PHAN MO DAU
Hiện nay, một số nơi như các cơ quan, xí nghiệp, nhà trường, vẫn sử dụng nước dùng trong sinh hoạt và sản xuất là khai thác các nguồn nước ngầm bằng cách khoan các giếng công nghiệp, nước giếng khoan có trữ lượng ổn định và chất lượng tốt nhất Tuy nhiên trở ngại cho việc dùng nước ngầm hiện nay là trong thành phần nước ngầm thường bị nhiễm các hợp chất của kim loại nặng ở dạng hoà tan như: Fe(OH); ; Fe(HCO:); ; Mn(HCO; ); , các cặn lơ lửng Đặc biệt đo sự ô nhiễm môi trường ngày càng ra tăng nên nguồn nước ngầm còn có thé bị nhiễm các hợp chất Nitơ và một số hợp chất hữu cơ khác Các kim loại nặng Mn, Cr, cac gốc NO;, NH¿” và đặc biệt nguy hiểm nếu chứa một lượng Asen > 0,01mg/1 gây nên một số bệnh nguy hiểm, có thể dẫn đến tử vong
Các điều tra sơ bộ ở một số địa phương cho thấy, hàm lượng asen trong nước ngầm ở nhiều nơi vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với nước ăn uống và sinh hoạt, cao nhất là các tỉnh ở Đồng Bằng Bắc Bộ như Hà Nam, Hà Nội, Hưng Yên, Hà Tây, Phú Thọ Hàm lượng asen ở một số điểm cao gấp nhiều lần mức
cho phép như Quỳnh Lôi (Hà Nội) gấp 30 lần, Lâm Thao (Phú Thọ) gấp 50-60 lần, Lý Nhân (Bình Lục, Hà Nam) gấp 50 lần Vì vậy việc tiến hành xử lý các hợp
chất trên là cần thiết
Trang 2Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYÉT
1.1.Tình hình ô nhiễm Asen trong nước ngầm
Gần đây, hiện tượng nước ngầm bị nhiễm độc Asen đã được báo động, không chỉ ở các quốc gia nhu Hoa Ky, Bangladesh, An D6, Trung Quéc, ma 6 Việt Nam cũng đã bắt đầu xuất hiện ngày càng nhiều
1.1.1.Trên thế giới :
> Tại Hoa Kỳ
Từ hơn hai thập niên qua, Cơ quan Lượng định Địa chất Hoa Kỳ (US Geological Survey) đã phân tích và thâm định arsenic trong 18850 giếng khoan trên toàn quốc gia này Nồng độ arsenic của các mạch nước ngầm ở miền Tây Hoa kỳ chiếm tỷ lệ cao nhất; kế đến là miền Trung Tây và Đông Bắc Miền Đông Nam là nơi có nồng độ thấp nhất Trên 13% giếng khoan có nồng độ arsenic trên 5ug/I,
khoảng 1% có nồng độ trên 50ug/L
> Tai Banglades
1.1.2.Tại Việt Nam (Đông bằng Bắc Bộ)
Do cấu tạo địa chất, nhiều vùng ở nước ta nước ngầm bị nhiễm asen Khoảng 13,5% đân số Việt Nam (10-15 triệu người) đang sử dụng nước ăn từ nước giếng khoan, rất đễ bị nhiễm asen
Theo thống kê chưa đầy đú, cả nước hiện có khoảng hơn l triệu giếng
khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ asen cao hơn từ 20-50 lần nồng độ cho phép (0.01mg/1), ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của cộng đồng
Tại châu thổ sông Hồng, những vùng bị nhiễm nghiêm trọng nhất là phía Nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình và Hái Dương Ở đồng bằng sông Cửu Long, cũng phát hiện nhiều giếng khoan có nồng độ asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang
Trang 3Sự ô nhiễm asen ở miền Bắc phô biến hơn và cao hơn miền Nam 1/4 số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không xử lý ở ngoại thành Hà Nội đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố, Thanh Trì và Gia Lâm (18,5%)
Ở khu vực Hà Nội, Theo kết quả phân tích của Văn phòng đại diện
UNICEF tại Hà Nội và Trung tâm nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn trung ương 6 tháng đầu năm 1999 cho thấy, mẫu nước của 351 trong số tổng số 519 giếng khoan ở Quỳnh Lôi (Hai Bà Trưng - Hà Nội) được phân tích thì có 25% số mẫu có hàm lượng Asen vượt tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam và nếu theo
tiêu chuẩn của Tổ chức y tế thế giới (WHO là 0,01 mg/1) thì có tới 68% vượt tiêu
chuẩn cho phép
Tại tỉnh Thanh Hóa đã tiến hành phân tích Asen trong nước của 201 lỗ khoan nông tại các huyện Hoằng Hóa, Nông Cống, Thiệu Hóa Da số các lỗ khoan có hàm lượng Asen nhỏ hơn 0,05 mg/I Chỉ có 11 giếng khoan ở Thiệu Nguyên, huyện Thiệu Hóa có Asen lớn hơn 0,05 mg/l, cao nhất đạt 0,1mg/1 (4 giếng khoan)
Tại tỉnh Quảng Ninh đã phân tích Asen trong nước của 175 giếng khoan nông tại các huyện Đông Triều, thành phố Hạ Long, thị xã Uông Bí, huyện Hưng Yên Tất cả 175 mẫu đều có hàm lượng Asen nhỏ hơn 0,05 mg/1, chất lượng nước ở đây nhìn chung là tốt
Tại tỉnh Hà Tây chỉ có 01 kết quả phân tích Asen trong nước lỗ khoan nông có hàm lượng Asen lớn hơn 0,05 mg/I
Tại thành phố Hải Phòng, đã phân tích Asen trong nước của 49 lỗ khoan nông tại huyện An Hải, thị xã Đồ Sơn, quận Ngô Quyền, chỉ có 01 mẫu nước lỗ khoan có hàm lượng Asen vượt tiêu chuẩn cho phép Việt Nam 3 lần
Trang 4Tại tỉnh Thái Bình, qua phân tích trong nước ngầm của 195 lỗ khoan nông tại các huyện Đông Hưng, Hưng Hà, Kiến Xương, Quỳnh Phụ, Tiền Hải, Vũ Thư
và thị xã Thái Bình, kết quả tất cả 195 mẫu đều có hàm lượng Asen nhỏ hơn 0,05
mg/l
Tại Ha Nam: 1819/1928 (94,3%) giếng khoan có asen > TCCP của Việt
Nam và quốc tế (<=10 ppb); 60,2% từ 100 — 500 ppb
Nồng độ khác nhau về hàm lượng Asen trong các nguồn nước ở mỗi vùng nghiên
cứu, ngoài những đặc điểm đặc trưng riêng về điều kiện địa chất, địa lý tự nhiên còn được quyết định bởi nhiều hoạt động kinh tế dân sinh
1.2 Nguyên nhân gây nhiễm độc Asen cho nước ngầm
Liên quan đến nhiễm độc Asen cho nước dưới đất, trên thế giới đã có nhiều cách giải thích nguyên nhân gây nhiễm độc như:
e Do Asenopyrit chứa trong trầm tích Aluvi bị oxy hóa bởi Oxy từ khí quyền cho phép giải phóng Asen và tích tụ trong nước đưới đất
¢ Qua trinh trao đôi ion Sunfat chứa trong phân bón dư thừa trong đất và ion Asen trong khoáng vật chứa Asen cho phép giải phóng và tích tụ Asen trong nước đưới đất
e_ Điều kiện môi trường khử cho phép khử ion Oxyhydroxit sắt (FeOOH) trong dat đá dé giải phóng và tích tụ Asen trong nước; mối liên quan chặt chẽ giữa hàm lượng Asen, sắt và Mangan
