Giáo trình xử lý nước cấp (ngành công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước cao Đẳng)

Hoạt độ và độ hoà tan của các chất trong dung dịch nước: Trong quá trình công nghệ xử lý nước, khi tính toán độ hoà tan và trạng thái cân bằng của các chất trong dung dịch nước, chúng ta

Mục đích của việc xử lý nước cấp

Cung cấp nước đảm bảo chất lượng an toàn về hóa học và vi trùng học là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong ăn uống, sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ đời sống công cộng.

Cung cấp chất lượng nước tốt, ngon, không chứa chất gây vẩn đục, gây ra màu, mùi, vị của nước

Cung cấp nước đầy đủ khoáng chất cần thiết là yếu tố quan trọng để bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng Để đáp ứng yêu cầu này, nước sau xử lý phải đạt các tiêu chuẩn chất lượng theo "Tiêu chuẩn vệ sinh nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt" của Bộ Y tế.

Nguồn nước - chất lượng nước

Nguồn nước

Các loại nguồn nước dùng trong cấp nước gồm có nước mặt, nước ngầm và nước mưa

Nước trong các ao, hồ, đầm, hồ chứa và sông suối chủ yếu được hình thành từ nước mưa, bên cạnh đó, còn có nước từ tuyết tan trên các triền núi cao chảy xuống.

Do nước mặt được kết hợp từ những dòng chảy và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên nó có một số đặc điểm sau:

+ Chứa nhiều khí hoà tan, đặc biệt là oxy

Nước ao, hồ, và đầm thường chứa nhiều chất rắn lơ lửng, nhưng do quá trình lắng cặn, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thường thấp và chủ yếu tồn tại dưới dạng keo.

+ Hàm lượng chất hữu cơ cao

+ Có chứa nhiều loại tảo, thuỷ sinh vật nước

+ Chứa nhiều vi sinh vật và các vi trùng vi khuẩn gây bệnh

+ Nước sông thường có chất lượng và lưu lượng, nhiệt độ thay đổi theo mùa

1.2 Nước ngầm Được hình thành do nước mưa thấm qua các lớp đất, nước được làm trong và giữ lại trong các tầng chứa nước Do đó, đặc điểm và tính chất của nước nguồn phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng nơi hình thành và lưu trữ chúng Đặc điểm của nước ngầm là:

+ Nhiệt độ và thành phần hoá học tương đối ổn định

+ Không chứa oxy nhưng chứa nhiều khí CO2, H2S

+ Chứa nhiều khoáng chất hoà tan chủ yếu là sắt, mangan, caxi, magie, flo + Không có vi sinh vật, hàm lượng vi trùng, vi khuẩn gây bệnh thấp

+ khó thăm dò, khai thác

Thường được dùng làm nguồn nước cấp cho các vùng nông thôn và hải đảo nơi khan hiếm nguồn nước mặt và nước ngầm

Nước mưa thường được coi là tương đối sạch, nhưng trên thực tế, nó có thể bị ô nhiễm khi rơi qua không khí và mái nhà, mang theo bụi bẩn Hơn nữa, nước mưa cũng thiếu nhiều khoáng chất cần thiết cho sự phát triển của con người và động vật.

Chỉ tiêu dùng để đánh giá chất lượng nước

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến điều kiện môi trường và khí hậu, tác động đến quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ Độ màu của nước thường xuất phát từ các chất bẩn và tảo, được đo bằng đơn vị platin-Coban Độ đục, thể hiện khả năng truyền ánh sáng của nước, giảm khi có cặn bẩn, với đơn vị đo là NTU và FTU, cho thấy nước có nhiều tạp chất.

Mùi vị của nước chủ yếu do các hợp chất hóa học, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ và sản phẩm phân hủy vật chất gây ra Độ nhớt là đại lượng thể hiện lực ma sát nội trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng Nước có tính dẫn điện kém, và độ dẫn điện của nó tăng lên khi hàm lượng chất hòa tan trong nước tăng, đồng thời cũng dao động theo nhiệt độ.

Tính phóng xạ: Do sự phân huỷ các chất phóng xạ trong nước tạo nên

2.2 Các chỉ tiêu hoá học

Thành phần các ion của nước thiên nhiên: Trong nước thiên nhiên thường chứa các ion Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , Fe 2+ , Fe 3+ , HCO 3 - , SO 4 2- , Cl - …

Cặn sấy khô được xác định bằng cách bốc hơi một lượng nước đã lọc qua giấy lọc, sau đó sấy cặn còn lại ở nhiệt độ 105 đến 120 độ C cho đến khi đạt khối lượng không đổi Chỉ số cặn sấy khô phản ánh hàm lượng cặn hòa tan không bay hơi có trong nước.

Cặn nung cháy; Được xác định bằng cách nung tiếp cặn sấy khô đến

800 0 C Độ oxy hoá của nước: Do các hợp chất hữu cơ và một số chất vô cơ dễ bị oxy hoá tạo nên

Ion sunfat và Clorua: Có trong tất cả các loại nước thiên nhiên dưới dạng muối của canxi, natri( CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4, NaCl, KCl)

Các hợp chất của axit silixic rất phổ biến trong nước thiên nhiên, với nồng độ từ vài phần mười đến hàng chục mg/l Tùy thuộc vào độ pH của nước, axit silixic có thể tồn tại dưới dạng keo hoặc ion hòa tan Sự hiện diện của axit silixic trong nước có thể gây nguy hiểm cho các nồi hơi áp lực cao, do hình thành lắng đọng silicat trên thành nồi hơi và cánh quạt của tuabin.

Các hợp chất chứa Nitơ như ion NH4+, NO2- và NO3- được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm nước do nước thải sinh hoạt Sự hiện diện của ion NH4+ và NO2- cho thấy nguồn nước đã bị ô nhiễm Sau một thời gian, hai ion này sẽ bị oxy hóa thành NO3-, vì vậy khi phát hiện ion NO3- trong nguồn nước, điều này chứng tỏ rằng nguồn nước đó đã từng bị ô nhiễm bởi nước thải.

Ion iod và ion flo có mặt trong nước ngầm từ giếng sâu hoặc suối phun ở vùng quặng apatit Nồng độ flo lý tưởng cho sức khỏe là từ 0,7 đến 1,0 mg/l Nếu nồng độ flo vượt quá 1,0-1,5 mg/l hoặc hoàn toàn thiếu, việc sử dụng nước này lâu dài có thể dẫn đến bệnh hoại men răng.

Trong quá trình xử lý nước, việc tính toán độ hòa tan và trạng thái cân bằng của các chất trong dung dịch nước dựa trên định luật tác dụng khối lượng là rất quan trọng Các công thức này yêu cầu sử dụng nồng độ hoạt hóa của các ion thay vì nồng độ thực Để tách một chất ra khỏi nước, thường áp dụng các biện pháp hóa học nhằm biến chất đó thành dạng khó tan, từ đó tạo ra các cặn rắn dễ lắng hoặc lọc.

Chỉ tiêu nồng độ ion hydro (H+) và trị số pH của nước rất quan trọng trong việc xác định tính axit hoặc kiềm của dung dịch Khi môi trường nước có tính axit, nồng độ ion H+ tăng cao, dẫn đến pH giảm Ngược lại, trong môi trường kiềm, nồng độ ion OH- tăng, làm giảm nồng độ ion H+ và tăng pH Do đó, pH không chỉ là chỉ tiêu đo nồng độ axit mà còn là yếu tố quan trọng để kiểm tra các quá trình như làm mềm nước, khử muối, khử sắt và nhiều quy trình công nghệ xử lý khác.

Các hợp chất của axit cacbonic trong nước có ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý nước, tồn tại dưới dạng phân tử không phân ly, khí CO2 hòa tan khi pH ≤ 8.4, và phân ly thành ion HCO3- và CO3- khi pH ≥ 8.4 Độ kiềm của nước, được xác định bởi tổng hàm lượng HCO3-, CO2, OH- và các ion axit, là chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước, thường được xác định bằng phương pháp chuẩn độ mẫu thử bằng axit.

Hợp chất sắt và mangan trong nước ảnh hưởng đến độ cứng, được xác định bằng tổng hàm lượng ion magie và canxi Độ cứng nước ăn uống không được vượt quá 7 mg/l, và trong một số trường hợp đặc biệt có thể cho phép lên đến 14 mg/l Độ cứng cao gây ra các hợp chất khó tan của magie và canxi, gây bất lợi cho sinh hoạt và sản xuất.

Độ hòa tan của khí trong nước phụ thuộc vào bản chất của khí, áp suất riêng phần và nhiệt độ Khi một chất hòa tan trong nước, nồng độ của nó có xu hướng đạt được trạng thái cân bằng với áp suất riêng phần của khí đó trên bề mặt.

Các hợp chất sắt và mangan trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng sắt hóa trị hai (Fe(HCO3)2) Khi nước ngầm được bơm ra khỏi giếng, nó thường có màu trong suốt và không màu Tuy nhiên, sau một thời gian lắng đọng trong chậu và tiếp xúc với không khí, nước có thể thay đổi tính chất.

Nước trở nên đục và xuất hiện cặn lắng màu đỏ hung của hydroxit sắt hóa trị ba, trong khi nước ngầm ở các giếng sâu có thể chứa sắt hóa trị II từ các hợp chất sunfat và clorua Sắt trong nước mặt thường tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ Khi thực hiện quá trình thoáng khử khí CO2, sắt hóa trị II dễ bị thủy phân và oxy hóa thành sắt hóa trị III Do đó, trong quy trình công nghệ khử sắt, việc xác định điều kiện chuyển hóa sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III là rất quan trọng, với Fe(OH)2 và Fe(OH)3 được hình thành từ trạng thái hòa tan sang cặn lắng.

Oxy hoà tan trong nước: 2

2.3 Chỉ tiêu về vi sinh

Vi khuẩn là sinh vật đơn bào với cấu trúc tế bào đơn giản hơn so với các sinh vật khác Chúng thường xuất hiện trong nước uống và có thể gây ra nhiều loại bệnh nguy hiểm như tả, lỵ, viêm đường ruột và các bệnh tiêu chảy khác.

Virút không có hệ thống trao đổi chất và không thể sống độc lập Chúng xâm nhập vào tế bào của cơ thể khác và điều khiển quá trình tổng hợp chất của tế bào chủ để phát triển Virút trong nước có thể gây ra các bệnh như viêm gan và viêm đường ruột.

Nguyên sinh động vật: Nguyên sinh động vật là những cơ thể đơn bào chuyển động được trong nước Chúng gồm các nhóm amoebas, flagllated, protozoans, ciliates và sporozoans

Cơ sở lựa chọn nguồn nước phục vụ cho mục đích cấp nước

Về trữ lượng: Nguồn nước phải có trữ lượng ổn định đảm bảo cung cấp đủ số lượng cần thiết theo yêu cầu thiết kế của trạm xử lý

Về chất lượng: Phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn và qui chuẩn sau:

+ QCVN 01/2009/ BYT ( thay thế 1329/ QĐ - BYT ngày 18/4/2002 của Bộ Y Tế

+ TCVN 08/2008/BTNMT (thay thế 5942-1995 đối với nguồn nước mặt

+ TCVN 09/2008/BTNMT ( thay thế 5944-1995 đối với nguồn nước ngầm

Về kinh tế: Cần so sánh giá thành đầu tư xây dựng và chi phí quản lý vận hành

các biện pháp và quá trình xử lý nước cấp

Các biện pháp xử lý nước cấp

Xử lý nước cấp bao gồm các phương pháp cơ học, lý học, hóa học và sinh học nhằm thay đổi thành phần của nước, loại bỏ các chất bẩn độc hại và bổ sung các chất cần thiết Mục tiêu là cải thiện chất lượng nước để đáp ứng yêu cầu sử dụng.

Dùng các công trình và thiết bị làm sạch nước cơ học như: Song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc…

Dùng các loại hoá chất cho vào nước để xử lý nước như dùng phèn để keo tụ, dùng vôi để kiềm hoá, dùng Clo để khử trùng…

Dùng các tia vật lý để khử trùng nước, như tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân để khử muối, dùng tháp làm thoáng để khử CO2…

Việc phân chia các biện pháp xử lý nước thường mang tính tương đối, vì nhiều biện pháp có thể chứa đựng đặc điểm của nhau Trong ba biện pháp chính, biện pháp cơ học được xem là cơ bản nhất Nó có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp với các biện pháp vật lý và hóa học nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả xử lý nước.

Các quá trình xử lý nước cấp

2.1 Quá trình xử lý sơ bộ a Hồ chứa và lắng sơ bộ

Để tối ưu hóa quá trình làm sạch tự nhiên, cần tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắng cặn lơ lửng, giảm vi trùng nhờ tác động của môi trường, và thực hiện phản ứng oxy hóa từ oxy hòa tan trong nước, đồng thời điều hòa lưu lượng giữa trạm bơm và nguồn nước Bên cạnh đó, việc sử dụng song chắn và lưới chắn rác tại cửa dẫn nước vào công trình thu là cần thiết để loại trừ các vật nổi và lơ lửng, nhằm bảo vệ thiết bị và nâng cao hiệu quả xử lý Cuối cùng, bể lắng cát được bố trí ngay sau lưới chắn rác, hoạt động hiệu quả khi độ đục đạt ≥ 250 mg/l.

Để tối ưu hóa quá trình lắng của các hạt cát có kích thước d ≥ 0.2 mm và tỷ trọng δ ≥ 2.6 mg/l, cần tạo điều kiện tốt nhất nhằm loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng trong các bể trộn và bể phản ứng Việc xử lý nước tại nguồn bằng hóa chất là cần thiết để ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, tảo và các vi sinh vật, từ đó loại bỏ màu sắc và mùi vị không mong muốn do xác chết của chúng gây ra Hóa chất thường được sử dụng là CuSO4, với liều lượng từ 0.12 đến 0.3 mg/l, tùy thuộc vào thành phần và tính chất của nước thô.

Hoà tan oxy từ không khí vào nước để oxy hoá Fe hoá trị II thành Fe hoá trị III,

Mn hoá trị II thành Mn hoá trị IV tạo thành các hydroxit Fe(OH) 3 , Mn(OH) 4 kết tủa, dễ lắng và tách ra khỏi nước

Khử CO 2 , H 2 S có trong nước để làm tăng PH của nước, tạo điêu kiện thuận lợi cho quá trình thuỷ phân và oxy hoá Fe, Mn

Nâng cao hàm lượng oxy hoà tan trong nước, nâng cao thế oxy hoá khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hoá

Có 2 phương pháp làm thoáng:

Phương pháp đầu tiên để làm thoáng không khí là đưa nước vào không khí, cho nước phun thành tia chảy trong không khí qua các dàn làm thoáng tự nhiên Ngoài ra, có thể sử dụng các thùng quạt gió để tạo ra nước phun thành tia hoặc màng mỏng, giúp làm thoáng không khí một cách nhân tạo.

Phương pháp 2 trong xử lý nước thải là đưa không khí vào nước, thông qua việc dẫn và phân phối khí thành các bọt khí nhỏ Hệ thống phân phối khí được đặt ở dưới đáy bể chứa, giúp tối ưu hóa quá trình xử lý.

