Cấp thoát nước - Chương 1 pot

1 1 trờng đại học xây dựng Chng 1. C CC Cá áá áC CH C CHC CH C CHỉ ỉỉ ỉ TI TITI TIÊ ÊÊ ÊU U U U Đ ĐĐ Đá áá áNH GI NH GINH GI NH GIá áá á CHấT CHấT CHấT CHấT L LL LƯợ ƯợƯợ Ượng ngng ng n nn nớ ớớ ớc cc c V VV Và àà à TI TITI TIÊ ÊÊ ÊU CHU U CHUU CHU U CHUẩ ẩẩ ẩN CHấT N CHấT N CHấT N CHấT L LL LƯợ ƯợƯợ Ượng ngng ng n nn nớ ớớ ớc cc c Trn Cụng Khỏnh BM Cp thoỏt nc, Vin Khoa hc v K thut Mụi trng IESE Nội dung 1. Đánh giá chất lợng nớc 2. Quá trình keo tụ nớc 3. Xử lý sắt và mangan trong nớc 4. Khử trùng nớc 5. Làm mềm nớc 6. Xử lý ổn định nớc. 7. Một số quá trình xử lý nớc đặc biệt: khử mùi, chất khoáng, Asen, Nitơ, Flo, Clo, khử muối Thí nghiệm Hoá nớc Xử lý nớc cấp 2 Các nội dung tự nghiên cứu Các kiến thức cơ bản về hoá lý, hoá keo Dung dịch Năng lợng bề mặt và hệ thống phân tán keo và thô Động hoá học Kỹ thuật phản ứng hoá học Chơng 1. đánh giá chất lợng nớc 1.1. Đặc điểm các nguồn nớc tự nhiên. 1.2. Các thông số đánh giá chất lợng nớc. 1.3. Tiêu chuẩn chất lợng nớc cấp. 3 1.1. Đặc điểm các nguồn nớc tự nhiên 1.1.1. Thành phần và chất lợng nớc mặt: Trong nớc mặt thờng có các thành phần sau: + Các chất rắn lơ lửng, trong đó có cả hữu cơ và vô cơ. + Các chất hoà tan, dới dạng ion và phân tử, có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ. + Các vi sinh vật: vi khuẩn, virut, đơn bào, nấm, trứng giun sán, Tổng quan về chất lợng nớc thiên nhiên 4 7 Thành phần các chất gây nhiễm bẩn nguồn nớc mặt - Các ion K + , Na + - Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , SO 4 2- - PO 4 3- - Các chất khí CO 2 , O 2 , N 2 , CH 4 , H 2 S, - Các chất hữu cơ - Các chất mùn - Đất sét - Protein - Silicat SiO 2 - Chất thải sinh hoạt hữu cơ - Cao phân tử hữu cơ - Vi khuẩn - Đất sét - Cát - Keo Fe(OH) 3 - Chất thải hữu cơ, vi sinh vật - Tảo Các chất hoà tan d < 10 -6 mm Các chất keo d = 10 -4 10 -6 mm Chất rắn lơ lửng d > 10 -4 mm Một số nguồn gây nhiễm bẩn nguồn nớc mặt: + Do các chất thải của ngời, động vật trực tiếp hay gián tiếp đa vào nguồn nớc. + Do các chất hữu cơ phân huỷ từ động vật và các chất thải trong nông nghiệp. + Do các loại chất thải có chứa các chất độc hại của các cơ sở công nghiệp thải ra. + Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ trong quá trình khai thác, sản xuất chế biến và cận chuyển làm ô nhiễm nặng nguồn nớc + Do các chất tẩy rửa tổng hợp trong sinh hoạt và trong công nghiệp thải ra. + Các chất phóng xạ từ các cơ sở sản xuất và sử dụng phóng xạ. + Các hoá chất bảo vệ thực vật đợc dùng trong nông nghiệp. + Các hoá chất hữu cơ tổng