Từ các cách giải thích nêu trên, người ta cho rằng ở Việt Nam, Asen trong nước đưới đất có hàm lượng cao đo 3 nguyên nhân sau đây:
Trang 5° Nước dưới đất ở đồng bằng Bắc bộ có hàm lượng Asen cao có liên quan nguồn gốc với các khoáng vật chứa sắt và Mangan trong đất đá, tầng chứa than bùn hoặc tầng bùn sét phân bố khá rộng rãi ở cá hai đồng bằng trên
° Asen có hàm lượng cao trong nước đưới đất có thể có nguồn gốc liên quan với các vùng đá gốc chứa hàm lượng Asen dị thường (như ở đông nam bản Phúng huyện Sông Mã, tỉnh Sơn La)
° Asen trong nước đưới đất cao có nguồn gốc từ nước thải công nghiệp (như ở khu vực Việt Trì)
Tuy nhiên, cũng không loại trừ ô nhiễm là do tác động của con người như gần các nhà máy hoá chất, những khu vực dân tự động đào và lấp giếng không
đúng tiêu chuẩn kỹ thuật khiến chất bân, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch
nước Theo điều tra của UNICEFE, asen có trong tất cả đất, đá, các trầm tích được hình thành từ nghìn năm trước tại Việt Nam, với nồng độ khác nhau Thạch tín từ đá tan vào các mạch nước ngầm Vì vậy, mọi nơi trên lãnh thổ Việt Nam đều có
nguy cơ nhiễm asen
1.3.Tác hại của ô nhiễm Asen Asen - “sát thủ” vô hình Asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước, cả
khi ở hàm lượng có thể gây chết người, nên không thể phá hiện Vì vậy, các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vôi hình”
Theo Tổ chức Y tế thế giới WHO cứ 10.000 người thì có 6 người bị ung
thư đo sử dụng nước ăn có nồng độ asen > 0,01 mg/1 nước.Tại Bangladesh, Án Độ, Việt Nam và Chile, thạch tín (asen) là mỗi đe dọa lớn đối với sức khoẻ người dân
Asen là một chất rất độc Có thể chết ngay nếu uống một lượng bằng nửa
hạt ngô (bắp) Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi asen sẽ có biểu hiện: khát nước đữ đội,
Trang 6đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí tiểu
và tử vong nhanh Nếu bị nhiễm độc asen ở mức độ thấp, mỗi ngày một ít với liều
lượng dù nhỏ nhưng trong thời gian đài sẽ gây: mệt mỏi, buồn nôn và nôn, hồng cầu và bạch cầu giảm, đa sạm, rụng tóc, sút cân, giảm trí nhớ, mạch máu bị tốn thương, rối loạn nhịp tim, đau mắt, dau tai, viêm đạ dày và ruột, làm kiệt sức, ung thư
Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khoẻ là khả năng gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối loạn tuần hoàn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu cục bộ cơ tim và não), các loại bệnh ngoài da (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hoa, ung thu da ), tiéu đường, bệnh gan va các vấn đề liên quan tới hệ tiêu hoá, các rối loạn ở hệ thần kinh - ngứa hoặc mắt cảm giác ở chi và khó nghe Sau 15 - 20 năm kế từ khi phát hiện, người nhiễm độc thạch tín sẽ chuyên sang ung thư và chết
Chương 2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
2.1.Các nghiên cứu ở nước ngoài 2.1.1 Giải độc thạch tín
Dai hoc Kalyani, Án Độ, đã tìm ra một phương pháp hiệu quả và rẻ tiền giải độc asen trong cơ thể của những người sử dụng nước ngầm ô nhiễm bằng thuốc giải độc có tên arsenicum album Tuy nhiên, loại thuốc này vẫn đang trong thời gian thử nghiệm
Trang 7Trong trường hợp đã bị nhiễm độc asen, muốn giảm bớt các triệu chứng của bệnh do asen, người bệnh cần được đảm bảo chế độ ăn uống thật tốt, giảm protein, bổ sung các vitamin để giúp cơ thể thải loại asen nhanh hơn Bên cạnh đó,
bệnh nhân có thê đùng thuốc giúp gan thải asen ra khỏi cơ thể như thuốc DMPS va
DMSA Tuy nhiên phải có sự hướng dẫn của bác sĩ vì đây là những loại thuốc có thể gây ra nhiều phản ứng phụ
2.1.2 Dò nước ô nhiễm asen bằng vi khuẩn phát sáng
Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ môi trường Thụy Si đã lợi dụng khả năng nhạy cảm với asen của vi khuẩn Escherichia coli dé biến đổi gen sao cho chúng phát sáng khi dò thấy asen trong nước Thành công trên có thé cứu sống nhiều người đang sứ dụng nước ngầm bị ô nhiễm loại chất độc tự nhiên này E.coli hiện cũng đang được thử nghiệm tại Việt Nam, chi phí thấp mà không bị giải phóng các hoá chất độc hại vào môi trường
2.2.Các nghiên cứu ở trong nước 2.2.1.Cách nhận biết Asen
Theo Tiến sĩ Trần Hồng Côn, Bộ môn Công nghệ hoá học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, không thể nhận biết được asen trong nước qua cảm quan Kể cả nước trong và có cảm giác sạch vẫn có thể chứa chất độc này Việc đun sôi và lọc vi trùng cũng không loại được asen, mangan và một số kim loại nặng khác
Với bộ kit thử asen của Viện Địa chất, chi mat 7 phút đẻ phát hiện có độc chất asen trong nước hay không Bộ kít có có giá 150.000 đồng, thử được 25 lần Với bộ kit nay, co thể xác định được hàm lượng Asen trong nước từ 0,005mg/1 đến
1,5mg/
Trang 8Bộ kit bao gồm một lọ phản ứng, một lọ giấy chỉ thị Asen, một lọ bột khử cho 25 lần thử, một lọ dung dịch As-I và panh gắp Tất cả được chứa trong một
chiếc túi nhựa có kích cỡ bằng bàn tay Người sử dụng chỉ cần đặt giấy chỉ thị vào
nắp lọ phản ứng, đồ mẫu nước, dung dịch và bột khử vào lọ phản ứng theo chỉ dẫn rồi đậy chặt nắp lại Nếu giấy chỉ thị chuyển sang màu vàng là biết nước có nhiễm
asen
2.2.2 Chế tạo bình lọc asen trong nước sinh hoạt
Sử dụng đất sét, đá ong, đá son (limônit) đã được biến tinh, các chuyên gia khoa Hoá, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đã chế tạo thành công thiết bị xử lý asen trong nước sinh hoạt, rất an toàn, tiện lợi cho các hộ gia đình
Về cơ bản, bình lọc có cấu tạo như các bình lọc thông thường nhưng bộ cột lọc có tính năng ơxy hố và hấp phụ để giữ lại asen Bình lọc có thể bằng inox hoặc nhựa với hai ngăn Ngăn thứ nhất chứa một cột hấp phụ làm từ các hạt đất sét, đá ong và đá son đã được biến tính nhiệt và biến tính nhiệt hoá Khi nước chảy qua cột này, asen và mangan trong nước sẽ bị giữ lại, còn nước sạch chảy vào ngăn thứ hai để sử dụng
