Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý nước cấp ở trung tâm cấp nước sạch khu công nghiệp suối dầu

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo thuộc viện Nghiên cứu sinh học và môi trường để em có thể hoàn thành tốt bài báo cáo của mình. Đặc biệt em xin chân thành cám ơn giáo viên hướng dẫn Th.S Trần Nguyễn Vân Nhi đã tận tình hướng dẫn, tư vấn và giúp đỡ em trong quá suốt trình thực hiện đề tài này, các thầy cô giáo ở Tổ nghiên cứu và Trung tâm Thí nghiệm Thực hành trợ giúp về máy móc, thiết bị tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện thí nghiệm, hoàn thành nội dung bài báo cáo. Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Khu Công nghiệp Suối Dầu, Các cán bộ nhân viên tại Trung tâm Cấp nước sạch Khu Công nghiệp đã giúp đỡ nhiệt tình, quan tâm và tạo điều kiện về môi trường thực tập. Em xin chân thành cám ơn! MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1 1.1.1 Lịch sử hình thành 1 1.1.2 Quá trình phát triển 1 1.1.3 Chức năng và nhiệm vụ 2 1.1.3.1 Chức năng 2 1.1.3.2 Nhiệm vụ 2 1.1.4 Hiện trạng quản lý và xử lý môi trường 2 1.1.4.1 Hiện trạng quản lý 2 1.1.4.2 Xử lý môi trường 3 1.1.5 Phương hướng đầu tư và phát triển 3 1.2 Tổng quan về trung tâm xử lý nước sạch 4 1.2.1 Giới thiệu chung 4 1.2.2 Hoạt động cấp nước sạch 5 1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt Nam 7 1.3.1 Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới 7 1.3.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam 8 1.4 Tính cấp thiết của đề tài 12 1.5 Nội dung nghiên cứu 13 CHƢƠNG 2 : ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ 14 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 14 2.1.2 Hóa chất sử dụng 14 2.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 14 2.1.3.1 Thiết bị 14 2.1.3.2 Dụng cụ 14 2.2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nước 15 2.2.1 Mục đích của quá trình xử lý nước 15 2.2.2 Chất lượng nước thô thích hợp với các quá trình xử lý nước 15 2.2.3 Các quá trình xử lý nước 16 2.2.3.1 Hồ chứa và lắng sơ bộ 16 2.2.3.2 Song chắn rác và lưới chắn 16 2.2.3.3 Bể lắng cát 16 2.2.3.4 Làm thoáng 16 2.2.3.5 Clo hóa sơ bộ 17 2.2.3.6 Quá trình khuấy trộn hóa chất 18 2.2.3.7 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn 18 2.2.3.8 Quá trình lắng 19 2.2.3.9 Quá trình lọc 20 2.2.3.10 Khử trùng nước 21 2.2.3.11 Ổn định nước 21 2.2.4 Một số quy trình công nghệ xử lý nước cấp 22 2.2.4.1 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500 mg/L 22 2.2.4.2 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500 mg/L 22 2.2.4.3 Khi nguồn nước là nước ngầm 22 2.2.4.4 Khi nguồn nước là nước mặt 23 2.3 Lý thuyết về phương pháp keo tụ 23 2.3.1 Cơ sở khoa học của quá trình keo tụ 23 2.3.1.1 Phân loại các tạp chất trong nước theo kích thước 23 2.3.1.2 Cơ chế keo tụ – tạo bông 25 2.3.1.3 Hóa học của quá trình keo tụ bằng PAC 29 2.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 30 2.4 Cơ sở của quá trình tối ưu hóa theo phương án trực giao cấp hai 32 2.4.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm theo phương án trực giao cấp hai 32 2.4.2 Xác định điều kiện tối ưu 34 2.5 Phương pháp nghiên cứu 34 2.5.1 Khảo sát quy trình xử lý nước cấp 34 2.5.2 Phương pháp đo pH 34 2.5.3 Phân tích độ đục 35 2.5.4 Thí nghiệm tối ưu hóa quá trình keo tụ 35 2.5.4.1 Thí nghiệm Jartest 35 2.5.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 36 2.5.4.3 Tối ưu hóa quá trình keo tụ theo phương án trực giao cấp hai 37 2.5.5 Thử nghiệm mô hình 39 2.5.5.1 Lấy mẫu nước thí nghiệm 39 2.5.5.2 Chuẩn bị hóa chất 39 2.5.5.3 Các thông số thiết kế của mô hình 39 2.5.5.4 Vận hành mô hình 43 2.5.5.5 Thu mẫu nước sau xử lý 44 2.5.6 Phương pháp xử lý số liệu 44 2.5.6.1 Đối với số liệu phân tích 44 2.5.6.2 Đối mô hình hồi quy cấp hai 44 CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả khảo sát quy trình xử lý nước cấp 45 3.1.1 Sơ đồ công nghệ 45 3.1.2 Thuyết minh công nghệ 46 3.1.3 Quy trình vận hành trạm xử lý nước sạch 47 3.1.3.1 Công tác kiểm tra 47 3.1.3.2 Công tác vận hành hệ thống 48 3.1.3.3 Công tác kiểm tra chất lượng sản phẩm 48 3.