Có những hồ rất lớn, diện tích rộng hàng vạn km²như hồ Victoria ở châu Phi, hồ A-ran ở châu Á, nhưng cũng có nhũng hồ nhỏ chỉ rộngvài trăm mét vuông đến vài km vng như hồ Tây, hồ Hồn Kiế
GIỚI THIỆU CHUNG
Nguồn nước mặt
Để cung cấp nước sạch cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp có thể khai thác các nguồn nước thiên nhiên (thường gọi là nước thô) từ nước mặt, nước ngầm, nước biển.
Trong đó, nguồn nước mặt bao gồm các nguồn nước trong các ao, đầm, hồ chứa, sông, suối
Nước sông: là loại nước mặt chủ yếu thường dùng để cung cấp nước Nước sông dễ khai thác, trữ lượng lớn Tuy nhiên phần lớn nước sông thường dễ bị nhiễm bẩn (hàm lượng chất lơ lửng cao, vi trùng, kim loại nặng, thuốc trừ sâu…) Chất lượng nước sông thay đỗi theo điều kiện của thổ nhưỡng, thảm thực vật bao phủ, chất ô nhiễm từ cộng đồng dân cư… Nước sông có khả năng tự làm sạch chất ô nhiễm, khả nặng tự làm sạch được đánh giá bằng cách xác định diễn biến nồng độ oxy hòa tan (DO) dọc theo dòng sông.
Nước ao: là những vùng nước đọng lại, có thể là do tự nhiên hoặc nhân tạo, có kích cỡ nhỏ hơn hồ nước Ao nhân tạo do con người đào đất lên và nước mưa cùng các nguồn nước khác đọng lại tạo thành Ao thường được dùng để làm cảnh trang trí, giải trí, nuôi các loại thủy sản như tôm, cá.
Nước hồ: là những khoảng nước đọng tương đối rộng và sâu trong đất liền Hồ thường không có diện tích nhất định Có những hồ rất lớn, diện tích rộng hàng vạn km² như hồ Victoria ở châu Phi, hồ A-ran ở châu Á, nhưng cũng có nhũng hồ nhỏ chỉ rộng vài trăm mét vuông đến vài km vuông như hồ Tây, hồ Hoàn Kiếm ở Việt Nam.
Suối: dùng để chỉ những dòng nước chảy nhỏ và vừa, là dòng chảy tự nhiên của nước từ nơi cao xuống chỗ thấp hơn Suối thường bắt nguồn từ các mạch nước ngầm hoặc từ các hồ nước thiên nhiên trong rừng, núi Nước suối là loại nước ngọt Các dòng suối thường khi hợp lại, lớn lên sẽ tạo thành các dòng sông.
- 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.
Các chỉ tiêu chất lượng nước
Nhiệt độ nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu. Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ. Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường Ví dụ: ở miền Bắc Việt Nam nhiệt độ nước thường dao động từ 13 đến 34°C, trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở miền Nam tương đối ổn định hơn (26 - 29°C). Độ màu Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: Các hợp chất sắt, mangan không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ; các chất mùn humic gây ra màu vàng; còn các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu platin - coban Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ (PtCo) Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hoà tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hoá lý kết hợp. Độ đục
Nước là một môi trường truyền ánh sáng tốt, khi trong nước có các vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật thì khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi Nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn Đơn vị đo độ đục thường là mg SiO2/I, NTU, FTU; trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau. Nước mặt thường có độ đục 20 - 100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500 - 600 NTU. Nước dùng để ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU.
Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước.
Mùi trong nước thường do các hợp chất hoá học, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân huỷ vật chất gây nên Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol.
