kỹ thuật xử lý nước cấp

Trong đó các hạt keo nhỏ lơ lững trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng

1 Nguyễn Thị Thu Thủy, Xử lý nước cấp sinh hoạt và

công nghiệp, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2000.

2 Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công

nghiệp, nhà xuất bản Xây dựng, 2008.

3 Hoàng Văn Huệ, Công nghệ môi trường, tập 1, Xử lý

nước, nhà xuất bản xây dựng, 2004.

4 Nguyễn Phước Dân, Lâm Minh Triết, Ví dụ tính toán

thiết kế nhà máy xử lý nước, nhà xuất bản Đại học

Quốc gia Tp HCM, 2009.

5 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống

và công trình tiêu chuẩn thiết kế.

• Vấn đề 1: Nguồn nước và chất lượng nước

• Vấn đề 2: Keo tụ và phản ứng tạo bông cặn

• Vấn đề 3: Khử sắt và mangan trong nước

1.1 Nguồn nước thiên nhiên

1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước cấp

1.3 Tiêu chuẩn Việt Nam sử dụng trong cấp nước 1.4 Hệ thống cấp nước

1.5 Hệ thống xử lý nước mặt

1.6 Hệ thống xử lý nước ngầm

Chỉ tiêu Nước mặt Nước ngầm

Nhiệt độ Thay đổi theo mùa Tương đối ổn định

Chất rắn lơ lửng Thường cao và thay đổi theo mùa Thấp và hầu như không có Chất khoáng hòa

tan

Thay đổi theo lưu vực sông Thường cao hơn nước mặt

Hàm lượng sắt,

mangan

Thường rất thấp Thường xuyên có

CO2 hòa tan Thường thấp hoặc gần bằng 0 Thường có ở nồng độ cao

O2 hòa tan Thường gần bão hòa Thường không tồn tại

NH3 ,NH4+ Có khi nước bị nhiễm bẩn Thường có

SiO2 Thường có ở nồng độ thấp Thường có ở nồng độ cao

NO - Thường thấp Thường có ở nồng độ cao

1 Chỉ tiêu vật lý: nhiệt độ, độ đục, độ màu, mùi vị,

tổng chất rắn, độ dẫn điện, độ phóng xạ, …

2 Chỉ tiêu hóa học: độ pH, độ cứng tổng, độ oxy hóa,

hàm lượng Fe, Mn, As, amoniac, nitrit, nitrat, các

kim loại nặng, hóa chất bảo vệ thực vật, …

3 Chỉ tiêu vi sinh: tổng coliform, E.coli hoặc coliform

chịu nhiệt, faecal coliforms, protozoa, helminths,

sinh vật tự do, …

4 Chỉ tiêu bổ sung: hợp chất hữu cơ tự nhiên

1 TCXD 233:1999 Tiêu chuẩn chất lượng nước thô

dùng làm nguồn nước cấp

2 QCVN 01:2009/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về chất lượng nước ăn uống

3 QCVN 02: 2009/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về chất lượng nước sinh hoạt

4 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường

ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế

5 TCVN 6096:2004 Tiêu chuẩn nước uống đóng

chai

• Định nghĩa: Dù là nước cấp lấy từ nguồn nào và ở

quy mô nào, hệ thống cấp nước luôn luôn được

cấu thành từ ba công trình chính là:

– Công trình thu nước

– Công trình xử lý nước

– Công trình phân phối nước

• Phân loại theo mục đích sử dụng:

– Hệ thống cấp nước sinh hoạt

– Hệ thống cấp nước sản xuất

Quy trình công

nghệ xử

lý nước của nhà máy

nước Tân Hiệp

• Tạp chất trong thiên nhiên thường đa dạng về chủngloại và kích thước.

