đồ án xử lý cấp nước

Con người mơi trường có mới quan hệ mật thiết với nhau.Trong lịch sử phát triển người, để giải nhu cầu thiết yếu sống gia tăng dân số cách nhanh chóng thời gian gần gây nhiều tác động cân sinh học hệ sinh thái Thiên nhiên bị tàn phá, môi trường ngày xấu đi, ảnh hưởng trực tiếp lên đời sống người, mỹ quan đô thị loài động thực vật, việc xây dựng hệ thớng cơng nghệ xử lí nước cấp trở thành u cầu cần thiết, đặt biệt giai đoạn thị hóa phát triển mạnh mẽ Chúng em sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật môi trường tương lai cần chuyên đề để tự hình thành khái quát đầu hệ thớng xử lí nước, thu thập thêm nhiều kiến thức cho thân Từ có sở tớt để hồn thành tớt cho cơng việc sau Đây lần em làm chuyên đề này, thiếu kinh nghiệm kiến thức, nên khơng tránh khỏi sai xót, mong có phần góp ý dạy thêm Thời gian qua nhờ dạy tận tình cô TRẦN THỊ MINH HÀ giúp em thêm nhiều kiến thức, kỹ chuyên ngành, giúp em hoàn thành xong chuyên đề Em xin chân thành cảm ơn ! CHUYÊN ĐỀ : XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thớng xử lý nước cấp công suất 32000 m3/ngày.đêm Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM……………………………… 1.1.Giới thiệu nước ngầm…………………………………………………… 1.2 Đặc điểm, thành phần tính chất nguồn nước ngầm…………… 1.2.1 Đặc trưng nguồn nước ngầm……………………………………… 1.2.2 Thành phần tính chất nước ngầm………………………………… Chương 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ ………………………………………………………………… 2.1 Các cơng trình thu nước ngầm…………………………………………… 2.2 Cơng trình vận chuyển nước ngầm……………………………………… 2.3 .Xử lý nước cấp phương pháp học……………………………… 2.3.1 Hồ chứa lắng sơ bộ…………………………………………………… 2.3.2 Song chắn rác lưới chắn rác………………………………………… 2.3.3 Bể lắng cát……………………………………………………………… 2.3.4 Lắng……………………………………………………………………… 2.3.5 Lọc………………………………………………………………………… 2.4 Khử sắt nước ngầm………………………………………………… 2.4.1 Trạng thái tồn sắt nguồn nước ngầm…………………… 2.4.2 Các phương pháp khử sắt xử lý nước ngầm………………… Chương 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ VÀ TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ………… …………………………………………………………… 3.1 Đề xuất phương án xử lý………………………………………………… 3.2 Lý lựa chọn phương án xử lý………………………………………… 3.3 Thuyết minh cơng nghệ…….…………………………………………… 3.4 Tính tốn lượng hóa chất cơng trình đơn vị…………………………… …………….…………………………………… 3.4.1 Tính tốn lượng hóa chất …………………………………………… 3.4.2 Thùng quạt gió…………………………………………………………… a Nhiệm vụ ……………………………………………………………… b Tính tốn………………………………………………………………… 3.4.3 Bể lắng ngang…………………………………………………………… a Nhiệm vụ……………………………………………………………… b Tính tốn………………………………………………………………… 3.4.4 Bể lọc nhanh……………………………………………………………… a Nhiệm vụ………………………………………………………………… b Tính tốn………………………………………………………………… Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………… 6.1 Kết luận…………………………………………………………………… 6.2 Kiến nghị………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM 1.1.GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC NGẦM Nước vai trò nhu cầu cần thiết đời sống người sinh vật,nó tham gia vào hoạt