Tuỳ theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hoà tan mà nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng
1.2.2 Chỉ tiêu hóa học Độ pH Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H + có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiểm của nước Khi:
- pH = 7 nước có tính trung tính
- pH < 7 nước có tính axít
- pH > 7 nước có tính kiểm Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hòa tan trong nước Ở độ pH < 5, tùy thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước có thế chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hòa tan và một số loại khí như CO2, H2O tồn tại ở dạng tự do trong nước Độ pH được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat có trong nước bằng phương pháp làm thoáng Ngoài ra khi tăng pH và có thêm tác nhân oxy hóa, các kim loại hòa tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc. Độ kiềm Độ kiểm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion bicacbonat, hydroxyt và anion của các muối của các axit yếu Do hàm lượng các muối này có trong nước rất nhỏ nên có thể bỏ qua Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước. Độ kiềm bicacbonat góp phần tạo nên tính đệm cho dung dịch nước Nguồn nước có tính đệm cao, nếu trong quá trình xử lý có dùng thêm các hóa chất như phèn, thì độ pH của nước cũng ít thay đổi nên sẽ tiết kiệm được các hóa chất dùng để điều chỉnh pH. Độ cứng Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magiê có trong nước Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng ba loại khái niệm độ cứng
- Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi và magie có trong nước
- Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng các muối cacbonat và bicacbonut của canxi và magiê có trong nước.
- Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lượng các muối còn lại của canxi và magie có trong nước.
Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do canxi và magiê phản ứng với các axít béo tạo thành các hợp chất khó tan Trong sản xuất, nước cứng có thể tạo lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
1.2.3 Các chỉ tiêu sinh học:
Vi khuẩn thường ở dạng đơn bào Tế bào có cấu tạo đơn giản so với các sinh vật khác Vi khuẩn trong nước uống có thể gây các bệnh lị, viêm đường ruột và các bệnh khác.
Vi rút không có hệ thống trao đổi chất (không có khả năng chuyển hóa thức ăn thành các thành phần cần thiết cho cơ thể mình) nên không sống độc lập được Chúng thường chui vào tế bào của các loại cơ thể khác rồi tổng hợp các chất của tế bào chủ theo hướng cần thiết cho sự phát triển của virut Virut trong nước có thể gây bệnh viêm gan, viêm đường ruột.
Nguyên sinh động vật là những cơ thể đơn bào chuyển động được trong nước. Chúng gồm các nhóm amoebas, fiagellated potozoans, ciliates và sporozoans Nguyên sinh động vật gây bệnh ở người là Giardia lamblia, Etanoeba hystolytica Trong số này đáng chú ý nhất là Giardia lamblia chúng gây bệnh giardiase.
Tảo đơn bào thuộc quang tự dưỡng Chúng tổng hợp được các chất cần cho cơ thể từ chất vô cơ đơn giản (NH4, CO2, H2O) nhờ ánh sáng mặt trời Tảo không trực tiếp gây bệnh cho người và động vật nhưng có thể sản sinh ra các độc tố.
Hiện trạng chất lượng nước
Hiện nay chất lượng nước ở vùng thượng lưu các con sông chính còn khá tốt. Tuy nhiên ở các vùng hạ lưu đã và đang có nhiều vùng bị ô nhiễm nặng nề Đặc biệt mức độ ô nhiễm tại các con sông tăng cao vào mùa khô thì lượng nước đổ về các con sông giảm Chất lượng nước suy giảm mạnh, nhiều chỉ tiêu như: BOD, COD, NH4, N,
P cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần.
Bảng 1.3.1 Chất lượng nước nguồn
STT Thông số Kết quả Đơn vị
1.3.2 Yêu cầu chất lượng nước sau khi xử lý.
Nước sau xử lý phải đạt QCVN 01-1:2018/BYT, cụ thể:
Bảng 1.3.2 Nước sau xử lý theo QCVN 01-1:2018/BYT
STT Thông số Ngưỡng giới hạn cho phép Đơn vị
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC
Các biện pháp xử lý cơ bản
Trong quá trinh xử lý nước cấp, cần áp dụng các biện pháp xử lý như sau:
- Biện pháp cơ học: dùng các công trình và thiết bị để làm sạch nước như song chắn rác, lưới chắn rác, bể lọc.
- Biện pháp hóa học: dùng các hóa chất cho vào nước để xử lý nước như: dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hóa nước, cho clo vào nước để khử trùng.
- Biện pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu âm Điện phân nước biển để khử muối Khử khí CO2 hòa tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng.
Trong 3 biện pháp xử lý nước nêu ra trên đây thì biện pháp cơ học là biện pháp xử lý nước cơ bản nhất Có thể dùng biện pháp cơ học để xử lý nước một cách độc lập hoặc kết hợp với biện pháp hóa học và lý học để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả xử lý nước Trong thực tế, để đạt được mục đích xử lý một nguồn nước nào đấy một cách kinh tế và hiệu quả nhất phải thực hiện quá trình xử lý bằng sự kết hợp của nhiều phương pháp.