Hiệu quả của quá trình làm thoáng phụ thuộc vào:

+ Chênh lệch nồng độ của khí cần trao đổi, chênh lệch càng lớn quá trình trao đổi diễn ra càng nhanh

+ Diện tích tiếp xúc giữa hai pha khí và nước, diện tích tiếp xúc càng lớn quá trình trao đổi khí diễn ra càng nhanh

+ Thời gian tiếp xúc giữa hai pha trong công trình làm thoáng, thời gian tiếp xúc càng lớn quá trình trao đổi khí diễn ra càng triệt để

+ Nhiệt độ của môi trường, nhiệt độ tăng lợi cho quá trình khử khí, bất lợi cho quá trình hấp thụ

+ Bản chất của khí được trao đổi

2.3 Clo hoá sơ bộ Được thực hiện trước khi cho nước vào bể lắng và bể lọc Để kéo dài thời gian tiếp xúc, khử trùng nước khi nước bị nhiễm bẩn nặng Oxy hoá Fe hoà tan ở dạng hữu cơ, oxy hoá Mn để tạo thành các hợp chất kết tủa tương ứng Oxy hoá các hợp chất hữu cơ để khử màu Trung hoà NH4 + tạo thành Cloraminh

2.4 Qúa trình khuấy trộn hoá chất

Để nâng cao hiệu quả xử lý nước, cần trộn nhanh và đều hoá chất vào nước trước khi xảy ra các phản ứng hoá học Việc cho hoá chất cần xác định chính xác thời điểm, thứ tự và khoảng cách về thời gian giữa các loại hoá chất, cùng với cường độ và thời gian khuấy trộn.

2.5 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông

Tạo ra các tác nhân keo tụ giúp kết dính các chất bẩn lơ lửng thành bông cặn lớn, dễ dàng tách ra khỏi nước qua lắng và lọc Hiệu quả của quá trình này phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn hóa chất vào nước Để nâng cao hiệu quả, có thể thêm hóa chất trợ keo vào bể phản ứng.

Là bước quan trọng trong quá trình xử lý nước, khâu này có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn và bông cặn, giúp chúng lắng xuống đáy các công trình lắng bằng trọng lực.

+ Lắng bằng lực ly tâm tác dụng vào hạt cặn( trong các bể lắng ly tâm, xiclon thuû lùc)

+ Lắng bằng lực đẩy nổi do các bọt khí dính bám vào các hạt cặn trong các bể tuyển nổi

Các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình lắng:

+ Kích thước, hình dạng, tỷ trọng của hạt cặn

+ Thời gian lưu nước trong các bể lắng

+ Diện tích bề mặt lắng

+ Vận tốc dòng chảy trong bể lắng

+ Phương pháp phân phối nước vào và thu nước sau lắng

+ Độ nhớt và nhiệt độ của nước

+ Tải trọng bề mặt của bể lắng và tốc độ rơi của hạt cặn

Lọc nước là quá trình cho nước đi qua vật liệu lọc với độ dày nhất định, giúp giữ lại cặn bẩn và vi trùng Kết quả của quá trình này là nước có chất lượng tốt hơn về mặt lý, hóa và sinh học.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc:

+ Kích thước hạt và sự phân bố cỡ hạt trong lớp vật liệu lọc

+ Kích thước, hình dạng, tỷ trọng riêng, nồng độ và khả năng dính bám của các cặn bẩn lơ lửng trong nước cần xử lý

+ Tốc độ lọc, chiều cao lớp vật liệu lọc, thành phần lớp vật liệu lọc, độ chênh áp lực trước và sau bể lọc

+ Nhiệt độ và độ nhớt của nước

2.8 Quá trình dùng than hoạt tính để hấp thụ chất gây mùi, màu của nước Để khử các chất gây mùi và màu của nước

Than hoạt tính thường được sử dụng để khử màu và mùi của nước nhờ vào khả năng hấp thụ mạnh mẽ các phân tử khí hòa tan trong nước.

Có 2 phương pháp khử màu và mùi của nước:

+ Đưa nước sau xử lý theo dây truyền công nghệ truyền thống vào lọc trực tiếp qua bể lọc than hoạt tính

+ Pha bột than hoạt tính đã tán nhỏ đến kích thước yêu cầu vào bể trộn cùng víi phÌn

2.9 Flo hoá nước để tăng hàm lượng Flo trong nước uống

2.10 Khử trùng nước Đảm bảo chất lượng nước về mặt vi trùng học trước khi cấp nước cho các đối tượng sử dụng

Các phương pháp khử trùng:

Khử tính xâm thực của nước và phủ lớp bảo vệ nên bề mặt của ống để chống ăn mòn cho ống

2.12 Làm mềm, khử muối, xử lý nồi hơi và nước làm lạnh

Là các quá trình xử lý đặc biệt dùng trong các dây chuyền xử lý nước công nghiệp.

dây chuyền công nghệ xử lý nước

Một số sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt

Dây chuyền công nghệ xử lý nước bao gồm các công trình và thiết bị cần thiết để tiến hành quá trình xử lý nước Quy trình này được thực hiện theo một hoặc nhiều phương pháp nhất định, tuân thủ một trình tự kỹ thuật cụ thể.

Thành phần của các công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp phụ thuộc vào đặc điểm nguồn nước, yêu cầu sử dụng và quy mô công suất trạm Đối với nguồn nước mặt, các quá trình xử lý chủ yếu bao gồm làm trong, khử màu và khử trùng, trong khi nguồn nước ngầm cần tập trung vào khử sắt, mangan và khử trùng.

Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt: a

Nước mặt Bể trộn(dung dịch hoá chất) Bể phản ứng Bể lắng đứng Bể lọc nhanh Khử trùng Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

+ M bất kỳ (Độ màu theo thang màu Coban) b

Nước mặt Bể trộn (dung hoá chấ) Bể phản ứng Bẻ lắng ngangBể lọc nhanh Khử trùng Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

+ M bất kỳ (Độ màu theo thang màu Coban) c

Quy trình xử lý nước mặt bao gồm: bể trộn với dung dịch hóa chất và tách khí, tiếp theo là bể lắng trong có tầng cặn lơ lửng, sau đó là bể lọc, khử trùng và cuối cùng là bể chứa nước sạch Quy trình này được áp dụng trong các điều kiện cụ thể để đảm bảo chất lượng nước.

+ M bất kỳ (Độ màu theo thang màu Coban)

+ Nhiệt độ nớc nguồn trong phạm vi 1 giờ không thay đổi quá 1 o C

+ Lưu lượng nước nguồn trong phạm vi 1 giờ không thay đổi quá 10% d

Nước mặt Bể trộn(dung dịch hoá chất) + tách khi Bể lọc tiếp xúc Khử trùng Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

Nước mặt Bể lắng sơ bộ Bể trộn Bể phản ứng Bể lắng Bể lọc nhanh Khử trùng Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng:

Một số sơ đồ xử lý nước ngầm

Nước ngầm Làm thoáng nhân tạo  Bể tiếp xúc đứng hoặc ngang Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

Nước ngầm Làm thoáng tự nhiên Bể lắng tiếp xúc đứng hoặc ngang Bể lọc nhanh Khử trùng  Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

Nước ngầm  Làm thoáng nhân tạo Bể lắng tiếp xúc đứng hoặc ngang Bể lọc nhanh Khử trùng Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

+ C* = Co max + 1,92 [Fe 2+ ] + k.Lp + Lv > 20 mg/l

Yêu cầu chung cho cả 3 sơ đồ a, b và c :

Nước ngầm Làm thoáng đơn giản và lọc Khử trùng Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

Khi lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước, cần tham khảo bảng 6.1 để hiểu rõ phương pháp xử lý phù hợp với đặc điểm nguồn nước, công suất của trạm xử lý và thành phần các công trình theo TCXDVN33-2006 (bảng 6.2).

Nguyên tắc lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước

Khi lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước cần dựa vào:

+ Đặc điểm của nước nguồn

+ Chức năng của hệ thống cấp nước

+ Công suất trạm xử lý

+ Các điều kiện kinh tế kỹ thuật cụ thể của từng địa phương

Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước cần được thực hiện trong phòng thí nghiệm để xác định các đặc điểm và tính chất của nước nguồn Sau đó, so sánh với yêu cầu chất lượng nước sử dụng giúp xác định các chất cần tách, hóa chất cần dùng, liều lượng và thời điểm châm hóa chất, cũng như trình tự các bước xử lý Đối với các công trình có công suất lớn hoặc nước phức tạp, việc dựng mô hình là cần thiết để xác định dây chuyền công nghệ và các thông số tối ưu cho quá trình xử lý.

trạm xư lý

Thành phần các công trình trong trạm xử lý

Các công trình trong dây chuyền công nghệ bao gồm bể trộn, bể phản ứng, bể lắng, bể lọc, bể chứa nước sạch, giàn mưa và trạm bơm Những công trình này đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý và quản lý nước.

Các công trình chức năng phụ trợ cho các công trình chính bao gồm: bể hòa trộn phèn, bể tiêu thụ, thiết bị định lượng hóa chất, thiết bị điều chế và định lượng Clo, trạm biến thế, cùng với bể hòa trộn và pha chế vôi.

Các công trình trong trạm xử lý nước thải bao gồm phòng thí nghiệm, xưởng cơ khí, phòng hành chính, phòng bảo vệ và nhà để xe Diện tích của các công trình này được xác định dựa trên công suất và điều kiện cụ thể của từng địa phương, phù hợp với tiêu chuẩn TCXDVN33-2006.

Bố trí mặt bằng trạm xử lý sẽ được thực hiện trên khu đất đã được phê duyệt, bao gồm các công trình chính, công trình phục vụ và công trình phụ.

Nguyên tắc dựng sơ đồ cao trình các công trình trong trạm xử lý

Các công trình trong trạm xử lý nước được thiết kế theo nguyên tắc tự chảy, đảm bảo nước có thể chảy từ công trình này sang công trình khác một cách tự nhiên Độ chênh lệch mực nước giữa các đơn vị xử lý cần được tính toán kỹ lưỡng để bù đắp cho tổng tổn thất áp lực, bao gồm áp lực trong hệ thống ống dẫn, van khoá và các thiết bị đo lường Tổn thất áp lực sơ bộ cần được xác định rõ ràng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống.

+ Bể phân chia lưu lượng: 0,3-0,5 m

+ Trong bÓ trén thuû lùc: 0,4-0,6 m

+ Trong bể trộn cơ khí: 0,1-0,2 m

+ Lưới tang trống và micophin 0,5-0,6 mLưới quay: 0,1-0,2 m

+ Trong bể tạo bông thuỷ lực: 0,4-0,5 m

+ Trong bể tạo bông cơ khí: 0,1-0,2 m

+ Trong bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: 0,7-0,8 m

+ Trong bể lọc tiếp xúc: 2-2,5 m

Trong các đường ống nối

+ Từ bể phân chia nước đến bể trộn: 0,2-0,3 m

+ Từ bể trộn đến bể lắng: 0,3-0,4 m bb

Mặt bằng trạm xử lý nước công suất Q= 55000m3/ngđ - tỷ lệ 1 : 200

Bể LọC NHANH TRọNG LựC

4 SÂN PHơI VậT LIệU LọC

TRạM BƠM CấP 2 TRạM KHử TRùNG

TRạM BIếN THế ốNG DẫN nước thô ống dẫn nước rửa lọc BảO Vệ ống thoát nước thải ống dẫn gió rửa lọc

13 GARA §Ó XE èng dÉn clo

2 1 ống dẫn NƯớC Xả RửA LọC RL bể lắng đứng xln sau lọc bể điều hoà 16

17 ống dẫn bùn cặn B chó thÝch

+ Từ bể trộn đến bể lắng trong: 0,5 m

+ Từ bể trộn vào đến bể lọc tiếp xúc: 0,5-0,7m

Để bố trí cao trình giữa bể lọc và bể chứa nước sạch, cần xác định mực nước thấp nhất trong bể lọc hoặc mực nước cao nhất trong bể chứa Sau khi tính toán tổn thất áp lực trong các công trình và đường ống, mực nước trong các công trình xử lý sẽ được xác định theo nguyên tắc tự chảy từ công trình đầu đến bể chứa Đồng thời, việc xác định cốt mực nước cũng giúp xác định cốt đỉnh và đáy của các công trình, từ đó tính toán khối lượng đất cần đào đắp Nếu khối lượng đất lớn, cần điều chỉnh cốt mực nước để giảm thiểu khối lượng đào đắp nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

các quá trình xử lý sơ bộ

Xử lý sơ bộ trong các hồ sơ lắng

Tạo điều kiện cho các hạt cặn và kim loại nặng như coban, niken, chì, cađimi lắng xuống đáy bể là cần thiết, đặc biệt khi chúng có nồng độ cao trong nước thô và không thể tách biệt qua quá trình keo tụ.

+ Xúc tiến quá trình làm sạch tự nhiên để loại bỏ phần lớn các chất hữu cơ có kích thước nhỏ và các tạp chất vô cơ

+ Tăng hàm lượng oxy hoà tan trong nước bằng các biện pháp làm thoáng

4* ống dẫn nước trạm bơm cấp hai ống dẫn nước rửa lọc ống dẫn gió rửa lọc bể lọc nhanh trọng lực giàn mưa bể chứa nước sạch

CLo ống thoát nước thải èng dÉn clo

5* sơ đồ cao trình dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm

9* b×nh trung gian van điều chỉnh lưu lượng lưu lượng kế van khoá

10* áp kế ống dẫn hơi Clo B×nh Clo láng

7 6 bể lắng đứng xlnrl sân phơi bùn

+ Xử lý sơ bộ với dung dịch vôi để duy trì độ cứng từ 8.5-9 độ

+ Khử các vi khuẩn, vi rút nhờ các quá trình tự nhiên

Để hạn chế sự phát triển của rong và tảo, có thể sử dụng hóa chất CuSO4 với nồng độ từ 0.1-10 mg/l hoặc bằng cách giảm nguồn thức ăn cho chúng Việc này bao gồm ngăn chặn thải nước thải sinh hoạt, chất thải từ con người và động vật, cũng như hạn chế ánh sáng.

Quá trình oxy hoá sơ bộ

Việc nâng cao hiệu quả xử lý trong các quá trình như khử phenol, tách cặn và giảm số lượng tảo trong nước là rất cần thiết Điều này giúp tránh tình trạng phá vỡ quá trình lọc sớm do tảo điatom, đồng thời tăng hàm lượng cặn tích tụ trong cột lọc Hơn nữa, việc tăng cường độ trong quá trình keo tụ tạo bông với các tạp chất như đất, vi trùng, tảo và chất mùn sẽ cải thiện chất lượng nước lọc một cách đáng kể.

O3 thường được sử dụng làm chất oxy hóa sơ bộ do nước thô chứa nhiều hợp chất hữu cơ Việc sử dụng các chất khác như Clo có thể tạo ra các hợp chất hydrocacbon Clorua, gây độc hại cho con người.

Câu 1: Trình bày các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

Câu 2:Trình bày các cơ sở để lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp Câu 3: Trình bày các biện pháp xử lý nước cấp

Câu 4: Trình bày các dây chuyền xử lý nước cấp và điều kiện áp dụng

một số vấn đề chung

1 Mục đích của quá trình keo tụ

Tạp chất trong nước thiên nhiên rất đa dạng về chủng loại, thành phần và kích thước, với kích thước hạt từ vài phần triệu đến vài mm Công nghệ xử lý cơ học có thể loại bỏ các hạt có kích thước lớn hơn 10 -4 mm, trong khi các hạt nhỏ hơn không tự lắng mà luôn ở trạng thái lơ lửng Để lắng các hạt cặn lơ lửng này, cần kết hợp xử lý cơ học với biện pháp hóa học, tức là thêm các chất phản ứng vào nước để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính, giúp hình thành các bông cặn lớn hơn, dễ dàng tách ra khỏi nước qua các công trình lắng, lọc.

2 Các loại hoá chất dùng trong keo tụ

Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O được sản xuất từ quặng bôxít, cao lanh và một số loại đất sét Al2(SO4)3 tinh chế được tạo ra từ phản ứng giữa Al2O3 và H2SO4 đặc Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất và tính chất nguyên liệu, có nhiều loại phèn nhôm khác nhau Phèn nhôm không tinh khiết, thường được sử dụng trong các nhà máy nước, có dạng tảng, cục không đều và màu xám, với hàm lượng không dưới 35.5%.