Theo tính toán, thiết bị xử lý asen quy mô hộ gia đình bằng inox có dung
tích 20 lít có giá thành khoảng 450.000 đồng Thiết bị tương tự nhưng bằng nhựa
có giá thành khoảng 300.000 đồng Khi sản xuất hàng loạt, giá có thể rẻ hơn Hộ gia đình 5 người sử dụng nước ăn uống thì trung bình một năm phải thay cột hấp phụ một lần với chi phí khoảng 20.000 đồng
Asen thu hồi triệt để có thể sử dụng vào mục đích khác hoặc đem chôn lấp an toàn
Trang 9Bình lọc asen Chất hấp phụ - đá ong
Chương 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Arsenic hiện diện trong nước ngầm ở trạng thái yếm khí đưới dạng As(III)
(arsenite) trung tính Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) một phần lớn As(III)
sẽ hoán chuyền thành As(V) (arsenate) và cho ra ion âm Do đó mọi phương pháp xử lý đều tập trung vào việc khtr arsenate
3.1.Phương pháp kết túa
Arsenat, AsO¿* có khả năng tạo thành một số hợp chất kết tủa có độ tan thấp như sắt arsenat FeAsOx, canxi Arsenat Ca;(AsO¿);, hay mangan arsenat Mn;(AsO,); lon sắt, canxi, mangan, thường gặp trong nước ngầm và cũng cần được xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng cho nước bằng phương pháp vôi, sôđa Trong các quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được một phần arsen hoặc có thé bổ xung trực tiếp các yêu tố gây kết tủa từ ngoài vào
Khi đưa Fe III, chủ yếu là FeCl; vào nước, sắt Arsenat hình thành rất nhanh (khoảng 10 giây) thành không tan Tích số tan của sắt arsenat 14 10°? mol*/’, vi vậy nồng độ của arsen dư trong nước sau kết tủa theo tính toán lý thuyết là 0.0195ug/1
Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa arsen là 7, trong môi trường kiềm, song song với sự tạo thành sắt arsenat còn các phản ứng cạnh tranh tạo ra sắt hydroxit và oxit, còn trong môi trường axit thì arsen nằm ở dạng hợp chất trung hoà không tham gia phản ứng kết tủa Phản ứng tạo ra mangan arsenat cũng có thể tiến trình tương tự Kết tủa arsen dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện được
với As(V), tức là trước đó cần oxy hoá triệt để As(III) thành As(V) Sau khi kết
tủa arsen, nước được lọc, hợp chất arsen dạng keo được giữ lại trong tầng lọc theo
cơ chế hap phụ trên vật liệu lọc và với chính nó đã bị hấp phụ trước đó
Sơ
Trang 10A Mixing C Sedimentation B Precipitation D Filtration (Upflow)
xử lý các yếu tố đó là đã loại bỏ được một phần arsen
Nhiều nguồn nước chứa đồng thời cả sắt hay mangan hoặc độ cứng cao, khi KHỬ TRÙNG Ưu điểm Có thể xử lý triệt để và nhanh chóng Asen > Khuyét diém S O° S
Tiêu tốn nhiều hóa chất
Có thể làm tắc nghẽn các công trình phía sau Ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý 3.2.Phương pháp trao đổi ion
Trang 11Nếu nguồn nước chứa As có độ khoáng thấp (<500mg/l) và ít sunfat
(<25mg/l) thi có thể sử dụng phương pháp trao đổi ion để xử lý As Oxy hoá As(II) thành As(V) trước khi trao đổi nhưng không cần phải điều chỉnh pH Nước
sau khi được làm trong và clo hoá (oxy hoá)được chảy qua cột chứa anionit mạnh dạng CT có độ dày 0.75 — 1.5m, trao đổi ion tai pH = 8 - 9 tái sinh được thực hiện
khá dé đàng với mối NaCl
Sử dụng anionit mạnh thương phẩm ( ví dụ Dowex 11) với thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng 5- 6 phút đạt mức độ làm sạch rất cao Tuy nồng độ sunfat nhưng vẫn tìm ân nguy cơ nó đây As ra khỏi nhựa, có thời điểm nước sau xử lý cao hơn nước đầu vào tới 160%
Nhìn chung các anionit khác nhau ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý As, thời gian tiếp xúc từ khoảng 1,5 — 5 phút cũng ảnh hưởng không đáng kế đến hiệu quả của cột Tái sinh nhựa có thể sử dụng dòng cùng chiều Lưỡng dung dich NaCl 3.5% cần đề tái sinh không vượt quá 3 lần thẻ tích tầng nhựa, As được tách ra khỏi nhựa còn dễ hơn cả bicarbonat do hiệu ứng đảo tính chọn lọc của HAsO/7 Dung dịch tái sinh có thể được xử lý bằng cách là bổ xung muối sắt (II) hay muối nhôm (phèn nhôm) hoặc vôi Phản ứng hoá học xảy ra:
3Na,HAsO, + 3H,O + 2FeCl; < Fe(OH); + Fe(H2AsO,)| + 6NaCl
2Na,HAsO, + NaHCO; + 4Ca(OH), «> CaCO3| + Ca3(AsO4) + 3HạO + SNaOH Lượng nhôm hay sắt sử dụng trong thực tế cao hơn so với phản ứng trên, có thé cao hơn tới hơn 20 lần
Trang 12Sơ đỗ công nghệ xử lý Asen sử dụng phương pháp trao đối iôn
KHỨ TRÙNG
Fm] W NƯỚC
> Uu điểm
o_ Có lợi thế là không cần điều chỉnh pH của nước trong quá trình xử lý o_ Có thể sử dụng muối ăn để tái sinh chất trao đổi ion với hiệu quả cao(§5-
100 %) > Khuyét diém
o_ Không có lợi về mặt kinh tế nếu nồng độ sunfate >250mg/1 và tổng lượng cặn tan vượt 500mg/1
o_ Tiềm ấn nguy cơ đây Asen ra khỏi nhựa trao đôi 3.3.Phương pháp hấp phụ (y- Al,03)
Với các nguồn nước có độ khoáng cao, phương pháp hấp phụ tỏ ra có hiệu quả do tính tương tác đặc thù của hệ Vật liệu hấp phụ được sử dụng là một số OXÍt kim loại như nhôm, sắt, mangan, hay hỗn hợp các oxit kể trên Arsen (dạng arsenat) hap phụ trên các vật liệu oxit trên theo nhiều tác giả là theo cơ chế tạo ra phức chất bề mặt trên chất rắn Theo đó, trước khi tạo ra liên kết hoá học chúng được hấp phụ và nó thường là giai đoạn chậm nhất của quá trình
Nhôm oxit dang y (y- AlzO›) là chất hấp phụ arsen được sử dụng rộng rãi nhất, vật liệu này thường là dạng hạt có kích thước không lớn (0.3-0.6mm) Nhôm
Trang 13oxit có tính năng chọn lọc đối với các anion theo: OH > H;AsO¿' > Si(OH)O” >
F >HseO; > SO,” > CrO,” >> HCO; > Cl > NO; > Br >I
