Chương 2: XỬ LÝ NƯỚC CẤP pdf

1 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 1 2.1. Đạ i c ươ ng Ngu  n n  c m  t, n  c ng  m th  ng ch  a các t  p ch  t không phù h  p m  c  ích s  d  ng (sinh ho  t, s  n xu  t) ⇒ c  n x  lý.  i t  ng x  lý th  ng g  m:  Các cht rn l lng (SS)  Các cht vô c hòa tan (Fe 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ , NH 4 + , NO 3 - ,…)  Các cht hu c hòa tan  Màu  Các vi sinh vt gây bnh (vi khun, protozoa,…) Các quá trình x  lý n  c c  p có th  là c  h  c, hóa-lý, hóa h  c hay sinh h  c. K  t h  p các quá trình x  lý theo trình t  nh  t  nh → công ngh  x  lý. Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P 2 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 2 Bảng 2.1. Tóm tắt các quá trình xử lý nước i mt sô cht nhi!m bn vô c (nh Fe, Mn, radium)c kt hp oxy "#a i mt sô cht nhi!m bn vô c, gm $%c cht &o ô' cngTrao (i ion i hu ht $%c cht nhi!m bn vô cThm thu ngc, in thm &%ch Ng)n ng*a s' &o cn va+ )n ,-nKim .%t )n ,-n i $%c VOC, H 2 S, $%c khi "-a tan; oxy "#a Fe (II) va+ Mn (II). Thông khi (/m &"%ng) i $%c cht hu c "-a tan: thuc tr+ sâu, dung môi, THMs, Hp phu' b0ng than "t &1nh Tiêu dit $%c sinh vt gây bnh. Kh2 &34ng i $%c "t không lng c, c# thê2 gm $ $%c vi sinh vt.c i ô' cng/m m5m i $%c "t lng cLng Chuyn $%c "t keo &"/nh $%c "t $# thê2 lng.Keo &/To bông i .6i, $%t, 74n va+ $%c vt liu "t 8"%c. Lng s bô' i tr+ &o, kh2 &34ng s bô', oxy "#a s bô' Fe, MnX2 ly "#a "c s bô' (Cl 2 , O3) i $%c mu 9n thô :;% cây, $/nh cây, c%, ) Chn 3%c Mục đích xư lyQuá trình Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P 3 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 3 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P La chn công ngh x lý ph thuc:  Loi ngun nc (mt, ngm) (xem 7ng 2.2) <t' c thêm>  c im cht lng ngun nc  Yêu cu cht lng nc cp (theo quy chun, tiêu chun – xem Chng 1). Ví d:  Vi ngun nc mt – ch< yu x lý làm trong, kh màu và kh trùng: Hình 2.1. S  công ngh in hình x lý nc mt Huế  Vi ngun nc ngm – ch< yu loi st, kh trùng: Hình 2.2. S  công ngh in hình x lý nc ngm Hà Nội Keo tụ/ Tạo bông Nước mặt Lắng Lọc cát nhanh Khử trùng Nước sạch Chất keo tụ Cl 2 Làm thoáng đơn giản Nước ngầm Lọc cát nhanh Khử trùng Nước sạch Cl 2 4 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 4 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P Các vi khuẩn FeVi khuẩn, virus, tảo,…Các VSV Thường ở nồng độ caoThấpNO 3 - Thường có ở nồng độ caoThường có ở nồng độ TBSiO 2 Thường cóKhôngH 2 S Thường cóXuất hiện ở các nguồn nước nhiễm bẩn NH 3 /NH 4 + Thường không tồn tạiThường gần bão hòaO 2 hòa tan Thường xuyên cóRất thấp, trừ ở đáy hồFe, Mn Ít thay đổi, cao hơn nước mặt ở cùng một vùng Thay đổi theo chất lượng đất, lượng mưa Khoáng hòa tan Thấp hoặc hầu như không cóCao, thay đổi theo mùaChất rắn lơ lửng Tương đối ổn địnhThay đổi theo mùaNhiệt độ Nước ngầmNước mặtĐặc điểm ⇒ ⇒⇒ ⇒ X ly: ch yu làm trong, kh trùng ch yu loi st, kh trùng =ng 2.2. Mt sô c im 8"%c nhau gia ngun nc mt va+ nc ngm 5 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 5 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P 2.2. Keo t ụ - T ạ o bông (Coagulation – Flocculation) 2.2.1. Cơ sở lý thuyết Kích thc các ht trong nc và kh n)ng tách chúng: Các quá trình c hc (lng, lc, ly tâm) ch> tách hiu qu các ht l lng có ng kính ht >10 -3 mm (bùn, cát, to, protozoa, ) i vi các ht l lng rt nh6 và dng keo ng kính 10 -6 – 10 -3 mm (sét, i phân t hu c,…) thng rt khó lng lc (mt thi gian dài);  tách hiu qu thng s dng bin pháp keo t - to bông trc khi lng, lc.  Đối tượng xử lý chủ yếu của keo tụ là các hạt keo   10 -4 10 -5 10 -3 10 -2 10 -1 1 10 10 2 10 3 10 4 µ µµ µ  110 -3 10 -1    10 -4 10 -6 10 -2       1010 -5 10 -7 10 -8   !"