu hóa học

a Độ pH

Nguồn nước có pH > 7 thường chứa nhiều ion nhóm Carbonat và Bicarbonat (do chảy qua nhiều tầng đất đá) Nguồn nước có pH < 7 thường chứa nhiều ion gốc axit

Bằng chứng dễ thấy nhất liên quan giữa độ pH và sức khỏe của người

sử dụng là nó làm hỏng men răng pH của nước có liên quan đến tính ăn mòn thiết bị, đường ống dẫn nước và dụng cụ chứa nước Đặc biệt, trong môi trường pH thấp, khả năng khử trùng của Clo sẽ mạnh hơn Tuy nhiên, khi pH

> 8.5 nếu trong nước có hợp chất hữu cơ thì việc khử trùng bằng Clo dễ tạo thành hợp chất Trihalomethane gây ung thư

Theo tiêu chuẩn cho phép pH của nước sử dụng cho sinh hoạt là 6.0 -

8.5 và của nước uống là 6.5 - 8.5

b Sắt tổng số

Do ion Fe2+ dễ bị oxy hóa thành Fe3+, tự kết tủa và lắng nên Fe ít tồn tại trong nguồn nước mặt Đối với nước ngầm, trong điều kiện thiếu khí, Fe thường tồn tại ở dạng ion Fe2+

và hoà tan trong nước Khi được làm thoáng,

Fe2+ sẽ chuyển hóa thành Fe3+, xuất hiện kết tủa Fe(OH)3 có màu vàng, dễ lắng, làm vàng quần áo và gây tắc nghẽn đường ống dẫn nước Trong trường hợp nguồn nước có nhiều chất hữu cơ, sắt có thể tồn tại ở dạng keo (phức hữu cơ) rất khó xử lý Ngoài ra, nước có độ pH thấp sẽ gây hiện tượng ăn mòn

đường ống và dụng cụ chứa, làm tăng hàm lượng sắt trong nước Sắt không

gây độc hại cho cơ thể Khi hàm lượng sắt cao sẽ làm cho nước có vị tanh, màu vàng, độ đục và độ màu tăng nên khó sử dụng Tiêu chuẩn nước uống và

nước sạch đều quy định hàm lượng sắt nhỏ hơn 0,5mg/l

c Mangan

Mangan thường tồn tại trong nước cùng với Fe nhưng với hàm lượng ít hơn Nước có Mn thường tạo lớp cặn màu đen bám vào thành và đáy bồn chứa

Mangan có độc tính rất thấp và không gây ung thư Ở hàm lượng cao

hơn 0,15mg/l có thể tạo ra vị khó chịu, làm hoen ố quần áo Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng Mangan nhỏ hơn 0,5mg/l

d Chì

Trong nguồn nước thiên nhiên chỉ phát hiện hàm lượng chì 0,4 – 0,8

mg/l Tuy nhiên, do ô nhiễm nước thải công nghiệp hoặc hiện tượng ăn mòn

đường ống nên có thể phát hiện chì trong nước uống ở mức độ cao hơn

Khi hàm lượng chì trong máu cao có thể gây tổn thương não, rối loạn tiêu hóa, yếu cơ, phá hủy hồng cầu Chì có thể tích lũy trong cơ thể đến mức cao và gây độc Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng

chì nhỏ hơn 0,01mg/l

e Asen (thạch tín)

Do thấm qua nhiều tầng địa chất khác nhau, nước ngầm thường chứa

Asen nhiều hơn nước mặt Ngoài ra Asen có mặt trong nguồn nước khi bị

nhiễm nước thải công nghiệp, thuốc trừ sâu

Khi bị nhiễm Asen, có khả năng gây ung thư da và phổi Tiêu chuẩn nước

sạch quy định Asen nhỏ hơn 0,05mg/l Tiêu chuẩn nước uống quy định Asen nhỏ hơn 0,01mg/l

f Nitrat

Nitrat (NO3-) là chất hữu cơ có chứa gốc nito trong chu trình Nitrogen

Nitrat hiện diện trong nước sinh hoạt và nước thải, hàm lượng Nitrat cao là nguyên nhân gây bệnh ở trẻ sơ sinh và gây ung thư ở người già Nồng độ

nitrat trong nước ăn uống thường thấp hơn 50mg/l (QCVN 01: 2009/BYT)

g Clorua

Nguồn nước có hàm lượng Clorua cao thường do hiện tượng thẩm thấu

từ nước biển hoặc do ô nhiễm từ các lọai nước thải như mạ Kẽm, khai thác dầu, sản xuất giấy, sản xuất nước từ quy trình làm mềm

Clorua không gây hại cho sức khỏe Giới hạn tối đa của clorua được lựa chọn theo hàm lượng natri trong nước, khi kết hợp với Clorua sẽ gây vị mặn khó

uống Tiêu chuẩn nước sạch quy định Clorua nhỏ hơn 300mg/l Tiêu chuẩn nước uống quy định Clorua nhỏ hơn 250mg/l

h Florua

Nước mặt thường có hàm lượng Flo thấp khoảng 0.2mg/l Đối với nước

ngầm, khi chảy qua các tầng đá vôi, Dolomit, đất sét, hàm lượng Flo trong

nước có thể cao từ 8 – 9mg/l

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng Flo đạt 2mg/l đã làm đen

răng Nếu sử dụng thường xuyên nguồn nước có hàm lượng Flo cao hơn 4

mg/l có thể làm mục xương Flo không có biểu hiện gây ung thư Tiêu chuẩn

nước uống quy định hàm lượng Flo trong khoảng 0,7 – 1,5mg/l

i Canxi và magie

Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào, ở đây có sự di chuyển ion Ca2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tính hiệu cho nhiều quá trình tế bào Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò, canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng

có trong nhiều loài động vật Canxi không thể thiếu đối với cơ thể con người

Nó đóng vai trò quan trọng nhất trong việc giúp cơ thể có một hệ xương chắc khỏe Bổ sung canxi cho cơ thể có rất nhiều cách đơn giản mà hiệu quả