Nhôm oxit được dùng làm vật liệu hấp phụ arsen là do độ chọn lọc cao của nó đối với hợp chất arsen Vì là quá trình tạo phức trên bề mặt chất rắn nên điện tích bề mặt của chất hấp phụ chỉ được sử dụng một phần, tại các trung tâm hoạt động có khả năng tạo liên kếtt phức chất, vì vậy nhôm oxit có diện tích bề mặt cao sẽ thuận lợi cho quá trình hấp phụ Tuy vậy dung lượng hấp phụ của nhôm oxit đối với arsen cũng không cao do nồng độ của arsen trong nước thường rất nhỏ Với nhôm oxit có diện tích khoản 400m”/g dung lượng hấp phụ arsen cũng chỉ đạt 1,4mg As/ml nhôm oxit (xấp xỉ 1,6mg/g) tại pH = 6 pH thích hợp cho quá trình hấp phụ As trên nhôm oxit nằm trong khoảng 5.5-6.0, tai pH cao hơn, ví dụ pH=8 dung lượng hấp phụ chỉ còn non một nửa so với nó tại pH = 6 dung lượng hấp phụ của nhôm oxit đối với As giảm rất mạnh khi có mặt sunfat nhưng hầu như không tác động của ion clorua Tap chất hữu cơ, chất keo có mặt trong nước cũng ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp phụ của arsen trên nhôm oxit
Arsen tạo phức chất trên bề mặt nhôm oxit khá bền nên khi tái sinh phải dùng dung dịch xút 4% sau đó trung hoà lại với axit sunfuric 2% Tuy vậy dù có tăng nồng độ axit thì cũng chỉ tách được 50 — 70% lượng arsen trong chất hấp phụ, do vậy dung lượng hoạt động của chu kì sau giảm 10 — 15% và nhôm oxit sẽ mắt tác dụng sau vài chu kì hoạt động Do khó khăn trong việc tái sinh và xử lý dung dịch tái sinh chứa nồng độ arsen cao nên một số nhà công nghệ có ý định chỉ sử dụng cột một lần sau đó loại bỏ chất hấp phụ đã bảo hoà arsen
Ngoài ra, Sắt oxit, Mangan dioxit gần đây cũng được sử dụng làm chất hấp phụ arsen Đặc biệt là Mangan dioxit có khả năng oxy hoá trực tiếp As(III) thành As(V) ngay trong cột hấp phụ mà không cần tới oxy hoà tan
Do có nhiều chất có thể sử dụng làm chất hấp phụ arsen mà những chất này có thể tồn tại sẵn ở trong nước (Fe, Mn) hoặc là hoá chất dùng để xử lý nước (phèn nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tô trên để xử lý arsen đồng thời
Trang 14loại bỏ các thành phần đó Để đạt hiệu quả tốt cần chú ý tới các điều kiện oxy hoá
As(II) thích hợp vì tính hấp phụ của As(III) thấp hơn nhiều so với As(V)
Dung dich tái sinh nhôm oxit bão hoà arsen có thể xử lý như sau: dung dịch
tái sinh kiềm và axit chứa một lượng nhôm tan đủ đề kết tủa thành dạng hydroxit
nếu sử đụng axit đưa pH của nó về 6.5, arsen sẽ cùng kết tủa mang tính định lượng Nước được tách khỏi chất rắn chứa nồng độ arsen rất thấp
Sơ đỗ công nghệ xử lý Asen sử dụng phương pháp hấp phụ
KHỬ TRÙNG
CAP
= BM Bem |s)
> Uu diém
o It bi anh hwéng néu ham lvong sunfate và cặn tan (nồng độ ion tong) 6_ z-AlạO; có tính hấp phụ chọn lọc đối với các hợp chất của Asen
> Khuyét diém
o Kho khan trong viéc tai sinh y -Al,03
Trang 15Chương 4:
TÍNH TỐN VÀ THIẾT KÉ HỆ THÓNG XỬ LÝ NƯỚC NGÀM KHU VUC DONG BANG BAC BO CO HÀM LƯỢNG ASEN 10mg/1 VỚI CÔNG
SUÁT 1000nỶ /ngàyđêm 4.2.Tính toán và thiết kế hệ thống
Dựa trên những ưu điểm của phương pháp hấp phụ nên lựa chọn Sơ đồ công nghệ xứ lý Asen bằng phương pháp hấp phụ để tính toán và thiết kế KHỬ TRÙNG CÁP pe) fa) GS] eo G8) |) Chú thích L] Bơm Nước Bùn
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước được bơm từ giếng lên giàn mưa Tại giàn mưa nước sẽ được làm thoáng qua hệ thống sàn tung, Asen được chuyên từ asenic sang Asenate đồng thời qua đó một phần Fe”', Mn* chuyén thanh Fe** va Mn“ , quá trình oxi hóa này sẽ được tăng cường qua bề lắng đồng thời một phần hợp chất keo của sắt, mangan và asen sẽ được lắng ở bể lắng, một phần sẽ được dẫn qua bể lọc và được giữ lại ở bể
Trang 16lọc Sau đó nước sẽ được tiếp tục bơm qua cột hấp phụ từ phía dưới nhằm để tăng thời gian hấp phụ, tại đây các kim loại nặng sẽ được hấp phụ và được khử trùng bằng clorator và được đưa vào hồ ổn định và phục vụ cho cấp nước
Cặn được sinh ra từ bể lắng và sau rửa lọc được tập trung tại bể chứa cặn và nước sau rửa lọc sẽ được đưa trở về giàn mưa để xử lý lại
4.2.1.Giàn Mưa Nhiệm vụ :
e Khử CO; trong nước
e Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để Fe?” oxy hoa thanh Fe** Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên
Chọn cường độ tưới là 10 m”/mỶ.h,, diện tích bề mặt cần cho giàn mưa là: S =Q/ q„= 1000/24 10=4,17 m”
Trong đó:
e_ Q= 1000 m`/ngày: cơng suất trạm xử lý
® qm: cường độ tưới (m'/mˆ.h)
Chọn diện tích mặt bằng cho gìan mưa là : dài rộng = 2 2 m Chia giàn mưa thành 2 ngăn, mỗi ngăn có kích thước : 2 l m
Vậy diện tích toàn bộ giàn mưa là (2 l) 2= 4 m”
Số sàn tung: 3, (vì hiệu quả hoạt động của 3 sàn tung đầu tiên thường là cao, còn các sàn kế tiếp thường rất kém)
Chọn khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7m Vậy chiều cao phần làm thoáng là 0,7 3 = 2,1 m
Đường kính lỗ cũng như số lỗ trên 1 sàn tung: chọn đường kính lỗ là
14mm và bước lỗ là 50mm
Chọn sàn tung là các tắm inox có kích thước 1 l m cần sử dụng 4 tắm inox cho | san tung
Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước : góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm ngang là 45°, khoảng cách giữa 2 cửa chớp kế tiếp là 200mm, cửa chớp được bồ trí ở xung quanh trên toàn bộ chiêu cao của giàn mưa, noi co bé mat tiép
Trang 17xúc với không khí Các cửa chớp này được xây dựng cách các mép ngoài của sàn tung 0,6m
Sàn thu nước: được đặt đưới đáy giàn mưa, có độ đốc 0,02 về phía ống dẫn
nước xuống bề lắng, kết cấu san thu là bê tông cốt thép
Hệ thống ống thu nước và xả cặn của giàn mưa: ống thu nước đặt ở đáy sàn thu nước cao hơn mặt đáy sàn ít nhất là 200mm,