hợp, đợc sử dụng rộng ri trong công nghiệp. + Các hoá chất vô cơ nhất là các chất dùng làm phân bón cho nông nghiệp. Tổng quan về chất lợng nớc thiên nhiên 5 Nguồn nớc mặt: Nớc sông, hồ, suối, kênh, mơng, biển - Nớc mặt là dòng chảy của nớc ma, tuyết tan, nớc chảy ra từ các mạch lộ, đợc tập trung, tích lại thành dòng chảy. Do có lợng ma phong phú nên nớc mặt Việt nam rất dồi dào, với mạng lới sông ngòi dày đặc. Đây là nguồn nớc chủ lực phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất. - Chất lợng nguồn nớc mặt phụ thuộc vào điều kiện địa chất, thổ nhỡng, khí hậu, hình thái địa lý (địa hình), những tác động của con ngời, Nhìn chung, nớc mặt thờng bị nhiễm bẩn do đất bờ xói mòn, rửa trôi, cây cỏ, xác súc vật thối rữa, do chất thải từ sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp, giao thông vận tải, vv - Nớc mặt chịu ảnh hởng đáng kể bởi thời tiết: mùa ma, nguồn nớc mặt thờng có trữ lợng lớn hơn nhiều so với mùa khô, chất lợng nớc cũng thay đổi lớn theo các mùa, gây khó khăn trong việc khai thác, xử lý. Chất lợng nớc nhiều sông ngòi vùng ven biển còn bị ảnh hởng bởi thủy triều. - Phải xử lý nớc mặt trớc khi sử dụng là điều kiện bắt buộc. Phân loại các nguồn nớc mặt Phân loại nớc mặt theo nồng độ khoáng hoá (TDS, mg/l): Rất thấp: < 100 mg/l Thấp: 100 - 200 mg/l Trung bình: 200 - 500 mg/l Tơng đối cao: 500 - 1000 mg/l Cao: > 1000 mg/l Nớc biển: nớc chứa tới 33 đến 37 g/l muối hoà tan 6 Phân loại các nguồn nớc mặt Sự có mặt của các chất mùn (humic): Nớc ít đục: < 350 Độ đục trung bình: 35 - 1200 Độ đục cao: 1200 Mức độ ô nhiễm về mặt vi sinh theo chỉ số Coli: Ô nhiễm nặng: > 10.000 con/l (Coli-Index); Ô nhiễm: > 1000 con/l; Ô nhiễm nhẹ: > 100 con/l; Chấp nhận đợc: > 10 con/l; Tốt: < 3 con/l. Phân loại các nguồn nớc mặt Ngời ta còn phân loại các nguồn nớc mặt cho các hệ thống cấp nớc tập trung theo tuần suất đảm bảo lu lợng nớc cấp trung bình tháng tối thiểu nh sau: + Hệ thống cấp nớc loại I: 95% + Hệ thống cấp nớc loại II: 90% + Hệ thống cấp nớc loại III: 85% 7 - Nớc ngầm ít chịu ảnh hởng bởi sự tác động của con ngời. - Không có các hạt keo hay các hạt cặn lơ lửng. - Không chứa rong, tảo. Các chỉ tiêu vi sinh tốt hơn nhiều trong nớc mặt. - Chứa nhiều các tạp chất khoáng hoà tan. - Có nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay đổi, nớc không có oxy hoà tan. 1.1.2. Thành phần và chất lợng nớc ngầm Bản chất địa chất của đất có ảnh hởng lớn đến thành phần hoá học của nớc ngầm. ở tất cả thời điểm, nớc luôn tiếp xúc với đất trong đó nó có thể bị giữ lại hoặc lu thông, nó tạo nên