Phèn nhôm (Al2(SO4)3) chứa 9% Al2O3, không quá 2% axit sunfuric tự do và 0.5% Fe2O3 Phèn nhôm tinh khiết có dạng cục không đều, màu xám sáng, với thành phần không dưới 40.3% Al2(SO4)3 và 13.3% Al2O3, cùng với cặn không tan không quá 1% Để đạt hiệu quả tối ưu, phèn nhôm hoạt động tốt nhất trong môi trường nước có pH từ 5.5 đến 7.5 Mặc dù phèn nhôm dễ sản xuất, vận chuyển và pha chế với chi phí thấp hơn phèn sắt, nhưng hiệu quả keo tụ của nó không cao bằng phèn sắt và bị ảnh hưởng bởi pH và nhiệt độ của nước.

Phèn sắt II (FeSO4.2H2O) được sản xuất từ phế liệu trong quá trình tẩy rửa bề mặt kim loại đen tại các nhà máy luyện kim bằng H2SO4 Để sử dụng hiệu quả, cần oxy hóa sắt II thành sắt III, với pH tối ưu cho quá trình oxy hóa là 8-9 Do đó, phèn sắt II chỉ được áp dụng khi nước có pH trong khoảng 8-9 và độ kiềm cao Loại phèn này thường được dùng để làm mềm nước hoặc trong các nhà máy nước gần khu vực luyện kim, nơi có sản phẩm thừa Tuy nhiên, không nên sử dụng phèn sắt II khi nước chứa nhiều chất hữu cơ Phèn FeSO4 trong kỹ thuật tồn tại dưới dạng tinh thể, chứa 47-53% FeSO4, có màu xanh lơ và dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí.

24 hoá thành màu nâu đỏ Sử dụng phèn sắt II gây khó khăn và tốn kém trong quản lý vì phải kiềm hoá để giữa pH=89

Phèn sắt III gồm có FeCl3.6H2O sản xuất từ Fe + Cl2 ở 700 o C hoặc quặng sắt +

Cl 2 Tồn tại ở dạng lỏng ,sản phẩm thị trường chứa không ít hơn 98% FeCl 3 Khi vận chuyển FeCl 3 phải vận chuyển bằng thùng thép kín Việc pha chế định lượng khó khăn, khi hoà tan vào nước tạo ra hơi HCl bay lên có thể ảnh hưởng đến công nhân khi pha chế, khả năng ăn mòn lớn.Fe2(SO4)3.2H2O sản xuất từ Fe2O3 + H2SO4 Fe2(SO4)3 có chứa nhiều H 2 SO 4 tự do nên nó có tính chất ăn mòn lớn, nồng độ H 2 SO 4 luôn thay đổi nên khó định lượng do đó ít được sử dụng dù có hiệu quả keo tụ cao

Khi sử dụng phèn sắt III, không cần nước có pH cao vì không phải oxy hóa Ở pH > 3.5, Fe(OH)3 có khả năng keo tụ Đặc biệt, khi pha phèn sắt III, pH của nước không được nhỏ hơn 6 để tránh cần kiềm hóa Ngoài ra, việc sử dụng FeCl3 có khả năng gây ăn mòn đường ống mạnh hơn so với phèn nhôm, điều này gây khó khăn trong quá trình vận chuyển, pha chế và định lượng.

Việc chọn loại phèn xử lý nước cần dựa vào đặc điểm nguồn nước và công nghệ xử lý áp dụng Thông thường, phèn nhôm và PAC (Polime Aluminium Chloride) với công thức [Al2(OH)nCl6nH2O]m là những lựa chọn phổ biến.

Chất trợ keo tụ: Để nâng cao hiệu quả của quá trình keo tụ như PAC, axit silixic hoạt tính sản xuất từ thuỷ tinh nóng chảy

3 Liều lượng hoá chất keo tụ

Thường được xác định bằng thí nghiệm JaTest

Hình 2.1 Mô hình thí nghiệm jartest Xác định giá trị pH tối ưu

Lấy 1 ít mẫu nước cho vào cốc 400ml Sau đó thêm vào cốc 0,3ml phèn để nồng độ phèn trong dung dịch đạt 250mg/l Dùng dung dịch NaOH 1N để điều chỉnh pH đến các giá trị

Ghi nhận giá trị NaOH đã sử dụng cho các pH 4, 5, 6, 7, 8, 9 Chuẩn bị 6 cốc 400ml, mỗi cốc chứa 400ml nước, thêm 0,3ml phèn và các thể tích NaOH tương ứng với các giá trị pH đã xác định Đặt 6 cốc vào giàn jartest, bật máy khuấy ở tốc độ 100 vòng/phút, sau đó quay chậm trong 15 phút với tốc độ 15-20 vòng/phút Tắt máy khuấy và để lắng tĩnh trong 30 phút Lấy mẫu nước lắng ở lớp trên để phân tích pH và độ màu, với giá trị pH tối ưu là mẫu có độ màu thấp nhất.

Xác định liều lượng phèn tối ưu

Để tiến hành thí nghiệm, đầu tiên lấy 400ml nước cho vào cốc 400ml và đặt vào thiết bị jartest Sau đó, thay đổi liều lượng phèn khác nhau cho 6 cốc nước Tiếp theo, thêm axít hoặc kiềm để đạt pH tối ưu tương ứng với từng liều lượng phèn Mở cánh khuấy với tốc độ 100 vòng/phút, sau đó giảm tốc độ xuống 15 - 20 vòng/phút trong 15 phút Sau khi tắt máy khuấy, để nước lắng tĩnh trong 30 phút Cuối cùng, lấy mẫu nước lắng ở lớp nước phía trên để phân tích các chỉ tiêu pH và độ màu, nhằm xác định liều lượng phèn tối ưu cho nước có độ đục và độ màu thấp.

Khi không có điều kiện làm thí nghiệm jartest thì có thể xác định theo các cách sau:

Khi xử lý nước đục, liều lượng phèn nhôm được xác định theo điều 6.11 và 6.12 của TCXDVN33-2006 Liều lượng phèn nhôm cần thiết để xử lý nước phụ thuộc vào hàm lượng cặn, được trình bày trong bảng hướng dẫn.

Bảng 2.1 Hàm lượng cặn (mg/l) Liều lượng phèn không chứa nước dùng để xử lý nước đục (mg/l) đến 100

+ Khi xử lý nước có màu liều lượng phèn nhôm được xác định theo công thức

+ PAl : Là liều lượng phèn nhôm tính theo sản phẩm không chứa nước + M : Độ màu của nước nguồn

Khi xử lý nước vừa đục vừa có màu thì lượng phèn được xác định cả theo bảng và theo công thức trên rồi lấy giá trị lớn hơn

Liều lượng phèn sắt lấy bằng 1/22/3 liều lượng phèn nhôm

Khi độ kiềm của nước thấp, cần phải kiềm hoá, liều lượng hoá chất để kiểm hoáDK(mg/l) cần xác định theo công thức:

+ PP: Liều lượng phèn lớn nhất trong thời gian kiềm hoá (mg/l)

+ e: Đương lượng của phèn (không chứa nước) tính bằng mgđl/l

- PhÌn Fe 2 (SO 4 ) 3 e = 67 + k: Độ kiềm nhỏ nhất của nước tính bằng mgđl/l

+ K: Đương lượng gam của chất kiềm hoá

- Đối với vôi (theo CaO) K (

- Đối với Sôđa (Na 2 CO 3 ) K = 53 + Nếu Dk có giá trị âm thì không cần phải kiềm hoá

Chú ý: Trình tự cho hoá chất và khoảng cách về thời gian giữa những lần cho hoá chất vào nước được lấy theo bảng 6.5 điều 6.17 TCXDVN 33-2006

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

+ Độ pH của nước ảnh hưởng rất lớn đến quá trình keo tụ

Để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình keo tụ với phèn nhôm, pH nên được duy trì trong khoảng 5.5 đến 7.5 Nếu pH dưới 4.5, quá trình keo tụ sẽ không diễn ra, trong khi pH trên 7.5 làm giảm tính tan của muối kiềm, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả keo tụ.

- Phèn sắt II pH thích hợp 89

Nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình keo tụ diễn ra nhanh chóng và hiệu quả, giúp giảm lượng phèn cần thêm vào nước Đặc biệt, khi độ đục của nước tăng, tác động của nhiệt độ càng trở nên rõ rệt Nhiệt độ lý tưởng cho phèn nhôm nằm trong khoảng từ 20 đến 40 độ C.

+ Thành phần các ion trong nước

+ Các hợp chất hữu cơ

+ Loại hoá chất và liều lượng hoá chất sử dụng

+ Thời gian và cường độ khuấy trộn hoá chất và nước cần xử lý

5 Các công đoạn của quá trình keo tụ

+ Quá trình chuẩn bị và định lượng hoá chất vào nước

+ Quá trình phản ứng tạo bông

Chuẩn bị và định lượng hoá chất vào nước

1.1 Chuẩn bị dung dịch phèn Để chuẩn bị và định lượng phèn vào nước cần phải thực hiện theo các bước sau:

Để chuẩn bị dung dịch phèn, bước đầu tiên là đập nhỏ phèn cục (nếu sử dụng phèn bột thì có thể cho trực tiếp vào bể hòa trộn) Sau đó, sử dụng máy nén khí, máy khuấy và bơm tuần hoàn để hòa tan phèn trong các bể hòa trộn, tạo ra dung dịch phèn có nồng độ từ 10 đến 17%.

Bước 2: Thêm nước vào dung dịch phèn để giảm nồng đô xuống 510% trong bể tiêu thụ để định lượng

Bước 3: Định lượng dung dịch phèn vào bể tiêu thụ để trộn đều với nước cần xử lý Việc định lượng dung dịch phèn thường được thực hiện bằng các bơm định lượng.

Các thiết bị và công trình cần thiết để chuẩn bị và định lượng phèn vào nước xử lý bao gồm bể hòa tan phèn, bể tiêu thụ và thiết bị định lượng.

Mục đích của việc hòa tan phèn là tạo ra dung dịch có nồng độ cao từ 10 đến 17% và loại bỏ các tạp chất không tan Để thực hiện quá trình hòa tan phèn, có thể sử dụng các thiết bị như máy nén khí, máy khuấy và bơm tuần hoàn.

Hình 2.2 Hòa phèn, chuẩn bị dung dịch phèn công tác bằng khí nén

I Bể hòa trộn phèn; II Bể dung dịch phèn công tác bể tiêu thụ

1 Sàn bê tông đục lỗ ; 2 Giàn ống phân phối khí nén

Bể hòa tan phèn bằng khí nén thường được xây dựng từ bêtông cốt thép với mặt bằng hình chữ nhật Cách đáy bể 0,5m, các thanh ghi bằng gỗ được đặt lên sườn đỡ, tạo ra các khe hở từ 12 đến 15 mm Dưới lớp ghi đỡ phèn cục, hệ thống ống khoan lỗ được lắp đặt để phân phối gió, với ống có thể làm bằng nhựa hoặc cao su.

Nếu dùng máy nén khí để hoà tan phèn cục và pha trộn dung dịch phèn đến nồng độ tiêu thụ thì lấy cường độ tiêu chuẩn như sau:

+ Để trộn đều khi pha loãng đến nồng độ cần thiết trong bể tiêu thụ 3

Để phân phối không khí hiệu quả, cần sử dụng ống có lỗ bằng vật liệu chịu axít với tốc độ không khí trong ống từ 10 đến 15 m/s và qua lỗ từ 20 đến 30 m/s Đường kính lỗ nên từ 3 đến 4 mm, hướng xuống dưới, với áp lực không khí từ 1 đến 1,5 at Để tăng tốc độ hòa tan phèn, sử dụng máy khuấy loại cánh phẳng hoặc tuabin, với ít nhất 2 cánh quạt và tốc độ quay từ 20 đến 30 vòng/phút Đối với trạm xử lý dưới 500 m³/ngày, có thể hòa trộn phèn bằng phương pháp thủ công Tường bể cần nghiêng 45 đến 50 độ so với mặt phẳng nằm ngang, và ống xả cặn phải có đường kính không nhỏ hơn 150 mm Mặt trong bể hòa trộn và tiêu thụ cần được bảo vệ bằng lớp vật liệu chịu axít để chống ăn mòn từ dung dịch phèn Tại các nhà máy nhỏ, có thể kết hợp bể hòa trộn với bể tiêu thụ, và cấu tạo bể hòa tan cần đảm bảo sử dụng phèn sạch.

Phèn không sạch cần được xử lý cẩn thận, với số bể tiêu thụ không nhỏ hơn 2 Số bể hòa tan phải được lựa chọn dựa trên phương pháp vận chuyển phèn đến trạm xử lý, loại phèn sử dụng và thời gian hòa tan phù hợp.

Phèn hạt có kích thước nhỏ hơn 20mm được hòa tan trong bể với máy khuấy cánh quạt phẳng Tốc độ quay của trục cánh quạt dao động từ 30 đến 40 vòng/phút.

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo bể hòa tan phèn dùng máy khuấy loại cánh quạt phẳng (a) và tuabin(b)

1.1.2 Bể tiêu thụ Để hoà loãng dung dịch trong bể hoà tan thành dung dịch có nồng độ thấp hơn giúp cho việc định lượng được chính xác hơn, nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ 5- 10% Đáy bể tiêu thụ phải có độ dốc không nhỏ hơn 0,005 về phía ống xả ống xả phải có đường kính không nhỏ hơn 100 mm ống dẫn dung dịch đã điều chế phải đặt cách đáy 100 - 200mm Khi dùng phèn không sạch phải lấy dung dịch phèn ở lớp trên bằng èng mÒm

1.2 Chuẩn bị dung dịch vôi

Vôi được sử dụng trong nước cần xử lý dưới dạng dung dịch vôi sữa và dung dịch vôi bão hoà Cả hai loại dung dịch này đều được pha chế từ vôi tôi, quy trình pha chế bao gồm hai bước chính.

+ Pha dung dịch tiêu thụ

Vôi cục được tôi trong các thùng tôi vôi cơ nhiệt hoặc trong các bể tôi vôi thông thường

Thiết bị tôi vôi cơ nhiệt

Hình 2.4 Thiết bị tôi vôi cơ nhiệt

Là thùng kim loại có dạng hình trụ, quay trên trục ngang bên trong có các hạt bi sắt dP70mm

Vôi cục và nước được đưa vào thùng qua cửa có nắp đậy Xả nước QuayVôi được tôi nhào đều, các cục chưa tan được bi nghiền nát

Thùng tôi vôi cơ nhiệt có 2 loại:

Tôi liên tục trộn vôi cục và nước trong một thùng kim loại hình trụ có đường kính D=1.2m, với tốc độ quay n=30 vòng/phút và công suất Q=12 T/h, để tạo ra dung dịch vôi sữa.

Bể tôi vôi thông thường

Bể tôi vôi thường được sử dụng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ, với dung tích đủ cho 30-35 ngày tiêu thụ, chia thành nhiều ngăn, và cần khoảng 3-3.5m³ nước cho mỗi tấn vôi cục Bể tôi được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông cốt thép, có các ống dẫn nước vào, xả nước vôi và xả kiệt Vôi từ bể tôi được chuyển sang bể tiêu thụ bằng gầu và hệ thống palăng, với số lượng bể chứa vôi sữa hoặc dung dịch vôi không ít hơn 2 bể Nồng độ vôi sữa trong bể tiêu thụ không vượt quá 5% theo CaO Để hòa trộn vôi, có thể sử dụng bơm tuần hoàn hoặc bể hòa trộn cơ khí, với dung tích được tính toán tương tự như bể hòa tan phèn, với b = 5% và khối lượng riêng của dung dịch là 1T/m³ Khi sử dụng máy khuấy, tốc độ quay của máy nên đạt khoảng 30 vòng/phút.