động q trình tự nhiên tác động đến biến đổi sinh vật trái đất,khơng có nước khơng có sớng.Xã hội ngày phát triển nhu cầu nước người ngày tăng Do nguồn nước sử dụng sinh hoạt người lại phân chia nhiều loại khác nhau:nước cho nhu cầu ăn ́ng địi hỏi phải có chất lượng cao,đảm bảo không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người;các nguồn nước dùng cho tắm giặt,rửa u cầu thấp hơn.Ngồi nước ta nước nông nghiệp nên nhu cầu nước dùng cho sản xuất nơng nghiệp lớn;bên cạnh nước cịn sử dụng cho cơng nghiệp,giao thơng vận tải hoạt động khác…Nước dùng để cấp cho nhu cầu sinh hoạt sản xuất có chất lượng khác bao gồm nước mặt nước ngầm.Các nguồn nước không đáp ứng yêu cầu chất lượng ;do phải biết thành phần tính chất chúng để tiến hành xử lý nhằm đạt yêu cầu chất lượng,đáp ứng mục đích sử dụng nước.Trong mục đích cấp nước cho sinh hoạt người ta thường sử dụng nguồn nước ngầm,do có nhiều cơng nghệ xử lý nước ngầm áp dụng để đáp ứng nhu cầu sống người Nước ngầm người khai thác sử dụng từ hàng nghìn năm qua.Qua thời đại,ở khắp miền giới,loài người sang tạo nhiều phương pháp khác để khai thác nước ngầm,dùng đến đủ lượng (sức động vật,sức người,sức gió,sức nước,năng lượng mặt trời…).Ngày , tồn giới khoảng 60% nước ăn uống,15% nước dùng gia đình 20% nước tưới lấy từ nguồn nước ngầm.Tại hầu hết vùng khô cằn giới,nước ngầm nguồn cung cấp nước chủ yếu Ngoài cịn cung cấp 20% nhiều 30% tổng khối lượng nước sử dụng nước công nghiệp.Hiện giới hàng năm người ta khai thác khoảng từ 600-700 tỷ m3 nước ngầm,nhiều nguồn tài nguyên khác khai thác từ lồng đất.Còn Việt Nam nguồn nước ngầm tương đối SVTH: Phạm Thới Đông Trang ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho phong phú,nhiều nơi có chất lượng nước tớt khai thác lên sử dụng trực tiếp mà 1.2.ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NGUỒN NƯỚC NGẦM 1.2.1 Đặc trưng nước ngầm Việt Nam q́c gia có nguồn nước ngầm phong phú trữ lượng tốt chất lượng Nước ngầm tồn lỗ khe nứt đất đá, tạo thành giai đoạn trầm tích đất đá thẩm thấu, thấm nguồn nước mặt, nước mua… Nước ngầm nước xuất tầng sâu dất, thường từ 30 – 40 m, 60 – 70 m có 120 – 150 m có tới 180 m Ðới với hệ thớng cấp nước tập trung nguồn nước ngầm loại nguồn nước ua tiên lựa chọn Bởi nguồn nước mặt thuờng bị ô nhiễm lưu lượng khai thác phụ thuộc vào biến động theo mùa Trong đó, nguồn nước ngầm chịu ảnh hưởng tác động nguời Chất lượng nước ngầm thường tốt chất lượng nước mặt nhiều Trong nước ngầm khơng có hạt keo hay hạt lo lửng, vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp Nước ngầm (nước đất) hình thành nước mưa thấm qua lớp đất đá lòng đất giữ tầng chứa nước bên bề mặt đất độ sâu khác Nước ngầm gồm có nước ngầm tầng nơng nước ngầm tầng sâu Các nguồn nước ngầm không chứa rong tảo, nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước Thành phần đáng quan tâm nước ngầm tạp chất hoà tan ảnh hưởng điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, SVTH: Phạm Thới Đông Trang ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thớng xử lý nước cấp