Chọn tốc nước trong ống dan 1 1 m/s, dién tích ống đẫn nước là S =Q /v = 1000 / 86400.1= 0.01157(m”) p= [45 = [4:9:0157 _ oom) a a Chon duong kinh D=110mm, kiểm tra lại vận tốc “4 %4 86400.z.0,11 Hệ thống phân phối nước : chọn 2 ống, mỗi ngăn I ống dẫn chính và có vận tốc v = 0.8m/s nên đường kính ống là: Ø 1000 _; 2 103g) v 86400.2.0,8 -3 pa, [45 = [47-210 _ 6m) 7 TU Chọn đường kính D=90 mm, Kiểm tra lại vận tốc „.Ø _ 10004 S 86400.z.0,09? =0,91(m/s)
Trén 1 éng dan chinh, ta sắp xếp các ống phân phối chính, chọn khoảng cách giữa 2 ống phân phối chính là Im Nhu vay trên I ngăn của giàn mưa có 2 ống phân phối chính, trên ống phân phối chính có các ống nhánh được nói với ống
phân phối chính theo hình xương cá, ống phân phối chính có chiều dài bằng chiều
rộng giàn mưa là Im Chọn vận tốc nước chảy trong ống phân phối chính là Im/s,
Trang 18đường kính các ống phân phối chính là:
D= |#° = —_ =60,7(mm)
mv 86400.2.2.7.1
Chọn các ống phân phối chính có đường kinh 14 60mm, kiém tra lại vận tốc nước
trong ống phân phối chính: v- +0 _ 4.1000 z.D° 86400.2.2.7.0,06° =1,024(m/s) Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 500mm Như vậy số ống nhánh trên 1 ống phân phối chính là : n=2.(1/0,5+1)=6 (ống) 1000 Lượng nước vào các ống nhánh là: 4, “———.—- 86400.2.2.6 = 4,83.10* (m/s) Chọn vận tốc nước trong ống nhánh là 1,4m/s Như vậy đường kính của -4 ông nhánh là: Z= 4,4 _ [483.1074 _ 21(mm) Z.v 1,4
Tổng diện tích lỗ trên 1 éng nhánh theo quy phạm chọn từ 30 — 35% diện
tích tiết diện ngang của ống phân phối chính, chọn tỉ lệ này là 30% tổng diện tích lỗ phun là: 0,3 ae =8,5.10*(w°) Chọn đường kính lỗ phun mưa là 10mm, số lỗ phun mưa trên 1 ống nhánh là : £ 1Ä _ TÄ TA yr X yen ge ax 85.107 x sô lỗ =Tông diện tích lỗ /Diện tích một lỗ = x =11(ô) 4 Thời gian làm thoáng của nước : /= = = Fm = 0,65(s) & ›
Tổn thất thủy lực qua giàn mưa: là 0,5m
Tóm tắt kết quả tính tốn giàn mưa
Thơng số tính toán Đơn vị Giá trị
1.Cường độ tưới m/m”.h 10
Trang 19
2.Diện tích bề mặt giàn mưa m 4
3.Chiều cao phần làm thoáng m 2,1
4.Đường kính lỗ sàn tung mm 14
5.86 tắm inox cho giàn mưa tắm 12
6.Ống thu nước và xả cặn của giàn mưa mm 110 7.Óng dẫn chính mm 90 §.Óng phân phối chính mm 60 9.Óng nhánh mm 21 10.Thời gian làm thoáng s 0,65 4.2.2.Bé lang ngang Nhiệm vụ : lắng cặn và tăng quá trình phản ứng oxi hóa Nguyên lý hoạt động
Nước từ sàn thu nước của giàn mưa dẫn qua bẻ lắng, sau đó đi qua các 16 trên vách ngăn và chảy qua vùng lắng Tại đây, các hợp chất kết tủa của asen sẽ được lắng lại I phần, nước sau khi đi từ đầu bể đến cuối bể sẽ đi qua các lỗ thu nước bề mặt và các máng thu nước cuối dẫn vào mương thu nước và phân phối nước đi vào các bể lọc Cặn sẽ được định kỳ xả ra ngoài ra giàn ống thu nước xả cặn
Dung tích bề lắng W-Q.T= TT b5 =62,5(m`)
Trong đó:
Q = 1000 mỶ /d: công suất xử lý của trạm T = 1,5 h: thoi gian lưu nước trong bê
Lấy chiều cao vùng lắng trong bể là 2,5m Diện tích mặt bằng bể lắng là:
c-W_62,5_ H, 2,5 25m?
Chọn chiều rộng bẻ lắng là 2,5m thì chiều dài của bề là 10m
Trang 20Đầu bể lắng có thiết kế một tường chắn để phân phối dòng nước vào bẻ
Tường phân phối này cách tường đầu bể 1m Trên tường phân phối có đục các lỗ
để phân phối điều nước vào bể lắng Chọn vận tốc nước qua lỗ phân phối là
0,3m/s Tổng điện tích các lỗ phân phối trong bể lắng là: 1000 ——————=0.,09%ˆ 86400.0,3 Tổng diện tích lỗ = Chọn kích thước 1 lỗ là 50.50mm Tổng số lỗ trên vách phân phối trong bể , 2 ax 0,039 x lang là: Tông sô lô= —-—— =15,6(16 8 8 0,05.0,05 (10)
Chọn số lỗ phân phối trên vách phân phối trong bề lắng là 15 16 Kiểm tra lại vận tốc nước chảy qua các lỗ phân phối: v= _— 190 =0,309m/s
86400.15.0,05°
Chiều cao hữu ích của vách phân phối nước vào là chiều cao mà trong đó
bố trí các lỗ phân phối, chiều cao hữu ích của vách phân phối cũng chính là chiều
cao vùng lắng trong bể Diện tích hữu ích của vách phân phối nước vào là 2,5.2,5
=6,25m”
Chọn chiều cao hàng lỗ duới cùng cách chiều cao lớp cặn là 0,3m, chiều cao vùng chứa cặn là 1m Vay hang lỗ dưới cùng cách đáy bể là 1,2m
chiều đài làm việc của bể lang 1a: Lyg = 10 — 1,2= 8,8 m
Tinh phan thu nước cuối bể: str dung ống thu nước bề mặt
Chiều dài ống thu nước Lạ, = 1⁄3 Lys = 1/3 10 = 3,3 m
Sử dụng 2 ống thu nước bề mặt trong bể, khoảng cách giữà ống là 1,5m, khoảng cách từ mỗi ống đến tường là 0,5m Chọn vận tốc nước chảy trong ống là
0,6m/⁄s Lưu lượng nước dùng để tính đường kính ống thu lấy lớn hơn 30% lưu
Trang 21Chọn D=l 10mm, kiểm tra lại vận tốc v= g- — 10004 - =1,2(m/s)
%_ 86400.z.0,11
Trên các ống thu có khoan các lỗ thu đường kính 20mm, vận tốc nước chảy qua lỗ lấy là Im/s Tổng diện tích các lỗ thu trên 1 ống thu là: Siã= Su = 0,008 =0,008z” Vụ 1 Tổng số lỗ trên 1 ống là: 4 Lax 0,008 x Tong so 16 = — ` Z——— 0,02? =26 (lỗ đô) 4
Chọn số lỗ trên ống thu nước là 26 lỗ, các lỗ sẽ được bó trí 2 bên thành ống so le với nhau như vậy mỗi bên thành ống có 13 lỗ Các lỗ được bồ trí theo hướng nằm ngang, khoảng cách giữa các lỗ là: 1= = = 253(mm)
Tinh chiéu cao bé lang :
Chọn chiều cao công tác trong bề ( chiều cao từ mặt nước tới sàn công tác) là 0,3m
Chọn phương pháp xả cặn trong bề là xả cặn bằng thủy lực, chọn chiều cao vùng chứa cặn là Im và chiều cao an toàn từ lớp cặn cho đến vùng lắng là 0,3m Thời gian giữa 2 vùng xả cặn sẽ được xác định khi đưa bể lắng vào hoạt động Chiều cao của bề lắng là: H=H, + Hee + Her = 2,5 + 1,5+ 0,3= 4.3m Trong do: e Hị: chiều cao lắng e H,.: chiều cao hần chứa cặn, có tính đến chiều cao an toàn từ bề mặt lớp cặn đến chiều cao lắng
e© Hạ: chiều cao công tác
Hệ thống thu xả cặn: sử dụng hệ thống thu xả cặn bằng thủy lực, sử dụng ống thu xả cặn đặt ở trung tâm bể lắng, đọc theo chiều đài bể
Trang 22Giả sử khi lượng cặn chiếm đầy thé tích vùng chứa cặn tức là chiều cao lớp