#" Kích thước hạt trong nước và khả năng tách 6 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 6 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P C ấ u t ạ o h ạ t keo: Trong n  c t  nhiên, các h  t keo có th  mang  i  n tích âm (  a sô  ) ho  c d  ng H  t keo mang  i  n âm hút các cation  n g  n b 5 m  t  trung hòa  i  n tích, phân b  thành 2 l  p: • Lp th nht rt m6ng, mang in tích dng và liên kt cht ch? vi ht keo gi là lp Stern. • Lp th hai dày hn, là h@n hp các ion (hu ht là cation), liên kt l6ng lAo, gi là lp khuch tán. Tp hp hai lp trên gi là lp kép. Th in ng xut hin gia 2 lp gi là th zeta . B trng thái tCnh, in tích ht c bù bDi in tích lp khuch tán. Hình 2.4. Cấu tạo hạt keo âm 7 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 7 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P Gi  a hai h  t keo luôn luôn t  n t  i hai lo  i l  c t  ng tác:  Lc y tCnh in Coulomb gia hai lp kép có in tích cùng du,  Lc hút van der Waals tác ng trong mt khong ngn. L  c t ( ng h  p quy  t  nh tr  ng thái ( n  nh h  t keo:  Khi lc y > lc hút (lc t(ng hp là y): h keo b5n vng;  Khi lc y E lc hút (lc t(ng hp là hút hay b0ng không): không còn "hàng rào n)ng lng“, các ht keo dính kt vi nhau và xy ra s keo tụ. Nh vy, quá trình keo t di!n ra khi trng thái (n nh c<a ht keo b phá vF. Các h  t keo  ã m  t ( n  nh hay t  p h  p kh D i  u c < a chúng s ?  c t ) ng c  ng kh  n ) ng t  p h  p t  o bông c  n kích th  c l  n khi có m  t các c  u n  i – quá trình t ạ o bông.    (coagulation) là sự phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt keo để tạo ra sự tập hợp khởi đầu các hạt keo .  $ % (flocculation) là sự tổ hợp các hạt keo đã bị keo tụ. 8 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 8 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P Hình 2.5. S   minh h  a keo t  và t  o bông 9 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 9 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P Ch  t keo tu ' th  ng G4 ng: Al 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 O ( H"I n nhôm); Fe 2 (SO 4 ) 3 .8H 2 O; FeCl 3 ; Al n (OH) m Cl x (SO 4 ) y (Polyaluminum chloride hay PAC). Cơ chê loại các hạt keo với muối Al (III), Fe (III):  Ion Al 3+ , Fe 3+ i 9/o lp in 8Jp, trung "-a in &1ch "t keo ⇒ KLm thê zeta ⇒ keo tu'.  M"<y phân &o $%c ion phc a nhân &1ch in cao Al x (OH) y n+ :91 G Al 8 (OH) 20 4+ , Al 3 (OH) 4 5+ , Al 13 O 4 (OH) 24 7+ …) ⇒ trung "-a in &1ch "t keo ⇒ KLm thê zeta ⇒ keo tu'.  M"<y phân &o kt &<a Al(OH) 3 , Fe(OH) 3 8Jo theo $%c "t keo lng xung. Hi ệ u quả keo tu  phu  thu ộ c pH: 4,5 – 7,0 v  i H"I n nhôm; 8,5 - 10,0 v  i Fe 2 (SO 4 ) 3 ; 4,5 – 7,5 v  i PAC. N% c ch  t & o bông (hay tr ' keo tu ' ) th  ng G4 ng:  Polymer thiên nhiên: dextrin, chitin,…  Polymer t(ng hp: polyacrylamide [–CH 2 –CH(CONH 2 )–] n , polyacrylic acid [–CH 2 –CH(COOH)–] n ,… 10 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 10 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P 2.2.2. Áp d ụ ng Hai công  o  n x  lý n  c b 0 ng keo t  -t  o bông ti  n hành v  i các  i 5 u ki  n khu  y tr  n khác nhau:  Keo t: Khuy nhanh trong thi gian ngn  làm bt (n nh ht keo và to các bông keo có kích thc nh6 (gradient vận tốc G = 500 – 1000 s -1 , thời gian khuấy t =30 – 120 s)  To bông: Khuy chm trong thi gian dài  to bông keo ln (G = 30 – 60 s -1 ; t = 15 – 45 phút) Có th  th  c hi  n khu  y b 0 ng thi  t b  khu  y c  h  c hay theo nguyên t  c th < y l  c (dùng vách ng ) n t  o dòng ch  y zikzak). Tr  c khi áp d  ng th  c t  , c  n ti  n hành th  c nghi  m keo t  trong PTN  xác  nh các  i 5 u ki  n keo t  : li 5 u keo t  , li 5 u tr  keo t  , pH, t  c  khu  y, th  i gian khu  y, Th  ng s  d  ng h  th  ng JAR TEST. [...]