Thực ra cách phân chia các biện pháp xử lý như trên chỉ là tương đối, nhiều khi bản thân biện pháp xử lý này lại mang cả tính chất của biện pháp khác.
2.1.1 Phương pháp lắng/keo tụ:
Nguyên lý của phương pháp lắng là sử dụng trọng lực để loại bỏ các hạt vật chất rắn có trong nước Trong xử lý nước ăn uống, để tăng hiệu quả của phương pháp lắng, người ta kết hợp phương pháp lắng với phương pháp keo tụ.
Phương pháp keo tụ trong quy trình xử lý nước được biết đến là quá trình liên kết hoặc keo tụ các hạt rắn lơ lửng trong nước thành những hạt có kích thước lớn hơn và có khả năng lắng xuống đáy bể lắng Chất keo tụ thường được sử dụng trong xử lý nước ăn uống bao gồm các loại muối nhôm và muối sắt hoặc hạt polymer nhân tạo.
Sau quá trình keo tụ, các bông cặn có kích thước đủ lớn được tạo thành, quá trình lắng tự nhiên sẽ diễn ra.
Hình 2.1 Mô hình bể lắng đơn
Rất nhiều thiết bị xử lý nước sử dụng phương pháp lọc để loại bỏ các hạt vật chất có trong nước Những hạt này bao gồm đất sét, phù sa, hạt hữu cơ, cặn lắng từ các quá trình xử lý khác trong thiết bị, sắt, mangan và các vi sinh vật Phương pháp lọc giúp làm trong nước và tăng hiệu quả của quá trình khử trùng.
Hình 2.2 Mô hình bể học đơn giản Một trong những thiết bị lọc áp dụng quá trình lọc tự nhiên đó là bể lọc cát. Phương pháp lọc này được sử dụng từ thế kỷ 19 và vẫn tiếp tục được coi là phương pháp hiệu quả để làm trong nước Cấu tạo của lớp vật liệu lọc khá đơn giản và dễ tìm: cát mịn (thông thường lớp cát lọc dày tối thiểu 0,5m), sỏi hoặc đá cuội ở dưới.
Bể lọc cát có thể áp dụng để lọc nguồn nước có độ đục ≤ 10 NTU Tốc độ dòng nước qua bể lọc cát khoảng từ 0,015 – 0,15 m 3 /m 2 h Độ đục nước ra khỏi bể lọc cát phải đạt ≤ 5 NTU Ngoài tác dụng lọc các hạt lơ lửng có kích thước lớn trong nước, bể lọc cát còn có khả năng loại bỏ vi sinh vật, các nang bào nguyên sinh và trứng giun/sán Có hai loại bể lọc cát:
- Vật liệu lọc: cát thạch anh, đường kính trung bình 0,8 – 1,2mm, chiều cao lớp cát 0,7 – 1,2m
- Vật liệu đỡ: sỏi, đá nghiền 1 × 2 cm
- Sàn thu nước: có thể dùng ống đục lỗ hay sàn bêtông chấm lỗ
- Có hệ thống rửa ngược, lưu lượng bơm rửa ngược lớn 14 – 20 l/s.m 2 để làm giản nở lớp cát khoảng 20 - 30%
- Để tăng hiệu quả lọc của bể lọc cát nhanh, lớp cát lọc cần được rửa thường xuyên.
- Cấu tạo tương tự bể lọc nhanh
- Vật liệu lọc đường kính trung bình 0,2 – 0,4 mm (cát xây dựng)
- Trên bề mặt cát hình thành các màng vi sinh, là quần thể các vi sinh hiếu khí có khả năng xử lý chất hữu cơ trong nước.
- Nhờ có màng lọc mà hiệu suất xử lý độ đục và màu cao 95 – 99% và tiêu diệt 1 số vi trùng gây bệnh trong nước.
- Không cần dùng hóa chất keo tụ, vận hành đơn giản. Ưu điểm: cho chất lượng nước cao, không đòi hỏi nhiều máy móc thiết bị phức tạp, công trình đơn giản, dễ dàng thi công, quản lý và vận hành
Nhược điểm: diện tích lớn, giá thành xây dựng cao, chiếm nhiều đất do có vận tốc lọc nhỏ, khó cơ khí hóa và tự dộng hóa trong quá trình rửa lọc, vì vậy phải quản lý bằng thủ công nặng nhọc.