Magie là nguyên tố nhiều thứ 4 trong số các khoáng chất trong cơ thể con người 2/3 trong số đó được tìm thấy trong xương và phần còn lại nằm trong các mô Khoáng chất quan trọng này được đưa từ từ vào cơ thể qua đường ruột rồi vào máu đến các tế bào và các cơ quan khác nơi chúng được tích trữ Tuy nhiên nếu bạn nạp quá nhiều khoáng chất này vào người thì lại gây nên ngộ độc, thường thì đây là hậu quả của việc uống bổ sung thêm hoặc dùng thuốc

Nước nhiều Mg2+

có vị đắng Tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ đặc

trưng cho tính chất cứng của nước

1.2.1.3 Chỉ tiêu sinh học

Coliform

Vi khuẩn Coliform (phổ biến là Escherichia Coli) thường có trong hệ

tiêu hóa của người Sự phát hiện vi khuẩn Coli cho thấy nguồn nước đã có dấu hiệu ô nhiễm

1.3 Giới thiệu chung về nước cứng và độ cứng của nước

Tùy vào thành phần Anion gốc axit có thể chia độ cứng làm 02 loại : độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cữu

Độ cứng tạm thời có thể làm giảm được hàm lượng bằng cách đun sôi nước hoặc sử dụng vôi (canxi hydroxit);

Độ cứng vĩnh cửu không thể loại bỏ bằng cách đun sôi Trong hàm lượng của độ cứng vĩnh cửu luôn tồn tại ion Ca2+

và Mg2+ trong các muối axit mạnh của Canxi và Magie

Tùy theo độ cứng của nước người ta chia thành các loại sau:

thành phần của độ cứng Canxi và Magie là 2 yếu tố quan trọng thường được

bổ sung cho cơ thể qua đường thức ăn Tuy nhiên, những người có nguy cơ mắc bệnh sỏi thận cần hạn chế việc hấp thụ Canxi và Magie ở hàm lượng cao

Có thể làm mất tính cứng tạm thời khi đun sôi nước:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 = MgCO3 + CO2 + H2O

1.3.2 Ảnh hưởng của nước cứng

Nước cứng tạo cặn làm tắc nghẽn hệ thống ống nước, các cặn này chủ yếu gồm canxi cacbonat CaCO3, magie hydroxit Mg(OH)2, canxi sunfat các cặn này màu trắng trên bề mặt của đường ống và bề mặt trao đổi nhiệt

Nước cứng làm giảm hiệu quả nhiệt đối với nồi hơi, hệ thống giải nhiệt, hay trong các thiết bị khác nên làm tăng chi phí sản xuất, giảm tuổi thọ của thiết bị Trong nồi hơi các cặn bám làm giảm dòng nhiệt vào trong nước, làm giảm hiệu quả làm nóng, làm các thành phần kim loại nồi hơi trở nên quá nóng

Nước cứng còn làm cho sử dụng xà phòng tốn kém hơn do tạo thành các kết tủa trắng thay vì tạo bọt

Trong bể bơi, độ cứng canxi cao làm nước bể bơi bị đục Do trong nước canxi và magie hydroxit đều hòa tan trong nước Nước có chứa các hydroxit kim loại hòa tan hấp thụ CO2 từ không khí, tạo thành cacbonat không

hòa tan gây nên độ đục, đây thường là do độ kiềm cao (pH>7,6)

Theo WHO thì dường như không có bất kỳ bằng chứng thuyết phục rằng độ cứng của nước gây ra tác dụng phụ ảnh hưởng sức khỏe con người Tuy nhiên, các dữ liệu sẵn có không đủ để chứng minh bất kỳ liên hệ nhân quả

1.3.3 Các phương pháp xử lý nước cứng

Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm thích hợp nhất

Để làm mềm nước, có thể dùng các phương pháp sau:

Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca2+

và Mg2+ tạo thành các hợp chất không tan trong nước;Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước;

Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc cationit

có khả năng trao đổi Na+ hoặc H+ có trong thành phần của hạt cationit với ion

Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc;

Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp 2 trong 3 phương pháp trên;

Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO): công nghệ lọc RO cho phép loại bỏ gần như tất cả các chất hòa tan và không hòa tan ra khỏi nước, nước lọc RO có thể coi là H2O tinh khiết (tuy không bằng nước cất), Tuy nhiên lọc bằng phương pháp này chi phí rất cao nên đề tài không lựa chọn để

xử lý độ cứng tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

Chọn phương án làm mềm nước bằng hóa chất cần phải dựa vào chất lượng nước nguồn và mức độ làm mềm cần thiết Trong một vài trường hợp

có thể kết hợp làm mềm nước với khử sắt, khử silic, khử photphat…

Ngoài ra trong mỗi trường hợp cụ thể phải dựa trên cơ sở so sánh kinh

tế kỹ thuật giữa các phương pháp, đặc biệt là với phương pháp làm mềm bằng cationit.

Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi

Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi có thể áp dụng trong trường hợp ngoài yêu cầu giảm độ cứng cần phải giảm cả độ kiềm của nước

Làm mềm nước bằng vôi và sođa (Na2CO3)

Làm mềm nước bằng vôi và sođa là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất kỳ của nước Khi cho vôi vào nước khử được độ cứng canxi và magie ở mức tương đương với hàm lượng của ion hyđrocacbonat trong nước

Làm mềm nước làm phốt phát và bari:

Khi làm mềm nước bằng vôi và sođa do độ cứng của nước sau khi làm mềm còn tương đối lớn, người ta bổ sung phương pháp làm mềm triệt để bằng photphat Hóa chất thường dùng là trinatri photphat hay dinatri photphat Khi cho các hóa chất này vào nước chúng sẽ phản ứng với ion canxi và magie tạo

ra muối photphat của canxi và magie không tan trong nước

Để khử độ cứng sunfat có thể dùng cacbonat bari BaCO3, hyđroxit bari Ba(OH)2 hay aluminat bari Ba(AlO2)2

2-Tuy nhiên, khi đun nóng nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm độ cứng cacbonat của nước, còn lượng CaCO3hòa tan vẫn còn tồn tại trong nước.Riêng đối với Mg, quá trình khử xảy ra qua hai bước Ở nhiệt độ thấp (đến 180C) ta có phản ứng:

Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O

Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, MgCO3 bị thủy phân theo phản ứng:

MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 ↓ + CO2

c Phương pháp trao đổi ion

Làm mềm nước bằng cationit dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationit, nhưng có khả năng trao đổi, khi ngâm trong nước, các chất này hấp thụ cation của muối hòa tan lên bề mặt hạt và nhả vào nước một số lượng tương đương cation đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước

Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử

lý nước thải cũng như nước cấp Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại nặng và các ion kim loại khác có trong nước

Nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên thường sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao

Tuy nhiên, phương pháp này có khả năng xử lý rất triệt để và có chọn lựa đối tượng Thời gian sử dụng nhựa lâu dài, tái sinh được nhiều lần với chi phí thấp, năng lượng tiêu tốn nhỏ… Đặc biệt đây là phương pháp xử lý nước thân thiện với môi trường vì nó chỉ hấp thu các chất có sẵn trong nước, chính

vì vậy khóa luận sẽ đi sâu nghiên cứu về xử lý độ cứng bằng phương pháp trao đổi ion

1.4 Xử lý độ cứng bằng phương pháp trao đổi ion

1.4.1 Vật liệu trao đổi ion

Vật liệu dùng để trao đổi ion là những chất không hoà tan và có chứa các ion có thể dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch phản ứng với

nó Sự trao đổi này không làm biến đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi

ion Nhiều hợp chất tự nhiên như protein, cellulose, tế bào sống … có khả

năng trao đổi ion và điều này đóng vai trò quan trọng trong các quy trình trong

tự nhiên

Mục đích của việc dùng nhựa trao đổi ion trong xử lý nước uống là nhằm làm mềm nước hoặc loại bỏ các chất khoáng không cần thiết trong

nước Nước được làm mềm bằng cách sử dụng một loại nhựa có chứa ion Na+liên kết với một cation (ion âm) khác, cation đó có khả năng liên kết với Ca2+

và Mg2+ mạnh hơn Na+ Khi cho nhựa vào cột trao đổi ion và cho nước cần xử

lý chảy qua cột, cation có trong nhựa sẽ liên kết với các ion Ca2+

và Mg2+ và giữ chúng lại trong cột, đồng thời sẽ giải phóng Na+

vào nước, cách này giúp loại bỏ ion Ca2+

và Mg2+ có trong nước uống, giúp nước “mềm” hơn

Nếu nước xử lý yêu cầu phải loại bỏ hoàn toàn lượng khoáng có trong nước thì tiếp tục xử lý bằng cách cho nước chảy qua cột trao đổi ion với nhựa chứa H+

(sẽ loại bỏ được cation) và sau đó qua cột có nhựa chứa ion OH- (loại

1.4.2 Phân loại nhựa trao đổi

Hạt nhựa trao đổi ion (hạt nhựa làm mềm nước) có dạng gel, là những

chất không hoà tan và có chứa các ion có thể dễ dàng trao đổi với các ion khác trong dung dịch phản ứng với nó Sự trao đổi này không làm biến đổi tính chất vật lý của vật liệu trao đổi ion Hạt nhựa trao đổi được phân thành

hai loại: Hạt nhựa trao đổi cation và hạt nhựa trao đổi anion

Là những chất có đặc trưng axit Trong cấu tạo mạng lưới của nhựa có mang điện tích âm ( nhóm đặc trưng mang điện tích âm) kèm theo nhóm đặc trưng có một cation linh động có khả năng trao đổi với các cation khác trong dung dịch Các ion linh động của cationit thường là H+, thường được gọi là nhựa trao đổi cation dạng H Nếu thay H bằng Na, nhựa được gọi là Na –

Cationit

Các nhóm đặc trưng của cationit : -SO3H3, -COOH, -OH( của phenol),

H2P03- Các nhóm đặc trưng càng nhiều, khả năng trao đổi càng tăng, đồng thời, độ hòa tan trong nước của nhựa cúng tăng, Có 2 loại cationit :

phân ly thành ion linh động, ít linh động trong tất cả các môi trường trung tính, kiềm, acid Do đó khả năng trao đổi của chúng không bị ảnh hưởng bởi

pH của dung dịch

môi trường acid, khả năng phân ly mạnh nên khả năng trao đổi lớn Trong môi trường acid, khả năng phân ly thấp, dẫn đến khả năng trao đổi thấp

Các nhóm hoạt động mang điện tích dương, tạo cho anionit có tính kiềm, các anion linh dộng có thể trao đổi với các anion khác trong dung dịch Nhóm đặc trưng : Kiềm amin bậc 1, 2, 3, 4 Các anion linh động thường là OH, Cl…

đính vào nhờ lực tĩnh điện Anionit kiềm mạnh có mức độ phân ly ion tốt trong tất cả các môi trường nên khả năng trao đổi của chúng không phụ thuộc

pH của môi trường

=NH) và bậc 3( -) Anionit kiềm yếu chỉ phân lý trong môi trường kiềm yếu

1.4.3 Cơ sở của phương pháp

Phương pháp trao đổi ion là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hóa học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn Phương pháp này là một quá trình gồm các phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng, nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ cho các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi Quá

trình này phụ thuộc vào từng loại hạt nhựa và các loại ion khác nhau

Để xử lý các ion trong nước cần dùng một loại vật chất làm chất trao đổi ion, có thể đem ion nào đó của bản thân nó trao đổi với các ion cùng dấu trong nước Nếu chất trao đổi ở dạng NaR khi gặp nước có chứa Ca2+

sẽ phát sinh phản ứng trao đổi như sau:

2NaR + Ca => CaR2 + 2Na

Chất trao đổi ion dạng Na Chất trao đổi ion dạng Ca

Kết quả phản ứng, Ca2+ trong nước bị hấp thụ trên chất trao đổi ion, chất trao đổi chuyển biến thành dạng Ca2+, Na+ nguyên có trên chất trao đổi vào trong nước, như vậy Ca2+

trong nước đã bị khử đi Chất trao đổi ion chuyển biến thành dạng Ca, có thể dùng muối Na cho thông qua, làm cho chất trao đổi chuyển thành dạng Na+

Một đặc điểm khác : Khi cationit trao đổi đạt dến bão hòa với cation này, thì

có thể trao đổi với cation khác

R-H + NaCL <=> R-Na + H+ + Cl- 2R – Na + CaSO4 <=> R2Ca + Na+ + SO42–

Sau khi bão hòa, cationit được tái sinh bằng axit :