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo thiết bị tôi vôi và pha chế vôi sữa

1 Bể hòa tan vôi ; 2 rọ tôi vôi có khớp xoáy nối với thành bể; 3.ròng rọc nâng rọ để để đổ bã vôi ra ngoài; 4 ống dẫn nước vào bể tôi vôi; 5 Bơm nang dung dịch vôi bằng khí nén; 6 ống dẫn dung dịch tuần hoàn để pha vôi ; 7.ống dẫn khí nén ; 8 máng thu cặn bã vôi sau khi tôi; 9 Bể chứa cặn vôi; 10 Bể tiêu thụ sữa vôi; 11 máy khấy; 12 Bơm định lượng bơm vôi sữa tới bể trộn đứng

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo bể hoà trộn vôi bằng bơm tuần hoàn

Vôi cục có thể được tôi trong các bể thành vôi sệt, sau đó sử dụng gầu ngoạm và cẩu, palăng để vận chuyển đến các bể có đáy hình côn, nơi có lắp máy khuấy cơ khí để pha loãng thành vôi sữa Sau mỗi lần pha, mở van xả ở đáy bể hình côn để cho cặn chưa tôi chảy vào rọ thép, rồi tiếp tục dùng palăng để vận chuyển ra ngoài.

Hình 2.7 Hệ thống pha vôi sữa

1 Bể tôi vôi; 2 Lồng đựng vôi cục; 3 Bể pha vôi sữa; 4 Máy khuấy; 5 Gầu xúc vôi tôi; 6 Bơm định lượng; 7 ống dẫn vôi sữa; 8 ống dẫn nước sạch ; 9 ống xả cặn;

quá trình trộn

1 Một số vấn đề chung

Lý do thực hiện quá trình trộn

Quá trình xử lý nước sử dụng một lượng hoá chất rất nhỏ so với khối lượng nước cần xử lý Các phản ứng hóa học diễn ra nhanh chóng ngay sau khi hoá chất được đưa vào nước Mục tiêu và yêu cầu của quá trình khuấy trộn là đảm bảo sự phân tán đồng đều của hoá chất trong nước để tối ưu hóa hiệu quả xử lý.

Mục đích của quá trình này là trộn nhanh và đồng đều hóa chất vào nước cần xử lý, nhằm tạo điều kiện tối ưu cho các phản ứng hóa học diễn ra Đồng thời, việc này cũng giúp cải thiện sự tiếp xúc giữa các phần tử tham gia phản ứng, các hạt keo và cặn lơ lửng trong nước, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý.

Yêu cầu: phải đảm bảo cường độ và thời gian khuấy trộn

Cường độ khuấy trộn là yếu tố quan trọng trong việc phân phối đều hóa chất trong quá trình phản ứng Nếu cường độ quá nhỏ, hóa chất sẽ không được phân phối đồng đều, trong khi cường độ quá lớn có thể khiến các phần tử phản ứng trượt ra khỏi nhau khi tiếp xúc Do đó, cường độ khuấy trộn cần được điều chỉnh phù hợp với năng lượng tiêu hao để đạt hiệu quả tối ưu.

Thời gian trộn hóa chất vào nước cần phải được cân nhắc kỹ lưỡng; nếu quá ngắn, hóa chất sẽ không hòa tan đều, trong khi nếu quá dài, sẽ ảnh hưởng đến các phản ứng tiếp theo và có thể dẫn đến sự hình thành bông cặn trong bể trộn.

Khi thiết kế các công trình trộn, cần chú ý đến trình tự và khoảng cách thời gian giữa các lần cho hóa chất vào nước, theo quy định tại điều 6.17 TCXDVN33-2006.

Phân loại các công trình trộn

Theo cấu tạo và nguyên tắc làm việc có thể phân chia các thiết bị và công trình trộn làm 3 loại

+ Trộn bằng dòng tia áp lực

Có thể đưa dung dịch hoá chất vào đường ống hút, ống đẩy của máy bơm hoặc trên các mương dẫn hở

Hình 2.12 Sơ đồ cấu tạo các thiết bị trộn trên đường ống Khi đưa nước vào đường ống đẩy của máy bơm cần chú ý:

+ Chiều dài đoạn ống kể từ điểm châm hóa chất đến công trình tiếp theo

L≥ 50D Nếu nhỏ hơn thì phải sử dụng các thiết bị trộn trên đường ống + Vận tốc dòng nước V=1,21,5 m/s

+ ống dẫn hóa chất phải đưa vào giữa đường ống dẫn nước, cuối đoạn ống dẫn hóa chất phải cắt vát mép 45 0

Phễu đưa dung dịch hóa chất cần được đặt cao hơn cột áp tại vị trí đưa hóa chất vào ống Cánh trộn tĩnh có thể tháo lắp, giúp dễ dàng trong quá trình bảo trì và vệ sinh.

Ghi chó 1: ống dẫn nước 2: vành chắn 3:èng dÉn hãa chÊt 4: zo¨ng cao su 5:vành chèn thiết bị vành chắn cánh trộn è ng dÉn hãa chÊt

E l>50d sơ đồ cấu tạo các thiết bị trộn trên đường ống èng ventuary

Khi chiều dài đoạn ống không đủ để khuấy trộn, cần sử dụng các thiết bị khuấy trộn như tấm chắn, vành chắn và ống ventuary nhằm tạo ra sự xáo trộn hiệu quả.

2.2 Ưu, nhược điểm, phạm vi áp dụng

+ Không phải xây dựng các công trình trộn —> giảm chi phí

+ Đơn giản dễ thực hiện

+ không tốn năng lượng khuấy trộn

+ Tổn thất thủy lực lớn

+ Dễ gây ăn mòn đường ống

+ Không điều chỉnh được cường độ khuấy trộn

+ Sử dụng trong khâu trộn sơ bộ khi cần cho 2 hoặc nhiều loại hóa chất vào nước Trạm có công suất Q≤250 m 3 /ngd

3 Bể trộn có vách ngăn

3.1 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thông số kỹ thuật

+ Bể trộn có vách ngăn đục lỗ

+ Bể trộn vách ngăn có cửa thu hẹp

Máng dài hình chữ nhật được thiết kế với các tấm chắn đứng có thể tháo lắp, thường có ba tấm Các tấm chắn này được khoan lỗ hoặc có cửa thu so le nhau, giúp tối ưu hóa chức năng của bể Bể thường được chế tạo từ gạch, bê tông cốt thép hoặc composit, đảm bảo độ bền và hiệu quả sử dụng.

Hình 2.13 Sơ đồ cấu tạo bể trộn có vách ngăn 3.1.2 Nguyên tắc làm việc

Nước vào bể qua ống dẫn nước 1, trong khi hóa chất được đưa vào qua ống dẫn hóa chất 2 Hỗn hợp nước và hóa chất di chuyển ngang dọc theo chiều dài bể, đi qua các tấm chắn có hàng lỗ hoặc cửa thu sole, tạo ra dòng chảy rối để trộn đều hóa chất vào nước cần xử lý Sau khi trộn đều, nước được dẫn sang công trình phản ứng tạo bông qua hệ thống máng dẫn hoặc ống dẫn Cặn lắng trong bể sẽ được xả định kỳ khi bể ngừng hoạt động, và trong trường hợp có sự cố, nước sẽ tràn vào ngăn tràn và được xả ra ngoài qua ống xả tràn.

3.1.3.Các thông số kỹ thuật

+ Thời gian lưu nước trong bể t=1’2’

+ Khoảng cách từ cốt mặt nước đến hàng lỗ trên cùng hoặc mép trên của cửa thu hẹp bằng 0,1-0,15m

+ Tổn thất áp lực qua vách ngăn h=0,10,15 m

+ Khoảng cách giữa các tấm chắn L ≥ B (chiều rộng của các tấm chắn)

+ Cốt mực nước của ngăn cuối bể Hm≥ 0,5m

+ Vận tốc nước chảy trong máng v m ≥ 0,6 m/s

+ Vận tốc nước chảy qua lỗ hoặc cửa th v l = v c = 1 m/s

+ Kết cấu đơn giản, xây dựng dễ dàng

+ Không tốn năng lượng cho quá trình khuấy trộn

+ Tổn thất thủy lực lớn

+ Dễ bị lắng cặn trước các tấm chắn

+ Dùng cho các trạm có sử dụng hóa chất ít cặn như phèn và sôđa

+ Tấm chắn đục lỗ thường dùng cho các trạm có công suất trung bình và lín

+ Tấm chắn có cửa thu hẹp thường dùng cho các trạm có công suất nhỏ và trung b×nh

Bể có cấu tạo gồm 2 phần:

+ Phần hình trụ có mặt bằng hình tròn hoặc vuông (Chủ yếu làm nhiệm vụ ổn định vận tốc dòng nước trước khi sang bể phản ứng )

+ Phần hình nón hoặc hình chóp cụt, góc ở đỉnh chóp hoặc nón bằng 30 0

 40 0 , làm nhiệm vụ trộn đều hoá chất vào nước

Bể thường được làm bằng gạch hoặc bêtông cốt thép

Các trang thiết bị phục vụ cho bể gồm có:

+ ống dẫn nước vào bể

+ ống dẫn nước sang bể phản ứng

+ Máng thu nước( có thể bố trí trong hoặc ngoài theo chu vi của bể)

+ ống xả kiệt, xả tràn

Hình 2.14 Sơ đồ cấu tạo bể trộn đứng 4.1 2 Nguyên tắc làm việc

Nước được đưa vào bể qua ống dẫn 1, trong khi hóa chất được đưa vào qua ống dẫn hóa chất 2 Quá trình này diễn ra với vận tốc lớn, kết hợp với sự thay đổi tiết diện đáy bể, tạo ra dòng chảy rối giúp trộn đều hóa chất vào nước Sau khi đã trộn đều, nước sẽ dâng lên phần hình trụ và được thu vào hệ thống máng vòng có đục lỗ, dẫn sang công trình phản ứng tạo bông qua ống dẫn 4 Cặn lắng trong bể sẽ được xả định kỳ khi bể ngừng hoạt động Nước có thể được thu bằng hệ thống ống đục lỗ đặt theo chu vi bể hoặc bằng phễu thu.

+ Thời gian lưu nước trong bể:

- t=1’2’ với hóa chất là phèn+ sôđa

- t=1’3’ với hóa chất là phèn+vôi

+ Vận tốc nước vào dưới đáy bể v1=11,2(m/s)

+ Vận tốc nước dâng phần hình trụ V 2 %28(mm/s)

+ Vận tốc nước chảy trong máng thu vm ≥0,6(m/s).

+ Chú ý kích thước bể không nên vượt quá 15 m 2 , nếu lớn hơn sẽ không đảm bảo điều kiện trộn đều hoá chất.

+ Quá trình trộn diễn ra triệt để vì hóa chất luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng đến khi tan hÕt

+ Không tốn năng lượng cho quá trình khuấy trộn

+ Kết cấu phức tạp khó xây dựng

+ Thường áp dụng cho các trạm có công suất trung bình và lớn

+ Các trạm có sử dụng hóa chất là phèn+vôi

5 Trộn bằng dòng tia áp lực

Sử dụng máy bơm áp lực hoặc hệ thống nước rửa lọc để phun hoá chất vào nước theo dạng tia, ngược chiều với dòng chảy Quá trình này được thực hiện trên đường ống đẩy của máy bơm.

+ Không có tổn thất thuỷ lực trên dòng nước thô

Hiệu quả cao với tỷ lệ giữa dòng tia và dòng nước đạt 2-3%, đảm bảo quá trình trộn diễn ra nhanh chóng và đồng đều, đồng thời cho phép điều chỉnh cường độ khuấy trộn linh hoạt.

+ Có thể thay thế máy bơm tạo tia áp lực tại chỗ bằng dòng nước lấy từ đài nước rửa lọc, trạm bơm kỹ thuật, trạm bơm cấp 2

+ Quản lý vận hành phức tạp

+ ít áp dụng ngoài thực tế

Sử dụng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối thay vì dựa vào năng lượng của dòng nước Mức tiêu hao năng lượng trong quá trình khuấy trộn phụ thuộc vào hình dạng, tiết diện của cánh khuấy cũng như tốc độ chuyển động của chúng.

Hình 2.15: Bể trộn cơ khí a Bể trộn cơ khi ; b Các loại cánh khuấy: 1 ống dẫn nước vào; 2 ống dẫn hoá chất; 3 cánh khuấy

Bể thường có hình dạng chữ nhật hoặc vuông, được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông cốt thép Cánh khuấy, thường làm từ thép không gỉ hoặc hợp kim, có nhiều hình dạng khác nhau như cánh tua bin hoặc cánh phẳng, được gắn trên trục quay Tùy thuộc vào chiều sâu của bể, có thể lắp đặt nhiều tầng cánh trên trục quay để tối ưu hóa hiệu suất khuấy.

Các trang thiết bị phục vụ cho bể gồm:

+ Máng hoặc ống dẫn nước vào bể

+ Bộ phận truyền chuyển động

+ Máng hoặc ống dẫn nước sang bể phản ứng

Nước nguồn và hóa chất được đưa vào từ đáy bể và được khuấy trộn đều nhờ các cánh khuấy Sau khi hòa trộn, nước đã được xử lý sẽ được thu hồi từ bề mặt bể và chuyển sang bể phản ứng Cặn lắng trong bể sẽ được xả định kỳ để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

+ Tỷ lệ chiều cao và chiều rộng là 2:1

+ thời gian lưu nước trong bể 1 3 giây

+ Cánh tua bin n P01500 vòng/phút , cánh phẳng n= 50500 vòng/phút

6.2 Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng

+ Điều chỉnh được cường độ khuấy trộn

+ Thời gian khuấy trộn ngắn nên giảm được dung tích bể, tiết kiệm được vật liệu xây dựng

+ Phải có máy khuấy và các thiết bị cơ khí khác Đòi hỏi trình độ quản lý vận hành cao

+ Tốn điện năng cho quá trình khuấy trộn

Thường áp dụng cho các nhà máy có mức độ cơ giớ hoá cao, có công suất vừa và lớn

7 Quản lý vận hành công trình trộn

Xác định đúng liều lượng và hoá chất cần dùng theo sự thay đổi hàng ngày của chất lượng và lưu lượng nước

quá trình phản ứng tạo bông

Mục đích của quá trình này là tối ưu hóa sự va chạm và tiếp xúc giữa các hạt keo và hạt cặn bẩn trong nước, nhằm tạo ra các bông cặn lớn đủ để tách ra khỏi nước thông qua các công trình lắng và lọc.

Vận tốc dòng nước chảy trong bể ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bông cặn Nếu vận tốc quá lớn, bông cặn sẽ không đạt kích thước cần thiết, trong khi nếu quá nhỏ, cặn có thể lắng xuống bể phản ứng, gây khó khăn trong quản lý.

Thời gian trong bể phản ứng đóng vai trò quan trọng; nếu thời gian quá dài, có thể gây lắng cặn, trong khi thời gian quá ngắn sẽ không đủ để hình thành các bông cặn có kích thước lớn.

