Hàng năm có 500 triệu người mắc bệnh và 10 triệu người chủ yếu là trẻ em bị chết, 80% trường hợp mắc bệnh là người dân ở các nước đang phát triển có nguyên nhân từ việc dùng nguồn nước b
Tầm quan trọng của nước cấp
Nước là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật trên Trái Đất, không có nước cuộc sống trên Trái Đất không thể tồn tại Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong cuộc sống của con người.
Trong các khu dân cư, nước phục vụ cho các mục đích sinh hoạt, nâng cao đời sống tinh thần cho người dân Một ngôi nhà hiện đại, quy mô lớn nhưng không có nước khác nào cơ thể không có máu Nước còn đóng vai trò rất quan trọng trong sản xuất, phục vụ cho hàng loạt ngành công nghiệp khác nhau. Đối với cây trồng, nước là nhu cầu thiết yếu đồng thời còn có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất, đó là những nhân tố quan trọng cho sự phát triển của thực vật. Hiện nay, tổ chức Liên Hiệp Quốc đã thống kê có một phần ba điểm dân cư trên thế giới thiếu nước sạch sinh hoạt, do đó người dân phải dùng đến các nguồn nước nhiễm bẩn Hàng năm có 500 triệu người mắc bệnh và 10 triệu người (chủ yếu là trẻ em) bị chết, 80% trường hợp mắc bệnh là người dân ở các nước đang phát triển có nguyên nhân từ việc dùng nguồn nước bị ô nhiễm. Vấn đề xử lý nước và cung cấp nước sạch, chống ô nhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất đang là vấn đề đáng quan tâm.
Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về nước cấp, trong đó các chỉ tiêu cao thấp khác nhau nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải đảm bảo an toàn vệ sinh về số lượng vi sinh có trong nước, không có chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các chỉ tiêu về pH, nồng độ oxy hòa tan, độ đục, độ màu, hàm lượng các kim loại hòa tan, độ cứng, mùi vị Tiêu chuẩn chung nhất là của Tổ chức sức khỏe thế giới WHO hay của cộng đồng Đồ án thiết kế châu Âu Ngoài ra nước cấp cho công nghiệp bên cạnh các chỉ tiêu chung về nước cấp thì tùy thuộc từng mục đích mà đặt ra những yêu cầu riêng.
Các nguồn nước trong tự nhiên ít khi đảm bảo các tiêu chuẩn do tính chất có sẵn của nguồn nước hay bị gây ô nhiễm nên tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về chất lượng nước mà cần thiết phải có quá trình xử lý nước thích hợp, đảm bảo cung cấp nước có chất lượng tốt và ổn định.
Các loại nguồn nước sử dụng làm nước cấp
Nước mặt
Bao gồm các nguồn nước trong các ao, đầm, hồ chứa, sông, suối Do kết hợp từ dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng của nước mặt là:
• Chứa khí hoà tan, đặc biệt là oxy;
• Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước chứa trong các ao đầm, hồ do xảy ra quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo;
• Có hàm lượng chất hữu cơ cao;
• Có sự hiện diện của nhiều loại tảo;
• Chứa nhiều vi sinh vật.
Nguồn nước mặt tiếp nhận nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ và vi khuẩn gây bệnh Nguồn nước tiếp nhận các dòng thải công Đồ án thiết kế nghiệp thường bị ô nhiễm bởi các chất độc hại như kim loại nặng, các chất hữu cơ và các chất phóng xạ.
Thành phần và chất lượng của nguồn nước mặt chịu ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên, nguồn gốc xuất xứ và tác động của con người trong quá trình khai thác và sử dụng.
Nước mặt là nguồn nước tự nhiên mà con người thường sử dụng nhiều nhất nhưng cũng là nguồn nước rất dễ bị ô nhiễm Do đó nguồn nước mặt tự nhiên khó đạt yêu cầu để đưa vào trực tiếp sử dụng trong sinh hoạt hay phục vụ sản xuất mà không qua xử lý.
Hàm lượng các chất có hại cao và nhiều vi sinh vật gây bệnh cho con người trong nguồn nước mặt nên nhất thiết phải có sự quản lý nguồn nước, giám định chất lượng nước, kiểm tra các thành phần hóa học, lý học, mức độ nhiễm phóng xạ thường xuyên Thành phần các chất gây hại được thể hiện trong bảng 2.1
Bảng 2.1 Thành phần các chất gây nhiễm bẩn nước mặt [1]
Chất rắn lơ lửng Các chất keo Các chất hòa tan d > 10"4 mm d = 10'44- 10'6 mm d < 10"6 mm Đất sét Đất sét Các ion K+, Na2+,
Keo Fe(OH)3 Silicat SiO2
Các chất hữu cơ Các chất thải hữu cơ, vi sinh vật
Chất thải sinh hoạt hữu cơ Các chất mùn Đồ án thiết kế
Tổ chức thế giới đưa ra một số nguồn ô nhiễm chính trong nước mặt như sau:
• Nước nhiễm bẩn do vi trùng, virus và các chất hữu cơ gây bệnh Nguồn nhiễm bẩn này có trong các chất thải của người và động vật, trực tiếp hay gián tiếp đưa vào nguồn nước Hậu quả là các bệnh truyền nhiễm như tả, thương hàn, lỵ s ẽ lây qua môi trường nước ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
• Nguồn ô nhiễm là các chất hữu cơ phân hủy từ động vật và các chất thải trong nông nghiệp Các chất này không trực tiếp gây bệnh nhưng là môi trường tốt cho các vi sinh vật gây bệnh hoạt động Đó là lý do bệnh tật dễ lây lan qua môi trường nước.
• Nguồn nước bị nhiễm bẩn do chất thải công nghiệp, chất thải rắn có chứa các chất độc hại của các cơ sở công nghiệp như phenol, crom, chì, Các chất này tích tụ dần trong nguồn nước và gây ra các tác hại lâu dài.
• Nguồn ô nhiễm dầu mỡ và các sản phẩm từ dầu mỏ trong quá trình khai thác, sản xuất và vận chuyển làm ô nhiễm nặng nguồn nước và gây trở ngại lớn trong công nghệ xử lý nước.
• Nguồn ô nhiễm do các chất tẩy rửa tổng hợp được sử dụng và thải ra trong sinh hoạt và công nghiệp tạo ra lượng lớn các chất hữu cơ không có khả năng phân hủy sinh học cũng gây ảnh hưởng ô nhiễm đến nguồn nước mặt. Tóm lại, các yếu tố địa hình, thời tiết là yếu tố khách quan gây ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt Còn xét đến một yếu tố khác chủ quan hơn là các tác động của con người trực tiếp hay gián tiếp vào quá trình gây ô nhiễm môi trường nước mặt.
Nước ngầm
Được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hoá và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua
Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và Đồ án thiết kế chứa ít chất khoáng Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao Ngoài ra đặc trưng chung của nước ngầm là:
• Nhiệt độ và thành phần hoá học tương đối ổn định;
• Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S , ;
• Chứa nhiều khoáng chất hoà tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie, flo ;
• Không có hiện diện của vi sinh vật.
Nước ngầm ít chịu tác động của con người hơn so với nước mặt do đó nước ngầm thường có chất lượng tốt hơn Thành phần đáng quan tâm của nước ngầm là sự có mặt của các chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, các quá trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực [bảng 2.2] Những vùng có nhiều chất bẩn, điều kiện phong hóa tốt và lượng mưa lớn thì nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các khoáng chất hòa tan và các chất hữu cơ.
Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, các chỉ tiêu vi sinh cũng tốt hơn so với nước mặt.
Bảng 2.2 Các đặc tính của nước mặt và nước ngầm [1] Đặc tính Nước mặt Nước ngầm
Nhiệt độ Thay đổi theo mùa Tương đối ổn định
Thay đổi theo chất lượng đất, lượng mưa Ít thay đổi, cao hơn so với nước mặt ở cùng một vùng
Fe2+ và Mn2+ Rất thấp (trừ dưới đáy hồ) Thường xuyên có
Khí CO2 hòa tan Thường rất thấp hoặc không có Nồng độ cao n h4+ Xuất hiện ở những vùng Thường xuyên có mặt Đồ án thiết kế nước nhiễm bẩn SiO2
Thường có ở nồng độ trung bình Thường có ở nồng độ cao
Nitrat Thường thấp Thường có ở nồng độ cao do sự phân hủy hóa học
Vi trùng (nhiều loại gây bệnh), virus các loại và tảo
Các vi khuẩn do sắt gây ra thường xuất hiện
Bản chất địa chất có ảnh hưởng lớn đến thành phần hóa học của nước ngầm, nước luôn tiếp xúc với đất trong trạng thái bị giữ lại hay lưu thông trong đất, nó tạo nên sự cân bằng giữa thành phần của nước và đất.
Nước chảy dưới lớp đất cát hay granite là axit và ít muối khoáng Nước chảy trong đất chứa canxi là hydrocacbonat canxi.
Tại những khu vực được bảo vệ tốt, ít có nguồn thải nhiễm bẩn, nước ngầm nói chung được đảm bảo về mặt vệ sinh và có chất lượng khá ổn định Người ta chia nước ngầm ra hai loại khác nhau:
• Nước ngầm hiếu khí (có oxy): thông thường loại này có chất lượng tốt, có trường hợp loại này không cần xử lý mà có thể cấp trực tiếp cho người tiêu dùng Trong nước có oxy s ẽ không có các chất khử như H2S, CH4, NH4+
• Nước ngầm yếm khí (không có oxy): trong quá trình nước thấm qua đất đá oxy bị tiêu thụ, lượng oxy hòa tan tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+, Mn2+ s được tạo thành.
Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao cùng với sự có mặt của ion Mg2+ s ẽ tạo nên độ cứng cho nước Ngoài ra trong nước còn chứa các ion như Na+, Fe2+, Mn2+, NH4+, HCO3-, SO42-, Cl-, Đồ án thiết kế Đặc tính chung về thành phần, tính chất nước ngầm là nước có độ đục thấp, nhiệt độ, tính chất ít thay đổi và không có oxy hòa tan Các lớp nước trong môi trường khép kín là chủ yếu, thành phần nước có thể thay đổi đột ngột với sự thay đổi độ đục và ô nhiễm khác nhau Những thay đổi này liên quan đến sự thay đổi của lưu lượng của lớp nước sinh ra do nước mưa Ngoài ra một tính chất của nước ngầm là thường không có mặt của vi sinh vật, vi khuẩn gây bệnh.
Nước mưa
Nước mưa có thể xem như nước cất tự nhiên nhưng không hoàn toàn tinh khiết bởi vì nước mưa có thể bị ô nhiễm bởi khí, bụi, và thậm chí cả vi khuẩn có trong không khí Khi rơi xuống, nước mưa tiếp tục bị ô nhiễm do tiếp xúc với các vật thể khác nhau Hơi nước gặp không khí chứa nhiều khí oxit nitơ hay oxit lưu huỳnh s ẽ tạo nên các trận mưa axit Hệ thống thu gom nước mưa dùng cho mục đích sinh hoạt gồm hệ thống mái, máng thu gom dẫn về bể chứa Nước mưa có thể dự trữ trong các bể chứa có mái che để dùng quanh năm.
Các chỉ tiêu nước cấp
Chỉ tiêu vật lý
Nhiệt độ của nguồn nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lí nước Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước Nhiệt độ của nguồn nước mặt dao động rất lớn (từ 4 ^ 400C) phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn nước Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định (từ
2 3 1 2 H àm lư ợ n g c ặ n k h ô n g tan (m g /l) Được xác định bằng cách lọc một đơn vị thể tích nước nguồn qua giấy lọc, rồi đem sấy khô ở nhiệt độ (105 ^ 1100C) Hàm lượng cặn của nước ngầm thường nhỏ (30 ^ 50 mg/l), chủ yếu do các hạt mịn trong nước gây ra Hàm lượng cặn của nước sông dao động rất lớn (20 ^ 5.000 mg/l), có khi lên tới (30.000 mg/l) Cùng một nguồn nước, hàm lượng cặn dao động theo mùa, mùa khô nhỏ, mùa lũ lớn Cặn có trong nước sông là do các hạt sét, cát, bùn bị dòng nước xói rửa mang theo và các chất hữu cơ nguồn gốc động thực vật mục nát hoà tan trong nước Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biện pháp xử lí đối với các nguồn nước mặt Hàm lượng cặn của nước nguồn càng cao thì việc xử lí càng tốn kém và phức tạp.[4]
2 3 1 3 Độ m àu (P t-C o ) Được xác định theo phương pháp so sánh với thang màu coban Độ màu của nước bị gây bởi các hợp chất hữu cơ, các hợp chất keo sắt, nước thải công nghiệp hoặc do sự phát triển của rong, rêu, tảo Thường nước hồ, ao có độ màu cao.[4]
Nước có mùi là do trong nước có các chất khí, các muối khoáng hoà tan, các hợp chất hữu cơ và vi trùng, nước thải công nghiệp chảy vào, các hoá chất hoà ta n Nước có thể có mùi bùn, mùi mốc, mùi tanh, mùi cỏ lá, mùi clo, mùi phenol, vị mặn, vị chua, vị chát, vị đắng, [4]
2 3 1 5 Độ đục (N T U ) Độ đục của nước đặc trưng cho các tạp chất phân tán dạng hữu cơ hay vô cơ không hòa tan hay keo có nguồn gốc khác nhau Nguyên nhân gây ra nước mặt bị đục là do sự tồn tại của các loại bùn, axit silic, hydroxit sắt, hydroxit nhôm, các loại keo hữu cơ, vi sinh vật và phù du thực vật ở trong nước Trong Đồ án thiết kế nước ngầm thì độ đục đặc trưng cho sự tồn tại các khoáng chất không hòa tan hay các hợp chất hữu cơ từ nước thải xâm nhập vào đất. Độ đục thường đo bằng máy so màu quang học dựa trên cơ sở sự thay đổi cường độ ánh sáng khi đi qua lớp nước mẫu Đơn vị của độ đục xác định theo phương pháp này là NTU (Nepheometric Turbidity Unit) [4]
Chỉ tiêu hóa h ọ c
2 3 2 1 Độ pH pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường biểu thị cho tính axit hay tính kiềm của nước.
Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH
• pH = 7 nước có tính trung bình.
• pH < 7 nước có tính acid.
• pH > 7 nước có tính kiềm Độ pH trong nước có ý nghĩa quan trọng trong quá trình lý hóa khi xử lý nước bằng hóa chất Quá trình chỉ có hiệu quả tối ưu khi ở một khoảng pH nhất định trong những điều kiện nhất định.[l]
Là đại lượng biểu thị hàm lượng các muối của canxi và magie có trong nước Có thể phân biệt thành 03 loại độ cứng: độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh cửu và độ cứng toàn phần Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các muối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie có trong nước Độ cứng toàn phần là tổng của hai loại độ cứng trên.