R-SO3Na + H+ <=> R-SO3H+ + Na+(R-SO3)2Ca + 2H+ <=> 2R-SO3H + Ca2+

Anionit kiềm yếu ( nhóm amin bậc 1, 2, 3) : ion hóa khi pH<7 Anion chứa amin bậc 4: ion hóa trong môi trường acid yếu, trung tính, kiềm Anionit

kiềm mạnh có độ phân ly cao

R- OH + HCl <=> R-Cl + H2O

Quá trình tái sinh : RCl + NaOH <=> ROH _ + NaCl

Quá trình trao đổi ion là một quá trình thuận nghịch, phản ứng hóa

học dị thể giữa các nhóm hoạt động của nhựa và các ion trong dung dịch

Có 3 cách công nghệ trao đổi ion có thể được sử dụng trong xử lý

nước và lọc nước:

Hạt nhựa trao đổi cation một mình được sử dụng để làm mềm nước;

Hạt nhựa trao đổi anion một mình có thể được sử dụng để loại bỏ các

tạp chất hữu cơ hoặc loại bỏ nitrat;

Kết hợp hạt nhựa trao đổi cation và hạt nhựa trao đổi anion để loại bỏ

hầu như hoàn toàn tất cả các tập chất ion có trong nước cấp Quá trình này

được gọi là quá trình khử ion bằng hạt nhựa trao đổi ion Nước sau khi lọc có

chất lượng rất cao

Theo mục đích sử dụng có thể chọn: Để khử độ cứng, chọn loại có gốc

Na+ hoàn nguyên bằng muối; để khử khoáng, chọn loại cation có gốc axít

mạnh và loại anion có gốc bazơ mạnh; dùng trong công nghiệp thực phẩm,

chọn loại đặc chủng; dùng trong sản xuất nước uống, chọn loại không tạo mùi

phản cảm;

Lưu ý: Nếu muốn dùng cation để khử sắt, trên lý thuyết là khử được ion

sắt, nhưng thực tế hầu như không khử được vì sắt thường bị ôxy hóa thành

cặn, cặn này bao bọc hạt nhựa trao đổi ion làm mất tác dụng trao đổi ion

Chương II MỤC TIÊU – NỘI DUNG – ĐỐi TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá được hiệu quả xử lý độ cứng của vật liệu trao đổi ion và thiết

kế được bể trao đổi ion xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt;

- Đề xuất được mô hình xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

2.2 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được những mục tiêu trên, khóa luận tiến hành những nội dung nghiên cứu sau:

- Tìm hiểu hiện trạng nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam;

- Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước cấp của vật liệu trao đổi ion và thiết

kế được bể trao đổi ion xử lý độ cứng của nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam;

- Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

2.3 Đối tượng nghiên cứu

Nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp kế thừa tài liệu

Kế thừa tài liệu là sử dụng những tư liệu đã được công bố của các công trình nghiên cứu khoa học, các văn bản mang tính pháp lý, những tài liệu điều tra cơ bản của các cơ quan có thẩm quyền…Liên quan đến đề tài nghiên cứu khoa học Kế thừa tài liệu nhằm giảm bớt khối lượng công việc mà vẫn đảm bảo chất lượng hoặc làm tăng chất lượng của đề tài phương pháp kế thừa tài liệu được sử dụng để thu thập các số liệu:

- Tư liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của thị trấn Xuân Mai;

- Tư liệu nêu trong một số giáo trình và tài liệu liên quan đến chất lượng nước sinh hoạt , quy chuẩn chất lượng nước sinh hoạt ở Việt Nam;

- Các tài liệu thu thập trên mạng internet, báo chí;

- Sơ đồ hệ thống cấp nước sinh hoạt của trường đại học Lâm Nghiệp;

- Các đề tài nghiên cứu và khóa luận tốt nghiệp đã được công nhận

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu ngoại nghiệp

Phương pháp được thực hiện như sau:

Trực tiếp đi đến khu vực nghiên cứu, từ đó tìm hiểu hiện trạng hệ thống cấp nước sinh hoạt;

Khảo sát thực địa và sơ đồ hệ thống cấp nước để lựa chọn vị trí lấy mẫu, cách thức lấy mẫu;

Phỏng vấn bán định hướng người dân

2.4.3 Phương pháp lấy mẫu phân tích

- Vị trí lấy mẫu: Bể sau lọc tại trạm xử lý nước cấp trường Đại học Lâm

Nghiệp Việt Nam, trung tâm thực hành thí nghiệm

- Trước khi lấy mẫu công tác chuẩn bị gồm:

+ Các chai nhựa polietylen 1,5L sạch dùng để đựng mẫu phân tích

+ Bảo quản: Chuẩn bị các dụng cụ và hóa chất bảo quản mẫu

+ Băng dính trắng lớn, giấy dán nhãn, bút, bản đồ hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, và các dụng cụ cần thiết khác

- Nguyên tắc lấy mẫu:

Khi lấy mẫu nước, phải đảm bảo dụng cụ lấy mẫu và dụng cụ đựng mẫu phải được rửa sạch và áp dụng các biện pháp cần thiết bằng các chất tẩy rửa bằng dung dịch axit để tránh sự biến đổi của mẫu đến mức độ tối thiểu

- Cách lấy mẫu:

Tới vị trí cần lấy mẫu dùng chai nhựa polietylen 1.5L, lấy đầy chai, sau đó lau khô bên ngoài chai rồi đậy nắp, dính nhãn lên chai lấy mẫu

- Vận chuyển mẫu:

Đưa mẫu từ địa điểm lấy mẫu về phòng phân tích

- Cách bảo quản mẫu:

Mẫu được đưa về phòng phân tích và được phân tích ngay (không sử dụng hóa chất bảo quản)

2.4.4 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

2.4.4.1 Phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước cấp tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

Tiến hành các phép đo trong phòng thí nghiệm phân tích để xác định

các chỉ tiêu pH, độ đục, sắt tổng số, Mn, Cl… Các phương pháp phân tích tiến

hành theo “Bài giảng phân tích môi trường của Bùi Văn Năng, 2013”

- Chuẩn bị máy đo độ đục ( Micro Tpi )

- Máy được chuẩn hóa bằng các ống mẫu chuẩn có độ đục lần lượt là 0,1 NTU,10 NTU, 1000 NTU