+ Khi thiết kế nên chú ý đến bể lắng mà bể phản ứng có thể bố trí kết hợp để giảm khối lượng xây dựng

Phân loại: Theo cấu tạo và nguyên tắc làm việc có thể chia thành các loại bể sau:

- Bể phản ứng xoáy hình trụ

- Bể phản ứng xoáy hình côn

+ Bể phản ứng có vách ngăn

- Bể phản ứng có vách ngăn ngang

- Bể phản ứng có vách ngăn đứng

+ Bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng

+ Bể phản ứng cơ khí

+ Bể phản ứng tiếp xúc qua lớp vật liệu lọc dạng hạt

+ Bể phản ứng dùng khí nén

+ Bể phản ứng tuần hoàn lại cặn

2 Bể phản ứng xoáy hinh trụ

Hình 2.16 Bể phản ứng xoáy hình trụ 1.ống dẫn nước vào bể; (2) Vòi phun ; (3) Sàn khử vận tốc xoáy

Bể gồm một ống hình trụ đặt ở tâm bể phần trên của bể lắng đứng Bể thường được làm bằng gạch, bê tông cốt thép, vật liệu composit

Nước từ bể trộn được dẫn qua ống và hai vòi phun cố định, được đặt đối xứng qua tâm bể với chiều phun ngược nhau Các vòi phun nằm trên phương tiếp tuyến với chu vi bể, tạo ra dòng chảy xoáy từ trên xuống khi nước chảy quanh thành bể Sự khác biệt về tốc độ chuyển động của các lớp nước ở bán kính khác nhau giúp tối ưu hóa điều kiện cho các hạn keo.

Hạt cặn va chạm và kết dính với nhau tạo thành các bông cặn lớn, sau đó nước chứa bông cặn sẽ được dẫn ra từ đáy bể phản ứng Để tối ưu hóa quá trình lắng, các vách ngăn được bố trí theo hình nan quạt quanh chu vi bể, nhằm triệt tiêu dòng chảy xoáy và phân phối nước đều vào bể lắng.

Kích thước vách ngăn lấy cấu tạo theo khoảng cách từ đáy bể phản ứng đến đáy bể lắng

Khoảng cách giữa các vách ngăn tại chu vi bể là từ 0.1 đến 0.6m Đường kính vòi phun được lựa chọn dựa trên tốc độ nước ra khỏi vòi phun, dao động từ 2 đến 3m/s Thời gian lưu nước trong bể được xác định là từ 15 đến 20 phút.

H: Chiều cao của bể phản ứng lấy bằng 0.9 chiều cao của bể lắng đứng

2.2 Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng

+ Nước được đưa trực tiếp từ bể phản ứng sang bể lắng nên bông cặn không bị phá vì

+ Hiệu suất phản ứng tạo bông không cao, cấu tạo vòi phun phức tạp, khó thi công x©y dùng

+ Dùng cho các trạm có công suất nhỏ Q< 5000m 3 Thường bố trí kết hợp với bể lắng đứng để giảm khối lượng xây dựng

3 Bể phản ứng xoay hình côn

3.1 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thống số kỹ thuật

Có dạng như một cái phễu lớn, thường được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông cèt thÐp

Hình 2.17 Bể phản ứng xoáy hình côn

1 Đường dẫn nước vào bể ; 2 Máng thu nước xung quanh bể ; 3 Máng tập trung; 4

Nước ra khỏi bể ; 5 Van xả cặn 3.1.2 Nguyên tắc làm việc

Nước vào bể từ đáy và dâng lên, tốc độ dòng chảy giảm dần do tiết diện tăng Tuy nhiên, do quán tính, dòng chảy không đồng đều, lớn hơn ở tâm bể và có xu hướng phân tán ra thành bể Ma sát giữa các dòng chảy ngoài và trong tạo ra xoáy nước nhỏ, giúp khuấy trộn hiệu quả và tăng cường va chạm giữa các hạt keo và cặn, hình thành các bông cặn lớn Kích thước bông cặn tăng dần theo chiều dòng chảy mà không bị phá vỡ do tốc độ dòng nước giảm Cuối cùng, nước và bông cặn được thu thập trên bề mặt bể qua hệ thống máng đục lỗ hoặc ống đục lỗ, sau đó dẫn sang bể lắng.

Góc tạo bởi các tường nghiêng là αP70 0

Vận tốc nhỏ nhất ở mặt căt ngang thu nước là 45mm/s

Vận tốc dòng nước đi vào phía đáy bể là 11.2m/s

Thời gian lưu nước trong bể t=610 phút

Tổn thất áp lực 2050mm cho mỗi mét chiều cao bể

Vận tốc dòng nước dẫn từ bể tạo bông sang bể lắng 0.81m/s

+ tổn thất thuỷ lực nhỏ, thời gian lưu nước ngắn nên giảm dung tích bể

+ Quản lý vận hành đơn giản, không tốn điện năng cho quá trình khuấy trộn

+ Kết cấu phức tạp khó thi công Khó tính toán bộ phận thu nước để đảm bảo yêu cầu thu nước đều và không phá vỡ bông cặn

+ Dùng cho các trạm có công suất nhỏ, có thể bố trí riêng hoặc kết hợp với bể lắng ngang

4 Bể phản ứng có vách ngăn

Bể hình chữ nhật được xây dựng từ gạch hoặc bê tông cốt thép, có thiết kế vách ngăn để điều hướng dòng nước chuyển động Đối với lưu lượng nước nhỏ, vách ngăn được sắp xếp theo phương thẳng đứng, trong khi với lưu lượng trung bình và lớn, vách ngăn sẽ được bố trí theo phương ngang để tối ưu hóa quá trình lưu thông.

Hình 2.18 Bể phản ứng có vách ngăn ngang

1 Mương dẫn nước ; 4 Cửa đưa nước ra; 2 Mương xả cặn ; 5 Van xả cặn;

3.Cửa đi nước vào ; 6 Vách ngăn hướng dòng

Nước từ bể trộn đi vào bể phản ứng qua cửa 3, chảy dọc theo các vách ngăn và qua các chỗ ngoặt, tạo ra sự thay đổi vận tốc khi dòng nước đổi chiều Hiện tượng này tạo hiệu quả khuấy trộn, giúp các hạt cặn va chạm, tiếp xúc và dính bám với nhau, hình thành các bông cặn lớn Sau đó, nước chứa bông cặn được dẫn ra khỏi bể qua cửa 4 và chuyển sang bể lắng Cặn lắng trong bể được lấy ra qua cửa dẫn cặn 5, sau đó được xả ra ngoài bằng hệ thống thủy lực.

Thời gian lưu nước trong bể lấy t= 20 phút khi xử lý nước đục, t035 phút khi xử lý nước có màu hoặc nước có độ đục thấp

Vận tốc dòng nước trong bể dao động từ 0.2 đến 0.3 m/s, tùy thuộc vào khoảng cách giữa các vách ngăn Khi khoảng cách giữa các vách ngăn bằng nhau hoặc giảm dần từ 0.3 đến 0.1 ở cuối bể, vận tốc nước cũng thay đổi Nếu khoảng cách các vách ngăn tăng dần từ đầu bể đến cuối bể, điều này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy.

Chiều rộng giữa các vách ngăn tối thiểu là 0.7m, chiều dài bể thường lấy bằng chiều rộng bể lắng ngang, chiều cao 23 m

+ Kết cấu đơn giản, dễ thi công xây dựng

+ khống chế được thời gian lưu nước trong bể

+ Dễ hợp với các công trình giảm khối lượng xây dựng

+ Khối lượng xây dựng lớn

+ Tổn thất thuỷ lực lớn

Thường áp dụng cho các trạm có công suất trung bình hoặc lớn và thường bố trí kết hợp với bể lắng ngang

5 Bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng

Hình 2.19 Bể phản ứng có tần cặn lơ lửng

1 máng dẫn nước sang bể trộng; 2 Máng phân phối nước; 3 ống đứng phân phối đặt cách nhau 0.81m; 5 Tường tràn sang bể lắng; 6 Vách ngăn hướng dòng

Bể hình chữ nhật được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông cốt thép, bên trong có các vách ngăn để hướng dòng chảy, và đáy bể được thiết kế theo hình côn.

Nước được phân phối vào bể bằng máng dẫn và các ống đứng dẫn nước từ trên xuống hoặc dàn ống có đục lỗ đặt dưới đáy bể

Bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng kiểu cũ thường sử dụng ống phân phối nước có đục lỗ đặt dọc theo đáy để đảm bảo phân phối nước đều Tuy nhiên, theo thực tế quản lý, hiệu quả của bể chỉ kéo dài trong khoảng 1 đến 2 tháng đầu Sau thời gian này, các lỗ trên ống thường bị cặn bám dính, dẫn đến tình trạng tắc nghẽn và không còn khả năng phân phối nước đều nữa.

Nước vào bể qua các máng phân phối dọc theo bề mặt, và được dẫn xuống đáy qua các ống đứng Tại đáy bể, các vách nghiêng giúp giảm vận tốc dòng nước và phân bố đều nước lên toàn bộ bề mặt Cấu trúc đáy giống bể phản ứng xoáy hình côn giúp khuấy trộn sơ bộ, tạo ra các bông cặn nhỏ Nước chứa bông cặn nhỏ tiếp tục đi lên với tốc độ không đổi, trong khi các hạt cặn lớn dần lên và hấp thụ các hạt nhỏ hơn Trọng lượng tăng của bông cặn làm giảm tốc độ đi lên của chúng, dẫn đến va chạm và dính kết với các hạt cặn nhỏ Khi bông cặn di chuyển lên cao hơn vách ngăn, chúng sẽ bị cuốn theo dòng chảy sang bể lắng ngang.

* Chú ý: Nước rước khi đưa vào bể lắng có tầng cặn lơ lửng phải được tách khí

+ Vận tốc đi lên của dòng nước:

- 0.9mm/s khi hàm lượng cặn của nước nguồn≤20mg/l

- 1.2mm/s khi hàm lượng cặn 20-50mg/l;

- bằng 1.6mm/s khi hàm lượng cặn là 50-250mg/l

- 2.2 mm/s khi hàm lượng cặn quá lớn

+ Bề dày lớp nước trên phần đáy nghiêng lấy ≥ 3m,

+ Thời gian lưu nước trong bể t≤ 20 phút

+ khoảng cách giữa các vách ngăn < 3 m

+ Vận tốc dòng chảy ngang trên các vách ngăn ≤0.05m/s

+ Dùng các ống nhựa D= 2540mm để dẫn nước từ máng xuống đáy bể

+ Hiệu quả xử lý cao

+ Cấu tạo đơn giản dễ thi công xây dựng

+ Không máy móc cơ khí Không tốn năng lượng khuấy trộn

+ Phụ thuộc nhiều vào sự thay đổi của lưu lượng và nhiệt độ

Thường được dùng kết hợp với bể lắng ngang Dùng cho các trạm có công suất trung bình hoặc lớn

6 Bể phản ứng cơ khí

6.1 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thống số kỹ thuật

Hình 2 21 Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí

1 Mương phân phối nước vào; 2 Buồng phản ứng; 3 Trục quay

Bể được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông cốt thép, có hình dạng chữ nhật và được chia thành nhiều ngăn hình vuông hoặc chữ nhật Mỗi ngăn chứa một guồng cánh khuấy, bao gồm trục quay và các cánh khuấy Các cánh khuấy có thể được đặt trên bề mặt bể hoặc bên ngoài thành bể ở khu vực khô ráo, với hình dạng và kích thước được lựa chọn phù hợp với cấu trúc của bể.

Cánh khuấy sử dụng năng lượng để tạo ra sự xáo trộn dòng chảy trong nước, thường được thiết kế với hình dạng phẳng và đối xứng qua trục quay, có thể lắp đặt theo phương ngang hoặc thẳng đứng Kích thước cánh khuấy được xác định dựa trên cấu tạo và kích thước của bể phản ứng, bể này được chia thành nhiều ngăn có mặt cắt ngang hình vuông Mỗi ngăn lại được chia thành nhiều buồng bằng các vách ngăn thẳng đứng, trong đó đặt các guồng cánh khuấy Thiết kế guồng cánh khuấy cho phép cường độ khuấy trộn giảm dần từ buồng đầu tiên đến buồng cuối cùng, phù hợp với sự gia tăng kích thước của bông cặn, và để đạt được sự giảm dần đều của cường độ khuấy trộn, cần phải chia bể phản ứng một cách hợp lý.

Khái niệm

Lắng nước là bước quan trọng trong xử lý nước, giúp loại bỏ từ 50% đến 99% cặn bẩn trước khi nước được chuyển sang bể lọc, tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

Các hình thức lắng

Lắng tĩnh và lắng theo mẻ là quá trình thường gặp trong các hồ chứa, đặc biệt sau trận mưa khi nước chảy vào hồ mang theo cặn lắng, làm tăng lượng cặn trong hồ Khi nước trong hồ đứng yên, cặn lắng sẽ chìm xuống đáy Trong ngành công nghiệp, sau mỗi mẻ sản xuất, nước thải được xả vào bể để lắng bớt cặn, sau đó được bơm tuần hoàn lại để tái sử dụng cho quá trình sản xuất, gọi là lắng tĩnh theo từng mẻ.

Bể lắng ngang là một công trình có hình dạng chữ nhật hoặc hình tròn, được thiết kế để lắng đọng các cặn thô và cặn keo tụ Trong bể này, dòng nước chảy ngang và các cặn rơi theo phương thẳng đứng, giúp quá trình lắng diễn ra hiệu quả.

Bể lắng đứng là hệ thống xử lý nước, nơi dòng nước chảy từ dưới lên trong khi cặn lắng từ trên xuống Thường có hình dạng vuông hoặc tròn, bể này được thiết kế để lắng đọng các cặn keo tụ hiệu quả.

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng là hệ thống xử lý nước, nơi nước đi từ dưới lên qua các lớp cặn hình thành trong quá trình lắng Các cặn bẩn trong nước dính vào lớp cặn, trong khi nước trong thu được trên bề mặt Cặn thừa sẽ được chuyển sang ngăn nén cặn và được xả ra ngoài theo từng thời kỳ Hệ thống này chủ yếu được sử dụng để lắng các hạt cặn keo tụ, giúp cải thiện chất lượng nước.

Bể lắng nghiêng, thường được thiết kế dưới dạng ống tròn hoặc hình trụ vuông, có góc nghiêng 60 độ so với phương ngang Nước sẽ di chuyển từ dưới lên và cặn sẽ trượt theo các ống từ trên xuống, giúp lắng nước đã được keo tụ một cách hiệu quả.

Vị trí của bể lắng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước

Tùy thuộc vào đặc điểm và tính chất của nguồn nước cũng như yêu cầu về chất lượng nước, nếu độ đục của nước nguồn ≤ 30mg/l, có thể sử dụng sơ đồ bể lắng đứng trước bể lọc nhanh hoặc bể lọc chậm.

Khi nước nguồn có độ đục từ 30mg/l đến dưới 100mg/l với ít cặn hữu cơ, cặn dễ dàng lắng, có thể áp dụng sơ đồ xử lý không pha phèn Trong trường hợp này, bể lắng nên được đặt trước bể lọc nhanh để tối ưu hóa quá trình lọc nước.

+ Bể lắng đứng trước bể lọc nhanh và sau bể phản ứng tạo bông và bể trộn trong dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống

+ Bể lắng đứng trước bể lọc nhanh và sau công trình làm thoáng trong dây chuyền khử sắt

Bể lắng được lắp đặt trước các công trình trộn nhằm mục đích lắng đọng cặn nặng và bùn, giúp giảm tải cho các hệ thống xử lý nước tiếp theo Giải pháp này đặc biệt hiệu quả khi nguồn nước có hàm lượng cặn lớn và chứa nhiều cặn nặng.