cơng suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho trình phong hố sinh hố khu vực Ở vùng có điều kiện phong hố tớt, có nhiều chất bẩn lượng mưa lớn chất lượng nước ngầm dễ bị nhiễm chất khống hồ tan, chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất Ngồi ra, nước ngầm bị nhiễm bẩn tác động người Các chất thải người động vật, chất thải sinh hoạt, chất thải hố học, việc sử dụng phân bón hố học…Tất loại chất thải theo thời gian ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần làm nhiễm nguồn nước ngầm Ðã có khơng nguồn nước ngầm tác động người bị ô nhiễm hợp chất hữu khó phân huỷ, vi khuẩn gây bệnh, hoá chất độc hại kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu không loại trừ chất phóng xạ 1.2.2 Thành phần, tính chất nước ngầm Thành phần chất luợng nuớc ngầm phụ thuộc vào nguồn gớc nuớc ngầm, cấu trúc dịa hình khu vực chiều sâu dịa tầng nơi khai thác nuớc Ở khu vực duợc bảo vệ tốt, có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nuớc ngầm nói chung duợc dảm bảo mặt vệ sinh chất luợng ổn dịnh Nguời ta chia làm loại khác Thơng thuờng nuớc có oxy có chất luợng tớt, có truờng hợp khơng cần xử lý mà cấp trực tiếp cho nguời tiêu thụ Trong nuớc có oxy khơng có chất khử SVTH: Phạm Thới Đơng Trang ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thớng xử lý nước cấp cơng suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho Trong trình nước thấm qua tầng đá , oxy bị tiêu thụ Khi lượng oxy hòa tan nước bị tiêu thụ hết, chất hòa tan Fe2+ , Mn2+ tạo thành.Mặt khác trình khử NO 3- -> NH4+; SO42- -> H2S ; CO2 -> CH4 xảy Nước ngầm chứa Ca2+ với nồng độ cao.Trong đất thường chứa nhiều CO2 trình trao đổi chất rễ trình thủy phân tạp chất hữu tác động vi sinh vật.Khí CO2 hịa tan nước mưa theo phản ứng sau: Axít yếu thấm sâu x́ng đất hòa tan canxicacbonat tạo ion Ca2+ 2H2CO3 + 2CaCO3 -> Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3- Nguồn gốc ion Mg 2+ nước ngầm chủ yếu từ ḿi magie silicat CaMg(CO3)2, chúng hịa tan chậm nước chứa khí CO2 Sự có mặt Ca2+ Mg2+ Sự hình thành Na+ nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau: 2NaAlSi3O3 + 10H2O -> Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3 Na+ có nguồn gớc từ NaCl, Na2SO4 ḿi có độ hịa tan lớn SVTH: Phạm Thới Đông Trang ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho Các ion NH4+ có nước ngầm có nguồn gốc từ chất thải rắn nước sinh hoạt, nước thải cơng nghiệp,chất thải chăn ni,phân bón hóa học trình vận Được tạo nước nhờ q trình tan đá vơi có mặt khí CO2 CaCO3 + CO2 + H2O ->Ca2+ + 2HCO3Có nguồn gớc từ ḿi CaSO4.7H2O q trình oxy hóa FeS2 điều kiện ẩm 2FeS2 + 2H2O +7O2 -> 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ Có nguồn gớc từ q trình phân ly muối NaCl nước thải sinh hoạt Sắt nước ngầm thường tồn dạng ion Fe2+ ,kết hợp với gốc bicacbonat,sunfat,clorua,đôi tồn keo axit humic keo silic.Các ion Fe2+ từ lớp đất đá hòa tan nước ttrong điều kiện yếm khí sau: 4Fe(OH)3 + 8H+ ->4Fe2+ + O2 + 10H2O Sau tiếp xúc với oxy tác nhân oxy hóa,ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+ kết tủa thành bơng cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.Vì vậy,khi vừa bơm khỏi giếng, nước thường không màu, sau thời gian để lắng chậu cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần đáy chậu xuất cặn màu đỏ Trong nguồn nước mặt sắt thường tồn thành phần hợp chất hưu Nước ngầm giếng sâu chứa sắt dạng hóa trị II hợp chất sunfat clorua Nếu nước tồn đồng thời đihyđrosunfua (H2S) sắt SVTH: Phạm Thới Đơng Trang ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho tạo cặn hòa tan sunfua sắt FeS Khi làm thống khử khí CO2, hyđrocacbonat sắt hóa trị II dễ dàng bị thủy phân bị oxy hóa để tạo thành hyđroxyt sắt hóa trị III Với hàm lượng sắt cao 0.5mg/l, nước có mùi khó chịu, làm vàng quần áo giặt, làm hỏng sản phẩm ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp giàn làm nguội bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa thành sắt hóa trị III,tạo thành bơng cặn, cặn sắt kết tủa làm tắc giảm khả vận chuyển ống dẫn nước Đặc biệt gây nổ nước dùng làm nước cắp cho nồi hơi.Một sớ ngành cơng nghiệp có u cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt dệt,giấy,sản Nước có chứa ion sắt,khi trị sớ pH 4Fe(OH)3 + 8CO2 Mangan thường tồn song song với sắt dạng ion hóa trị II nước ngầm dạng keo hữu nước mặt Do việc khử mangan thường tiến hành đồng thời với khử sắt Các ion mangan hòa tan nước từ tầng đất đá điều kiện yếm khí sau: 6MnO2 + 12H+ -> 6Mn2+ +3O2 +6H2O Mangan II hòa tan bị oxy hóa chuyển dần thành mangan IV dạng hydroxyt kết tủa, q trình oxy hóa diễn sau: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O -> 2Mn(OH)4 + 4HCO3Khi nước ngầm tiếp xúc với khơng khí nước xuất cặn hydroxyt sắt sớm sắt dễ bị oxy hóa mangan phản ứng oxy hóa sắt oxy hòa tan nước xảy trị số pH thấp so với mangan Cặn mangan hóa trị cao chất xúc tác tớt q trình oxy hóa khử mangan khử sắt Cặn SVTH: Phạm Thới Đông Trang ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thớng xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho hydroxyt mangan hóa trị IV Mn(OH)4 có màu đen Trong thực tế cặn chất lắng đọng đường ống, cơng trình hợp chất sắt mangan tạo nên Vì vậy, tùy thuộc vào tỷ sớ chúng, cặn có mà từ đỏ đến màu nâu đen Với hàm lượng tương đối thấp, vượt mg/l Tuy nhiên, với hàm lượng mangan nước lớn 0,1 mg/l gây nhiều nguy hại việc sử dụng giống trường hợp nuớc chứa sắt với hàm lượng cao b2 Các chất khí hịa tan nuớc ngầm Tồn nước ngầm Tùy thuộc vào nồng độ khí oxy nước ngầm, chia nước ngầm thành nhóm sau: + Nước ngầm yếm khí: q trình lọc qua tầng đất đá, oxy nước bị tiêu thụ, lượng oxy bị tiêu thụ hết, chất hòa tan Fe2+, Mn2+ tạo thành + Nước dư luợng oxy hòa tan: nước có oxy khơng có chất khử NH4+, H2S, CH4 Ðó nước ngầm mạch nơng Thường nước có dư lượng oxy có chất luợng tốt Tuy nhiên, nuớc ngầm mạch nông phụ thuộc nhiều vào nguồn nước mặt, nước mặt bị nhiễm bị ảnh hưởng Hydrosunfua tạo thành điều kiện yếm khí từ hợp chất humic với 2SO42- + 14H+ + 8e- -> 2H2S + 2H2O + 6OHSVTH: Phạm Thới Đông Trang 10 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho Ðược tạo thành điều kiện yếm khí từ hợp chất humic với tham gia 4C10H18O10 + 2H2O -> 21CO2 + 19CH4 Nồng độ tạp chất chứa nước ngầm phụ thuộc vị trí địa lý nguồn nước, thành phần tầng đất đá khu vực, độ hòa tan hợp chất nước, có mặt chất dễ bị phân hủy sinh hóa chất Nước ngầm bị nhiễm bẩn tác động người phân bón,chất thải hóa học, nước thải sinh hoạt cơng nghiệp, hóa chất bảo vệ thực vật Do khu vực khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt công nghiệp cần phải bảo vệ cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn nguồn nước Ðể bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh vùng khu vực bảo vệ quản lý, bố trí nguồn thải khu vực xung Tóm lại, nước ngầm có chứa cation chủ yếu Na+, Ca2+,Mn2+, NH4+ Trong ion Ca2+ , Mg2+ tồn nước ngầm nước chảy qua tầng đá vôi Các ion Na+,Cl- ,SO42- có nước ngầm khu vực gần bờ biển, nước bị nhiễm mặn Ngồi ra,trong nước ngầm có nhiều nitrat phân bón hóa học người dân sử dụngquá liều lượng cho phép Thông thường nước ngầm có ion Fe2+,Mn2+,khí CO2, cịn ion khác nằm giới hạn cho phép TCVN đối với nước cấp cho sinh hoạt b3 Một số phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm sắt Tùy thuộc vào hàm lượng Fe2+ có nước ngầm mà người ta lựa chọn • Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc: dàn phun nước cao 0.7m, lỗ phun đường SVTH: Phạm Thới Đơng Trang 11 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính tốn thiết kế hệ thớng xử lý nước cấp cơng suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho kính 5-7 mm; lưu lượng 10m3/m2h Lượng oxy hịa tan sau làm thống =40 % lượng oxy hòa tan bão hòa ( 250C lượng oxy bão hịa =8.4 mg/l) Làm thống dàn mưa tự nhiên: dàn bậc hay nhiều bậc với sàn rải xỉ tre gỗ Lượng oxy hòa tan sau làm thống=55% lượng oxy hịa tan bão hịa Hàm lượng CO2 giảm 50% Làm thoáng cưỡng bức: tháp làm thoáng cưỡng lưu lượng 30 – 40 m3/h,lượng khơng khí tiếp xúc 4- 6m3/m3 H2O.Lượng oxy hòa tan sau làm thống =70% lượng oxy hịa tan bão hịa Hàm lượng CO2 giảm 75% Trong nước ngầm, ngồi Fe 2+cịn có HS- , S2-(H2S) có tác dụng khử dới với sắt nên ảnh hưởng đến q trình oxy hóa sắt Nếu nước có oxy hịa tan phản ứng oxy hóa S2- xảy trước sau tiếp tục oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ Vì vậy, ta tính tốn lượng oxy cung cấp để dủ oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ để đạt tiêu chuẩn cấp nước • Khử sắt phương pháp dùng hóa chất + Khử sắt chất oxi hóa mạnh Các chất oxi hóa mạnh thường sử dụng dể khử sắt là: Cl2, KMnO4,O3…Khi cho chất oxi hóa mạnh vào nước, phản ứng diễn sau: 3Fe2+ + Cl2 + 6H2O -> 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ 2Fe 2+ + KMnO4 + 7H2O -> 3Fe(OH)3 + MnO + K+ + 5H+ Trong phản ứng, để oxy hóa mg Fe 2+, cần 0,64 mg Cl2 0,94 mg KMnO4 đồng thời độ kiềm nước giảm di 0,018 mgđl/l So sánh với phương pháp khử sắt làm thoáng ta thấy, dùng chất oxy hóa mạnh phản ứng nhanh hơn, pH môi trường thấp hon (pH < 6) Nếu nước tồn hợp chất như: H2S, NH3 chúng gây ảnh hưởng đến trình khử sắt SVTH: Phạm Thới Đông Trang 12