- Tiến hành đo mấu theo quy trình vận hành máy : Cho mẫu nước vào ống đo kèm theo máy, sau khi đã rửa sạch, lau khô ngoài ống rồi cho vào máy tiến hành đo

c Xác định độ cứng

Để xác định độ cứng của nước người ta dùng phương pháp phân tích thể tích Complexon với dung dịch đệm amoni có pH~ 10 với chất chỉ thị là Eriocrom đen T Chuẩn độ bằng dung dịch Na2H2Y 0.02N

Lấy 50ml mẫu nước cho vào bình elen, thêm 5ml hỗn hợp đệm Amoni

và vài giọt chỉ thị Eriocrom đen T vào bình rồi lắc kỹ được dung dịch màu đỏ nho Sau đó chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn Na2H2Y 0.02N đến khi màu đỏ nâu chuyển hết sang màu xanh thì dừng lại Ghi thể tích dung dịch chuẩn TrilonB đã tốn

Xác định sắt bằng axit Sunfosalyxilic vì đây là thuốc thử có tính chọn

lọc với sắt, hạn chế được các tác nhân gây nhiễu của một số kim loại hóa trị II trong nước Sắt trong mẫu được oxi hóa hoàn toàn về dạng Fe3+

Ion này phản ứng với thuốc thử trong môi trường kiềm tạo thành phức có màu vàng

Bước 1: Lấy lần lượt 0, 1, 3, 5, 7, 10 ml dung dịch chuẩn sử dụng nồng

độ 0,01 mg/l cho vào bình định mức 50ml

Bước 2: Thêm nước cất đến khoảng nửa bình định mức, thêm 2ml

NH4Cl 2N, thêm tiếp 2ml dung dịch axit sunfosalyxilic vào dung dịch đến khi

dung dịch chuyển sang màu vàng, thêm tiếp 1ml dung dịch NH3 để ổn định màu và định mức đến vạch

Bước 3: Định mức đến vạch bằng nước cất Lúc đó hàm lượng Fe3+

trong các bình định mức lần lượt là 0; 0.02; 0.06; 0.1; 0.14; 0.2 mg/l Sau 5 phút đo mật độ quang của dung dịch trên máy so màu ở bước sóng λ = 430nm

Bước 4: Xác định độ hấp thụ quang cực đại và xây dựng đường chuẩn thể

hiện mối tương quan giữa nồng độ và mật độ quang đo được theo phương trình:

Y = a.X + b Trong đó:

Y: Hàm lượng sắt có trong mẫu

X: Mật độ quang đo được

Do hàm lượng sắt trong nước sinh hoạt nhỏ nên phải tiến hành làm giàu

mẫu (Cô đặc mẫu từ thể tích 150ml xuống 50ml, sau đó tiến hành lọc qua giấy

lọc để loại bỏ các chất rắn lơ lửng)

Lấy 25ml dung dịch sau khi làm giàu cho vào bình định mức 50ml sau đó

tiến hành các bước như xây dựng đường chuẩn Lưu ý cần kiểm tra pH của dung dịch sau khi cho NH3 vào mẫu đảm bảo pH của dung dịch là 8 thì mới xuất hiện màu vàng của phức chất, và lượng NH3 cho vào mẫu nhiều hơn ở đường chuẩn

Nồng độ sắt trong mẫu nước được tính theo công thức sau:

CFe = Cđc*f/F

Trong đó:

CFe: Nồng độ của sắt có trong mẫu nước phân tích (mg/l);

Cđc: Nồng độ của sắt tính theo đường chuẩn (mg/l);

f: Tỷ lệ giữa thể tích mẫu sau khi làm giàu trên thể tích mẫu, lấy cho phản ứng hiện màu;

F: Hệ số làm giàu mẫu phân tích

e Xác định Mn

Ôxi hóa Mn bằng chất oxi hóa mạnh (NH4)2S2O8 thì Mn sẽ bị ôxi hoá thành Mn+7 làm dung dịch có màu hồng tím, cường độ màu tùy thuộc vào nồng độ Mn có trong mẫu Đo sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu này ở

bước sóng 525nm để từ đó định lượng hàm lượng Mn có trong mẫu

Bước 1: Lấy lần lượt 0; 3; 5; 10; 20; 30 ml dung dịch chuẩn Mn2+

0,01mg/l cho vào cốc 200 ml, sau đó thêm nước cất vào từng cốc đến thể tích

khoảng 40;

kết tủa hết ion Cl-, thêm tiếp 2ml dung dịch AgNO3 0,2N, để lắng rồi lọc sau

đó đun sôi đến thể tích dưới 50ml để làm giàu mẫu;

Bước 3: thêm 0,5g (NH4)2S2O8 vào mẫu nước đã làm giàu, đun thêm khoảng 10 phút để nguội, chuyển vào bình định mức 50ml, định mức tới vạch,

CMn: Nồng độ của Mn có trong mẫu nước phân tích (mg/l);

Cđc: Nồng độ của mangan tính theo đường chuẩn (mg/l);

f: Tỷ lệ giữa thể tích mẫu sau khi làm giàu trên thể tích mẫu lấy cho phản ứng hiện màu;

F: Hệ số làm giàu mẫu phân tích

Bước 1: Lấy 0.3; 0.7; 5; 10ml dung dịch chuẩn có nồng độ 0.1 mg/l vào

5 cốc thủy tinh chịu nhiệt 200ml, thêm nước cất tới 100ml rồi đem cô cạn;

Bước 2: Thêm 2ml dung dịch axit Đisunfofenic vào từng cốc và dùng

đũa thủy tinh hòa tan hoàn toàn;

Bước 3: Thêm 20ml nước cất, 6-7ml NH3 đặc hoặc 5- 6 ml KOH 12N

nếu xuất hiện kết tủa thì phải lọc dung dịch qua phễu lọc thủy tinh xốp;

Bước 4: Chuyển toàn bộ dung dịch vào các bình định mức cỡ 50ml,

định mức bằng nước cất Tiến hành đo mật độ quang tại bước sóng 410nm

Lấy 30ml mẫu nước (chứa không quá 5mg NO3

-Trong đó:

y: Là hàm lượng NO3- trong mẫu phân tích (mg/l);

x: Mật độ quang đo được

g Xác đinh Clorua

Lấy 100ml mẫu nước đã lọc (Va) sau đó trung hòa theo chỉ thị

Phenolphtalein Sau khi trung hòa xong thêm vài ml dung dịch axit loãng để

dung dịch mất màu hồng Vì mẫu nước có PH = 1-10 nên không cần xử lý

trước Thêm 1ml dung dịch K2CrO4 rồi tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch AgNO3 cho đến khi dung dịch chuyển sang màu da cam nâu thì dừng lại, ghi