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 48 3.2.1 Kết quả thí nghiệm 1 48 3.2.1 Kết quả thí nghiệm 2 50 3.3 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa 51 3.3.1 Thiết kế thực nghiệm 51 3.3.2 Kết quả thí nghiệm Jartest 52 3.3.3 Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai 53 3.3.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình 54 3.4 Kết quả thử nghiệm trên mô hình 58 3.4.1 Kết quả kiểm tra hiệu suất keo tụ 58 3.4.2 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu đầu ra 58 3.5 Đề xuất cải tạo công nghệ 60 3.6 Khái toán kinh tế 61 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 TCVN 1329/2002/BYT- QĐ ngày 18/04/2002 5 Bảng 1.2 Phân loại nước theo kích thước tạp chất 24 Bảng 2.1 Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ khi giữ nguyên giá trị pH 36 Bảng 2.2 Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ khi giữ nguyên giá trị nồng độ PAC 37 Bảng 2.3 Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai, hai yếu tố 38 Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ 49 Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ 50 Bảng 3.3 Bảng thiết kế quy hoạch thực nghiệm 51 Bảng 3.4 Bảng kế hoạch thực nghiệm tối ưu hóa 52 Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa trên máy Jartest 53 Bảng 3.6 Các hệ số hồi quy thu được tự thực nghiệm 53 Bảng 3.7 So sánh hiệu suất keo tụ theo thực nghiệm và theo mô hình cấp hai 54 Bảng 3.8 Các thông số cơ bản của mô hình hồi quy cấp hai 55 Bảng 3.9 So sánh giá trị tính toán và thực nghiệm tại điều kiện tối ưu 55 Bảng 3.10 Kết quả thử nghiệm trên mô hình 58 Bảng 3.11 Kết quả phân tích nước đầu ra sau bể lọc cát của KCN tháng 4/2012 58 Bảng 3.12 So sánh một số chỉ tiêu đầu ra của nước sau quá trình lắng ở KCN và từ kết quả tối ưu hóa 59 Bảng 3.13 Bảng khái toán kinh tế 61 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước nhà máy nước Cầu Đỏ 11 Hình 2.1 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500mg/L 22 Hình 2.2 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500mg/L 22 Hình 2.3 Một số quy trình xử lý nước ngầm 23 Hình 2.4 Một số quy trình xử lý nước mặt 23 Hình 2.5 Hiệu quả của cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích các ion trái dấu 27 Hình 2.6 Mô tả quá trình tạo bông keo theo cơ chế hấp phụ - bắc cầu 28 Hình 2.7 Cấu trúc Keggin của PAC 30 Hình 2.8 Sơ đồ thí nghiệm phương án cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố 33 Hình 2.9 Thiết bị Jartest 36 Hình 2.10 Mô hình bể điều hòa 39 Hình 2.11Mô hình bể keo tụ 40 Hình 2.12 Mô hình bể tạo bông 41 Hình 2.13 Mô hình bể lắng 42 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ quy trình xử lý nước cấp tại KCN Suối Dầu 45 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ 50 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ 51 Hình 3.4 Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa hàm lượng PAC và pH đến độ đục của nước sau keo tụ 56 Hình 3.5 Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa hàm lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 57 Hình 3.6 Biểu đồ so sánh một số chỉ tiêu của nước sau khi lắng 60 Hình 3.7 So sánh hiệu quả kinh tế giữa KCN và kết quả của bài nghiên cứu 61 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên đầy đủ SUDAZI Khu Công nghiệp Suối Dầu TIC Công ty Thương mại và Đầu tư Khánh Hòa TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QĐ Quyết định BYT Bộ y tế XLNC Xử lý nước cấp PAC Poly Aluminum Cloride USA The United States of America STT Số thứ tự TCN Trước Công Nguyên NMN Nhà máy nước ĐVT Đơn vị tính KCN Khu Công Nghiệp MỞ ĐẦU Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu sử dụng nước của người dân cho sinh hoạt, cho hoạt động công nghiệp dịch vụ là rất lớn. Hiện nay nước từ thiên nhiên là nguồn cung cấp nước chính, chủ yếu là nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Tuy nhiên nguồn nước từ thiên nhiên có chất lượng rất khác nhau và phần lớn bị ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt công nghiệp của con người. Vì vậy trước khi đưa vào sử dụng cần phải tiến hành xử lý chúng. Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu là một trong những thành viên của công ty cấp nước Khánh Hòa, chuyên xử lý và cung cấp nguồn nước sạch cho KCNSuối Dầu và người dân xung quanh KCN. Nhà máy hiện đang sử dụng nguồn nước mặt của hồ Suối Dầu để xử lý. Do đặc trưng của nguồn nước này luôn thay đổi về thành phần, tính chất nên cần phải giám sát chặt chẽ nguồn nước thô trước xử lý, đồng thời dây chuyền công nghệ, hóa chất sử dụng phải thay đổi cho phù hợp với chất lượng nước đầu vào theo từng thời kì, cụ thể là sự thay đổi về hóa chất trong quá trình keo tụ. Trên nền tảng những kiến thức đã học từ nhà trường và muốn vận dụng vào thực tế em thực hiện đề tài: "Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý nước cấp ở Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu". Nhằm mục đích nắm bắt kiến thức, kinh nghiệm từ quá trình thực tập và góp phần cải tiến nâng cao quá trình xử lý của dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp cho Trung Tâm cấp nước sạch. Chƣơng 1 : Tổng quan Trang 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Lịch sử hình thành Đáp ứng nhu cầu phát triển của hoạt động phát triển kinh doanh và kêu gọi đầu tư của toàn tỉnh Khánh Hòa, ngày 11/11/1997 Thủ tướng chính phủ đã ký quyết định số 951/QD-TTG quyết định thành lập Khu Công nghiệp Suối Dầu, phê duyệt dự án đầu tư xây dựng và kinh doanh kết cấu hạ tầng Khu Công nghiệp Suối Dầu tỉnh Khánh Hòa, gọi tắt là SUDAZI. Dưới sự đầu tư của doanh nghiệp nhà nước Công ty Thương Mại và Đầu tư Khánh Hòa TIC, trực thuộc ủy ban nhân dân tỉnh Khánh Hòa, SUDAZI được đưa vào khởi công và xây dựng. SUDAZI được xây dựng thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước, huy động, tận dụng và tăng giá trị nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương. Với vị trí thuận lợi cả về giao thông đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường hàng không. Các nguồn cung cấp điện và nước cho Khu Công nghiệp thuận lợi cho việc phát triển. Với diện tích quy hoạch 152 ha (giai đoạn I: 78,1 ha) và có thể mở rộng đến 300 ha (giai đoạn II). Nằm ở vị trí đầu mối của giao thông, cách Thành Phố Nha Trang 25km, cách cảng biển và sân bay Nha Trang 27km, cảng biển Quốc tế Cam Ranh và Ba Ngòi 35km, và cách các ga Suối Cát, Suối Tân, Hòa Tân 2- 5km thì SUDAZI là điểm hẹn công nghiệp của miền trung nói riêng và của đất nước nói chung. 1.1.2 Quá trình phát triển Từ lúc bắt đầu xây dựng cho đến nay, SUDAZI đã hoàn thành đầu tư xây dựng giai đoạn I với diện tích gần 78 ha, bao gồm : - Hệ thống đường giao thông nội bộ bê tông – nhựa hiện đại dài 16km, gồm tuyến đường chính nối với quốc lộ 1A, các đường phụ được quy hoạch hợp lý và xây dựng hoàn chỉnh giúp cho các hoạt động vận chuyển, đi lại an toàn và tiện lợi. [...]... Chƣơng 1 : Tổng quan 1.2.2 Hoạt động cấp nƣớc sạch Xí nghiệp Phát triển Hạ Tầng Khu Công nghiệp Suối Dầu – Trạm xử lý nước sạch làm nhiệm vụ xử lý nước, cung cấp cho khách hàng là các doanh nghiệp sản xuất trong Khu Công nghiệp và những người dân sống xung quanh khu công nghiệp Việc cung cấp nước này được thực hiện thông qua Hợp động kinh tế về việc mua bán nước sạch, căn cứ theo Luật Thương Mại năm... trình và hệ thống thiết bị xử lý nước cấp tại trung tâm cấp nước sạch thuộc KCN Suối Dầu • Khảo sát quy trình xử lý nước cấp • Khảo sát danh mục, nồng độ các hóa chất sử dụng  Thực hiện thí nghiệm thăm dò để xác định khoảng pH và hàm lượng PAC tối ưu  Xác định giá trị pH và hàm lượng PAC tối ưu theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm  Thử nghiệm và hoàn thiện quy trình keo