... ng 2 - 16 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.3.2 Áp dụng Vai trò của lắng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước: X lý n c ng m Tách bông cặn Fe(OH)3 sau khi oxi hóa Fe(II) thành Fe(III); Xử lý nước rửa lọc X lý n cm t Xử lý sơ bộ trước khi lọc nhanh và chậm; Lắng bông cặn sau keo tụ - tạo bông, trước khi vào bể lọc nhanh Xử lý nước rửa lọc nhằm cô đặc bùn từ thiết bị lọc Các loại bể lắng trong xử lý nước: Bể... gi ng Công ngh 25 tr Môi ng 2 - 25 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.4.2.2 B l c nhanh Đối tượng: Ở quy mô lớn (các nhà máy nước) Xử lý nước mặt: sau keo tụ-tạo bông-lắng; nếu độ đục thấp có thể bỏ qua lắng Xử lý nước ngầm: sau làm thoáng Ưu điểm: xử lý được nước có độ đục cao tải trọng lọc cao diện tích lọc nhỏ Nhược điểm: hiệu quả loại SS và vi khuẩn không cao, cần xử lý tiếp theo (lọc chậm, khử trùng) Cấu... XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.8 Bể lắng đứng Thông số thiết kế: t=2-4h H=3–5m D = 10 – 30 m (đường kính) Độ dốc đáy = 5 – 10 % Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 19 tr Môi ng 2 - 19 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.9 Bể lắng lamellar Thông số thiết kế: Độ nghiêng = 40 – 600 Khoảng cách giữa các tấm = 2,5 - 5 cm Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 20 tr Môi ng 2 - 20 Chương 2 XỬ LÝ.. .Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.6 Hệ thống JAR TEST Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 11 tr Môi ng 2 - 11 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.3 Lắng (Sedimentation/Clarification) 2.3.1 Cơ sở lý thuyết Lắng (hay làm trong): quá trình tách các chất rắn có thể lắng được hay các bông cặn sau keo tụ-tạo... (multi-media), ví dụ: than anthracite-cát Hệ thống thu nước lọc (có thể dùng lớp sỏi) Hệ thống rửa ngược (back-washing) Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 26 tr Môi ng 2 - 26 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP Mơ) Đóng Mơ) Đóng Mơ) Đóng Đóng Mơ) Hình 2.12 Cấu tạo bể lọc nhanh Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 27 tr Môi ng 2 - 27 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP V t li u l c Các VLL thường dùng trong... mm 45 cm Cát d = 0,5 mm 20 cm Sa khoáng d=0,2 – 0,4 mm Lý do? 10 cm Hình 2.13 Ví dụ bố trí các cột lọc 2 và 3 lớp Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 28 tr Môi ng 2 - 28 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP R a ng c Khi hL tăng đến 2,5 – 3,0 m Khi rửa: khóa van nước vào; cho mức nước ngập bề mặt 15 – 20 cm; đóng van nước sạch ra; mở van nước rửa; nước rửa chảy ngược mang theo cặn bẩn tràn qua máng thu... Cào, rửa lớp bề mặt Rửa ngược Tiêu thụ nước làm sạch 0,2 – 0,6 % nước sạch 3 – 6 % nước sạch Chi phí đầu tư Cao Cao Chi phí vận hành Thấp Cao Khả năng điều chỉnh đầu ra Khó Nhanh chóng Hiệu quả xử lý vi khuẩn Cao (~99,9 %) Thấp hơn (~90 – 99 %) Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 30 tr Môi ng 2 - 30 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.5 Khử trùng Trong nguồn nước thô chứa nhiều VSV, trong đó có các... ng Công ngh 20 tr Môi ng 2 - 20 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP Hình 2.10 Bể lắng tiếp xúc Xảy ra đồng thời keo tụ-tạo bông-lắng trong 1 bể Áp dụng được với nước có độ đục cao, chi phí thấp Thông số thiết kế: vận tốc chảy ngược ≤ 5 m/h Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 21 tr Môi ng 2 - 21 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.4 Lọc (Filtration) 2.4.1 Cơ sở lý thuyết Lọc được sử dụng để tách các hạt lơ lửng... Lọc nhanh (Rapid filter) Lọc chậm (Slow filter) Khoa Môi tr ng – Tr ng ĐHKH Hu Bài gi ng Công ngh 23 tr Môi ng 2 - 23 Chương 2 XỬ LÝ NƯỚC CẤP 2.4.2 Áp dụng 2.4.2.1 B l c ch m Đối tượng: Ở quy mô nhỏ (nông thôn) Nguồn nước có độ đục thấp ( . trình Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P 3 Khoa Môi trng – Trng ĐHKH Hu Bài ging Công ngh Môi trng 2 - 3 Chương Chương . 17 Chương Chương 2 2 . . X X Ử LÝ Ử LÝ N N ƯỚ ƯỚ C C C C Ấ Ấ P P 2.3.2. Áp dụng Vai trò c<a lng trong dây chuy5n công ngh x lý nc: X lý