CCl: Nồng độ clorua trong nước (mg/l);

a: Thể tích dung dịch AgNO3 chuẩn độ mẫu phân tích (ml);

N: Nồng độ đương lượng của dung dịch AgNO3 để chuẩn độ;

Va: Thể tích dung dịch mẫu (ml)

2.4.4.2 Xác định lượng vật liệu lọc xử lí độ cứng nước cấp tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

a Hạt nhựa Akualite C107E

Akualite C107E là hạt nhựa trao đổi ion dạng cation axit mạnh được dùng trong các ứng dụng xử lý nước công nghiệp và gia đình Nó loại bỏ các ion gây ra độ cứng của nước như magie và canxi và that thế bằng ion natri Khi các lớp nhựa cạn kiệt ion natri và cho phép ion canxi và magie đi qua chúng là lúc cần tiến hành tái sinh nhựa trao đổi ion bằng muối tinh khiết Khả năng trao đổi của nhựa lúc này phụ thuộc vào quá trình tái sinh nhựa

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của hạt nhựa C107E

b Xác định lượng vật liệu lọc tối ưu xử lý độ cứng nước cấp trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

Để xác định được lượng vật liệu lọc tối ưu xử lí độ cứng nước cấp tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam khóa luận tiến hành như sau:

Bước 1: Xác định độ cứng ban đầu của mẫu phân tích bằng phương

pháp phân tích thể tích Complexon;

Bước 2: Cân hạt nhựa C107E;

Để xác định được khả năng xử lý tối ưu của hạt nhựa C107E, khóa luận cần xác định mức xử lý tối ưu ở các lượng vật liệu 1g; 1,5g; 2g; 2,5g

Bước 3: Nhồi hạt nhựa vào buret:

Để có thể xác định lượng hạt nhựa tối ưu, chúng ta sử dụng 1 buret, sau đấy nhồi hạt nhựa làm mềm để tiến hành cho các lượng nước khác nhau chảy

Kết cấu polymer Liên kết ngang divinylbenzen

Polystyrene (7%) Hình thức Loai gel, hình cầu màu hổ phách

qua lượng hạt nhựa được nhồi trong buret

Bước 4: Cho mẫu phân tích chảy qua hạt nhựa làm mềm:

Cho mẫu phân tích vào cốc thủy tinh, rồi cho nước chảy từ từ qua hạt nhựa làm mềm trong buret cho đến hết lượng nước mong muốn thì phân tích

độ cứng, tiến hành làm lặp lại cùng lượng hạt nhựa và cùng lượng nước 3 lần Nếu độ cứng xác định vượt qua mức 100 mg/l thì dừng thí nghiệm ở lượng hạt nhựa đấy tiến hành làm các thí nghiệm tương tự ở các lượng hạt nhựa cao hơn;

Với 1g hạt nhựa, cho lần lượt các thể tích nước là: 30ml, 40ml, 50ml, 100ml, 150ml và 200ml;

Với lượng 1,5g hạt nhựa, cho lần lượt các thể tích nước là: 30ml, 40ml, 50ml, 100ml, 150ml, 200ml, 250ml, 300ml, 350ml, 400ml và 450ml

Với lượng hạt nhựa là 2g hạt nhựa, cho lần lượt: 50ml, 100ml, 200ml, 300ml, 400ml, 500ml, 600ml, 700ml, 800ml, 900ml, 1000ml, 1500ml, 2000ml, 2500ml, 2600ml, 2700ml, 2800ml, 2900ml, 2950ml, 3000ml, 3050ml, 3100ml;

Với lượng 2,5g hạt nhựa, cho lần lượt: 50ml, 100ml, 500ml, 1000ml, 1500ml, 2000ml, 2500ml, 3000ml, 3500ml, 3600ml, 3650ml và 3700ml

Bước 5: Tính toán lượng hạt nhựa trao đổi tối ưu nhất cả về chất lượng

và kinh tế: lượng hạt nhựa có hiệu quả xử lý tối ưu nhất nguồn nước tại khu vực nghiên cứu, là lượng có khả năng đưa lượng mẫu phân tích lớn nhất về độ cứng mong muốn Kết quả phân tích được ghi lại vào bảng 2.2:

Bảng 2.2: Bảng ghi kết quả xác định lƣợng vật liệu lọc tối ƣu xử lý

Tính toán lượng hạt nhựa trao đổi Akualite C107-E:

BV = Q*mnhựa/Vmẫu Trong đó:

BV: Lượng hạt nhựa làm mềm để xử lý nước cấp tại trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam trong một ngày;

Q: lưu lượng nước sử dụng trong một ngày tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam (m3);

mnhựa: Khối lượng hạt nhựa khóa luận lựa chọn để tiến hành thí nghiệm (kg);

Vmẫu: Thể tích mẫu đi qua hạt nhựa làm mềm trong một lần tiến hành thí nghiệm (m3)

c Xác định vận tốc tối ưu để xử lý hiệu quả độ cứng nước cấp tại trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam

Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ, cân hạt nhựa ở khối lượng 2g;

Bước 2: Nhồi hạt nhựa vào buret, và tiến hành lọc mẫu qua hạt nhựa

Mỗi lần lọc 3000 ml mẫu qua hạt nhựa làm mềm, Dựa vào độ cao buret, khóa luận tiến hành lọc lần lượt ở độ cao cách hạt nhựa làm mềm 7,5; 15; 30; 37,5 cm; Bước 3: Xác định độ cứng của mẫu phân tích sau khi lọc qua hạt nhựa trao đổi bằng phương pháp phân tích thể tích Complexon;

Bước 4: Xác định vận tốc tối ưu để xử lý hiệu quả độ cứng nước cấp tại

trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam bằng công thức:

v = ,Trong đó:

v: Vận tốc nước chảy qua hạt nhựa làm mềm(m/h);