Khâu cuối cùng của quá trình xử lý nước cấp là khử các vi sinh gây bệnh Các phương pháp thường dùng:
- Bức xạ (tia cục tím)
- Hóa chất oxy hóa mạnh (Chlorine hay Ozon) Trong đó:
+ Chlorine ở dạng lỏng (NaOCl - Nước Javen), bột (Ca(OCl)2), khí Chlor hóa lỏng (Cl2)
+ Nồng độ Chlor trong thùng pha hóa chất khoảng 0,5 - 1%
Dây chuyền công nghệ xử lý nước
Căn cứ vào các chỉ tiêu phân tích của nước nguồn và yêu cầu chất lượng nước sử dụng có thể xây dựng được các sơ đồ công nghệ xử lý khác nhau và được phân loại như sau:
Theo mức độ xử lý chia ra: xử lý triệt để và không triệt để.
+ Xử lý triệt để: chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn ăn uống sinh hoạt hoặc đạt yêu cầu nước cấp cho công nghiệp đòi hỏi tiêu chuẩn cao hơn nước sinh hoạt (ví dụ như nước cấp cho nồi hơi áp lực cao).
+ Xử lý không triệt để: yêu cầu chất lượng nước sau xử lý thấp hơn nước ăn uống sinh hoạt Sơ đồ công nghệ này chủ yếu dùng trong một số ngành công nghiệp như: làm nguội, rửa sản phẩm…
Theo biện pháp xử lý chia ra: sơ đồ công nghệ có keo tụ và không có keo tụ.
+ Sơ đồ không dùng chất keo tụ: áp dụng cho trạm xử lý có công suất nhỏ, quản lý thủ công hoặc xử lý sơ bộ.
+ Sơ đồ có dùng chất keo tụ: dùng cho trạm xử lý có công suất bất kì, hiệu quả xử lý đạt được cao hơn kể cả đối với nguồn nước có độ đục và độ màu cao.
Theo số quá trình hoặc số bậc quá trình xử lý chia ra:
+ Một hoặc nhiều quá trình: lắng hay lọc độc lập hoặc lắng lọc kết hợp (gồm hai quá trình).
+ Một hay nhiều bậc quá trình: lắng, lọc sơ bộ rồi lọc trong (gồm hai bậc lọc)
Theo đặc điểm chuyển động của dòng nước chia ra: tự chảy hoặc có áp
+ Sơ đồ tự chảy: nước từ công trình xử lý này tự chảy sang công trình xử lý tiếp theo Sơ đồ này dùng phổ biến và áp dụng cho các trạm xử lý có công suất bất kì.
+ Sơ đồ có áp: nước chuyển động trong các công trình kín (sơ đồ có bể lọc áp lực) thường dùng trong trạm xử lý có công suất nhỏ hoặc hệ thống tạm thời.
Sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt tiêu biểu:
Hình 2.3 Quy trình công nghệ xử lý nước mặt tiêu biểu Thành phần các công trình đơn vị trong dây chuyền xử lý nước cấp cho ăn uống sinh hoạt thay đổi theo mỗi loại nguồn nước và đặc trưng bởi các quá trình xử lý nước. Trong dây chuyền xử lý nước mặt, chủ yếu là công trình làm trong nước và khử trùng nước:
+ Làm trong nước: tức là khử đục và khử màu của nước, được thực hiện trong các bể lắng và bể lọc Trong thực tế để tăng nhanh và nâng cao hiệu quả làm trong nước, người ta thường cho thêm vào nước chất phản ứng (phèn nhôm, phèn sắt) Khi đó dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt có thêm các công trình như bể trộn và bể phản ứng.
+ Khử trùng: chất khử trùng được sử dụng phổ biến nhất hiện này là các hợp chất của clo: clorua vôi, nước javen, clo lỏng được đưa vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa hoặc đưa trực tiếp vào bể chứa Để khử trùng có hiệu quả phải đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa clo và nước tối thiểu là 30 phút Ngoài ra có thể dùng ôzon, các tia vật lý (tia tử ngoại), sóng siêu âm để diệt trùng.