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng

+ Kích thước, hình dạng, tỷ trọng của bông cặn

+ Độ nhớt và nhiệt độ của môi trường

+ Thời gian lưu nước trong bể

+ Diện tính bề mặt lắng

+ Tải trọng bề mặt của bể lắng hay tốc độ rơi của hạt cặn

+ Vận tốc dòng nước chảy trong bể lắng

+ Hệ thống phân phối nước vào và thu nước ra khỏi bể.

bể lắng đứng

1 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thông số kỹ thuật

Hinh 3.1 Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng

Bể có mặt bằng hình vuông hoặc hình tròn Được bố trí hợp khối với bể phản ứng xoáy hình trụ để giảm khối tích xây dựng

Bể được xây dựng từ gạch hoặc bê tông cốt thép, thiết kế gồm 4 vùng chính: vùng phân phối nước vào, vùng lắng hình trụ hoặc hình hộp ở phía trên để lắng cặn, vùng thu nước ra và vùng chứa nén cặn hình nón hoặc hình chóp ở phía dưới.

Trong bể lắng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên, trong khi các hạt cặn rơi từ trên xuống Hiệu quả lắng phụ thuộc vào tính chất của hạt cặn, đặc biệt là đối với các hạt không có khả năng keo tụ Khi dòng nước di chuyển với vận tốc u0 ngược chiều với chiều rơi của hạt cặn, chỉ những hạt cặn có tốc độ lắng u lớn hơn u0 mới được lắng xuống đáy Do đó, hiệu quả lắng được xác định bởi tỷ lệ lượng cặn có tốc độ lắng u > u0 so với tổng hàm lượng cặn trong nước, dẫn đến hiệu quả lắng thường thấp.

Hạt cặn có khả năng keo tụ mang lại hiệu quả lắng cao hơn so với hạt cặn không keo tụ, do chúng có xu hướng va chạm và dính kết, làm tăng kích thước và tỷ trọng Khi kích thước đủ lớn, hạt cặn sẽ lắng xuống đáy bể khi tốc độ lắng vượt quá tốc độ dòng nước đi lên Do đó, hiệu quả lắng của hạt cặn keo tụ không chỉ phụ thuộc vào diện tích bề mặt lắng mà còn vào chiều cao lắng và thời gian lưu nước trong bể.

Nước chảy vào ống trung tâm của bể từ trên xuống, qua sàn giảm tốc để triệt tiêu dòng chảy xoáy và phân bố đều vận tốc Sau đó, nước đi vào bể lắng, nơi cặn lắng từ trên xuống đáy bể nhờ chuyển động thẳng đứng Nước đã lắng được thu bằng hệ thống máng xung quanh bể và chuyển sang bể lọc Cặn lắng được tích tụ trong vùng chứa và thải ra ngoài bằng hệ thống thuỷ lực theo chu kỳ qua ống và van xả Việc thu nước đã lắng cần thực hiện bằng máng hướng tâm hoặc máng vòng, với lỗ chảy dọc theo thành máng hoặc chảy qua mép tràn răng cưa.

+ Góc hình côn ở đấy bể ά = 40ữ60 0

+ Các máng thu nước có đường kính các lỗ lấy bằng 2030 mm, tốc độ nước chảy qua lỗ lấy bằng 1m/s

+ Chiều cao vùng lắng Hl =35m

+ Thời gian lưu nước trong bể t= 23 h

+ Thời giữa 2 lần xả căn 1224h

+ Đường kính ống xả của bể lắng lấy từ 150200 mm

Khi diện tích bề lắng F ≤ 12 m², cần thu nước qua máng vòng đục lỗ hoặc răng cưa xung quanh bể Đối với F = 12-30 m², bổ sung thêm 4 nhánh dẫn nước hình lan quạt về máng chính Khi F ≥ 30 m², cần bố trí từ 6 đến 8 nhánh dẫn nước Tốc độ dòng nước đi lên không được vượt quá tốc độ lắng của cặn theo quy định trong bảng 6.9 và điều 6.71 TCVN 33-2006.

2 Ưu, nhược điểm, phạm vi áp dụng

+ Do nước chuyển động theo phương đứng nên giảm được diện tích xây dựng

+ Có thể bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ nên giảm khối tích xây dựng các công trình

+ Khó phân phối đều nước trên mặt bằng bể Hiệu quả lắng thấp

+ Kết cấu phức tạp, khó xây dựng

+ áp dụng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ Q ≤ 5000m 3 /ngđ Có sử dụng hoá chất keo tụ

+ Dùng nơi có địa chất tốt, mực nước ngầm cao

bể lắng ngang

1 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thông số kỹ thuật

Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang

1 ống dẫn nước nước vào; 2 ống dẫn nước sang bể lọc; 3 Ngăn chứa, nén cặn; 4 Ngăn lắng; 5 Mương phân phối nước vào; 6 Mương thu nước ra; 7 Vách ngăn phân phối nước vào; 8 Vách ngăn thu nước ra; 9 ống xả cặn

Bể có dạng hình chữ nhật trên mặt bằng, làm bằng gạch hoặc bê tông cốt thép

Bể có cấu tạo gồm 4 Vùng:

+ Vùng phân phối nước vào bể: đưa nước vào và phân phối đều nước trên toàn bộ diện tích mặt cắt ngang của bể

+ Vùng lắng: lắng các hạt cặn

Hệ thống thu nước sau lắng được thiết kế để thu nước một cách đồng đều, nhằm tránh hiện tượng cuốn theo cặn bẩn gây đục nước trở lại Có hai phương pháp chính để thu nước sau lắng: Thứ nhất, thu nước từ cuối bể bằng cách sử dụng tấm chắn có lỗ và máng thu bố trí ở cuối bể Thứ hai, thu nước đều trên toàn bộ bề mặt bể bằng các máng thu có lỗ hoặc dạng răng cưa, hoặc hệ thống ống có lỗ.

Hình 3.3: Sơ đồ bể lắng ngang thu nước cuối bể

1 Máng phân phối nước vào; 2 Van tường phân phối nước; 3 ống xả cặn;

4 Tường thu nước; 5 ống dẫn nước ra; 6 Tường chịu lực; 7 Tường ng¨n gi÷a bÓ

Hình 3.4 Sơ đồ bể lắng ngang thu nước bề mặt

1 Ngăn tách khí; 2 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng; 3 Bể lắng ngang; 4 ống phân phối nước vào; 5 Máng thu nước bề mặt; ống xả cặn

Vùng chứa cặn có vai trò quan trọng trong việc chứa và nén cặn, với cấu tạo phụ thuộc vào phương pháp thu và xả cặn Việc xả cặn bằng cơ khí yêu cầu kích thước vùng chứa và khả năng nén cặn phải tương ứng với kích thước và chu kỳ quay của thiết bị cào cặn.

Bể lắng ngang thường chia làm nhiều ngăn, chiều rộng mỗi ngăn 2000 mg/l Thiết bị này phù hợp cho các trạm có công suất lớn, Q > 30.000 m³/ngày, và có thể áp dụng cả khi không sử dụng hóa chất keo tụ.

Hình 3.16 Sơ đồ cấu tạo bể lắng ly tâm

Nước cần được xử lý qua ống trung tâm vào ngăn phân phối, sau đó phân phối đều vào vùng lắng Tại vùng lắng, nước di chuyển từ trong ra ngoài và từ dưới lên trên, trong khi cặn lắng xuống đáy Nước trong sau đó được thu vào máng bố trí xung quanh bể và dẫn qua ống vào bể lọc.

Hệ thống cào cặn bằng thanh gạt gỗ bao gồm một dầm chuyển động theo ray vòng tròn, kết hợp với giàn cào thép có các cánh gạt phía dưới Những cánh gạt này giúp thu gom cặn lắng ở đáy, đưa chúng vào phễu và xả ra ngoài qua ống xả cặn.

Hình 3.18 Sơ đồ cấu tạo hệ thống cào bùn của bể lắng ly tâm

Bể lắng ly tâm là một giải pháp trung gian giữa bể lắng ngang và bể lắng đứng, nơi nước được chuyển động từ trong ra ngoài và từ dưới lên trên.

+ Nhờ có thiết bị gạt cặn lên độ dốc của bể nhỏ hơn bể lắng đứng.(độ dốc từ 58%) nên chiều cao công tác nhỏ 1,5-3,5m

+ Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục, nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường

Bể lắng có hiệu quả thấp hơn so với các loại bể lắng khác do đường kính lớn, khiến nước chuyển động từ trong ra ngoài Trong vùng nước, vận tốc lớn gây khó khăn cho quá trình lắng.

+ Khó thu đều nước vì chỉ có thể thu nước bằng hệ thống máng bố trí xung quanh theo chu vi bÓ

+ Hệ thống gạt cặn có cấu tạo phức tạp, làm việc trong điều kiện ẩm ướt nên nhanh hỏng

Để khắc phục những nhược điểm trong quá trình lắng và phản ứng, người ta đã sử dụng mô tơ khuấy tốc độ thấp, tạo ra môi trường lắng hiệu quả Hệ thống gạt cặn được thay thế bằng xi phông hút cặn, kết hợp với bơm để hút cặn ra ngoài.

+ Bể thường áp dụng cho những trạm xử lý có công suất lớn, những nơi có mực nước ngầm cao.

công trình lắng sơ bộ

Công trình lắng sơ bộ được sử dụng khi nước nguồn có hàm lượng cặn lớn hơn 1500 mg/l, giúp loại bỏ cặn nặng, giảm khó khăn trong việc xả cặn, tiết kiệm dung tích bể lắng và giảm liều lượng chất phản ứng cần thiết.

Các công trình lắng sơ bộ bao gồm bể lắng ngang, bể lắng ly tâm, hồ lắng tự nhiên và hệ thống mương dẫn nước từ sông vào trạm bơm cấp I, nhằm phục vụ cho quá trình lắng sơ bộ hiệu quả.

Để tính toán công trình lắng sơ bộ, cần thu thập số liệu thí nghiệm lắng nước và kinh nghiệm từ các công trình đã được quản lý Quy trình sơ bộ có thể tuân theo các quy định cụ thể.

Khi sử dụng hồ lắng để xử lý nước mà không dùng chất phản ứng, chiều sâu của hồ nên từ 1,5 đến 3,5 mét Thời gian lưu nước trong hồ dao động từ 2 đến 7 ngày, với thời gian lớn hơn dành cho nước có ít cặn và độ màu cao Tốc độ dòng chảy của nước không vượt quá 1 mm/s Cần dự kiến thời gian tháo rửa hồ từ 4 tháng đến 1 năm, bao gồm cả dung tích vùng chứa cặn.

Để tháo rửa hồ hiệu quả, cần dự kiến các biện pháp và thiết bị như chia hồ thành hai ngăn xả riêng biệt, sử dụng bơm hút bùn, lắp đặt đường ống hút trực tiếp từ sông, tăng liều lượng chất phản ứng và giảm tốc độ lọc Bờ hồ phải cao hơn mặt đất bên ngoài 0,5 m, và miệng hút nước cần được đặt cao hơn mặt bùn dự kiến cao nhất 0,5 m.

Khi sử dụng bể lắng ngang để thực hiện quá trình sơ lắng, tốc độ rơi của cặn nên được duy trì trong khoảng 0,5-0,6 mm/s Các thông số tính toán khác cần được tham khảo theo hướng dẫn tại các điều 6.71 và 6.76.

Bể lắng ngang dùng để lắng sơ bộ có thể được xây dựng từ nhiều vật liệu như bê tông cốt thép, gạch, hoặc đất Khi sử dụng đất, cần áp dụng biện pháp gia cố thành và có thể cần thêm biện pháp chống thấm nếu cần thiết.

Khi lựa chọn kết cấu hồ lắng tự nhiên, cần xem xét các yếu tố như địa chất công trình và điều kiện địa phương Các kiểu kết cấu bao gồm đất đắp nổi, nửa chìm nửa nổi, hoặc đào sâu dưới mặt đất Quyết định cuối cùng nên dựa trên sự so sánh về kinh tế và kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả và tính khả thi.

Khi thiết kế công trình lắng sơ bộ bằng đất, cần chú ý đến việc đảm bảo điều kiện thau rửa thuận tiện, ngăn chặn xói lở và bảo vệ vệ sinh cho công trình.

Quản lý vận hành công trình lắng

Độ ngũ kỹ sư và công nhân vận hành nhà máy nước, khi vận hành và quản lý bể lắng cần nắm vững những điều sau:

+ Điều kiện để lắng các bông cặn trong bể lắng

+ Các hiện tượng bất thường xảy ra trong bể lắng

+ Phân phối đều nước vào các bể lắng và phân phối đều nước trên toàn bộ tiết diện ngang của từng bể lắng

+ Chu kì và lịch xả cặn

+ Những điểm đặc biệt trong thiết kế bể lắng

Nếu bể phản ứng tạo bông hoạt động hiệu quả, hầu hết bông cặn sẽ lắng đọng ở nửa đầu bể Nếu quan sát thấy còn bông cặn và lớp nước trên mặt bị đục, cần điều chỉnh chế độ khuấy trộn, xác định lại liều lượng phèn và kiểm tra hiệu quả hoạt động của bể trộn.

Nếu nước ở giữa bể trong nhưng vẫn còn bông cặn lơ lửng, điều này cho thấy tỷ trọng các bông cặn thấp và cặn nhẹ khó lắng Để khắc phục tình trạng này, người vận hành có thể áp dụng hai biện pháp hiệu quả.

Để tăng thời gian lắng của lớp nước trên mặt, cần bịt bớt 3 đến 6 mét đầu máng thu xẻ rãnh chữ V hoặc bịt lỗ ở đầu máng thu nước Biện pháp này chỉ khả thi khi hệ thống máng thu nước bề mặt được lắp đặt dài đến giữa bể.

Thứ hai: Pha thêm chất trợ keo tụ ( axit silixic hoạt hóa PAC) với liều lượng 0,5

1 mg/l vào nửa cuối của bể phản ứng tạo bông cặn để tăng cường độ bền chắc và tăng tỉ lệ của bông cặn

Nếu bạn phát hiện hiện tượng bất thường như cặn nổi lên, ấu trùng, muỗi trên mặt nước, hay rong rêu bám vào tường và thành máng thu nước, điều này cho thấy nước chứa nhiều chất hữu cơ phân hủy Khi chất thải lắng xuống đáy bể mà không được xử lý kịp thời, hiện tượng phân hủy yếm khí sẽ xảy ra, tạo ra bọt khí làm nước sủi tăm và nhẹ đi, đẩy cặn lên mặt nước, từ đó dẫn đến sự xuất hiện của côn trùng.

Để khắc phục hiện tượng nổi cặn trong bể lắng, cần thực hiện clo hóa nước nguồn với liều lượng từ 3 đến 5 mg/l, nhưng chỉ nên tiến hành clo hóa sơ bộ nước thô theo từng đợt 5 đến 6 giờ/ngày và 5 đến 6 ngày/tháng Các nhà khoa học cảnh báo rằng clo tự do có thể kết hợp với chất hữu cơ để tạo ra hợp chất trihalomentan (THM) có hại, do đó cần có lịch xả cặn thường xuyên để tránh hiện tượng phân hủy yếm khí trong bể lắng.

Thường xuyên kiểm tra việc phân phối nước vào các bể lắng và thu nước trên các máng là rất quan trọng Để thực hiện điều này, cần đo chiều cao nước ở cuối mỗi máng thu của từng bể Nếu phát hiện sự chênh lệch giữa các máng trong cùng một bể, cần tiến hành kiểm tra và điều chỉnh tấm khía chữ V để đảm bảo chiều cao nước chảy qua khe chữ V được đồng đều.

Khi phát hiện sự chênh lệch chiều cao nước ở cửa ra của máng thu giữa các bể lắng, cần điều chỉnh các van phân phối nước vào từng bể lắng để đảm bảo sự đồng đều.

Theo dõi hàng ngày lượng cặn tích lũy trong bể là rất quan trọng Nếu thực hiện xả cặn thủ công, cần xả ngay khi mặt cặn đạt đến độ cao thiết kế để tránh thu hẹp diện tích mặt cắt ngang bể, từ đó giảm tốc độ dòng chảy và ngăn ngừa hiện tượng sói cặn.