• Kích thước hạt dao động từ vài phần triệu milimet đếnvài milimet

• Các phương pháp lắng, lọc, tuyển nổi chỉ có thể loại bỏ

Tốc độ lắng theo kích thước hạt

Coagulation is the process of adding chemical

reagents in a mixing device to destabilize colloidal

particles and allow them to agglomerate or flocculate

with other suspended particles to from larger more

readily settled particles Coagulation reactions are fast

and occur in the rapid mixing device It is essential

that the coagulant be dispersed throughout the water

to contact and react with the target substances before

the coagulant is consumed in side reactions with

water itself

Keo tụ là phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa

chất Trong đó các hạt keo nhỏ lơ lững trong nước nhờ

tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành

bông cặn có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách

chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện pháp lắng

lọc hoặc tuyển nổi

2 Nguyên tắc:

Từ trạng thái ổn định và rất khó lắng → Trạng thái

mất ổn định và lắng được

Sơ đồ minh họa keo tụ và tạo bông

 Hạt keo:

Hạt keo hoặc mixen keo là hạt có khối lượng nhỏ

nhất có khả năng tồn tại độc lập dưới một dạng

hoàn toàn riêng biệt mà vẫn mang tất cả tính chất

của dung dịch keo

Trong các quá trình xử lý nước thường gặp 2 loại

keo:

• Keo háo nước (Hydrophilic)

• Keo kị nước (Hydrophobic)

 Hạt keo:

– Xét hạt keo âm: Bề mặt

nhân keo mang điện tích

của lớp ion gắn chặt trên

 Tương tác giữa các keo:

– Giữa hai hạt keo luôn luôn tồn

tại 2 loại lực tương tác:

• Lực đẩy tĩnh điện Coulomb

giữa hai lớp kép có điện tích

1 Nén lớp điện tích kép (Double Layer Compression)

2 Hấp phụ và trung hòa điện tích (Adsorption and

 Có 3 phương

pháp keo tụ

 Có 3 loại bông

cặn

1 Giá trị pH của nước

- pH ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất keo tụ như

phèn nhôm hoặc phèn sắt

- Ảnh hưởng của pH đối với điện tích hạt keo

- Ảnh hưởng của pH đối với chất hữu cơ trong nước

2 Liều lượng chất keo tụ

- Lượng phèn nhôm và phèn sắt được sử dụng trong

quá trình keo tụ phải vượt quá giá trị Ksp (tích sốtan) của các hydroxyt tương ứng

- Khi hàm lượng chất bẩn trong nước càng cao thì

3 Cường độ khuấy trộn

Tốc độ khuấy trộn tốt nhất là từ nhanh chuyển sang

chậm

– Khi mới cho chất keo tụ vào nước phải khuấy

nhanh vì sự thủy phân của chất keo tụ trong

nước và tốc độ hình thành hệ keo rất nhanh

Khuấy nhanh mới có khả năng tạo ra một lượng

lớn hạt keo làm cho nó nhanh chóng khuếch tán

đến các nơi trong nước

– Sau khi đã hình thành bông cặn, không nên

4 Tạp chất trong nước

• Khi trong nước thiên nhiên có chứa một lượng lớn

các hợp chất hữu cơ cao phân tử, chúng có thể

hấp phụ lên bề mặt của dung dịch keo, dẫn tới tác

dụng bảo vệ dung dịch keo → Hiệu quả keo tụ trở

nên thấp

• Trong trường hợp này, người ta thường dùng biện

pháp oxy hóa sơ bộ để phân hủy các hợp chất hữu

cơ này

1 How much alkalinity (as CaCO3) is consumed by a

dose of 40 mg/L of each of the following coagulants:

Al2(SO4)3.18H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3, and

Fe2(SO4)3?

2 What is the amount of natural alkalinity required for

coagulation of raw water with dosage of 15 mg/L of

ferric chloride?

3 A water with low alkalinity (bicarbonate) of 12 mg/L

as CaCO3 will be treated with the alum – lime

coagulation Alum dosage is 55 mg/L Determine the

Quá trình keo tụ theo bất kỳ cơ chế nào cũng tùy thuộcvào tần suất va chạm (frequency of collisions) và hiệu quảtiếp xúc ( efficiency of contacts) Đối với các hạt lơ lửng,

có ba cách thức chính của chuyển động kết dính đượcđưa ra như sau:

• Tạo bông Perikinetic: chủ yếu dựa vào chuyển độngnhiệt (chuyển động Brown)

• Tạo bông Orthokinetic: khi các hạt đủ lớn và hướngdòng đủ mạnh Chuyển động gây ra bởi gradient vậntốc chiếm ưu thế hơn tác dụng gây ra bởi chuyển độngBrown

• Đối với công trình khuấy trộn hóa chất:

– Thời gian lưu : 30 giây – 120 giây

– Gradient vận tốc : 500s -1 – 1000s -1

• Đối với công trình phản ứng tạo bông:

– Thời gian lưu : 15 phút – 45 phút

1 Bể trộn vách ngăn

1 Bể trộn vách ngăn

Tiết diện cửa hoặc lỗ tính với vận tốc nước đi qua.