Sau đây là dây chuyền công nghệp xử lý nước ăn uống sinh hoạt được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay:
Khi nước có hàm lượng cặn ≤ 2500 mg/l:
Hình 2.4 Sơ đồ dây chuyền xử lý nước mặt có hàm lượng cặn thấp
Khi nước có hàm lượng cặn > 2500 mg/l:
Hình 2.5 Sơ đồ dây chuyền xử lý nước mặt có hàm lượng cao
ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nước
Để lựa chọn 1 công nghệ xử lý nước cấp phù hợp cần dựa trên các yếu tố sau:
- Công suất trạm xử lý
- Chất lượng nước sau xử lý
- Thành phần, tính chất nước mặt
- Diện tích xây dựng của trạm xử lý
- Yêu cầu về hóa chất, năng lượng, các thiết bị sẵn có trên thị trường
Tính toán lưu lượng dùng nước
Theo tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt TCXD 33:2006:
- qtc: tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt lấy theo TCXD 33:2006 (Đô thị loại II: qtc 150 L/người)
- N: số dân tính toán ứng với tiêu chuẩn cấp nước, N = 6500 dân
- f: tỷ lệ dân được cấp nước lấy theo TCXD 33:2006, f = 99%
- D: Lượng nước tưới cây, rửa đường, dịch vụ đô thị, khu công nghiệp, thất thoát, nước cho bản thân nhà máy xử lý nước được tính theo bảng 3.1 trong TCXD 33:2006 và lượng nước dự phòng cho phát triển công nghiệp, dân cư và các lượng nước khác chưa tính được cho phép lấy thêm 5 - 10% tổng lưu lượng nước cho ăn uống sinh hoạt của điểm dân cư; Khi có lý do xác đáng được phép lấy thêm không quá 15 %
Lượng nước cấp cho sinh hoạt: qsh = q tc × N × f
Lượng nước phục vụ công cộng: qcc = 10% × qsh = 10% × 965,25 = 96,525 (m 3 /ngày)
Lượng nước dịch vụ đô thị: qdv = 10% × qsh = 10% × 965,25 = 96,525 (m 3 /ngày)
Lượng nước khu công nghiệp: qcn = 0 (m 3 /ngày)
Lượng nước thất thoát: qtt = 15% × (qsh + qcc + qdv + qcn)
Lượng nước dùng cho nhà máy xử lý nước: qxl = 8% × (qsh + qcc + qdv + qcn + qtt)
Lượng nước dự phòng: qdp = 10% × qsh = 10% × 965,25 = 96,525 (m 3 /ngày)
D = qcc + qdv + qcn + qtt + qxl + qdp
Vậy lưu lượng nước ngày trung bình:
Hệ số dùng nước không điều hòa ngày kể đến cách tổ chức đời sống xã hội, chế độ làm việc của các cơ sở sản xuất, mức độ tiện nghi, sự thay đổi nhu cầu dùng nước theo mùa cần lấy như sau:
Lưu lượng nước lớn nhất ngày:
Qngay.max = kngay.max × Qngày.tb = 1,3 × 1536 = 1997 (m 3 / ngày)
Lưu lượng nước nhỏ nhất ngày:
Qngay.min = kngay.min × Qngày.tb = 0,8 × 1536 = 1229 (m 3 / ngày)
Hệ sống dùng nước không điều hoà giờ: kgio.max = α max × bmax = 1,35 × 1,4 = 1,89 kgio.min = α min × bmin = 0,5 × 0,25 = 0,125
- α : Hệ số kể đến mức độ tiện nghi của công trình, chế độ làm việc của cơ sở sản xuất và các điều kiện địa phương khác
- b: Hệ số kể đến số dân trong khu dân cư
Bảng 3.2.1 Bảng hệ số kể đến số dân trong khu dân cư
Lưu lượng nước lớn nhất giờ :
Qgio.max = kgio.max × Q ngay.max 24 = 1,89 × 24 1997 = 157,26 (m 3 /h)