Nước có độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt và sản xuất: giặt quần áo tốn xà phòng, nấu thức ăn lâu chín, gây đóng cặn nồi hơi, giảm chất lượng sản phẩm [1] Đồ án thiết kế
Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ có trong nước Chỉ tiêu oxy hoá là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Độ oxy hoá của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng.[1]
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra amoniac, nitric, nitrat trong tự nhiên, trong các chất thải, trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hay gián tiếp đưa vào nguồn nước Do đó, các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Tùy theo mức độ có mặt của từng loại hợp chất nitơ mà ta có thể biết mức độ và thời gian nguồn nước bị ô nhiễm.
• Khi nước mới bị ô nhiễm do phân bón hay nước thải, trong nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là NH4+ (nước nguy hiểm);
• Nước chứa chủ yếu NO2- thì nguồn nước đã bị ô nhiễm một thời gian dài hơn (nước ít nguy hiểm hơn);
• Nước chứa chủ yếu là NO3- thì quá trình oxy hóa đã kết thúc (nước ít nguy hiểm).
Nồng độ nitrat cao là môi trường dinh dưỡng rất tốt cho tảo, rong phát triển gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng cho sinh hoạt Nếu dùng nước uống có hàm lượng nitrat cao có thể ảnh hưởng đến máu, thường gây bệnh xanh xao ở trẻ em và có thể dẫn đến tử vong.[1]
Trong nước tự nhiên các hợp chất thường gặp nhất là photphat, khi nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi rác và hợp chất hữu cơ trong quá trình phân hủy, giải phóng ion PO43- có thể tồn tại dưới dạng H3PO4, HPO4. Đồ án thiết kế
Photphat không thuộc loại độc hại đối với con người nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước s ẽ gây cản trở cho quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt động của các bể lắng. Đối với những nguồn nước có hàm lượng chất hữu cơ cao, nitrat, photphat cao, các bông cặn tạo thành đám nổi trên mặt nước, nhất là lúc trời nắng trong ngày [1 ]
Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (III) Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hoà tan của các muối bicacbonat, sunfat, clorua, đôi khi dưới dạng keo của axit humic hoặc keo silic Khi tiếp xúc với oxy hoặc các chất oxy hoá, sắt (II) bị oxy hoá thành sắt (III) và kết tủa bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ Nước ngầm thường có hàm lượng sắt cao, đôi khi lên tới 30 mg/l hoặc có thể còn cao hơn nữa Nước mặt chứa sắt (III) ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù, thường có hàm lượng không cao và có thể khử sắt kết hợp với công nghệ khử đục Việc tiến hành khử sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngầm Khi trong nước có hàm lượng sắt > 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp và làm giảm tiết diện vận chuyển nước của đường ống.[1]
Mangan thường được gặp trong nước nguồn ở dạng mangan (II), nhưng với hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều Tuy vậy với hàm lượng mangan > 0,05 mg/l đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt Công nghệ khử mangan thường kết hợp với khử sắt trong nước.[1]
Các chất khí hoà O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, phân hủy rác Khi trong nước có H2S làm nước có mùi trứng thối khó chịu và ăn mòn kim Đồ án thiết kế loại Hàm lượng O2 hoà tan trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, đặc tính của nguồn nước Các nguồn nước mặt thường có hàm lượng oxy hoà tan cao do có bề mặt thoáng tiếp xúc trực tiếp với không khí Nước ngầm có hàm lượng oxy hoà tan rất thấp hoặc không có, do các phản ứng oxy hoá khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu hao hết oxy.
Khí CO2 hoà tan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên Trong kỹ thuật xử lý nước, sự ổn định của nước có vai trò rất quan trọng Việc đánh giá độ ổn định trong sự ổn định nước được thực hiện bằng cách xác định hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự do Lượng CO2 cân bằng là lượng CO2 đúng bằng lượng ion HCO3- cùng tồn tại trong nước Nếu trong nước có lượng CO2 hoà tan vượt quá lượng CO2 cân bằng, thì nước mất ổn định và s ẽ gây ăn mòn bêtông [1]
Clorua làm cho nước có vị mặn, ion này thâm nhập vào nước qua sự hòa tan các muối khoáng hay bị ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay ở các đoạn sông gần biển Việc dùng nước có hàm lượng clorua cao có thể gây ra các bệnh về thận cho con người Ngoài ra nước có chứa nhiều clorua có tính xâm thực đối với bêtông.[1]
Vi trùng gây bệnh có trong nước là do sự nhiễm bẩn rác, phân người và động vật Sự có mặt của E.coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tùy thuộc vào mức độ nhiễm bẩn.
Rong tảo phát triển trong nước làm nước bị nhiễm bẩn hữu cơ và làm cho nước có màu xanh Nước mặt có nhiều loại rong tảo sinh sống trong đó loài gây hại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào Hai loại tảo này khi phát triển trong đường ống có thể gây tắc nghẽn đường ống Đồ án thiết kế đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình hô hấp thải ra khí cacbonic.[1]
2 3 2 1 1 C ác kim lo ạ i có đ ộc tín h cao
Tổng quan về các quá trình xử lý
Hồ chứa và lắng sơ bộ
Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng của oxy hòa tan trong nước, và điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm [2]
Song chắn rác
Được đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý.[2]
Quá trình làm thoáng
Đây là giai đoạn trong dây chuyền công nghệ xử lý nước có nhiệm vụ hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa sắt, mangan hóa trị (II) thành sắt (III) và mangan (IV) tạo thành các hợp chất Fe(OH)3, Mn(OH)4 kết tủa để lắng và đưa ra khỏi nước bằng quá trình lắng, lọc Ngoài ra quá trình làm thoáng còn làm tăng hàm lượng oxy hòa tan trong nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hóa chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và màu của nước.
Có hai phương pháp làm thoáng:
• Đưa nước vào trong không khí: cho nước phun thành tia hay thành màng mỏng trong không khí ở các giàn làm thoáng tự nhiên hay trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng như các giàn làm thoáng cưỡng bức.
• Đưa không khí vào trong nước: dẫn và phân phối không khí nén thành các bọt nhỏ theo giàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên, nước được làm thoáng. Đồ án thiết kế
Trong kĩ thuật xử lý nước thường người ta áp dụng các giàn làm thoáng theo phương pháp đầu tiên và các thiết bị làm thoáng hỗn hợp giữa hai phương pháp trên: làm thoáng bằng máng tràn nhiều bậc và phun trên mặt nước Đầu tiên tia nước tiếp xúc với không khí sau khi chạm mặt tia nước kéo theo bọt khí đi sâu vào khối nước trong bể tạo thành các bọt khí nhỏ nổi lên [ 2 ]
Quá trình khuấy trộn hóa chất
Mục đích là tạo ra điều kiện phân tán nhanh và đều hóa chất vào toàn bộ khối lượng nước cần xử lý vì phản ứng thủy phân tạo nhân keo tụ diễn ra rất nhanh, nếu không trộn đều và trộn kéo dài thì s không tạo ra được các nhân keo tụ đủ, chắc, và đều trong thể tích nước, hiệu quả lắng s ẽ kém và tiêu tốn hóa chất nhiều hơn [ 2 ]
Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn
Keo tụ và tạo bông cặn là quá trình tạo ra các tác nhân có khả năng kết dính các chất làm bẩn nước ở dạng hòa tan hay lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng được trong các bể lắng hay kết dính trên bề mặt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tế nhất.