H: Độ cao mặt nước cao nhất tính từ bề mặt làm việc của hạt nhựa làm mềm (m); t: Thời gian mẫu nước chảy qua hạt nhựa làm mềm(h)

Kết quả được ghi vào bảng 2.3:

Bảng 2.3: Bảng ghi kết quả xác định vận tốc tối ưu xử lý độ cứng

nước cấp hoảng cách so với

d Xác định Khả năng hoàn nguyên của hạt nhựa C107E

Hoàn nguyên lại lượng hạt nhựa vừa cho mẫu đi qua bằng cách:

Bước 1: Đo độ cứng mẫu trước hoàn nguyên;

Bước 2: Pha dung dịch muối hoàn nguyên;

Bước 3: Cho muối vào nước cất rồi ngâm hạt nhựa ở trong từng lượng muối với thời gian khác nhau để tìm ra lượng hạt muối phù hợp để hoàn nguyên lại hạt nhựa làm mềm; làm lần lượt ở các khối lượng khác nhau

- Kết quả phân tích, tính toán được ghi ở bảng sau 2.4:

Bảng 2.4: Bảng ghi kết quả xác định khả năng hoàn nguyên của hạt nhựa

Akualite C107E Thời gian

e Thí nghiệm tìm ra ngưỡng hình thành c n của nước cứng

Bước 1: Chuẩn bị 5 cốc thủy tinh 250ml;

Bước 2: Rửa sạch cốc, dán nhãn, rồi cho mẫu nước cất, mẫu chưa xử lý

và mẫu xử lý đến độ cứng 50mg/l, 70mg/l, 100mg/l lần lượt vào từng cốc; Bước 3: Đem các cốc đã có mẫu vào nung đến khô hết nước mẫu;

Bước 4: Xác định giới hạn hình thành mảng bám bằng trực quan quan sát sự hình thành mảng bám trên cốc thủy tinh

2.4.4.3 Phương pháp xử lý số liệu ngoại nghiệp

Sau khi tiến hành phân tích xong các chỉ tiêu, kết quả được đem đi so sánh với tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam về nước cấp sinh hoạt: QCVN01: 2009/BYT Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về chất lượng nước ăn uống, và QCVN02: 2009/BYT Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về chất lượng nước sinh hoạt

Sử dụng phần mềm Autocad để thiết kế bể trao đổi ion xử lý độ cứng

cho hệ thống xử lý nước cấp của trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

CHƯƠNG III ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI TẠI KHU VỰC

NGHIÊN CỨU 3.1 Đ c điểm khu vực nghiên cứu

3.1.1 Vị trí địa lý

Trường Đại học Lâm Nghiệp tọa lạc trong khu vực núi Luốt Khu vực này: Một phần thuộc địa phận xã Hòa Sơn - huyện Lương Sơn - tỉnh Hòa Bình, một phần thuộc thị trấn Xuân Mai - huyện Chương Mỹ - Thành phố Hà Nội Có tọa độ địa lý 20054’43” vĩ độ Bắc và 105034’45” kinh độ Đông

Các vị trí tiếp giáp:

- Phía Đông: Giáp với quốc lộ 21A

- Phía Tây: Giáp với xã Hòa Sơn tỉnh Hòa Bình

- Phía Bắc: Giáp với đội 6 nông trường chè Cửu Long

- Phía Nam: Giáp với quốc lộ 6

3.1.2 Điều kiện địa hình

Địa hình núi Luốt tương đối đơn giản Là nơi tiếp giáp giữa trung du và đồng bằng, gồm hai quả đồi liền nhau tạo thành một dải đồi theo hướng Tây

Nam - Đông Bắc với đỉnh đồi cao nhất 133m, đỉnh đồi thấp cao 76m Độ dốc

Lượng mưa trung bình năm là 1839mm, lượng mưa tập trung chủ yếu

từ tháng 5 đến tháng 10, các tháng còn lại của năm lượng mưa không đáng kể Mưa tập trung và phân bố theo mùa nên các tháng mưa nhiều thường gây ngập úng ở các vùng thấp gây ảnh hưởng xấu đến đời sống sinh hoạt và sản xuất của nhân dân

Nhiệt độ trung bình năm là 23,10C Nhiệt độ tháng nóng nhất là 38,50C

( vào tháng 6, tháng 7), nhiệt độ tháng lạnh nhất vào tháng 1 Vào mùa hè nhiệt độ không khí trên 350C kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 Mùa lạnh có nhiệt độ trung bình nhỏ hơn 200C kéo dài từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau Các tháng còn lại nhiệt độ trung bình từ 20 đến 250C

Độ ẩm không khí tương đối cao và khá đồng đều giữa các tháng trong năm Độ ẩm không khí trung bình trong năm là 84,25%

Hướng gió thực hành là gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam Gió mùa Đông Bắc thổi từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, gió mùa Đông Nam thổi

từ tháng 4 đến tháng 7 Ngoài ra khu vực thị trấn Xuân Mai còn chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam thổi từ tháng 4 đến tháng 10

3.1.4 Thực trạng cảnh quan , cơ sở vật chất

Hiện tại Trường Đại học Lâm nghiệp có một cơ sở vật chất khá khang trang, hiện đại, có thể đáp ứng tốt cho nhu cầu chất lượng đào tạo hiện nay và cho nhu cầu phát triển lâu dài trong tương lai

Khu giảng đường: Có 6 dãy nhà cao tầng, trên 100 phòng học hiện đại,

diện tích xây dựng là 14.500m 2

Khu thí nghiệm thực hành: Gồm 6 khu nhà, có 52 phòng thí nghiệm, 3

nhà xưởng, diện tích xây dựng là 11.600m 2

Khu Thể dục Thể thao, vui chơi giải trí: Khu liên hợp thể thao, bể bơi,

nhà thi đấu: 2.5ha, sân vận động trung tâm và các sân tập luyện thể thao 2.2ha, CLB sinh viên 50m 2…

3.1.5 Điều kiện dân sinh – kinh tế

Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng dân cư tương đối đông đúc, có

nhiều đơn vị khác nhau như: quân đội, trường học, nông trường, Bản thân khu vực nghiên cứu cũng có mật độ dân số cao Do có đặc thù là môi trường giáo dục và đào tạo nên số dân trong trường Đại học Lâm Nghiệp ngày càng tăng Tính đến năm 2014 tổng số sinh viên, học sinh, cán bộ trong trường có thể lên tới 11.200 người, nên nhu cầu sử dụng nước sạch tăng cao đòi hỏi hệ thống cấp nước phải luôn đảm bảo cả về số lượng và chất lượng