Lưu lượng nước nhỏ nhất giờ:
Qgio.min = kgio.min × Q ngay.min 24 = 0,125 × 24 1229 = 6,4 (m 3 /h)
Đề xuất quy trình công nghệ xử lý
Chất lượng nước sông cần xử lý
Bảng 3.3.1 Thông số đầu vào của nước sông cần xử lý
Thông số Đơn vị Giá trị QCVN 01-1:2018/
SS mg/l 104,8 - Độ đục mg/l 130,3 2
Căn cứ vào kết quả chất lượng nước nguồn, đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý như sau:
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước từ nguồn sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các vật gây hại cho các công trình phía sau thì được trạm bơm cấp 1 đưa đến bể trộn cơ khí
Tại đây hóa chất keo tụ và kiềm hóa sẽ được cho vào với liều lượng thích hợp để tạo ra các hạt keo có khả năng dính lại với nhau và dính với các hạt cặn lơ lửng có trong nước
Sau đó nước được dẫn sang bể tạo bông khuấy trộn với tốc độ chậm nhằm tạo
Kế đến nước từ bể lắng được đưa sang bể lọc nhanh, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ để làm trong nước triệt để trước khi đưa đến bể chứa nước sạch
Trên đường đi tới bể chưa nước sạch là giai đoạn khử trùng để loại bỏ vi sinh vật gây bệnh, lượng Clo được châm vào đủ để khử trùng và đảm bảo lượng Clo dư đạt chuẩn cho phép cấp cho ăn uống sinh hoạt.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Bể trộn cơ khí
- t: thời gian khuấy trộn Theo 6.58 TCXDVN 33-2006, t = 45 – 90 (s), chọn t 60 s.
- Q: công suất trạm xử lý, Q = Qngay.max = 1997 (m 3 /ngày) = 0,023 (m 3 /s).
Chọn số bể công tác là 1, bể có tiết diện ngang là hình vuông, tỉ lệ chiều cao: chiều rộng H:B = 2
- Tính lại thể tích bể: V = H × B × L = 0,89 × 0,89 × 1,78 = 1,41 (m 3 )
Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3 (m)
Vậy chiều cao xây dựng bể: hxd = H + hbv = 1,78 + 0,3 = 2,08 (m)
Dùng 1 máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng:
- Đường kính cánh khuấy ≤ 1 2 chiều rộng bể
Đường kính cánh khuấy : D = 1 2 × chiều rộng bể = 0,5 × 0,89 = 0,445 (m), chọn
- Chiều dài bản cánh khuấy = 1 4 đường kính cánh khuấy = 0,25 × 0,4 = 0,1 (m)
- Cánh khuấy đặt cách đáy một khoảng bằng đường kính cánh khuấy = 0,4 (m)
(Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp của Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004) Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn:
- P: năng lượng cần thiết cho khuấy trộn, W
- 𝜇: độ nhớt động lực của nước, N.s/m 2 𝜇 (24,4 0 C) = 0,0009 Pa.s
Bảng 4.1.1 Bảng thời gian khuấy trộn ứng với Gradient
Thời gian khuấy trộn (giây) Gradient (s -1 )
(Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp của Trịnh Xuân Lai)
Thời gian khuấy trộn là 60 s, chọn G = 700 s -1 Vậy năng lượng cần thiết cho khuấy trộn:
Vậy công suất thực tế của máy khuấy:
Số vòng quay của cánh khuấy: n = √ 3 K × ρ× P D5 = √ 3 1,08 ×1000 623,688 × 0,4 5 = 3,85 (vòng/giây) = 231 (vòng/phút)