Trong kĩ thuật xử lý nước thường dùng phèn nhôm Al 2 (SO 4)3 hay phèn sắt FeCl3, Fe 2 (SO4 )3 và FeSO4 Quá trình sản xuất, pha chế định lượng phèn nhôm thường đơn giản hơn đối với phèn sắt nên tuy phèn sắt hiệu quả cao hơn nhưng vẫn ít được sử dụng.
Hiệu quả của quá trình tạo bông cặn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn để các nhân keo tụ và cặn bẩn va chạm và dính kết vào nhau Để tăng hiệu quả cho quá trình tạo bông cặn người ta thường cho polyme được gọi là chất trợ lắng vào bể phản ứng tạo bông Polyme s tạo liên kết lưới anion nếu trong nước thiếu các ion đối như SO42-, nếu trong nước có thành phần ion và độ kiềm thỏa mãn thì điều kiện keo tụ thì polyme s ẽ tạo ra liên kết trung tính [ 2 ] Đồ án thiết kế
Quá trình lắng
Đây là quá trình làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước nguồn bằng các biện pháp:
• Lắng trọng lực trong các bể lắng khi đó các hạt cặn có tỉ trọng lớn hơn s ẽ lắng xuống đáy bể;
• Lực li tâm s ẽ tác dụng vào các hạt cặn trong bể lắng li tâm làm các hạt cặn lắng xuống;
• Lực đẩy nổi do các hạt khí dính bám vào các hạt cặn ở các bể tuyển nổi.
Cùng với việc lắng cặn, quá trình lắng còn làm giảm được 90 ^ 95% vi trùng có trong nước (vi trùng luôn bị hấp thụ và dính bám vào các hạt bông cặn trong quá trình lắng).
Có ba loại cặn thường được xử lý trong quá trình lắng như sau:
• Lắng các hạt cặn phân tán riêng rẽ: trong quá trình lắng không thay đổi hình dáng, độ lớn, tỷ trọng Trong quá trình xử lý nước ta không pha phèn nên công trình lắng thường có tên gọi là lắng sơ bộ.
• Lắng các hạt ở dạng keo phân tán: thường được gọi là lắng cặn đã được pha phèn Trong quá trình lắng các hạt cặn có khả năng kết dính với nhau thành bông cặn lớn khi đủ trọng lực s ẽ lắng xuống, ngược lại các bông cặn có thể bị vỡ thành các hạt cặn nhỏ, do đó trong khi lắng các bông cặn có thể bị thay đổi kích thước, hình dạng, tỷ trọng.
• Lắng các hạt cặn đã đánh phèn: các hạt có khả năng kết dính với nhau nhưng nồng độ lớn hơn (thường lớn hơn 1 0 0 0 mg/l), các bông cặn này tạo thành lớp mây cặn liên kết với nhau và dính kết để giữ lại các hạt cặn bé phân tán trong nước.
Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn, trong bể tạo bông tạo ra các hạt cặn to, bền, chắc và càng nặng thì hiệu Đồ án thiết kế quả lắng càng cao Nhiệt độ nước càng cao, độ nhớt càng nhỏ, sức cản của nước đối với các hạt cặn càng giảm làm tăng hiệu quả của quá trình lắng Hiệu quả lắng tăng lên 2 ^ 3 lần khi nhiệt độ nước tăng 100 0 C.
Thời gian lưu nước trong bể lắng cũng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của bể lắng Để đảm bảo lắng tốt thời gian lưu nước trung bình của các phần tử nước trong bể lắng thường phải đạt từ 70 - 80% thời gian lưu nước trong bể theo tính toán Nếu để cho bể lắng có vùng nước chết, vùng chảy quá nhanh hiệu quả lắng s ẽ giảm đi rất nhiều Vận tốc dòng nước trong bể lắng không được lớn hơn trị số vận tốc xoáy và tải cặn đã lắng lơ lửng trở lại dòng nước.[ 2 ]
Quá trình lọc
Quá trình lọc là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc hạt cặn và vi trùng có trong nước Sau một thời gian dài làm việc, lớp vật liệu lọc bị khít lại làm giảm tốc độ lọc Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió hoặc gió kết hợp nước để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc.
Trong dây chuyền xử lý nước cấp cho sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm trong nước triệt để Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi qua lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép (nhỏ hơn hoặc bằng 3 mg/l). Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể có nguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau, cơ bản có thể chia ra các loại bể lọc sau
+ Bể lọc chậm: có tốc độ lọc 0,1 ^ 0,5 m/h.
+ Bể lọc nhanh: có tốc độ lọc 5 ^ 15 m/h.
+ Bể lọc cao tốc: có tốc độ lọc 36 ^ 100 m/h. Đồ án thiết kế
• Theo chế độ dòng chảy
+ Bể lọc trọng lực: bể lọc hở, không áp.
+ Bể lọc áp lực: bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra nhờ áp lực nước phía trên lớp vật liệu lọc.
+ Bể lọc xuôi: là bể lọc cho nước chảy qua lớp vật liệu lọc từ trên xuống dưới như bể lọc chậm, bể lọc nhanh phổ thông
+ Bể lọc ngược: là bể lọc có chiều nước chảy qua lớp vật liệu lọc là từ dưới lên trên như bể lọc tiếp x ú c
+ Bể lọc hai chiều: nước chảy qua lớp vật liệu lọc theo cả hai chiều từ trên xuống và từ dưới lên, nước được thu ở tầng giữa như bể lọc A K X
• Theo số lượng lớp vật liệu lọc: bể lọc có 01 lớp vật liệu lọc hay 02 lớp vật liệu lọc hoặc nhiều hơn.
• Theo cỡ hạt vật liệu lọc
+ Bể lọc có hạt cỡ nhỏ: d 0,8 mm.
• Theo cấu tạo lớp vật liệu lọc
+ Bể lọc có vật liệu lọc dạng hạt
+ Bể lọc lưới: nước đi qua lưới lọc kim loại hoặc vật liệu lọc dạng xốp. + Bể lọc có màng lọc: nước đi qua màng lọc được tạo thành trên bề mặt lưới đỡ hay lớp vật liệu rỗng.
Vật liệu lọc là bộ phận cơ bản của bể lọc, nó đem lại hiệu quả làm việc và tính kinh tế của quá trình lọc Vật liệu lọc hiện nay được dùng phổ biến là cát thạch anh tự nhiên Ngoài ra cón có thể sử dụng một số vật liệu khác như cát thạch anh nghiền, đá hoa nghiền, than antraxit, p o ly m e Các vật liệu lọc Đồ án thiết kế cần phải thỏa mãn các yêu cầu về thành phần cấp phối tích hợp, đảm bảo đồng nhất, có độ bền cơ học cao, ổn định về hóa học.
Ngoài ra trong quá trình lọc người ta còn dùng thêm than hoạt tính như là một hoặc nhiều lớp vật liệu lọc để hấp thụ chất gây mùi và màu của nước Các bột than hoạt tính có bề mặt hoạt tính rất lớn, chúng có khả năng hấp thụ các phân tử khí và các chất ở dạng lỏng hòa tan trong nước [ 2 ]
Khử trùng
Là quá trình cho clo vào nước trong giai đoạn trước khi nước vào bể lắng và bể lọc, tác dụng của quá trình này là:
• Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn.
• Oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng.
• Oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu.
• Trung hòa amoniac thành cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài Ngoài ra clo hóa sơ bộ còn có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong rêu trong bể phản ứng tạo bông cặn và bể lắng, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra các chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc làm tăng thời gian của chu kỳ lọ c
Là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống Sau các quá trình xử lý, nhất là sau khi nước qua lọc thì phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại, song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh thì cần phải tiến hành khử trùng nước.
Có rất nhiều biện pháp khử trùng nước hiệu quả như dùng các chất oxy hóa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, dùng nhiệt hoặc các ion kim loại n ặ n g Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng phổ biến nhất là phương pháp khử trùng Đồ án thiết kế bằng các chất oxy hóa mạnh (sử dụng phổ biến là clo và các hợp chất của clo vì giá thành thấp, dễ sử dụng, vận hành và quản lý đơn giản) [ 2 ]
Ổn định nước
Là quá trình khử tính xâm thực của nước đồng thời cấy lên mặt trong thành ống lớp màng bảo vệ để cách ly không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu làm ống Tác dụng của lớp màng bảo vệ này là để chống gỉ cho ống thép và các phụ tùng trên đường ống Hóa chất thường dùng để ổn định nước là hexametephotphat, silicat natri, soda, v ô i [ 2 ]
Làm mềm nước
Làm mềm nước tức là khử độ cứng trong nước (khử các muối Ca, Mg có trong nước) Nước cấp cho một số lĩnh vực công nghiệp như dệt, sợi nhân tạo, hóa chất, chất dẻo, g i ấ y và cấp cho các loại nồi hơi thì cần phải làm mềm nước Các phương pháp làm mềm nước phổ biến là: phương pháp nhiệt, phương pháp hóa học, phương pháp trao đổi ion [ 2 ] Đồ án thiết kế
PHÂN TÍCH NƯỚC SÔNG RAY VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LY NƯỚC CẤP CHO XÃ LONG PHƯ ỚC
Tính chất nguồn nước
Sông Ray là tên một con sông ở miền Đông Nam Bộ, Việt Nam, là phụ lưu cấp I của sông Đồng Nai Sông Ray bắt nguồn từ các tỉnh Đồng Nai với chiều dài trên 272 km và lưu vực 4710 km2. Ở thượng nguồn sông Ray là hợp lưu của hệ thống nhiều sông suối nhỏ, nhưng về tổng thể có thể coi là ba sông nhánh bắt nguồn từ phía tây, đông bắc và đông huyện Châu Đức Chúng hợp lưu ở phía nam thị huyện Châu Đức, theo đường chim bay khoảng 7km Từ đây sông Ray chảy ngoằn ngoèo theo hướng bắc tây bắc-đông đông nam trên chiều dài khoảng 3 km tới hồ chứa nước cho nhà máy.
Việc đánh giá chất lượng nước sông Ray thuộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nhằm tìm ra nguồn cấp nước an toàn và bền vững là điều cần thiết đảm bảo cung cấp hệ thống nước máy tốt nhất về mặt sức khỏe cho cộng đồng.
Nước sông Ray được đánh giá là nguồn nước tốt nhất trong khu vực, có lưu lượng lớn, chất lượng ổn định và tương đối ít bị ô nhiễm Phân tích chất lượng nước sông Ray nhằm tìm ra biện pháp xử lý hiệu quả nhất. Ở Việt nam việc đánh giá chất lượng nước được tiến hành theo từng chỉ số lý, hóa, sinh riêng biệt từ đó sử dụng tổng hợp các chỉ số để đánh giá chất lượng nước sông tìm ra biện pháp xử lý phù hợp cho nước cấp.
Tiến hành lấy mẫu ở 3 điểm khác nhau trên bề mặt sông thuộc đoạn sông Ray thuộc huyện Châu Đức.
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Ray
Việc lựa chọn các thông số đánh giá ô nhiễm nguồn nước cần căn cứ vào bản chất của nguồn gây ô nhiễm (nguyên liệu, quy trình công nghệ, hoạt động của cơ sở sản xuất hoặc đặc điểm tự nhiên trong vùng). Đồ án thiết kế
Sông Ray là một sông có lượng nước rất lớn, tuy nhiên chất lượng ngày càng suy giảm do ô nhiễm Điều đó đang và sẽ gây tác động đến sức khoẻ con người, đời sống thuỷ sinh và các nhu cầu sử dụng nước của nhân dân.
Các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu là chất thải sinh hoạt của con người sống ven con sông Các hoạt động nông nghiệp như bón phân, cầy bừa , hoạt động nuôi trồng thủy sản, giao thông đường thủy.
Chất thải từ hoạt động công nghiệp: ngành công nghiệp dọc ven sông còn thưa thớt chưa phát triển rộng Chủ yếu là một số nhà máy thủy hải sản, luyện kim.
Ngoài ra, nguồn nước còn bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên như xói mòn, lũ lụt, nước mưa.
Các tác nhân gây ô nhiễm phổ biến nhất ở mức độ cao trong nước sông là các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, dầu mỡ và vi trùng. Để kiểm soát ô nhiễm và bảo vệ chất lượng nước phục vụ cấp nước sinh hoạt cần tiến hành:
- Xây dựng, ban hành và thực hiện chặt chẽ các luật, quy định và tiêu chuẩn chất lượng nước cho từng mục đích sử dụng, từng vùng trong cả nước.
- Xây dựng và hoạt động hệ thống các trạm quan trắc môi trường nước, trong đó 3 thành phần thuỷ văn, thuỷ hoá và thuỷ sinh cần được quan trắc theo tần số phù hợp Hệ thống này thường xuyên thông báo cho các cơ quan quản lý môi trường quốc gia hoặc địa phương các thông tin để kịp thời báo động về các diễn biến môi trường.
- Thực hiện liên tục việc kiểm soát, kiểm toán, xây dựng tài liệu về tiềm năng gây ô nhiễm của các nguồn công nghiệp, đô thị, giao thông thuỷ, khu dân cư nông thôn, sản xuất nông nghiệp Với mỗi nguồn nước cần có sự lựa chọn thông số ô nhiễm chỉ thị để quan trắc và xác định tải lượng ô nhiễm.
- Cần tuyên truyền, nâng cao ý thức của người dân về sử dụng nước và thải ra nguồn nước. Đồ án thiết kế
Các thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước
Trong thực tế, việc lựa chọn các thông số khảo sát [bảng 3.1] nhằm thực hiện mục đích nghiên cứu là việc làm rất quan trọng vì nó giúp cho:
- Đánh giá đúng đắn mức độ ô nhiễm và nguyên nhân gây ô nhiễm;
- So sánh đánh giá chất lượng nguồn nước để tiến hành thiết kế hệ thống xử lý;
- Tiết kiệm nhân lực, thời gian, chi phí.
Bảng 3.1 Các thông số đánh giá nguồn nước tự nhiên ở các trạm quan trắc cơ bản [3]
Số Các thông số cơ bản Số Các thông số cơ bản thứ tự thứ tự
3 Độ màu 12 Thuốc trừ sâu (gốc Cl)
4 Độ đục 13 TSS (tổng chất rắn lơ lửng)
5 Mùi 14 TDS (tổng chất rắn hòa tan)
9 Cl Đồ án thiết kế
Phương pháp nghiên cứu lấy mẫu và bảo quản mẫu
Lấy mẫu là thu thập một thể tích mẫu thích hợp, sau đó xử lý, vận chuyển đến nơi phân tích, đảm bảo chất lượng mẫu chưa thay đổi Việc lấy và bảo quản mẫu phải thận trọng, tuân thủ theo đúng quy định kỹ thuật sao cho mẫu nước vẫn phải giữ nguyên những đặc tính cơ bản Nếu có thay đổi cũng không đáng kể.