Khi xả cặn bằng máy cào trên dầm cầu chạy, quá trình gạt cặn có thể được điều chỉnh bằng cách tăng số lần gạt cặn ở nửa đầu bể gấp 2 hoặc 3 lần so với nửa cuối bể Nếu phát hiện hiện tượng xâm thực hoặc ăn mòn thành bể, cần áp dụng biện pháp bảo vệ để đảm bảo độ bền của bể.

+ Sơn phủ lớp cách ly không cho nước tiếp xúc sâu vào bề mặt, thành, tường bể

+ Xử lý nước ổn định trước khi vào bể lắng nếu điều kiện keo tụ và lắng các bông cặn không bị ảnh hưởng xấu do tăng pH

Câu 1: Nêu chức năng, nhiệm vụ của bể lắng? Vị trí của bể lắng cát trong dây chuyền xử lý nước

Câu 2: Trình bày các thống số vận hành của bể lắng

Câu 3: Vẽ sơ đồ cấu tạo, nêu nguyên lý làm việc của bể lắng

Câu 4: Trình bày các sự cố khi vận hành bể lắng Nêu nguyên nhân và cách khắc phục

Câu 5: Tại sao cần phải xử lý cát lắng thu được từ bể lắng cát?

Câu 6: Trình bày các biện quản lý vận hành bể lắng

Nguyên lý chung của quá trình loc

Tốc độ lọc ảnh hưởng đến việc giữ lại cặn bẩn trên bề mặt và trong các khe rỗng của vật liệu lọc Theo thời gian, các khe rỗng này bị lấp kín bởi cặn, dẫn đến giảm tốc độ lọc Lớp trên của vật liệu lọc trở nên bão hòa với cặn do dòng nước, khiến một phần cặn tách ra và đi sâu vào các khe rỗng bên dưới Quá trình này tiếp diễn cho đến khi toàn bộ vật liệu lọc bão hòa cặn, làm mất khả năng lọc nước.

Trong quá trình lọc nước, cặn bẩn tích tụ trên bề mặt và trong các lỗ rỗng của vật liệu lọc, dẫn đến tăng tổn thất áp lực Khi tổn thất áp lực đạt giá trị giới hạn hoặc chất lượng nước không đạt yêu cầu, cần tiến hành rửa lọc để phục hồi khả năng lọc của bể.

Trong bể lọc diễn ra đồng thời 3 quá trinh:

Hoá học ( ví dụ Fe 2+  Fe 3+ )

Các thông số đặc trưng của quá trình lọc

Vận tốc lọc V(m/h): Là đại lượng biểu thị lượng nước lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong trong một đơn vị thời gian

Trong đó: Q: Lưu lượng nước đi vào bể lọc ; m 3 /h

F: Diện tích bề mặt của bể lọc; m 2

Chu kỳ lọc T (h): Là khoảng thời gian kể từ khi bể lọc bắt đầu làm việc đến khi bể lọc không còn khả năng làm việc

Thời gian lọc hiệu quả của bể lọc là khoảng thời gian tính từ khi bể bắt đầu hoạt động cho đến khi chất lượng nước lọc giảm xuống dưới mức cho phép Thời gian này được xác định khi nồng độ chất ô nhiễm trong nước (C) vượt quá giới hạn cho phép (C_cp).

Thời gian lọc giới hạn là khoảng thời gian bắt đầu từ khi bể lọc hoạt động cho đến khi áp lực giảm qua lớp vật liệu lọc vượt quá mức cho phép, tương ứng với lượng cặn G trong lớp vật liệu lọc đạt đến giá trị bão hòa.

Chế độ làm việc hợp lý của bể lọc:

+ Nếu Tgh > Tbv G chưa đạt Gmax ,thì C > Ccp

+ NÕu T gh < T bv G= G max , th× C< C cp

Để tối ưu hóa hiệu quả lọc, cần điều chỉnh vận tốc lọc, chiều cao lớp vật liệu lọc và đường kính hạt vật liệu lọc sao cho T bv = T gh, đảm bảo tính kinh tế nhất Để đảm bảo an toàn, người ta thường áp dụng các biện pháp phù hợp.

Tổn thất áp lực của bể lọc.(ΔH)

Các yếu tố ảnh hưởng

+ Hình dạng, kích thước, sự phân bố của các lớp vật liệu lọc

+ Hình dạng, kích thước, nồng độ, khả năng dính kết, trọng lượng của các cặn bẩn lơ lửng có trong nước

+ Tốc độ lọc, chiều cao lớp vật liệu lọc, thành phần, độ chênh áp lực trong bể lọc

+ Nhiệt độ và độ nhớt của nước.

Vật liệu lọc dạng hạt, vật liệu đỡ

4.1 Vật liệu lọc dạng hạt

Thường dùng cát thạch anh, đá hoa nghiền, keramrit, antraxit, macnetit

Khi chọn vật liệu lọc, cần xem xét giá thành khai thác và vận chuyển, cũng như điều kiện áp dụng Đồng thời, vật liệu này phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

+ Giá thành, nguồn cung cấp, vận chuyển

+ Đảm bảo thành phần theo yêu cầu phân loại

+ Đảm bảo độ đồng nhất về kích thước hạt

Để đảm bảo hiệu quả lọc, vật liệu lọc cần có độ bền cơ học cao Nếu vật liệu không đạt yêu cầu, quá trình rửa lọc sẽ khiến các hạt va chạm và bào mòn, tạo ra mảnh vụn làm tăng tổn thất áp lực và rút ngắn chu kỳ lọc Những mảnh vụn này còn làm giảm chiều dày lớp vật liệu lọc khi bị cuốn theo nước rửa Độ bền cơ học được đánh giá qua hai chỉ tiêu quan trọng: độ vỡ vụn không quá 4% và độ bào mòn không quá 0.5%.

Độ bền hoá học của lớp vật liệu lọc là yếu tố quan trọng, đảm bảo nước sau khi lọc không bị nhiễm bẩn bởi các chất độc hại cho sức khoẻ con người và quy trình công nghệ Vật liệu lọc đạt tiêu chuẩn này khi có hàm lượng cặn hoà tan dưới 20%, độ oxy hoá dưới 10mg/l, và hàm lượng axit silic dưới 10mg/l.

Các chỉ tiêu cơ bản của lớp vật liệu lọc:

+ Thành phần cấp phối hạt:

- Đường kính tương đương dtd = 100/(∑pi/di)

- Hệ số không đồng nhất k= d60/d10

- § êng kÝnh trung b×nh d 50 Trong đó :

- Pi: Tỷ lệ phần trăm cỡ hạt còn lại trên dây có đường kính ≥di

- d60: Kích thước cỡ dây để lọt 60% tổng số hạt

- d10: Kích thước cỡ dây để lọt 10% tổng số hạt + Độ bền cơ học: Xác định theo độ bào mòn và độ vỡ vụn

Các chỉ tiêu cơ bản của vật liệu lọc bao gồm vận tốc lọc, tổn thất áp lực qua lớp vật liệu, cường độ rửa lọc và chu kỳ rửa lọc, được xác định dựa trên các thành phần cấp phối khác nhau.

4.2 Lớp vật liệu đỡ Đặt giữa lớp vật liệu lọc và hệ thống thu nước lọc, phân phối gió và nước rửa lọc Chức năng của lớp vật đỡ là ngăn không cho lớp vật liệu lọc chui qua lỗ của hệ thống ống thu nước ra ngoài, ngoài ra nó còn có chức năng phân phối đều nước, gió trên toàn bộ diện tích bể lọc, phục vụ cho quá trình rửa lọc đạt hiệu quả hơn

Sỏi và đá dăm là vật liệu đỡ cần có độ bền cơ học và hoá học cao, với yêu cầu không quá 10% số hạt là đá vôi Trong lớp vật liệu đỡ, kích thước hạt lớn nhất không vượt quá 2 lần kích thước hạt nhỏ nhất, và kích thước hạt nhỏ nhất của lớp trên cùng không lớn hơn 2 lần đường kính của lớp vật liệu lọc Chiều dày lớp vật liệu đỡ cho bể lọc nhanh được xác định theo tiêu chuẩn nhất định.

Cỡ hạt của lớp đỡ (mm) Chiều dày các lớp đỡ (mm)

Mặt trên của lớp này cao bằng mặt trên của ống phân phối nhưng phải cao hơn lỗ phân phối ít nhất 100 mm

Phân loại bể lọc

Theo sự hình thành màng lọc:

Theo chế độ dòng chảy

Theo hướng chuyển động dòng chảy

Theo cấu tạo lớp vật liệu lọc

+ Bể lọc vật việu lọc dạng hạt

Theo số lượng lớp vật liệu lọc

+ Bể lọc 1 lớp vật liệu lọc

+ Bể lọc 2 hay nhiều lớp vật liệu lọc

Theo cỡ hạt lớp vật liệu lọc

+ Bể lọc hạt bé d< 0,4 mm

+ Bể lọc hật trung d= 0.4 -0.8 mm

+ Bể lọc hạt lớn d> 0.8 mm

bể lọc chậm

1 Sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thông số kỹ thuật của bể lọc chậm

Bể thường được xây dựng từ gạch hoặc bê tông cốt thép, có hình dạng chữ nhật hoặc vuông, và được chia thành nhiều ngăn để thực hiện quá trình rửa lọc một cách liên tục mà không cần ngừng hoạt động.

Cát lọc thường được làm từ cát thạch anh và được đặt trên lớp sỏi đỡ Hệ thống thu nước bao gồm các máng chìm hoặc giàn ống nằm trong lớp vật liệu đỡ Đối với các hệ thống có nhiều ngăn, cần thiết phải có hệ thống phân phối nước để đảm bảo nước được phân phối đều vào các ngăn.

Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo bể lọc chậm

Hệ thống xử lý nước bao gồm các thành phần chính như ống dẫn nước thô, máng phân phối nước thô dọc bê, và ống thu nước lọc về bể chứa Sau khi nước được xử lý, ống xả nước lọc đầu và hệ thống thu nước lọc sẽ đảm bảo nước sạch được cung cấp Đồng thời, ống xả bọt váng và xả tràn sẽ báo hiệu khi cần rửa lọc Cuối cùng, bể chứa nước sạch và ống tích khí lần đầu sẽ giúp đuổi khí ra khỏi lớp lọc, đảm bảo hiệu quả tối ưu cho quá trình xử lý nước.

Nguyên tắc lọc nước bao gồm việc đưa nước vào mương phân phối, sau đó phân phối vào các ngăn lọc Nước sẽ đi qua lớp vật liệu lọc, nơi các cặn bẩn được giữ lại, tạo thành màng lọc Sau khi lọc, nước sẽ được thu vào hệ thống thu nước và dẫn sang bể chứa nước sạch qua ống dẫn.

Nguyên tắc rửa lọc: Có 2 phương pháp rửa lọc

Để thực hiện rửa thủ công, đầu tiên cần đóng van trên đường ống dẫn nước vào bể, hạ mực nước xuống thấp hơn 200mm so với mặt lớp vật liệu lọc Sau đó, sử dụng xẻng để xúc lớp cát lọc dày 20-30mm trên bề mặt ra ngoài, rửa sạch, phơi khô và cất đi Sau khoảng 10-15 lần rửa, chiều dày lớp cát lọc sẽ giảm xuống còn 500-600mm, không còn đảm bảo hiệu quả lọc Khi đó, cần tiến hành rửa toàn bộ lớp cát còn lại và đổ cát sạch vào bể lọc để phục hồi chiều dày ban đầu.

Rửa bán cơ giới là phương pháp hiệu quả để làm sạch bể lọc, trong đó bể được chia thành nhiều ngăn với chiều rộng tối đa 6m và chiều dài tối đa 60m Các vách ngăn được xây cao hơn mặt cát lọc 20cm, trong khi cửa thu nước rửa lọc cao hơn mặt cát 10cm Quá trình rửa bắt đầu bằng việc cho nước vào máng phân phối, sau đó nước di chuyển đến máng thu nước rửa lọc, nơi các cào khuấy được sử dụng để khuấy lớp vật liệu lọc Điều này giúp cặn lắng được tách ra khỏi bề mặt lớp vật liệu lọc và chảy vào máng thu cuối bể, từ đó giảm bớt khó khăn và thời gian trong quá trình rửa lọc.

Trong điều kiện nhiệt đới, sự phát triển mạnh mẽ của tảo có thể gây cản trở quá trình lọc và rút ngắn chu kỳ lọc Để hạn chế tình trạng này, việc lắp đặt mái che được thực hiện nhằm ngăn chặn sự phát triển của rong tảo trong bể, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm từ không khí và môi trường xung quanh.

Nước rửa bể lọc cần được cung cấp bởi một máy bơm hoặc một đài riêng biệt Có thể thực hiện việc rửa bể lọc bằng cách tăng cường công suất của các máy bơm đang bơm nước vào trạm xử lý, hoặc sử dụng một phần nước từ các ngăn bể đang hoạt động luân phiên.

Chiều cao lớp nước trên bề mặt vật liệu lọc là 1,5m Nếu có mái che trên bề mặt lớp vật liệu lọc, cần đảm bảo khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mái che đủ để thực hiện việc thay cát rửa lọc.

Tốc độ lọc tính toán trong bể lọc chậm nên nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,3 m/h, tùy thuộc vào hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể Tổn thất áp lực ΔH dao động từ 1,5 đến 2 m.

Miệng tràn của ống dẫn nước ra khỏi bể phải đặt cao hơn mặt trên của lớp vật liệu lọc đầu tiên là 0.2m

Khi rửa lọc bán cơ giới thì chiều rộng mỗi ngăn không quá 6m, chiều dài không quá 60m

Lớp nước trên mặt cát lọc cần đạt tối thiểu 1,5m Đối với bể lọc có mái che, khoảng cách từ mặt cát lọc đến mái phải đủ để thuận tiện cho việc rửa và thay thế cát lọc.

Chiều dày lớp vật liệu lọc và lớp vật liệu đỡ được lấy theo tiêu chuẩn TCXDVN 33-200

Tên lớp vật liệu lọc và lớp đỡ Cỡ hạt của vật liệu lọc

(mm) Chiều dày lớp vật liệu lọc (mm)

Cát Cát Sỏi hoặc đá dăm Sỏi hoặc đá dăm Sỏi hoặc đá dăm Sỏi hoặc đá dăm

2 Ưu, nhược điểm, phạm vi áp dụng

+ Cấu tạo và quản lý đơn giản, giá thành thấp

+ Chất lượng nước lọc tốt và luôn ổn định

+ Bể lọc chậm có thể chịu được những đợt sốc ngắn hạn(23 ngày) do tăng hàm lượng chất bẩn trong nước thô, cũng như tăng lưu lượng nước thô

+ Đòi hỏi diện tích xậy dựng lớn do tốc độ lọc chậm

+ Hay bị tắc, trít khi lượng rong, rêu trong nước thô lớn, vượt quá giới hạn cho phÐp

Nếu thời gian ngừng hoạt động kéo dài liên tục hơn một ngày đêm, hiện tượng phân huỷ yếm khí trong lớp màng lọc sẽ xảy ra, dẫn đến việc phát sinh mùi hôi và khí, làm giảm chất lượng nguồn nước.

+ Khó tự động hoá, cơ giới hoá, phải quản lý vận hành bằng thủ công

Bể lọc chậm là giải pháp hiệu quả cho nguồn nước mặt có nồng độ C ≤ 250mg/l, không sử dụng hóa chất, với nồng độ C ≤ 50mg/l mang lại hiệu quả tối ưu Hệ thống này có khả năng xử lý lưu lượng nước tối đa 2400m³/ngày Đối với nguồn nước có nồng độ C > 50mg/l, cần thực hiện quá trình lắng sơ bộ trước khi tiến hành lọc.