sự cân bằng giữa thành phần của đất và của nớc. Nớc chảy dới lớp đất cát hoặc granit là axit và ít muốn khoáng. Nớc chảy trong đất chứa canxi là hydrocacbonat canxi. Đặc tính chung về thành phần và tính chất của nớc ngầm là: Nớc có độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay đổi, nớc không có oxy hoà tan. Trờng hợp các lớp nớc trong môi trờng khép kín chủ yếu, lu thông kiểu cactơ, thành phần của nớc có thể thay đổi đột ngột với sự thay đổi độ đục và ô nhiễm khác nhau. Những thay đổi này liên quan tới sự thay đổi lu lợng của lớp nớc sinh ra do nớc ma. Ngoài ra nớc ngầm thờng có sự thuần khiết vi khuẩn lớn. 1.1.2. Thành phần và chất lợng nớc ngầm 8 Sự khác nhau chủ yếu giữa nớc mặt và nớc ngầm Vi khuẩn do sắt gây ra xuất hiệnVi trùng virut các loại và taoCác vi sinh vật Thờng có ở nồng độ cao do phân hoá học Thờng thấpNitrat Thờng có nồng độ caoThờng có ở nồng độ trung bìnhSiO 2 Thờng xuyên có mặtXuất hiện ở các nguồn nớc nhiễm bẩn NH 4 + Thờng không tồn tạiThờng gần bo hoàKhí O 2 hoà tan Thờng xuyên xuất hiện ở nồ ng độ cao Thờng rất thấp hoặc gần bằng không Khí CO 2 hoà tan Thờng xuyên cóRất thấp, trừ dới đáy hồFe và Mn hoá trị 2 ít thay đổi, cao hơn nớc mặt ở cùng một vùng Thay đổi theo chất lợng đất, lợng ma Chất khoáng hoà tan Thấp hay hầu nh không cóThờng cao và thay đổi theo mùa độ đục Tơng đối ổn địnhThay đổi theo mùaNhiệt độ Nớc ngầmNớc mặt đặc tính Một số loại nớc ngầm chủ yếu: + Nớc thổ nhỡng (gần mặt đất) + Nớc ngầm (trầm tích trên mặt và những lớp trên của vỏ phong hoá). + Nớc Kastơ (Đá vôi, đôlômít, các đá rửa lũa khác). + Nớc Actêzi (Các bồn, đá trầm tích) + Nớc mạch (khe nứt) (các đới khe nứt kiến tạo) + Nớc mỏ (phát sinh trong qua trình khai thác mỏ) 9 Phân loại các loại nớc ngầm Theo hàm lợng các chất khoáng (Tổng độ khoáng hoá TDS) Siêu nhạt < 0,2 g/l hay < 0,02% Nhạt 0,2 - 1 g/l hay 0,02 - 0,1% Lợ 1 -3 g/l hay 0,1 - 0,3% Hơi mặn 3 - 10 g/l hay 0,3 - 1% Mặn 10 - 35 g/l hay 1,0 - 3,5% Muối > 35 g/l hay > 3,5% Phân loại các loại nớc ngầm Theo độ pH Kiềm pH = 11 - 14 Kiềm nhẹ 8 - 10 Trung tính 7 Axit nhẹ 4 - 6 Axit 1 - 3 10 Phân loại các loại nớc ngầm Theo độ cứng toàn phần (mgđl/l): 6 loại : Ctp = 0 ữ 40 dH - nớc rất mềm (0 - 1,5 mgđl/l) Ctp = 4 - 80 dH - nớc mềm (2,5 - 3 mgđl/l) Ctp = 8 -120 dH - nớc có độ cứng trung bình (3 - 4,5 mgđl/l ) Ctp = 12 -180 dH - nớc tơng đối cứng (4,5 - 6 mgđl/l) Ctp = 18 -300 dH - nớc cứng (6 - 10 mgđl/l) Ctp > 300 dH - nớc rất cứng (>10 mgđl/l) 1.1.3. Nớc ma Nớc ma: có chất lợng tốt, bo hoà CO2. Tuy nhiên, nớc ma sẽ hoà tan các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau trong không khí và trong quá trình thấm qua đất. Nguồn nớc ma đợc sử dụng không nhiều lắm, chỉ giới hạn trong các trờnghợp khó khăn về nớc. Chất lợng phụ thuộc cờng độ/lợng ma, tần suất ma, điều kiện địa chất thuỷ văn, thổ nhỡng lu vực, phơng pháp thu gom và lu trữ, các điều kiện kèm theo trong quá trình ma, [...]