3.1.6 Hiện trạng cấp nước tại trường đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

(Nguồn: Báo cáo nghiên cứu khoa học trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, 2014)

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống cấp nước tại trường đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

Tại khu vực nghiên cứu, nguồn nước cấp tập trung được sử dụng chủ yếu bởi các hoạt động sinh hoạt và học tập diễn ra trong khuôn viên trường Đại học Lâm Nghiệp, các hộ gia đình sống xung quanh trường, cụ thể là:

Năm giảng đường cao tầng dành cho sinh viên học lý thuyết và một giảng đường lớn dành cho các cuộc hội thảo, chuyên đề khoa học

Sáu dãy nhà cao tầng dành cho các phòng thí nghiệm, thực hành, thực tập

Hai khu trung tâm thông tin khoa học, thư viện (thư viện truyền thống

và thư viện điện tử)

Khu nhà hành chính gồm 4 dãy nhà cao tầng phục vụ các hoạt động hành chính, trong đó có nhà A2 6 tầng

Khu kí túc xá sinh viên: có 16 nhà cao tầng, có gần 500 phòng ở khép kín, diện tích sàn xây dựng: 11.000 m2, có thể phục vụ gần 4.500 chỗ ở cho sinh viên

Khu Thể dục thể thao,vui chơi giải trí: Khu liên hợp thể thao, bể bơi, nhà thi đấu: 2,5 ha; Sân vận động trung tâm và các sân tập luyện thể thao: 2,2 ha; CLB sinh viên 50 m2…

Gần 300 hộ gia đình thuộc khu vực lân cận trường

Đây là nguồn nước được khai thác bằng giếng khoan với độ sâu 60m (trạm mới được nâng cấp năm 2004) Trạm gồm 2 máy bơm hút, giếng thứ nhất hoạt động với công suất hút nước từ lòng đất lên, hoạt động bình quân 18h/ngày

Sau đó nước được bơm lên tháp làm thoáng để xử lý bằng hệ thống lọc gồm 2 lớp: lớp cát dày 1,5m và lớp đá cuội dày 1m Lớp lọc này được sục rửa mỗi tuần một lần và được thay mới hằng năm

Nước sau khi lọc sẽ chảy vào 3 bể chứa tại trạm tổng dung tích là 650m3 rồi nước được đi qua hệ thống đường ống trực tiếp đến nơi sử dụng và các bể chứa nhờ 3 máy bơm đẩy gồm:

+ Một máy bơm 22kw: hoạt động bình quân 13h/ngày Công suất 30m3/h, đẩy nước tới các hộ gia đình

+ Một máy bơm 37kw: hoạt động bình quân 13h/ngày Công suất 50m3/h, đẩy nước lên bể 300

+ Một máy bơm 30kw: hoạt động bình quân 10h/ngày Công suất 30m3/h, đẩy nước tới khu công sở

=> Tổng lượng bơm mỗi ngày: 1340m3

Chương IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Hiện trạng chất lượng nước cấp tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam

Trạm xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước giếng khoan có độ sâu 60m với tổng lưu lượng trung bình là 1340m3/ngày (Theo trạm xử lý nước cấp

trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, 2015)

Để đánh giá hiện trạng chất lượng nước cấp tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, Khóa luận tiến hành phân tích mẫu nước cấp được lấy tại trạm xử lý nước cấp Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 4.1

Bảng 4.1 Kết quả phân tích mẫu nước cấp tại trường Đại học

(-) : Không phát hiện thấy

(-) : Không có giá trị quy định cụ thể

Từ kết quả trên bảng 4.1 cho thấy, tất cả các chỉ tiêu phân tích được đều nằm trong quy chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (QCVN 01: 2009/BYT) và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt (QCVN 02: 2009/BYT), cột I Bên cạnh đó, qua quan sát các tính chất vật lý của mẫu nước phân tích nhận thấy nước trong không có váng, không có cặn và không có mùi lạ Theo kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Phạm Văn Anh, Nguyễn Văn Chinh, Trần Thị Thủy (2014) cũng cho thấy các chỉ tiêu cơ bản của nước cấp sinh hoạt tại trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam đều nằm trong tiêu chuẩn cho phép, và độ cứng nước cấp ở đây thuộc nước hơi cứng Vì vậy, có thể nói rằng chất lượng của nước cấp tại trường Lâm nghiệp Việt Nam là khá tốt Tuy nhiên, có chỉ tiêu độ cứng là 158 mg/l thuộc loại nước hơi cứng do đó việc sử dụng nguồn nước có ảnh hưởng đáng

kể tới sinh hoạt của người sử dụng như tạo ra các mảng bám trong các thiết bị dẫn hoặc chứa nước, gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng Hơn nữa, qua phỏng vấn trực tiếp 25 sinh viên kí túc xá và 25 người ở các khu dân cư cho thấy 96% sinh viên ký túc xá và 100% người dân, sinh viên khu dân cư xác định có cặn trong đáy nồi và siêu đun nước và nhiều người dân có tâm lý lo

sợ đối với việc sử dụng nước phát sinh cặn khi đun nấu vì họ cho rằng nó có thể ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của mình Đa số người được phỏng vấn đều muốn được sử dụng nước có chất lượng tốt hơn Hiện tại có 100% sinh viên sử dụng nước uống đóng bình để ăn uống Có 5 người dân khu dân cư được hỏi chiếm 29,41% số người dân được hỏi không sử dụng máy lọc mà ăn uống trực tiếp nước máy 14 người trong khu dân cư chiếm 56% số người được hỏi ở khu dân cư có sử dụng máy lọc nước gia đình nhưng hầu hết chỉ dùng để ăn uống, các hộ gia đình chưa có máy lọc và hầu hết sinh viên mong muốn có thiết bị lọc nước nhưng không có điều kiện để mua máy lọc 96 % người được hỏi mong muốn trạm xử lý nước của trường Đại học Lâm Nghiệp

có biện pháp giảm thiểu độ cứng để khi đun nấu không còn cặn vôi và họ có thể an tâm về sức khỏe của mình hơn