Thông thường đối với nước cấp, các chỉ tiêu cần kiểm tra là các chỉ tiêu hóa lý như: pH, SS, BOD5, COD, N, P, D O nên thể tích mẫu cần lấy là 2 lít Chuẩn bị bình chứa mẫu: bình có thể là bình nhựa hoặc thủy tinh, có dung tích tùy theo số chỉ tiêu mà ta cần phân tích, có nút đậy bọc bằng nhựa trơ hoặc nút thủy tinh nhám để tránh mẫu bị tràn ra hoặc mẫu bị nhiễm bẩn.
Việc đánh giá thu mẫu tại 3 điểm trong khu vực xung quanh trạm đặt ống thu nước, 1 điểm ngay tại họng thu nước chính, 2 điểm còn lại lấy cách họng ống 10-20 km phân về 2 hướng của điểm chính [hình 3.1]
Hình 3.1 Vị trí thu mẫu Đồ án thiết kế
3 4 2 C ông tá c th ực đị a
Cách lấy mẫu được tiến hành theo trình tự sau:
- Thu mẫu nước để phân tích các chỉ số lý, hóa, sinh Chai lấy mẫu được rửa kỹ bằng nước sạch, tráng lại bằng nước tại vị trí cần lấy mẫu.
- Cần đặt chai hạ xuống khuấy và lấy phần nước được khuấy đều của nơi chứa mẫu để có được mẫu đặc chưng nhất.
- Lấy đầy vào bình chứa mẫu nước, đậy nắp chai cẩn thận, lắc đều và cố định ngay trong thùng đá ở 40C, bảo quản mẫu ở nhiệt độ này cho đến khi phân tích mẫu Việc bảo quản mẫu nhằm làm cho thành phần và chất lượng nước ở thời điểm lấy mẫu không bị thay đổi nhiều so lúc phân tích Đôi khi việc phân tích không được thực hiện ngay hay một số chỉ tiêu dễ thay đổi, cần cho chất bảo quản vào mẫu để đảm bảo kết quả phân tích có sai số nhỏ nhất Cách bảo quản mẫu được tóm tắt trong bảng 3.2
Thông sô Cách bảo quản Thời gian lưu tôi đa
1ml H 2 SO4đậm đặc/lít mẫu
4 Chất rắn lơ lửng Không bảo quản
5 NH 4 + Phân tích càng sớm càng tốt 7 ngày
6 P tổng Làm lạnh 4 0 C hoặc - 1 0 0 C 2 ngày Đồ án thiết kế
Phương pháp phân tích hàm lượng các chỉ tiêu nước
Các mẫu được phân tích tại phòng thí nghiệm của nhà máy xử lý nước thải thuộc công ty đầu tư và khai thác hạ tầng khu công nghiệp Đông Xuyên và Phú Mỹ 1 Để có kết quả phân tích thì các phương pháp sử dụng được trình bày trong bảng 3.3
Bảng 3.3 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu
Các chỉ tiêu đánh giá Phương pháp phân tích
Nhiệt độ Dùng nhiệt kế để xác định
PH Đo nhanh bằng đầu dò
Mùi vị Cảm quan Độ đục SMEWW 2130-2005
COD Phương pháp so màu
Nitrogen Phương pháp so màu
Photpho Phương pháp so màu
DO Đo nhanh bằng đầu dò Độ màu Đo nhanh bằng đầu dò
TSS Làm bay hơi nước (sấy ở nhiệt độ
100-105oC) và cân phần khô còn lại.
Thuốc trừ sâu gốc Clo GC/MS-KTSK 09 coliform TCVN6187-2:1996 Đồ án thiết kế
Phân tích kết quả phân tích nước sông Ray
Xét nghiệm nước là công việc cần làm để tìm ra những vấn đề của nguồn nước Dựa trên kết quả xét nghiệm ta có thể dễ dàng lựa chọn công nghệ xử lí nước phù hợp Kết quả phân tích chất lượng nước sông Ray được thể hiện ở bảng 3.4 và bảng 3.5
Bảng 3.4 Kết quả phân tích mẫu nước sông Ray tại phòng thí nghiệm của nhà máy xử lý nước thải thuộc công ty đầu tư và khai thác hạ tầng khu công nghiệp Đông Xuyên và Phú Mỹ 1
DO mg/l 11,4 10,6 10,9 > 5 Độ màu Pt -
Bảng 3.5 Kết quả phân tích mẫu nước sông Ray của trung tâm nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu
Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
QCVN 08-MT: 2015/BTNMT (A2) Độ đục NTU 14 15
Mùi - Không có mùi lạ Không có mùi lạ Đồ án thiết kế
TDS mg/l 98 - Độ cứng mg/l 32,2 2000 dòng chảy ngang trong bể là dòng chảy rối.
Vì vậy để bể lắng ngang có thể hoạt động hiệu quả thì hệ số Reynold của dòng chảy không được quá lớn đủ để phá vỡ các đám mây bông cặn hình thành trong quá trình lắng Do đó bằng nhiều thực nghiệm các nhà khoa học đã tìm ra được hệ số Re cho bể lắng ngang là không lớn hơn 20000.
Vận tốc nước chảy trong bể v0 = = = 5 ( mm / 5)
Thiết kế cấu tạo vùng phân phối nước vào bể:
Việc phân phối nước vào trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể là điều kiện cực kỳ quan trọng bởi vì nếu phân phối không đều nước vào s ẽ gây ra hiện tượng ngắn dòng và tạo ra các xoáy nước nhỏ làm cho dòng chảy trong vùng lắng không ổn định, có thể làm các bông cặn bị phá vỡ Biện pháp có hiệu quả nhất là đặt tấm phân phối khoan lỗ có kích thước bằng mặt cắt ngang của bể. Vận tốc qua lỗ từ 0,2-0,3m/s Chọn viỗ = 0,2m/s, vậy tổng diện tích lỗ cần thiết trên tường chắn là:
Chọn đường kính 1 lỗ phân phối là 0,1 m Vậy tổng số lỗ cần thiết là: Đồ án thiết kế n = f
Tính toán máng thu nước:
Trong mỗi bể lắng ta đặt một máng thu nước răng cưa, máng được đặt theo chiều dài của bể.
Chiều dài máng thu nước : - L = - X 30 = 20 (m)
: : Tốc độ trong máng thu lấy vm = 0,6 m/s (quy phạm 0,6 ^ 0,8 m/s)
Bố trí 3 máng thu theo chiều dọc của bể lắng.
Khoảng cách giữa các tâm máng a = 4,6 = 1,5 3 3 ( m )
3 Tiết diện của máng thu
3 v m 3 X 0,6 7 Chiều rộng máng chọn bm = 0,25 m
F 0,04 Chiều sâu máng: h = = = 0,16 (m) b m 0,25 7 Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kì với thời gian giữa hai lần xả cặn T = 24 giờ.
Thể tích vùng chứa nén cặn của bể lắng là:
- T : thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn T = 24 giờ.
- Q : lưu lượng nước đưa vào bể Q = 250 m3/h.