... Thời gian lắng qua chiều sâu 1 m 2 .1 0-4 ữ 1. 1 0-6 1. 1 0-3 ữ 5 .1 0-4 24 .1 0-4 5 .1 0-2 ữ 27 .1 0-3 0 ,1 0,5 1, 0 7 .1 0-6 7 .10 ữ 17 .1 0-5 5 .1 0-3 1, 7 - 0,5 7 50 10 0 4 năm 0,5 - 2 tháng 2 ngđ 10 - 30 min 2,5 min 20 s 10 s Các hạt rắn có kích thớc nhỏ dới 0 ,1 m đợc gọi l huyền phù keo; phù keo từ 0 ,1 - 5àm l huyền phù mảnh; phù nh từ 5 - 10 00àm (1mm) l huyền phù mịn; phù mịn lớn hơn 1mm l các huyền phù thô phù thô... mg CaCO3 trong 1 l nớc 50,5 ppm CaCO3 = 1 mgđl (Ca + Mg)/l = 2,80dh 10 dh = 1, 780f = 1, 250Clark - Ctp = 0 ữ 40 dh - nớc rất mềm (0 - 1, 5 mgđl/l) - Ctp = 4 - 80 dh - nớc mềm (2,5 - 3 mgđl/l) - Ctp = 8 -1 20 dh - nớc có độ cứng trung bình (3 - 4,5 mgđl/l ) - Ctp = 12 -1 80 dh - nớc tơng đối cứng (4,5 - 6 mgđl/l) - Ctp = 18 -3 00 dh - nớc cứng (6 - 10 mgđl/l) - Ctp > 300 dh - nớc rất cứng ( >10 mgđl/l) Tác... sự có mặt Cl-, còn có NH4+, NO 2-, COD,.) 31 1.3 .10 Sunfua Hydro H2S 1. 3 .11 Các hợp chất Sunfat SO4 2-: - Do ho tan các khoáng chất: thạch cao, v o nớc hay do sản phẩm của oxy hoá H2S hay S 2- (từ nớc thải công nghiệp) - Thông thờng, nớc sông, hồ: [SO4 2-] < 10 0 mg/l - Nếu [SO4 2-] cao gây cặn lắng, do tăng độ cứng [MgSO4, CaSO4] gây hại cho sức khoẻ (Na2SO4 hại đờng ruột) + Nớc có Cl- v SO4 2- cao có... kéo v tự nén -> tạo nên 1 lớp m ng căng trên bề mặt Để phá vỡ m ng căng đó, cần tác phá dụng 1 lực nhất định ịnh Sức căng mặt ngo i của nớc lớn nhất trong các chất lỏng ớc Chì lỏng > nớc > xăng > axeton > rợu > c.lỏng khác 500 .1 0-5 N/cm 29 .1 0-5 N/cm 22 .1 0-5 N/cm 72 .1 0-5 N/cm 24 .1 0-5 N/cm Có sức căng mặt ngo i cao độ dính ớt (dính bám) cao -> mao dẫn Độ đục (Nephelometric Turbidity Unit - NTU) Độ trong... Nếu t0 =const -> K = const ở nhiệt độ xác định: [H+].[OH-] = K=const T0 = 250C -> K =1. 1 0 -1 4 g.ion/l pH = - lg [H+] pH xác định nồng độ ion [H+] có trong nớc 19 1. 3 Một số chỉ tiêu hoá học của nớc (tiếp) 1. 