- K: chuẩn số công suất cánh khuấy, đối với cánh khuấy tuabin 4 cánh nghiêng
- ρ : Khối lượng riêng chất lỏng khuấy trộn, ρ = 1000 kg/m 3
0,0009 = 844519,0778 > 10000 Như vậy đường kính máy khuấy và số vòng quay đạt chế độ chảy rối
Tính toán đường ống dẫn nước vào:
Vận tốc nước chảy trong đường ống dẫn nước vào dao động từ 0,8 ÷ 1 m/s Chọn vv 0,9 m/s. Đường kính ống dẫn nước vào: dv = √ 4 × Q π × v v = √ 4 × 1997π × 0,9 × 24 × 3600 = 0,1808 m
Tính toán đường ống dẫn nước ra:
Vận tốc nước chảy trong đường ống dẫn nước ra dao động từ 0,8 ÷ 1 m/s Chọn vr 0,9 m/s. Đường kính ống dẫn nước ra: dr = √ 4 × Q π × v r = √ 4 × 1997π × 0,9 × 24 × 3600 = 0,1808 m
- ρ : Khối lượng riêng của nước thải, ρ = 1000 kg/m 3
- Hb: Cột áp bơm, chọn Hb = 15 m
- η: Hiệu suất bơm, dao động 0,72 ÷ 0,93 , chọn η = 0,8
Chọn 2 bơm nước Pentax 65-125 B1 làm việc luân phiên
Tính toán lượng phèn thêm vào:
Bảng 4.1.2 Bảng lựa chọn liều lượng phèn theo hàm lượng cặn (mg/l)
Dựa vào hàm lượng cặn đầu vào ta chọn liều lượng phèn nhôm cần sử dụng là: aphèn 30 mg/l = 30 g/m 3
Khối lượng phèn nhôm sử dụng mỗi ngày:
Gphèn = aphèn × Qngay.max = 30 × 1997 = 59910 g/ngày = 59,91 kg/ngày
Chọn nồng độ dung dịch phèn nhôm sử dụng là 5%, nghĩa là trong 100 l dung dịch phèn nhôm có 5 kg phèn nhôm, vậy lượng dung dịch phèn nhôm sử dụng mỗi ngày:
5 = 1198,2 l/ngày = 49,925 l/hChọn 2 bơm định lượng PULSAFEEDER Series E-Pulsatron làm việc luân phiên
Tính toán lượng kiềm thêm vào:
Chọn chất kiềm hóa là CaO, vậy liều lượng chất kiềm hóa cần thêm vào: akiềm = e1 × (a phèn e 2 – Kt + 1) × 100 c = 28 × (30 57 – 0 + 1) × 100 80 = 53,421 mg/l
- e1: Trọng lượng đương lượng của chất kiềm hóa, với CaO e1 = 28
- e2: Trọng lượng đương lượng của phèn, với Al2(SO4)3 e2 = 57
- Kt: Độ kiềm nhỏ nhất của nước nguồn (mg/l)
- 1: Độ kiềm dự phòng của nước (mg/l)
- C: Tỉ lệ chất kiềm hóa nguyên chất có trong sản phẩm, chọn C = 80%
Khối lượng kiềm sử dụng mỗi ngày:
Gkiềm = akiềm × Qngay.max = 53,421 × 1997 = 106681 g/ngày = 106,681 kg/ngày
Chọn nồng độ dung dịch kiềm sử dụng là 5%, vậy lượng dung dịch kiềm sử dụng mỗi ngày:
5 = 2133,637 l/ngày = 88,9016 l/hChọn 2 bơm định lượng PULSAFEEDER Series E-Pulsatron làm việc luân phiên
4.1.5 Các thông số thiết kế bể trộn cơ khí
Bảng 4.1.3 Các thông số thiết kế bể trộn cơ khí
Thông số Giá trị Đơn vị
Chiều cao xây dựng bể 2,08 m
Chiều dài bể 0,89 m Đường kính cánh khuấy 0,4 m
Chiều dài bản cánh khuấy 0,1 m
Chiều rộng bản cánh khuấy 0,08 m Đường kính ống dẫn nước vào 180 mm Đường kính ống dẫn nước ra 180 mm
Công suất bơm nước vào 4 Hp
Bể phản ứng
Trong đó: t: Thời gian lưu nước trong bể; t = 30 phút
Q: công suất trạm xử lý, Q = Qngay.max = 1997 (m 3 /ngày) = 1,3868 (m 3 /phút).