- C : hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng 10 ^ 1 2 mg/l. Chọn C = 12 mg/l.
- s : nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt s = 10000 g/m3.
- N : số lượng bể lắng ngang; N = 1 bể. Đồ án thiết kế
- Cmax : hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng.
- Cn : hàm lượng cặn nước nguồn Cn = 216 mg/l.
- P : liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước P = 40 g/m3.
- K : hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng.K = 0,55
M : độ màu của nước nguồn theo thang màu PtCo M = 700 PtCo.
- v : liều lượng vôi kiềm hóa nước v = 19 mg/L.
Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn là:
T 139 fb diện tích bề mặt bằng bể
Chiều cao trung bình của bể lắng:
Chiều cao xây dựng của bể có kể chiều cao bảo vệ (0,3 ^ 0,6 m) là:
Mương thu nước từ máng thu của bể lắng chọn bề rộng Bmương = 0,7 m, chiều dài mương bằng chiều rộng bể Lmương = B = 4,6 m, chiều sâu của mương hmương = 1,2 m.
Tổng chiều dài bể lắng kể cả mương thu nước:
Cấu tạo của bể lắng ngang được tóm tắt trong bảng 4.3.
Bảng 4.3 Các thông số thiết kế của bể lắng ngang Đồ án thiết kế r p 1 /y /y r
Thông sô Sô lượng Đơn vị Vật liệu
Bể lắng ngang 01 bể Bê tông cốt thép
Số lượng máng thu 03 Máng Thép
Chiều dài máng thu Lm 20 M -
Chiều rộng máng thu bm 0,25 M -
Chiều sâu máng thu hm 0,16 M -
Chiều cao mương thu hmương 1,2 M Bê tông cốt thép
Chiều rộng mương thu Bmương 0,7 M -
Chiều dài mương thu Lmương 4,6 M -
Bể lọc nhanh
Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước Hàm lượng cặn trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép (nhỏ hơn hoặc bằng 3 mg/l) Sau một thời gian làm việc lớp vật liệu lọc bị khít lại làm tốc độ lọc giảm dần Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc Bể lọc luôn luôn phải hoàn Đồ án thiết kế nguyên Chính vì vậy quá trình lọc nước được đặc trưng bởi hai thông số cơ bản là tốc độ lọc và chu kỳ lọc [hình 4.4] l.Ống dẫn nước vào; 2.Hệ thống thu nước; 3.Ống dẫn nước lọc
4 Ống xả nước rửa lọc; 5 Máng phân phối nước; 6 Ống dẫn nước rửa
8 Máng phân phối nước lọc; 9 Ống xả nước lọc đầu; 10 Van điều chỉnh
Xác định kích thước bể lọc:
Chọn loại bể lọc cho trạm xử lý là loại bể lọc nhanh một lớp,vật liệu lọc là cát thạch anh với cỡ hạt khác nhau Lớp vật liệu lọc có:
- Đường kính nhỏ nhất: 0,5 mm.
- Đường kính lớn nhất: 1,25 mm.
- Đường kính tương đương: dtd = 0,7 ^ 0,8 mm.
- Hệ số không đồng nhất: K = 2 ^ 2,2.
- Mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 45%.
- Chiều dày lớp vật liệu lọc: 700 ^ 800 mm.
- Tốc độ lọc làm việc ở chế độ bình thường vbt = 5,5 ^ 6 m/h.
- Tốc độ lọc cho phép ở chế độ lọc tăng cường: vtc = 6 ^ 7,5 m/h.
Tổng diện tích bể lọc của 1 đơn nguyên xử lý
Trong đó: Đồ án thiết kế
- Q : lưu lượng xử lý; Q = 6000 m3/ngđ (cho 1 đơn nguyên).
- T : thời gian làm việc của trạm trong 01 ngày đêm; T = 24 giờ.
- Vtb : tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường; vbt = 6 m/h.
- W : cường độ nước rửa lọc; W = 12 L/sm2.
- a : số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường; a=1.
- t1 : thời gian rửa lọc; t1 = 0.1 giờ.
- t2 : thời gian ngừng bể lọc để rửa; t2 = 0.35 giờ.
Số bể lọc cần thiết :
Diện tích 1 bể lọc là :
Chọn kích thước bể là: L x B = 4.9 x 3 = 14.7 (m2)
Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh:
- hđ : chiều cao lớp sỏi đỡ; hv = 0.7 m.
- hv : chiều dày lớp vật liệu lọc; hv = 0.8 m.
- hn : chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc; hn = 2 m.
- hp : chiều cao phụ; hp = 0.5 m.
- hs : chiều cao từ đáy bể đến sàn đỡ chụp lọc; hs = 1 m.
- h : chiều cao sàn đỡ chụp lọc; h = 0.1 m.
Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc:
Chọn biện pháp rửa bể bằng nước Chọn cường độ nước rửa lọc W l/s.m2 (quy phạm là 12 ^ 14 l/s.m2).
Lưu lượng nước rửa của 01 bể lọc là: Đồ án thiết kế ổ , f W
• Tính toán máng phân phối nước rửa lọc
Bể có chiều dài là L = 4,9m, chiều rộng là B = 3m; chọn mỗi bể bố trí 2 máng thu nước rửa lọc.
Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định theo công thức q = W ã l = 12 X 1.5 X 4.9 = 8 8.2 ( L / s ) = 0.0 8 82 ( m 3 / s )
- d : khoảng cách giữa các tâm máng; d = 1.5 m
Chiều rộng máng tính theo công thức
- a: tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (hCN) với nửa chiều rộng của máng Lấy a = 1.3 (quy phạm a = 1 ^ 1.5).
- K: hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2.1
Chọn chiều cao máng thu nước rửa: H = 0,5 m
Vận tốc chảy trong ống chính cho phép y = (1,2 - 2,4)m / s , chọn v c = 2 m / s Đường kính ống chính:
Chọn đường kính ống chính là Dc = 400 mm bằng thép không rỉ.
• Tính ống thu nước lọc Đồ án thiết kế
Nước sau khi lọc được đưa về bể chứa dự trữ.Vận tốc nước của ống thu nước sạch chung là 1.2m/s.
Chọn đường kính ống là 300mm
Q: lưu lượng nước cho 1 đơn nguyên, Q=0.07m3/s
Vc:vận tốc nước chảy trong ống, vc=1.2m/s
❖ Đường kính ống xã nước rửa lọc:
Với lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể là 0.206m3/s, vận tốc chảy trong ống cho phép là V c = 2 m / 5 Đường kính ống xả nước rửa lọc:
Chọn đường kính ống là Dc = 400 mm bằng thép không rỉ
Cấu tạo của bể lọc được tóm tắt trong bảng 4.4.
Bảng 4.4 Các thông số thiết kế của bể lọc r p 1 /y /y r
Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu
Bể lọc N 3 bể Bê tông cốt thép
Chiều cao bể HXD 5.1 M - Đồ án thiết kế Ống dẫn nước rửa lọc 400 Mm Thép Ống thu nước lọc 300 Mm Thép Ống xả nước rửa lọc 400 Mm Thép
Số máng trong 1 bể lọc 2 Máng -
Bể chứa nước sạch
Nước trong bể chứa nước sạch được dùng để rửa bể lọc, pha hóa chất, phục vụ vệ sinh, dự trữ cứu hỏa, thể tích nước cần thiết cho tiếp xúc khử trùng, dung tích nước điều hòa cho mạng lưới được chứa trong bể chứa nước sạch Dung tích và vị trí của bể chứa được xác định theo yêu cầu chung của toàn hệ thống cấp nước Bể chứa nước sạch nên đặt gần bể lọc và trạm bơm cấp II Cốt mực nước được chọn phù hợp với địa hình, có thể tự mồi cho các máy bơm đợt II.