Số lỗ trên một vách ngăn được xác định theo côngthức:

1 Bể trộn vách ngăn

 Tổn thất áp lực qua mỗi vách ngăn lấy từ 0,1m – 0,15m

 Tổng tổn thất áp lực trong bể từ 0,3m – 0,45m

 Vận tốc nước chảy ở phần đầu bể không nhỏ hơn

0,3m/s, ở phần mương thu cuối bể 0,6m/s – 0,7m/s

 Khoảng cách giữa các vách ngăn lấy không bé hơn

chiều rộng bể trộn

2 Bể trộn đứng

2 Bể trộn đứng

2 Bể trộn đứng

Cấu tạo bể gồm hai phần: phần thân trên thường có

tiết diện vuông hoặc tròn, phần đáy có dạng hình côn với góc hợp thành giữa các tường nghiêng trong từ 30 – 40o

Bể thường được sử dụng trong các nhà máy nước có

xử lý bằng vôi sữa

Vận tốc nước dâng ở phần thân trên 25 – 28mm/s

Vận tốc nước dâng vào dưới đáy bể 1 – 1,2m/s

Vận tốc nước cuối máng thu nước nhỏ hơn 0.6 m/s

Phương pháp trộn thủy lực:

 Ưu điểm:

 Cấu tạo công trình đơn giản

 Không cần máy và thiết bị phức tạp

3 Trộn cơ khí

3 Trộn cơ khí

Dùng năng lượng cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối

Bể trộn có thể hình vuông hoặc hình tròn Tỷ lệ chiều cao và chiều rộng là 2:1

3 Trộn cơ khí

Cánh khuấy có thể được cấu tạo theo nhiều dạng khác nhau:

3 Trộn cơ khí

3 Trộn cơ khí

Năng lượng cần thiết để cho cánh khuấy chuyển động:

P = K ρ.n 3 D 5

Trong đó:

• P: năng lượng cần thiết, W

• ρ: khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3

• D: đường kính cánh khuấy, m

• n: số vòng quay trong 1 giây, vòng/s

• K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh

khuấy (bảng 13.4)

3 Trộn cơ khí

Ưu điểm:

- Có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn

- Thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể nhỏ

Nhược điểm

- Cần có máy khuấy và một số thiết bị cơ khí khác

- Đòi hỏi trình độ quản lý, vận hành cao

- Có thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn.

- Có thể thay thế máy bơm tạo tia áp lực tại chỗ bằngdòng nước lấy từ đài rửa lọc, từ trạm bơm kỹ thuật

từ trạm bơm 2 quay về

 Mục đích của quá trình phản

ứng tạo bông cặn là tạo điều kiện

thuận lợi nhất để các hạt keo phân

tán trong nước sau quá trình keo

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng xoáy hình trụ:

- Cấu tạo: thường được đặt trong bể lắng đứng, gồm

một ống hình trụ đặt ở tâm, phần trên của bể lắngđứng Nước được phun vào phần trên của bể qua haivòi được đặt đối xứng qua tâm bể

 Bể phản ứng xoáy hình côn:

- Cấu tạo:

• Bể có dạng như một cái phễu lớn

• Nước đi vào ở đáy bể

• Nước với bông cặn hình thành

được thu trên mặt bể (qua mángkhoan lỗ, ống hoặc phễu)

• Góc đáy khoảng 50o – 70o

Sự chuyển động thuận nghịch tạo ra

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng xoáy hình côn:

- Kích thước bông cặn tăng dần theo chiều nước chảy

- Thời gian lưu nước trong bể từ 6 – 10 phút

- Vận tốc nước đi vào đáy bể 0,7 – 1,2 m/s

- Vận tốc nước đi lên nhỏ nhất tính tại mặt cắt ngang

điểm thu nước trên mặt bể:

• Khi bể phản ứng đặt trước bể lắng trong và có khử

màu: v = 4 – 5 mm/s

• Khi làm mềm nước bằng vôi: v ≥ 8 mm/s

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng vách ngăn:

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng vách ngăn:

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng vách ngăn:

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng vách ngăn:

- Thường được xây dựng kết hợp với bể lắng ngang

- Nguyên lý cơ bản là dùng các vách ngăn để tạo ra sự

đổi chiều liên tục của dòng nước → tạo hiệu quả khuấytrộn

- Cấu tạo: bể hình chữ nhật, bên trong có các vách ngăn

hướng dòng

- Thời gian lưu nước từ 20 – 35 phút

- Vận tốc nước giảm dần từ 0,3 m/s ở đầu bể xuống 0,1

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lững:

- Thường được xây dựng liền trước bể lắng ngang

- Cấu tạo:

1 Máng dẫn từ bể trộn sang

1 Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lững:

- Vận tốc đi lên của dòng nước:

• v = 0,9 mm/s khi nước nguồn có SS = 20 mg/l

• v = 1,2 mm/s khi nước nguồn có SS = 20 – 50 mg/l

• v = 1,6 mm/s khi nước nguồn có SS = 50 – 250 mg/l

• v = 2,2 mm/s khi nước nguồn có SS quá lớn

2 Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí:

- Dùng năng lượng của

cánh khuấy chuyển

động trong nước để

tạo ra sự xáo trộn

2 Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí:

- Thời gian lưu nước từ 10 –

30 phút

- Theo chiều dài, mỗi ngăn

được chia làm nhiều buồng

bằng các vách ngăn hướng

dòng theo phương thẳng

đứng

- Cường độ khuấy trộn giảm

dần từ buồng đầu tiên đến

buồng cuối cùng tương ứng

1 Bể trộn

 Xác định đúng liều lượng hóa chất cần trộn theo sự thay

đổi hàng ngày của lưu lượng và chất lượng nước thô

 Thường xuyên kiểm tra ống dẫn hóa chất, kịp thời phát

hiện chỗ rò rỉ, tắc nghẽn Thông rửa thường xuyên nhữngchỗ có thể gây đóng cặn

 Kiểm tra và điều chỉnh để giữ đúng cường độ khuấy trộn

cần thiết theo chất lượng nước thô

 Xác định đúng thứ tự và khoảng cách về thời gian để cho

các hóa chất khác nhau vào trộn đều với nước cần xử lý

2 Bể phản ứng tạo bông cặn

 Quan sát sự hình thành các bông cặn, kích thước và độ

đều chắc của các hạt bông Nếu thấy hiện tượng bấtthường phải kiểm tra ngay hệ thống pha và định lượnghóa chất, bể trộn để khắc phục ngay hiện tượng sai lạc

 Kiểm tra thường xuyên việc phân phối lưu lượng đều vào

các bể, vớt kịp thời các bọt váng nổi tránh gây cản trởcho các khâu xử lý tiếp theo

 Loại trừ rong, rêu bám vào thành bể bằng cách quét vôi

thành bể và vách ngăn theo định kỳ, nếu rong tảo có hiệntượng phát triên mạnh thì có thể pha chlorine với liềulượng cao 5 – 10mg/L trong quãng thời gian 2 – 3 giờ đểdiệt tảo

 Định kỳ 6 tháng hay 1 năm một lần cách ly từng ngăn bể,

tháo khô, làm sạch đáy bể không cho bùn đóng lâu ngàygây hiện tượng phân hủy yếm khí

 Theo dõi chất lượng nước thô để điều chỉnh năng lượng

khuấy trộn hợp lý Định kỳ tra dầu mỡ cho các ổ trục máy

 Ở Việt Nam thường dùng phèn nhôm vì sản xuất, vận

chuyển, pha chế định lượng đơn giản

 Hiện đã có 2 nhà máy sản xuất phèn nhôm quy mô lớn ở

Việt Nam: 1 ở khu công nghiệp Việt Trì, 1 ở khu côngnghiệp Tân Bình

 Phèn nhôm lỏng Al2(SO4)3:

- Liều lượng tối ưu: 20mg/l tính theo Al2(SO4)3

- Dãy pH tối ưu từ 6,4 đến 7,1

 Phèn sắt lỏng Fe2(SO4)3:

- Liều lượng tối ưu: 25 mg/l tính theo Fe2(SO4)3

tối ưu từ 8,2 đến 9,0

 Polymer trợ keo tụ: thường cho vào bể tạo bông để tăng

cường quá trình tạo bông

 Chất trợ keo tụ là polymer cation: liều lượng tối ưu

0,05mg/l Polymer được châm vào sau khi chất keo tụ đãkhuếch tán đều và bông mịn bắt đầu hình thành

3.1 Sắt, mangan trong nước thiên nhiên

3.2 Phương pháp khử sắt trong nước mặt

3.5 Vật liệu lọc khử sắt và mangan

3.6 Các thiết bị khử sắt, mangan

1 Sắt trong nước thiên nhiên:

 Nước thiên nhiên thường có đồng thời sắt và

mangan, tuy nhiên cũng có khi chỉ chứa sắt mà

không chứa mangan

 Hàm lượng sắt trong nước cấp dân dụng thường ≤

0,3 mg/l, trong nước cấp công nghiệp thường ≤ 0,1

mg/l

 Nước có hàm lượng

sắt cao thường có mùi

tanh

2 Mangan trong nước:

- Hàm lượng mangan trong nước thường nhỏ hơn 3

mg/l, rất ít khi vượt quá 5 mg/l

- Trong nước cấp công nghiệp, hàm lượng mangan

phải từ 0,03 mg/l trở xuống

- Trong nước ngầm, mangan thường tồn tại ở dạng

Mn(HCO3)2.Trong nước mặt, mangan thường tồn tại

ở dạng MnSO4 Ngoài ra, mangan còn tồn tại ở dạng

các phức hơp hữu cơ

1 Phương pháp keo tụ tạo bông:

Áp dụng khi sắt trong nước chủ yếu ở dạng keo

hoặc huyền phù vô cơ hoặc hữu cơ Khử sắt bằng

phương pháp này thường kết hợp với việc khử đục,

khử màu, khử các chất lơ lửng trong công nghệ xử lý

nước mặt

Áp dụng khi sắt trong nước phần lớn ở dạng phức

hợp hữu cơ Có thể sử dụng các hợp chất của chlorine

hoặc ozone để phân hủy các hợp chất hữu cơ này, tạo

1 Phương pháp oxy hóa – kết tủa:

a Làm thoáng khử sắt

b Khử sắt bằng clo

c Khử sắt bằng vôi

Phản ứng khử sắt với các tác nhân oxy hóa

khác nhau

Lượng chất oxy hóa cần, mg/mgFe 2+

Lượng kiềm tiêu tốn, mg/mgFe 2+

a Làm thoáng khử sắt

Các phương pháp làm thoáng:

• Làm thoáng đơn giản ngay trên bề mặt lớp vật liệu lọc:

 Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm rất ít

 Lượng O2 hòa tan bằng 40% giá trị bão hòa

• Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên:

 Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 50%

 Lượng O2 hòa tan bằng 55% giá trị bão hòa

• Làm thoáng cưỡng bức:

a Làm thoáng khử sắt

Các bước tiến hành tính toán:

• Bước 1: Xác định thế oxy hóa khử theo EFe3+/Fe2+ = 1,34 – 0,177pH Để có được giá trị pH của nước, cần xác định nồng độ CO2 và độ kiềm của nước sau khi làm thoáng

Alkthoáng = Alkđầu – 0,036Fe2+ ,mg đl/l

Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc

[CO2]thoáng = 1,0 [CO2]đầu + 1,6Fe2+ , mg/lLàm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên

[CO2]thoáng = 0,5 [CO2]đầu + 1,6Fe2+ , mg/l

a Làm thoáng khử sắt

Các bước tiến hành tính toán:

• Bước 2: Xác định thế oxy hóa khử theo EO2/H2O = 1,231 – 0,059pH + 0,0145 lg[O2]

Để có được giá trị lg[O2], cần xác định nồng độ O2 hòa tan còn lại trong nước

Để khử hết 1mg/l H2S thì cần 0,47 mg/l O2 tương ứng

Để khử hết 1mg/l Fe2+ thì cần 0,143 mg/l O2 tương ứng

Để khử hết 1mg/l các chất hữu cơ thì cần 1 mg/l O2

tương ứng