- Chiều cao an toàn : hat = 0,3 m
- Số ngăn trong bể: n = 2 ngăn
Chọn cánh khuấy sử dụng trong mỗi ngăn là cánh khuấy cánh guồng (4 cánh, mỗi cánh có 3 bản cánh khuấy, khoảng cách giữa 2 bản cánh khuấy a = 0,2 m)
Tổng diện tích bản cánh khuấy chọn bằng 20% diện tích mặt cắt ngang của bể:
Diện tích 1 bản cánh khuấy:
Mép ngoài bản cánh khuấy ngoài cùng cách thành bể (theo chiều rộng) từ 0,15÷0,2 m, chọn bằng 0,2 m Vậy chiều dài bản cánh khuấy:
Chiều rộng bản cánh khuấy:
Wck = L ck A1ck = 2,35 0,126 = 0,0536 m, Chọn Wck = 0,05 m
Mép ngoài cùng cánh khuấy cách thành bể (theo chiều cao) từ 0,15÷0,2 m, chọn bằng 0,2 m Vậy đường kính cánh khuấy:
Chọn số vòng quay của cánh khuấy: n1 = 4,76 vòng/phút
Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy ngoài cùng so với nước: v1 = 0,75 × n 1 × 2π × R 1
- R1 là bán kính chuyển động của cánh khuấy ngoài cùng tính từ mép ngoài cùng đến tâm trục quay, R1 = D ck 2 = 2,35 2 = 1,175 m
Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy giữa so với nước: v2 = 0,75 × n 1 × 2π × R 2
- R2 là bán kính chuyển động của cánh khuấy giữa tính từ mép ngoài cùng đến tâm trục quay, R2 = R1 – Wck – a = 1,175 – 0,05 – 0,2 = 0,925 m
Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy trong cùng so với nước: v3 = 0,75 × n 1 × 2π × R 3
- R3 là bán kính chuyển động của cánh khuấy trong cùng tính từ mép ngoài cùng đến tâm trục quay, R3 = R2 – Wck – a = 0,925 – 0,05 – 0,2 = 0,675 m
Năng lượng tiêu hao cho khuấy trộn:
- C: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc tỉ lệ giữa chiều dài và chiều rộng bản cánh khuấy, với L ck W ck = 2,35 0,05 = 47 thì C = 1,9
- F: tiết diện bản cánh khuấy đối xứng, F = số cánh × diện tích 1 bản cánh khuấy
Kiểm tra giá trị Gradient vận tốc:
- μ : Độ nhớt của nước ở điều kiện làm việc, ở 24,4 0 C ta có μ = 0,0009 Pa.s
Chọn số vòng quay của cánh khuấy: n2 = 3,63 vòng/phút
Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy ngoài cùng so với nước: v1 = 0,75 × n 2 × 2 π × R 1
Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy giữa so với nước: v2 = 0,75 × n 2 × 2 π × R 2
Năng lượng tiêu hao cho khuấy trộn:
Kiểm tra giá trị Gradient vận tốc:
Vận tốc nước chảy trong đường ống dẫn nước ra dao động từ 0,15 ÷ 0,3 m/s Chọn vr 0,25 m/s. Đường kính ống dẫn nước ra: dr = √ 4 × Q π × v r = √ 4 × 1997π × 0,25 × 24 × 3600 = 0,343 m
Tính toán lượng polymer thêm vào:
Bảng 4.2.1 Bảng chọn hàm lượng polymer theo hàm lượng cặn đầu vào
Với hàm lượng cặn đầu vào: SS = 104,8 mg/l, chọn lượng polymer (Poliacrylamid) cần sử dụng: apolymer = 0,2 mg/l = 0,2 g/m 3
Khối lượng polymer sử dụng mỗi ngày:
Gpolymer = apolymer × Qngay.max = 0,2 × 1997 = 399,4 g/ngày = 0,3994 kg/ngày
Chọn nồng độ dung dịch polymer sử dụng là 0,1 % (Theo điều 6.28 TCXDVN 33:2006), nghĩa là trong 100 l dung dịch polymer có 0,1 kg polymer, vậy lượng dung dịch polymer sử dụng mỗi ngày:
0,1 = 399,4 l/ngày = 16,6417 l/h Chọn bơm định lượng PULSAFEEDER Series E-Pulsatron
4.2.7 Các thông số thiết kế bể phản ứng
Bảng 4.2.2 Các thông số thiết kế bể phản ứng
STT Thông số Giá trị Đơn vị
Chiều cao xây dựng bể 3,05 m
4 Kích thước cánh khuấy guồng Đường kính cánh khuấy 2,35 m
Chiều dài bản cánh khuấy 2,35 m
Chiều rộng bản cánh khuấy 0,05 m
Khoảng cách giữa các bản cánh khuấy 0,2 m
5 Đường kính ống dẫn nước ra 355 mm