tụ- tạo bông trên mô hình... nhất Khi trộn đều phèn với nước xử lý lập tức xảy ra các phản ứng hóa học và lý hóa tạo thành hệ keo dương phân tán đều trong nước, khi được trung hòa hệ keo dương này là các hạt nhân có khả năng dính kết với các keo âm phân tán trong nước để tạo thành các bông cặn, do đó quá trình tạo nhân dính kết gọi là quá trình keo tụ, quá trình dính kết cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trình phản ứng tạo bông cặn... cặn trong quá trình lắng Có ba loại cặn cơ bản thường gắn liền với quá trình lắng trong xử lý nước như sau : 1 Lắng các hạt cặn phân tách riêng lẻ, trong quá trình lắng hạt cặn không thay đổi hình dáng, độ lớn, tỷ trọng, trong xử lý nước thiên nhiên thường là cặn không pha phèn và công trình lắng thường gọi là lắng sơ bộ để giảm độ đục của nước nguồn 2 Lắng các hạt cặn dạng keo phân tán, trong xử lý nước. .. cho người sử dụng Kỹ thuật điện tử và tự động hóa cũng được sử dụng rộng rãi trong cấp thoát nước Có thể nói kỹ thuật cấp nước đã đạt đến trình độ rất cao về công nghệ xử lý, máy móc trang bị thiết bị và hệ thống cơ giới hóa, tự động hóa trong vận hành, quản lý 1.3.2 Công nghệ xử lý nƣớc cấp ở Việt Nam [5] Ở Việt Nam, hệ thống cấp nước đô thị được bắt đầu bằng khoan giếng mạch nông tại Hà Nội, Thành... và cung cấp nước sạch cho Khách hàng thuộc Khu Công nghiệp Suối Dầu Bảo đảm yêu cầu theo tiêu chuẩn nước sạch TCVN 1329/2002/BYT- QĐ 1.2.1 Giới thiệu chung Trạm xử lý nước sạch gồm có 9 cán bộ- công nhân viên có trình độ chuyên môn và nhiều năm kinh nghiệm về việc xử lý và giải quyết các sự cố về máy móc, chuyên môn trong hệ thống xử lý nước Trạm xử lý nước sạch hoạt động theo 2ca/(ngày đêm), các thành... tầng kỹ thuật thuận lợi nhằm thu hút vốn đầu tư các doanh nghiệp trong và ngoài nước - Xây dựng Khu Công nghiệp tập trung với công nghệ tiên tiến và hiện đại Vậy với chức năng quản lý và kinh doanh hạ tầng Khu Công nghiệp Suối Dầu, Xí nghiệp ngày càng hoàn thiện hệ thống quản lý chất lượng (theo ISO 9001:2000) trong việc sản xuất nước sạch, xử lý nước thải, vận động tiếp thị, quảng cáo thu hút đầu tư... phƣơng pháp nghiên cứu 2.2 Cơ sở lý thuyết về phƣơng pháp xử lý nƣớc 2.2.1 Mục đích của quá trình xử lý nƣớc [2] Mục đích của quá trình xử lý nước là:  Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hóa học, vi trùng học để thỏa mãn các nhu cầu về ăn uống sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ sinh hoạt công cộng của các đối tượng dùng nước  Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không... trạm bơm nước thô 2750 m3/ngày và một trạm xử lý nước sạch công suất hiện tại 3000 m3/ngày Nguồn cấp nước lấy từ hồ thủy lợi Suối Dầu với công suất 10.000 m3/ngày, cung cấp đầy đủ nước cho sinh hoạt và công nghiệp bằng đường ống dài 10km Hoàn thiện hệ thống xử lý nước 5000 m3/ngày - Trong giai đoạn II của Dự án, SUDAZI sẽ tiếp tục phát triển trên phần diện tích còn lại và hoàn thiện cơ cấu quản lý để... arsenic Cấp nước nông thôn - Các loại mô hình cấp nước sinh hoạt nông thôn  Người dân nông thôn Việt Nam tuỳ điều kiện của mình đã sử dụng cả 3 loại nguồn nước (nước mưa, nước ngầm và nước mặt) cho nhu cầu cấp nước phục vụ sinh hoạt Từ những đặc điểm riêng biệt từng vùng ở nông thôn Việt Nam hiện đang tồn tại 2 loại hệ thống công trình cấp nước cơ bản: • Các công trình cấp nước phân tán: Các công trình cấp . trình keo tụ. Trên nền tảng những kiến thức đã học từ nhà trường và muốn vận dụng vào thực tế em thực hiện đề tài: " ;Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý nước cấp ở Trung tâm. về trung tâm xử lý nước sạch 4 1.2.1 Giới thiệu chung 4 1.2.2 Hoạt động cấp nước sạch 5 1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt Nam 7 1.3.1 Công nghệ xử lý nước cấp. công nghiệp của con người. Vì vậy trước khi đưa vào sử dụng cần phải tiến hành xử lý chúng. Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu là một trong những thành viên của công ty cấp nước