cặn là Im ở đáy của bể lắng, thể tích của cặn là: v„¿„ = 2,5 I 8,8 = 22 (m”)
Tính toán ống xả cặn sao cho lượng cặn cần phải xả (khi cặn chiếm đầy thể tích chứa cặn) là 60% trong thời gian là 30 phút Vậy lượng cặn cấn xả là:
0,6 22 = 13,2 mỉ trong 30 phút hay 0,0073 mỶ⁄s chọn vận tốc cặn khi xả cặn
trong ống xả là Im/s.Đường kính ống xả cặn là:
4 4 -
D xa can= = eon =, 4.0,073 _ 96mm 7.V Z.l
Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính 90mm, có chiều dài bằng chiều
dài làm việc của bề lắng , chiều dài ống là 8,8m Kiểm tra lại vận tốc
„.Ø — 10004
$ 86400 0,09? =1,15(m/s)
Ta chọn khoảng cách giữa các lỗ là 300mm Như vậy trên ống xả cặn có
tong cong [( 8,8/0,3 )-1 ].2 =56 (1d)
Các lỗ xả cặn được bố trí thành 2 hàng so le với nhau ở 2 bên thành ống xả cặn Với 56 lỗ thì mỗi bên ống có 28 lỗ, chọn đường kính lỗ xả cặn là 20mm Cách bố trí các lỗ trên ống xả cặn giống cách bố trí các lỗ trên ông thu nước đã lắng
Đáy bể lắng ngang có độ dóc theo chiều dọc là 0,02 theo chiều ngược với chiều nước chảy và độ dốc ngang từ thành bề về phía Ống thu cặn là 45”
Vận tốc trung bình của đòng nước trong bề lắng là :
Vv, = Bi = 361002.535 =0,0020n/s)
Thiết kế phần máng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào các bể lọc : các máng thu nước ở cuối bề lắng ( hay máng phân phối nước vào các bề lọc) được tính toán dựa trên chọn lưu lượng nước cần thu và vận tốc nước chảy trong máng thu Các máng nà được xây dựng bằng bêtông cốt thép ở phía cuối bé lắng lưu lượng tính toán máng thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng xử lý
O, =1,33.0 chà =54,17(m` /h)
Trang 23Chọn vận tốc chảy trong máng thu là 0,6m/s Diện tích mặt cắt máng thu là: ¬ 0,0250)
0,6 3600.0,6
Chọn máng có kích thước là : 0,16 0,16m Máng này sẽ được xây dựng tương tự như phần máng của hệ thống cũ, chiều cao từ sàn công tác đến mặt nước trong máng lấy là 0,3m Chọn tốn thất áp lực qua bề lắng là 0,5m Bảng tóm tắt kết quá tính toán bể lắng ngang
Thông số tính toán Đơn vị Giá trị
1.Thời gian lưu nước h 1,5 2.Dung tích bề lắng m 62,5 3.Chiéu rong m 2,5 3.Chiéu dai m 10 4.Chiéu cao m 43 5.86 lỗ trên vách phân phối lỗ 15 6.Ống thu nước mm 110 7.Ống xả cặn mm 90 4.2.3.Bể lọc nhanh
Cầu tạo và nguyên lÿ làm việc:
Lớp phía trên là than ăngtraxit nghiền nhỏ, có đường kính tương đương dụ = 1,Imm, hệ số không đồng nhất k = 2, chiều dày Lị = 400mm Lớp phía đưới là cát thạch anh, c& hat dig = 0,7mm, k = 2, Lạ = 400mm
Khi lọc: nước được dẫn từ bề lắng sang, qua máng phân phối vào bẻ lọc,
qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể
chứa nước sạch
Khi rửa: nước rửa do bơm cấp, qua hệ thống nước phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bân kéo vào máng thu nước
Trang 24rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngồi theo mương thốt nước Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng
Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa qua bể chứa Thời gian xá lọc đầu quy định là 10 phút
Tổng diện tích bể lọc tính theo công thức:
Trong đó:
e _Q: công xuất tram xử lý (m”/ngày đêm)
T: thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (giò) T = 24 giờ
e_ vụ: tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h), ở đây bể lọc nhanh có 2 lớp vật liệu lọc, chọn vụ, = 8m/h
e =a: số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, chọn a = 2, điều kiện rửa lọc hoàn toàn tự động
e w: cường độ nước rửa lọc (1⁄s.m?) với bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc rửa nước thuần tuý thì 15 — I6 V/s.m’, chon w = 15 l/⁄s.mử
e tị: thời gian rửa lọc (giờ), chọn bằng 7 phút
e6: thời gian ngừng bề lọc để rửa (giờ) t; = 0,35 giờ 1000 Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là: #= =5,6(m’) 24.8-3,6.15.2-2.0,35.8 Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: N =0,5VF =0,5./5,6 =1,18 (bể)
Chọn N = 3 bể ( N không được nhỏ hơn 3 để khi một bể ngưng làm việc thì
vận tốc trong các bể còn lại không vượt quá 1,5 lần bình thường)
Khi kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bé để rửa:
Trang 25v= TY, = na =12(m/h) (Nam trong khoang (8 — 12m), nén dam bao) Trong do: e Vụ: tốc độ lọc tăng cường (m⁄h) e© N¡: số bể lọc ngừng làm việc để sữa chữa Diện tích mỗi bể lọc là: F =5,6/3 = 1,9(m’) Chọn kích thước bể là 1,38 m 1,38m Chiều cao toàn phần bề lọc nhanh xác định theo công thức: H = hạ + hy + hạ + h„ Trong đó:
e Hy: chiều cao lớp bảo vệ của bề lọc (0.3 — 0.5m), lấy h, = 0.5m e Hạ: chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hạ = 0.7m
e H,: chiéu cao lớp nước trên lớp vât liệu lọc, lấy h, = 2m
e Hy: chiéu cao lớp vật liệu lọc gồm than ăngtraxit và cát thạch anh, hy = Lị + L¿ =0.8m Vậy chiều cao bể là: H = hạ + hy + hạ + hạ = 0.7 + 0.8 + 2 + 0.5 = 4(m) Bảng tóm tắt kết quá tính toán bể lọc Thông sô tính toán Đơn vị Gia tri 1.86 bé loc bé 3 2.Dién tich bé loc m 1,9 3.Chiéu dai m 1,38 4.Chiéu rong m 1,38 5.Chiéu cao m 4
6.Chiéu cao lớp cát thạch anh m 0,4
7.Chiều cao lớp than Angtraxit m 0,4
4.2.4.Hấp phụ với vật liệu ODM
Trang 26Giới thiệu :
Nước sản xuất: Nga Sản phẩm được Cơ quan quản lý bằng sáng chế và thương hiệu của Cộng hòa Liên bang Nga cấp bằng sáng chế số 2141375, ngày
15/12/1998
Vật liệu lọc đa năng ODM-2F là sản phẩm thiên nhiên (thành phần chính là
điatomit, zeolit, bentonit) được hoạt hóa ở nhiệt độ cao, đưa vào ứng dụng từ năm 1998 trong nhiều công trình ở Nga, Ukraina, Uzbekistan, và nhiều quốc gia khác Sử dụng tại Việt Nam từ năm 2002
Pham vi ứng dụng: có thẻ thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác
và than hoạt tính trong quy trình công nghệ xử lý nước và nước thải Sản phẩm được chứng nhận an toàn cho sử dụng cấp nước sinh hoạt và ăn uống