Bể có hình dạng là hình hộp chữ nhật bằng bê tông cốt thép có nắp đậy phía trên.
- Q : lưu lượng thiết kế; Q = 6000 m3/ngày đêm = 0.07 m3/s ( cho 1 đơn nguyên). Đồ án thiết kế
- t : thời gian nước lưu lại trong bể chứa; chọn t = 45 phút '00s(quy phạm 30 ^ 45 phút).
Chọn bể chứa có dung tích 200 m3, xây dựng 1 bể chứa hình hộp chữ nhật cho 1 đơn nguyên, bể được xây dựng nửa chìm nửa nổi trên mặt đất. Chọn chiều cao của bể chứa H = 4 m
Chiều rộng của bể chứa L = 4 m
Vậy chiều rộng của bể chứa B = = = 12 5 ( m )
Tính đường kính ống dẫn nước vào và dẫn nước ra
Nước sau khi lọc được đưa về bể chứa dự trữ, nước từ bể chứa được đưa về trạm bơm cấp Il.Vận tốc nước của ống thu nước sạch chung là 1.2m/s, vậy đường kính ống vào bằng đường kính ống ra.
D = A - — Q = 4 X 0 , 0 7 = 0 2 8 ( m ) Chọn đường kính ống là 300mm n X V 3 1 4 X 1 2
Q: lưu lượng nước cho 1 đơn nguyên, Q=0.07m3/s
Vc:vận tốc nước chảy trong ống, vc=1.2m/s
Cấu tạo của bể chứa được tóm tắt trong bảng 4.5.
Bảng 4.5 Các thông số thiết kế cho bể chứa r p 1 /y /y r
Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu
Bể chứa N 01 bể Bê tông cốt thép
Chiều cao bể HXD 4 M - Đồ án thiết kế
Bể thu h ồ i
Bể thu hồi là bể dùng để tuần hoàn lại 1 phần nước rửa lọc của bể lọc và phần nước của hỗn hợp bùn - nước xả ra sân phơi bùn của bể lắng ngang Bể này có chức năng tương tự như bể lắng sơ bộ Nước rửa lọc và nước thu hồi từ sân phơi bùn s ẽ được cho lắng sơ bộ trong bể sau đó dùng bơm chìm bơm trả trở về bể trộn.
Lưu lượng nước trung bình cho 1 lần rửa 1 bể lọc:
- Q : cường độ nước rửa lọc; q = 12 L/s.m2
- Sbể : diện tích bề mặt 1 bể lọc; Sbể = 14.7 m2
- T : thời gian rửa bể lọc bằng nước; T = 6 phút
Lượng nước lọc được sau 1 chu kỳ
- Viọc : vận tốc lọc trung bình trong các bể lọc; v = 6 m/h
- Sbể : diện tích bề mặt của 1 bể lọc; Sbể = 14.7 m2
- Tlọc : chu kỳ trung bình của bể lọc; T = 23.38 giờ
Hàm lượng cặn trong nước rửa lọc của 1 bể lọc:
Lượng nước rửa lọc của trạm xử lý trong 1 ngày:
Thể tích vùng chứa cặn: Đồ án thiết kế
Vì lượng nước rửa lọc ra không liên tục (tùy theo thời gian rửa lọc) nên ta sẽ không sử dụng bể lắng mà s ẽ thiết kế hồ lắng tĩnh để thu hồi lượng nước rửa lọc này Chọn thời gian lắng đối với nước của 1 lần rửa lọc là 1 giờ Nước rửa lọc được đưa vào hồ lắng và để cho lắng trong 1 giờ sau đó s ẽ được bơm trở lại bể trộn, còn cặn được xả ra sân phơi bùn Thiết kế bể có thể chứa được
2 lần rửa lọc liên tiếp.
Thể tích của bể thu hồi:
Cho xây dựng bể có hình dạng chữ nhật với kích thước là:
Bể có vách ngăn để lượng bùn lắng xuống và được bơm ra ngoài, vách ngăn có chiều cao bằng 3/4H = 3m, vách ngăn vật liệu là bê tông cốt thép đá 1x2 mác 250.
Cấu tạo của bể thu hồi được tóm tắt trong bảng 4.6.
Bảng 4.6 Các thông số thiết kế của bể thu hồi r p 1 /y /y r
Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu
Bể thu hồi 01 bể Bê tông cốt thép
Chiều rộng bể B 6 M - Đồ án thiết kế
Sân phơi bùn
Sân phơi bùn phải có dung tích đủ chứa lượng bùn từ nhà máy nước xả ra trong 4 đến 6 tháng mùa lũ. Đáy sân có độ dốc 1% về phía cửa tháo nước ra.
Thành và đáy sân lát bêtông tấm, miết mạch bằng vữa xi măng atsfan để chống xói lở và ngăn không cho nước bẩn thấm vào nguồn nước ngầm. Đáy sân đổ lớp sỏi cỡ hạt 16 - 32 mm, dày 200 mm Trên lớp sỏi đổ hai lớp sỏi nhỏ, lớp thứ nhất đường kính 4 - 8 mm, dày 100 mm, lớp thứ hai đường kính 1 - 2 mm, dày 100 mm.
Chung quanh sân có đường ôtô đi lại để vận chuyển bùn, chiều rộng 1 làn xe tải là 5m.
Lượng cặn khô từ bể lắng ngangxả ra hàng ngày
- G : trọng lượng cặn khô (kg)
- Q: lượng nước xử lý (m3/ngày); Q = 18000 m3/ngày
- C1 : hàm lượng cặn trong nước ra khỏi bể lắng (g/m3); C1 = 12 g/m3
- C2 : hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng ngang(g/m3)
- C0 : hàm lượng cặn trong nước thô (g/m3); C0 = 216 g/m3
- ap : hàm lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước (g/m3); a =
- K : hệ số tạo cặn từ phèn; đối với phèn nhôm sạch k = 0.55
- M : độ màu của nước nguồn (ptCo); M = 70 ptCo
- B : lượng cặn không tan trong hóa chất kiềm hóa (g/m3); B = 7 g/m3 Lượng cặn xả khô từ bể lọc xả ra hàng ngày
Tổng lượng cặn xả ra 1 ngày của trạm xử lý
Lượng bùn cần nén trong 6 tháng mùa mưa
Diện tích mặt sân cần thiết
Bùn chứa trong sân 6 tháng, đến mùa khô rút nước ra khỏi sân để phơi bùn trong 3 tháng, nồng độ bùn khô đạt 25%, tỷ trọng bùn Y = 1.2 t/m3
Thể tích bùn khô trong sân
Chọn chiều sâu của sân là H= 3m Để thuận tiện cho việc phơi khô và xử lý bùn ta chọn xây dựng hệ thống gồm 8 sân phơi bùn với kích thước là L x H x B = 24 x 3 x 9 (m)
Bảng 4.7 Các thông số thiết kế của sân phơi bùn r p 1 /y /y r
Thông số Số lượng Đơn vị Vật liệu
Sân phơi bùn 08 Sân Đá, xi măng
Chiều rộng sân B 9 M - Đồ án thiết kế