3 Quản lý vận hành Để đưa bể lọc chậm vào hoạt động, ta phải rửa sạch sỏi cát trước khi đưa vào bể và trải đều các lớp vật liệu lọc, càng dải đều các lớp càng tốt Khi bắt đầu đưa bể vào hoạt động ta khoá các van trên đường ống dẫn nước vào bể từ phía trên và đường ống dẫn nước ra khỏi bể, van trên ống xả kiệt Cho nước đi vào bể từ phía dưới và dâng dần lên, nhằm dồn hết không khí ra khỏi lớp cát lọc Khi mực nước dâng lên cao hơn mặt cát lọc 2030 cm thì ngừng lại và mở van trên đường ống dẫn nước nguồn vào bể đến khi tới mực nước thiết kế Mở van trên đường ống dẫn nước ra khỏi bể và điều chỉnh tốc độ lọc cho bể lọc làm việc đúng với vận tốc tính toán Trong quá trình làm việc, tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc tăng dần lên, tabphải điều chỉnh van thu nước để đảm

79 bảo tốc độ lọc ổn định Khi tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc đạt đến giá trị giới hạn thì phải rửa bể lọc.

lọc nhanh

1.1 Nguyên lý giữ cặn trong cột lọc

Khi bể lọc hoạt động, cặn bẩn trong nước được tách ra và bám vào bề mặt lớp vật liệu lọc, tạo thành lớp màng bao bọc, giúp nước trong hơn Tuy nhiên, theo thời gian, độ dày của lớp màng tăng lên, làm giảm độ bền của cấu trúc lọc Khi lực liên kết giữa màng lọc và hạt vật liệu trở nên yếu, áp lực thủy tĩnh có thể phá vỡ lớp màng, khiến cặn bẩn bị cuốn xuống các lớp vật liệu phía dưới Tại đây, nhờ vào lực liên kết mạnh hơn áp lực thủy động, các cặn bẩn sẽ lại bám vào hạt vật liệu lọc mới.

Hiệu quả lọc của mỗi lớp lọc phụ thuộc vào hai quá trình trái ngược: đầu tiên là quá trình tách cặn bẩn ra khỏi nước và bám lên bề mặt hạt vật liệu lọc nhờ lực dính kết; tiếp theo là quá trình tách các cặn bẩn đã bám trên bề mặt hạt để chúng quay trở lại nước dưới tác động của lực thuỷ động.

Trong giai đoạn đầu, hàm lượng cặn giảm nhanh theo chiều dày lớp vật liệu lọc, với quá trình lọc chủ yếu dựa vào hiện tượng dính bám, khiến phần lớn cặn bẩn được giữ lại ở lớp trên cùng Khi thời gian tăng, khả năng giữ cặn của các lớp vật liệu lọc bên trên giảm dần, dẫn đến việc cặn bị giữ lại ở các lớp sâu hơn Quá trình này tiếp tục cho đến khi bề dày lớp vật liệu lọc bão hòa cặn, và khi toàn bộ lớp vật liệu lọc không còn khả năng giữ cặn, cần phải tiến hành rửa bể lọc.

1.2 áp lực âm và sự tạo thành bọt khí

Trong quá trình lọc nước, cặn bẩn tích tụ trong các lỗ rỗng của vật liệu lọc dẫn đến tổn thất áp lực tăng dần Nếu chiều cao lớp nước trên bề mặt vật liệu lọc không đủ lớn, sẽ xảy ra áp lực âm (vùng chân không) trong lớp vật liệu lọc, hình thành trong suốt quá trình lọc.

Hiện tượng chân không trong lớp vật liệu lọc gây ra sự tách biệt của khí bão hòa trong nước và hơi nước bão hòa, tạo ra các bọt nhỏ bám vào hạt, làm nghẽn lỗ rỗng và tăng tổn thất áp lực Dần dần, các bọt khí này tích tụ thành bọt lớn, hình thành khoảng trống mạch lươn và phá vỡ cấu trúc lớp vật liệu lọc, dẫn đến chất lượng nước lọc giảm sút Bên cạnh đó, bọt khí bám quanh hạt vật liệu lọc làm giảm trọng lượng hạt, dễ dàng khiến chúng trôi ra khỏi bể trong quá trình rửa lọc.

Chiều dày lớp nước trên bề mặt vật liệu lọc cần được lựa chọn phù hợp với chiều dày lớp vật liệu lọc, vận tốc lọc, phương pháp rửa lọc và tổn thất áp lực cho phép Để ngăn chặn hiện tượng bọt khí, chiều cao lớp nước nên đạt ít nhất 1.2 lần chiều cao lớp vật liệu lọc.

Sau một thời gian làm việc, áp lực qua lớp vật liệu lọc tăng lên, dẫn đến việc chất lượng nước sau lọc xấu đi và hàm lượng cặn vượt quá giới hạn cho phép Khi đạt đến giá trị giới hạn này, cần tiến hành rửa lọc để khôi phục hiệu suất của hệ thống.

Mục đích của quá trình rửa lọc là tạo điều kiện để:

Lực ma sát và lực cắt từ dòng nước hoặc khí với cường độ lớn giúp tách cặn bám ra khỏi bề mặt lớp vật liệu lọc.

Làm giãn nở lớp vật liệu lọc giúp tăng thể tích khe rỗng, tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt cặn đã được tách ra khỏi bề mặt vật liệu lọc di chuyển lên trên cùng với nước để được tháo ra ngoài.

Có nhiều phương pháp rửa lọc để thực hiện tốt cả hai mục đích trên, nhưng ở Việt Nam hiện đang áp dụng 3 phương pháp sau:

+ Rửa lọc bằng nước thuần tuý

+ Rửa lọc băng gió trước nước sau

+ Rửa lọc băng gió nước kết hợp

Rửa lọc bằng nước thuần tuý

Trước khi tiến hành rửa, cần đóng van trên đường ống dẫn nước vào bể để mực nước hạ xuống ngang với mép máng thu nước rửa lọc Sau đó, đóng van trên đường ống thu nước lọc và mở van trên đường ống cấp nước rửa lọc Nước rửa sẽ được phân phối đều qua hệ thống ống khoan lỗ hoặc các chụp lọc, đi lên qua lớp vật liệu lọc với cường độ thích hợp Điều này giúp các hạt vật liệu lọc chuyển động lơ lửng, cọ sát vào nhau, tách các hạt cặn bẩn ra khỏi vật liệu lọc, và theo dòng nước rửa lọc, chúng sẽ được thu vào hệ thống thu nước rửa lọc và dẫn ra khỏi bể.

Khi rửa lọc bằng nước thuần tuý, hiện tượng phân tầng thuỷ lực xảy ra, với các hạt nhỏ di chuyển lên trên và các hạt lớn nằm phía dưới Trong quá trình lọc, hầu hết các hạt cặn được giữ lại trên lớp vật liệu lọc trên cùng, tạo ra một lớp màng nhầy dày dần Điều này dẫn đến tổn thất áp lực qua lớp màng tăng nhanh và giảm áp lực nước lên các lớp hạt phía dưới, gây ra hiện tượng chân không trong lớp vật liệu lọc.

Khi lớp màng trên cùng giữ chặt các hạt vật liệu lọc, hiện tượng vón cục có thể xảy ra khi rửa, dẫn đến các cục lớn không thể trôi ra ngoài và tạo thành các hạt lớn chìm xuống, làm bùn hóa lớp vật liệu lọc Điều này gây tắc nghẽn hệ thống phân phối, làm giảm chất lượng nước Để khắc phục hiện tượng này, có thể sử dụng vòi nước áp lực cao để xói trực tiếp vào bề mặt cát lọc hoặc dùng gió để xới tơi lớp vật liệu trước khi rửa bằng nước.

Cường độ nước rửa được xác định dựa theo độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc dựa (bảng 6.13 TCXDVN33-2006)

Loại vật liệu lọc và bể lọc Độ nở tương đối của vật liệu lọc (%)

Cường độ rửa bể lọc (l/s-m 2 )

Thời gian rửa bể lọc (phút)

Bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc: d eff = 0,6 - 0,65 deff = 0,75-0,8 d eff = 0,9-1,1

Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc 50 14-16 7-6

Rửa bằng gió trước nước sau

Khi rửa lọc, cần hạ mực nước trong bể xuống thấp hơn mép máng từ 10 đến 12 cm và sục gió với cường độ 50 đến 60 m³/m²/h trong 4 đến 6 phút Quá trình sục gió tạo ra chuyển động hỗn loạn, giúp phá vỡ liên kết giữa các hạt cặn và vật liệu lọc Để loại bỏ cặn bẩn, tiếp tục sục nước từ dưới lên với cường độ 40 đến 45 m³/m²/h, đủ để giãn nở 20% thể tích khối vật liệu lọc, kéo theo các hạt cặn ra ngoài.

Do cường độ nước rửa lớn, hiện tượng phân tầng thủy lực xảy ra, khiến các hạt có đường kính nhỏ nằm trên và các hạt lớn nằm dưới Quá trình lọc tạo ra lớp màng cặn ở trên cùng lớp vật liệu lọc, làm giảm áp lực nước lên các lớp phía dưới, dẫn đến hiện tượng áp lực âm trong lớp vật liệu lọc.

Phương pháp này chỉ áp dụng để rửa bể lọc 2 lớp vật liệu lọc

Rửa lọc bằng gió nước kết hợp

Trước khi tiến hành rửa lọc, cần đóng van trên đường ống dẫn nước để hạ mực nước trong bể xuống cách mặt cát lọc từ 20 đến 30 cm Sau đó, đóng van trên đường ống thu nước và cấp gió với cường độ 15-20 l/s.m² trong 1-2 phút để xới tơi lớp vật liệu lọc Tiếp theo, thực hiện rửa gió nước kết hợp với cường độ gió 15-20 l/s.m² và cường độ nước 2,5-3 l/s.m² trong 4-5 phút, đảm bảo cát không trôi vào máng lọc Cuối cùng, ngừng cấp gió và tiếp tục cấp nước rửa lọc với cường độ 5-8 l/s.m² trong 4-5 phút để loại bỏ toàn bộ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc.

Rửa lọc bằng gió nước kết hợp khắc phục được hiện tượng vón cục, hiện tượng phân tầng thuỷ lực, hiện tượng chân không

Rửa lọc bằng nước sạch, có thể cấp theo 3 cách:

khử sắt

1 Các phương pháp khử sắt

1.1 Khử sắt bằng làm thoáng

Phương pháp khử sắt bằng làm thoáng là quá trình làm giàu oxy cho nước, giúp oxy hóa ion Fe 2+ thành Fe 3+ Sau đó, ion Fe 3+ sẽ trải qua quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3 Cuối cùng, Fe(OH)3 được tách ra khỏi nước thông qua các công trình lắng và lọc Phương pháp này đơn giản và hiệu quả trong việc loại bỏ sắt khỏi nguồn nước.

Việc làm thoáng nước giúp cung cấp oxy, trong đó quá trình oxi hoá Fe 2+ thành Fe 3+ diễn ra với tỷ lệ nhỏ Quá trình này, cùng với sự thuỷ phân của Fe 3+ thành Fe(OH) 3, chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc.

Quá trình làm thoáng tạo ra trên bề mặt các hạt vật liệu lọc một lớp màng từ hợp chất sắt như Fe 2+, Fe 3+, Fe(OH)2 và Fe(OH)3, giúp tăng tốc độ oxi hoá Fe 2+ và hấp thụ O2 Khi Fe 2+ tiếp xúc với bề mặt màng, quá trình oxi hoá thành Fe 3+ và thuỷ phân Fe 3+ thành Fe(OH)3 diễn ra, lọc các cặn sắt không tan Thời gian tạo thành lớp màng này, gọi là thời gian luyện vật liệu lọc, phụ thuộc vào cỡ hạt, chiều dày lớp vật liệu, tốc độ lọc và hàm lượng cặn, thường mất từ 140 đến 330 giờ Để rút ngắn thời gian lọc, có thể thêm dung dịch FeSO4 5% với hàm lượng sắt đạt 30-40 mg/l.

Hinh 5.1 Các sơ đồ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng đơn giản rồi lọc a Thu khí bằng ejector lọc qua bể lọc áp lực; b làm thoáng bằng thùng hỗn hợp khí; c làm thoáng bằng ống phun mưa; d tháp oxy hoá và lọc

1 Hệ thống phân phối nước; 2 Lớp vật liệu lọc Hình 5.2 Sơ đồ làm thoáng bằng giàn mưa trên mặt bể lọc

Nước được phun qua giàn ống có lỗ bố trí trên bề mặt bể lọc hoặc tràn với chiều cao 0,6m, sau đó sẽ được lọc trực tiếp qua lớp vật liệu lọc Có thể sử dụng giàn ống khoan lỗ hoặc máng để phân phối nước một cách hiệu quả.

Giàn ống khoan lỗ có dạng hình xương cá, trên có khoan lỗ đường d 57mm Khoảng cách từ tâm ống đến mực nước cao nhất trong bể lọc 0,6m

Vận tốc nước chảy trong ống: V = 1,5  2,0 m/s

Vận tốc nước qua lỗ: V lỗ = 2  3 m/s

F lỗ = (0,3 -0,35) diện tích tiết diện ngang của ống chính

Cường độ rửa lọc đối với nước 10-12l/s-m 2 , gió 20l/s.m 2

Nước ngầm Làm thoáng đơn giản và lọc Khử trùng Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

1.1.2 Khử sắt bằng Giàn mưa - lắng tiếp xúc – lọc

Nước ngầm Làm thoáng tự nhiên Bể lắng tiếp xúc đứng hoặc ngang Bể lọc nhanh Khử trùng  Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

1.1.3 Khử sắt bằng Thùng quạt gió - lắng tiếp xúc - lọc sơ đô 2:

Nước ngầm Làm thoáng nhân tạo  Bể tiếp xúc đứng hoặc ngang Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Điều kiện áp dụng :

Nước ngầm  Làm thoáng nhân tạo Bể lắng tiếp xúc đứng hoặc ngang Bể lọc nhanh Khử trùng Bể chứa nước sạch

+ C* = C o max + 1,92 [Fe 2+ ] + k.Lp + Lv > 20 mg/l

Yêu cầu chung cho cả 3 sơ đồ 1, 2 và 3 :

1.2 Khử sắt bằng phương pháp dùng hoá chất

Khi sắt xuất hiện dưới dạng các chất không tan, việc khử sắt bằng phương pháp làm thoáng không mang lại hiệu quả Do đó, cần áp dụng phương pháp khử sắt bằng hóa chất để đạt được kết quả tốt hơn.

1.2.1 Khử sắt bằng các chất oxi hoá mạnh

Các chất oxi hoá mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl 2 , KMnO 4 , O 3 …Khi cho các chất oxi hoá mạnh vào nước, phản ứng diễn ra:

2Fe 2+ + Cl2 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + Cl - + 6H +

3Fe 2+ + KMnO4 + 7H2O = 3Fe(OH)3 + MnO2 + K + + 5H +

Trong phản ứng, để oxi hoá 1mg Fe 2+ cần 0,64 mgCl 2 hoặc 0,94mg KMnO 4 và đồng thời độkiềm của nước giảm đi 0,018mgđl/l

So với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng, việc sử dụng chất oxi hoá mạnh giúp phản ứng diễn ra nhanh hơn và duy trì pH môi trường thấp hơn (pH

Tiêu đề	Giáo Trình Xử Lý Nước Cấp
Trường học	Trường Cao Đẳng Xây Dựng Số 1
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước
Thể loại	Giáo Trình
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	2,73 MB