Đặc tính: là chất hấp phụ, hấp thụ và là vật liệu lọc đa năng
Trang 27Kha nang tng dung :
Nâng và ồn định độ pH của nước trong khoảng 6,5 - 8,0
Xúc tác quá trình khir sat (Fe < 35 mg/l)
Giảm hàm lượng nitrogen (nitrit, nitrat, amôni), photphat (20-50% tùy theo tốc độ lọc từ 4-7 m/giờ), có khả năng khử arsen, khử Flo trong nước (tác dụng tương tự hạt xúc tác Alumina)
Ưu điểm :
e Tăng độ an toàn cho chất lượng nước sau xử lý se Vận hành đơn giản
e Giá cả thấp hơn nhiều so với các loại chất hấp phụ khác
© Có thể thay thế các loại vật liệu lọc đang được sử dụng mà không cần thay đổi cấu trúc bể lọc
e Luong nước rửa lọc thấp hơn các loại vật liệu khác Không cần sục gió Phạm vì ứng dung :
Vận tốc lọc: 5-20 m/giờ Có thể sử dụng trong các bể hở hoặc bể áp lực Hướng từ trên xuống
Trang 28Vậy đường kính bề hấp phụ là: o=,|“*Š =,|ˆ*°“ ®Š ~1 6m 7 7T > Khối lượng chất hấp phụ trong một ngày _ Qt(C-C,) _ 41,7.24.00? -10°) 13 L3 Khối lượng chất hấp phụ dung trong 3 năm G=G.365.3=8420 kg (Sau 3 năm G =7,69(kg) mới thay hạt ) Trong đó e _t: thời gian vận hành bề (h), t= 24h e C: Nồng độ Asen đầu vào, C =0,01(kg/m”) e ©: Nong độ cân bằng, Cạ=0,01mg/1
Với dung lượng hấp phụ Asen của ODM là 1,3
> Chiều cao lớp vật liệu ODM trong mỗi bể /7= ị4 1,55m So 4.2,085.650
Khuyến cáo sử dụng :
Vận tốc lọc và chiều dày lớp vật liệu lọc ODM-2F sẽ được điều chỉnh theo hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nguồn nước Để xử lý nước ngầm nên bố trí thiết bị làm thoáng, sục khí hoặc ejector phía trước bề lọc để cung cấp thêm oxy cho quá trình oxy hóa As
Cần rửa sạch hạt ODM-2F trước khi đưa công trình vào sử dụng
Rửa lọc định kỳ bằng quy trình rửa ngược Chu kỳ rửa lọc 1-2 lần/ngàyđêm Cường độ nước rửa dé đảm bảo độ giản nở của lớp vật liệu lọc đạt
30% là 10 1/s.m” Thời gian rửa lọc 15-20 phút Không cần sục gió
4.2.5 Tính toán khử trùng
Khử trùng bằng clo và sử dụng clorator đề định lượng và xáo trộn clo hơi Phản ứng thủy phân giữa clo và nước xảy ra như sau :
Cl; + HO >> HCI +HOCI
Acid HOCI là một acid yếu, không bền nên dễ dàng phân hủy theo phản ứng
Trang 29HOCI —>HCI +O
Hoặc HOCI ——>HỶ +OCT
HOCI, OCT, O là những chất oxi hóa mạnh nên có khả năng tiêu diệt vi trùng Liều lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước _ aQ _ 341,67 “ˆ 1000 1000 Với a liều lượng hoạt tính lấy theo TCXD 51-84 : a = 3g/m” =0,125kg/h Lượng clo hoạt tính này sẽ được xáo trộn vào nước bằng clorator 4.2.7 Tính tốn các cơng trình phụ
Tính toán đường Ống từ sàn thu nước cúa giàn mưa sang bể lắng Đường kính ống dẫn nước được tính theo công thức:
D= 40 = [4000 _ = 0,12(m)
Z.v 86400.z.1 Trong do:
e Q= 1000m”/ngày đêm
e _ V: vận tốc nước trong đường ống, chọn v = Im/s
Vậy chọn ống dẫn nước từ sàn thu nước của giàn mưa sang bề lắng có đường kính là D = 110mm, kiểm tra lại vận tốc v= Q_ — 10004 - =1,2(m/s)
% 86400.z.0,11
Tính toán rửa lọc
Xác định hệ thống phân phối nước rửa Chọn biện pháp rửa bể bằng nước
Cường độ nước rửa lọc W = 15 I⁄s.m”, ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 50%
- 2W _9.1ỗ — 0 020(° /s) 1000 1000
Lưu lượng của một bể lọc là: Ø
Chọn vận tốc nước trong ông dẫn chính v = 1,5m/s thi tiết diện ống dẫn là :
S =0,029/1,5 = 0,019(m?)
Trang 30Suy ra: 40.012 _ =151(mm) Chon D= 150mm thi: „9 - 0,029.4 =1,53(m/s) $— 7.0,15° Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,20m thì số ống nhánh của một bề lọc là : a eo 2= 2=14 ống nhánh 0,20° 0,20 (ông )
Bố trí các ống nhánh đặt vuông góc với ống chính, khoảng cách giữa các ống là 0,2m, bố tri dan ống theo kiểu xương cá
Trang 31Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiên một góc 45 độ so với mặt phẳng nằm ngang Số lỗ trên một hàng của ống nhánh là: 6/2 =3 lỗ Khoảng cách giữa các tâm lỗ sẽ là: a= T = 138 = 0,23(m) 2.3 3
Tính toán máng thu nước rửa lọc:
vì kích thước của bể là 1,38.1,38 m nên ta chỉ bố trí 1 máng thu ở giữa bề, mép trên của máng thu phẳng và nằm ngang, đáy máng có độ dốc 0,01 về phía cuối máng, đáy có hình tam giác
Chiếu rộng máng tính theo công thức: 2 2 B,, = K sj —!— =2,1.5 |_ 0,027 (1,38 +a) (1,38 +1,3) =0,28(m) © a:tisd giữa chiều cao hình chữ nhật, lấy a=1,3 Trong do: © qm: luu lugng nuéc rửa qua máng, cũng chính là lượng nước rửa cho mỗi bể lọc © dm=Q,= 0,029 (m’/s)
e K: hệ số, đối với thiết điện máng hình tam giác K = 2,1
Suy ra chiều cao máng chữ nhật là:
h Ba 0,28.1,3
mm Bo n= 5 2
= 0,18(m)
Lấy chiều cao phần đáy tam giác hạ = 0,2m
Độ đốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước la: i = 1%
Chiều dày thành máng lấy là: 5, =0,05m
Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là:
H„= hạ + hạ+ ổ, =0,18 +0,2+ 0,05 = 0,43(m)
Trang 32Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước được
, ge ^ „ Tự ,8
xác định theo công thức: AH,„ = Ta +0,25= TH +0,25 =0,65(m)
Trong do:
Lạ: chiều dày lớp vật liệu lọc, Lạ = 0,4 +0,4 = 0,8 (m)
e : độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50%
Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa
phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 m
Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa H„ = 0,43m , vì máng dốc i= 1%, dài 1,34m nên chiều cao máng ở phía cửa ra là: 0,43 + 1,34i = 0,43 + 1,34 0,01 = 0,44 (m)
Khoảng cách tối thiểu giữa mép trên cùng của máng dẫn nước rửa tới lớp vật liệu lọc là: H„= 0,44 + 0,07 = 0,51(m)
Vậy H„ = 0,65m
Tính toán tốn that áp lực khi rửa bể lọc nhanh:
Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: về L53 2? 2 Vv +7 18,96, + =2,47(m) 2g 2g 2.9/81 2.9/81 h, =ễ Trong đó:
e© v,: vận tốc nước chảy ở đầu ống chính, v, = 1,53m/s ® v,: van tốc nước chảy ở đầu ống nh ánh, vạ= 2,0 m/s © g: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/ s”
e y:hésé sire can, y = 2,2/ K*, + I=2,2/0,35?+ 1 = 18,96
với K”y là tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết điện ngang của ống chính, K?, = 0,35”
Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ hạ=0,22.L; W=0,22.0,7 I5= 2,31 (m) Trong do:
e L,=0,7 m: chiéu dày lớp sỏi đỡ
Trang 33Tổn thất áp lực qua các lớp vật liệu lọc: hạ=(a+bW)L.e Trong đó :
e _L: chiều dày lớp mỗi vật liệu lọc
e L=L¿i=Lạ=0,44m
e ec: độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc , e = 0,5 e a,b:các hằng số phụ thuộc vào vật liệu lọc Với cát thạch anh, djg= 0,7 mm, a = 0,76 , b = 0,017 Than angtraxit, dig = 1,1 mm , a= 0,85 , b= 0,004
hụ = (0,76 + 0,017 15) 0,4 0,5 + (0,85 + 0,004 15) 0,4 0,5 = 0,39 m Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lấy bằng hụ„= 2 m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là:
hy = hạ+ hạ+ hụ + bpm = 2,47 + 2,314 0,39 + 2 = 7,17 (m) Tính toán bơm rửa lọc:
Áp lực cần thiết của máy bơm rửa lọc hy = hạn + hạ + hị,+ hạp Trong đó
han : độ cao hình học đưa nước tính từ mức nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa lọc (m)
hhh = 4+ 2,5 — 2 + 0,65 = 5,15 (m) 4: chiều sâu mực nước trong bể chứa (m)
2,5 : độ chênh mực nước giữa bể lọc và bề chứa (m) 2 : chiều cao lớp nước trong bể lọc ( m) 0,65 : khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) h,: tn that áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bề lọc (m) h,=J.1 Với đường kính ống dẫn là 150mm, Q = 29 1⁄s (v¿= 1,53 m/s) Tra bảng hệ số tổn thất ta được 10001 = 11 giả sử ống dài 100m, ta có h, = 0,011 100 = 1,1(m)
h, : tốn that áp lực trong nội bộ bể lọc
Trang 342 2 53 =0,530n) v hy =XLE— =2.(0,98+ cb bệ ( 0,26 +1 )oại Giả sử trên đường ống có các thiết bị phụ như 2 co 90°, 2 van khóa, 2 ống ngắn he = 2( 0,98 + 0,26 + 1) 1,5°/ 2 9,81 =0,5 (m) Vay Hpom = 5,15 + 1,1 + 7,17 +0,5 = 13,92(m) Lưu lượng nước rửa lọc Q„ạ=W.f.N=15 1,9.3=811/s=0,081 ( m/s) Trong đó e W=l5l/S.m : cường độ nước rửa lọc © f=1,9 m’ : dién tich một bể lọc se N=3:số bể lọc N= z.Q.H _ 1000.0,084.13,92 Công suất bơm: 102.7 102.0,8 =14,3(KW) Trong do : Q = 0,084 ( m’/s)
Hpom = 13,92m : ap lực của bơm
¢ 7 :khdi luong thé tích của nước z=1000kg/mỶ e 7 : hiéu suat cua bom , ldy 80%
Chon 2 bom, | 1am viéc, 1 du phòng
Trang 35Trong đó
T: thời gian công tác của bể lọc trong I ngày ( giờ) , T= 24h A : số lần rửa bể lọc trong 1 ngày, a = 2
tị, ty, t : thời gian rửa, thời gian chết của bề và thời gian xả nước lọc đầu ( giờ)
Vậy tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc là: p— W-£,.60.N.100 _ 15.1,9.7.60.3.100 _ „ QT,.1000 — 41,7.11,37.1000 Bảng tóm tắt kết q tính tốn các cơng trình phụ 0, >
Thong so tinh toan Don vi Gia tri
1.Ông dẫn nước từ giàn mưa sang bề lắng mm 110
2.Lưu lượng nước rửa lọc mẺ⁄s 0,081 3.Óng chính rửa lọc mm 150 4.Ông nhánh rửa lọc mm 34 5.Mang thu nước rửa lọc Chiều rộng m 0,28 Chiều cao m 0,18 Chiều dài m 1,38 6.Tén that áp lực rửa lọc m 7,17
7.Bơm rửa lọc 14,3KW Cái 2
Trang 36giàn mưa ®90mm m 2x5 0,021 0,21 -Ong phan phdi chinh © 60mm m 4x5 0,012 0,24 -Ong nhanh ®21mm m 24x5 0,0034 0,408 -Óng dẫn nước sang bể lắng ® 110mm m 1x5 0,032 0,16 Bé ling -Phần xây dựng mỶ 21 2 42 -Ong ® 110mm m 1x5 0,032 0,16 -Ong ©90mm m 1x5 0,021 0,105 Bé loc -Phần xây dựng mỶ 7,2x3 2 43,2 -Cát thạch anh mỶ 2,24 0,4 0,9 -Than angtraxit mỶ Bề hấp phụ -Phần xây dựng m 83,35 2 166,7 -Vật liệu ODM 1 12930 0,018 232 Các công trình phụ: - ống dẫn nước rửa lọc ® 150mm m 1x5 0,5 0,25 - ông nhánh ®34mm m 1x5 0,005 0,025 Bơm nước rửa lọc Cái 2 13,18 26,36 10HP TONG CONG 531,44
Lưu lượng nước sản xuất trong 1 năm : 1000.365=365000 (m”)
Chỉ phí đầu tư ban đầu (chi phí xây dựng cơ bản và thiết bị) 531,44 triệu
đồng, trong đó chỉ phí xây dựng là 473,8 triệu và chi phí thiết bị là 57,618 triệu
Trang 37Chi phi bao trì cho phần xây dựng là 1% chi phi xây dựng và chi phi bảo trì
cho thiết bị là 5% chi phí thiết bị
Vậy tổng chỉ phí bảo trì là: Tạ, = 0,01 473,8 + 0,05 57,618 = 7,62 triệu Khấu hao tai sản cho 1 mỶ nước là
6
Tạ = Ô91447.62).10° _ 147 69 (alm) 365000.10
Chi phí quản lý hệ thống xử lý nước:
Số tiền phải trả cho 3 công nhân vận hành hệ thống xử lý: 3 người 1000000đ = 3000000 đồng/ tháng
Trong I tháng, sản lượng nước sạch 1a: 30 1000 = 30000 m*
TT: =100 (aim)
Chi phi quan ly cho việc sản xuất ra 1 mỶ nước sạch là:
Chi phi hóa chất đề xử lý l mỶ nước : 9 đ
Mức chỉ phí điện năng cho việc xử lý nước là 0,6 kWh/m’ Vậy tiền điện cho 1 m nước là: 720đ
Vay chi phí hóa chất và điện năng cho I mỶ nước là: 9 + 720 = 729đ
Chi phi vận hành và quản lý là:100 + 729 = 829 đ/mỶ Vậy chỉ phí sản xuất l mỶ nước là:
T = 147,68 + 829 = 976,7d/m°
Trang 38KÉT LUẬN
Trong điều kiện Việt Nam, biện pháp phòng bị vẫn là một giải pháp tối ưu trước khi phải trực diện với vấn đề và tìm phương cách giải quyết Nhiễm độc
arsenic qua két qua phân tích ở ĐB Bắc Bộ là một thực tế đã bắt đầu manh nha sau gan mudi nim UNICEF tai trợ và cho xử dụng rộng rãi hệ thống giếng khoan Do đó, muốn tránh đại họa trên cần phải:
e_ Cân bằng việc phát triển nông nghiệp và việc xử dụng nguồn nước đề tránh hậu quả có thể làm giao động môi trường do việc khai thác tối đa nguồn nước hiện có
e_ Giáo dục người dân để có một hiểu biết khá tường tận về nguy cơ nhiễm
độc arsenic trong nguồn nước là một việc làm cấp bách trong giai đoạn nay e Một phương pháp thử nghiệm nguồn nước (test kit) thích hợp, rẻ tiền, và dễ
xử dụng đề khám phá kịp thời sự hiện diện của arsenic