3.2 Các liên kết của Axit Cácboníc trong nớc CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO 3- 2H+ + CO3 2- (1) (PT cân bằng động của hệ Cácbonic trong nớc) H m lợng các th nh phần của H2CO3 gồm: HCO 3-, CO3 2-, CO2 ở cùng... 12 ,16 độ cứng tạm thời (độ cứng Cácbonát) Ck.: Muối của HCO3[HCO 3 ] với Ca2+, Mg2+ Ck = 61, 02 độ cứng vĩnh cửu (độ cứng phi Cácbonat) Cv: Các hợp chất CaCl2, MgCl2, MgSO4, CaSO4 C v =C tp - C t 27 Đơn vị đo độ cứng: mg CaCO3 /l Độ Đức: 10 dh = 10 mg CaO/l hay 19 ,9 mg MgO trong 1 l nớc Độ Pháp: 10 f = 10 mg CaCO3 trong 1 l nớc Độ Anh: 10 Clark = 10 mg CaCO3 trong 0,7 l nớc Độ Mỹ: 10 Mỹ = 1. .. trình: A- + HOH HA + OH- Khi cho v o nớc các ion H+ cân bằng chuyển dịch sang phải quá trình thuỷ phân muối xảy ra ho n to n Lợng axit cần thiết để trung ho ợng - trong 1 lít nớc gọi l độ kiềm to n các ion OH ớc phần hay độ kiềm định phân phầ phâ 24 1. 3.3 Độ kiềm: Độ kiềm to n phần của nớc: phầ ớc Kitp = [HCO 3-] + 2[CO3 2-] + [OH-] + [BO 2-] + [HPO 4-] + 2[HPO4 2-] + 3[PO4 3-] + [HS-] + [HSiO 3-] + (mgđl/l)... dạng: Ca2+ + 2HCO 3- CaCO3 + CO2 + H2O [CaCO3 ][CO2 ][H 2 O] Hằng số cân bằng phản ứng: K = 1 [Ca ][HCO ] 2+ 2 3 Nếu coi nồng độ [H2O] v [CaCO3] l không đổi [CO2 ] K2 = (hằng số), còn [Ca2+] = 2[HCO 3-] , khi đó: [HCO3 ] Nghĩa l các ion HCO 3- tồn tại trong dung dịch chỉ khi n o có mặt axit cácbonic (ở dạng CO2) tự do ở nhiệt độ 250C, k1 = 4,45 .1 0-7 ; k2 = 5,6 .1 0 -1 1 21 2HCO 3- CO2 + CO3 2- + H2O (2) H... v SO4 2- cao có tính ăn mòn tăng ớc Cl- tiếp xúc với bê tông lấy Ca2+ từ bê tông, tạo CaCl2 ăn mòn bê tông MgSO4 tác dụng với Ca(OH)2 của vôi Mg(OH)2 + CaSO4 1. 3 .12 Các hợp chất chứa Nitơ: NH4+, NO 2-, NO 3- , N-org 1. 3 .13 Các hợp chất chứa Silic: (dạng keo hay ion) H2SiO3 H+ + HSiO3HSiO 3- H+ + SiO32 H m lợng các hợp chất Silic thờng tính theo SiO3 2- (0 ,1 - 40 mg/l) Nớc cho nồi hơi không đợc chứa... CO3 2- + H2O (2) H m lợng CO2 cân bằng đợc xác định: CO2cb = pK1 pK2 + pSCaCO3 + 2lg[HCO 3-] + lg(Ca2+) - 34 5,96 Trong đó: K1 hằng số phân ly bậc một của axit cacbonic (pK1 = - lgK1); K2 - hằng số phân ly bậc hai của axit cacbonic (pK2 = - lgK2); SCaCO3 tích số ho tan của CaCO3 (pSCaCO3 = - lgSCaCO3); (Ca2+) h m lợng ion canxi mg/l; [HCO 3-] h m lợng ion hydrocacbonat mđlg/l; CO2cb h m lợng CO2 . sâu 1 m Các phần tử keo Sét mịn Sét Bùn Hạt cát mịn vừa lớn 2 .10 -4 ữ 1. 10 -6 1. 10 -3 ữ 5 .10 -4 24 .10 -4 5 .10 -2 ữ 27 .10 -3 0 ,1 0,5 1, 0 7 .10 -6 7 .10 ữ 17 .10 -5 5 .10 -3 . 4 - 80 dH - nớc mềm (2,5 - 3 mgđl/l) Ctp = 8 -1 20 dH - nớc có độ cứng trung bình (3 - 4,5 mgđl/l ) Ctp = 12 -1 80 dH - nớc tơng đối cứng (4,5 - 6 mgđl/l) Ctp = 18 -3 00 dH - nớc cứng (6 - 10 . nhạt < 0,2 g/l hay < 0,02% Nhạt 0,2 - 1 g/l hay 0,02 - 0 ,1% Lợ 1 -3 g/l hay 0 ,1 - 0,3% Hơi mặn 3 - 10 g/l hay 0,3 - 1% Mặn 10 - 35 g/l hay 1, 0 - 3,5% Muối > 35 g/l hay > 3,5% Phân