Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước cấp 12000 m3ngày đêm

LỜI NÓI ĐẦU

Con người và môi trường có mối quan hệ mật thiết với nhau.Trong lịch sử phát triểncủa con người, để giải quyết các nhu cầu thiết yếu của cuộc sống cũng như sự gia tăngdân số một cách nhanh chóng trong thời gian gần đây đã và đang gây ra nhiều tác độngcân bằng sinh học trong hệ sinh thái Thiên nhiên bị tàn phá môi trường ngày càng xấuđi, đã ảnh hưởng trực tiếp lên đời sống của con người, mỹ quan đô thị cũng như cácloài động thực vật, việc xây dựng hệ thống thoát nước cũng như trạm xử lí nước cấpcho các khu dân cư trở thành yêu cầu hết sức cần thiết, đặt biệt là trong giai đoạn đôthị hóa và phát triển mạnh mẽ như hiện nay

Chúng em những sinh viên ngành kỹ thuật môi trường tương lai rất cần những đồán như thế này để tự hình thành khái quát trong đầu một hệ thống xử lí nước, thu thậpthêm nhiều kiến thức cho bản thân Từ đó có cơ sở tốt để hoàn thành tốt cho công việcsau này Đây là lần đầu tiên em làm một đồ án, do thiếu kinh nghiệm cũng như kiếnthức, nên không tránh khỏi những sai xót, mong thầy chỉ dạy thêm Thời gian qua nhờsự chỉ dạy tận tình của thầy Biện Văn Tranh đã giúp em thêm nhiều kiến thức, kỹ năngchuyên ngành, cũng như giúp em hoàn thành xong đồ án này Em xin chân thành cảmơn !

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM………

1.1.Giới thiệu về nước ngầm………

1.2 Đặc điểm, thành phần và tính chất của nguồn nước ngầm………

1.2.1 Đặc trưng của nguồn nước ngầm………

1.2.2 Thành phần và tính chất nước ngầm………

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NGẦM……….

2.1 Các công trình thu nước ngầm………

2.2 Công trình vận chuyển nước ngầm……….

2.3 .Xử lý nước cấp bằng phương pháp cơ học………

2.4.1 Trạng thái tồn tại của sắt trong nguồn nước ngầm………

2.4.2 Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước ngầm………

Chương 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ………… ………

3.1 Đề xuất phương án xử lý……….

3.2 Lý do lựa chọn phương án xử lý……….

3.3 Thuyết minh công nghệ…….……….

3.4 Tính toán lượng hóa chất và các công trình đơn vị………

Do đó nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt của con người lại được phân chia ra nhiều loại khác nhau:nước cho nhu cầu ăn uống đòi hỏi phải có chất lượng cao,đảm bảo không gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người;các nguồn nước dùng cho tắm giặt,rửa có thể yêu cầu thấp hơn.Ngoài ra thì nước ta là một nước nông nghiệp nên nhucầu nước dùng cho sản xuất nông nghiệp là rất lớn;bên cạnh đó nước còn sử dụng cho công nghiệp,giao thông vận tải và các hoạt động khác…Nước dùng để cấp cho nhu cầusinh hoạt và sản xuất có chất lượng rất khác nhau bao gồm nước mặt và nước

ngầm.Các nguồn nước này hầu như không đáp ứng được các yêu cầu chất lượng ;do đó phải biết được thành phần tính chất của chúng để tiến hành xử lý nhằm đạt được các yêu cầu về chất lượng,đáp ứng mục đích sử dụng nước.Trong mục đích cấp nước cho sinh hoạt người ta thường sử dụng nguồn nước ngầm,do đó có rất nhiều công nghệxử lý nước ngầm đã được áp dụng để đáp ứng nhu cầu cuộc sống của con người.Nước ngầm được con người khai thác và sử dụng từ hàng nghìn năm qua.Qua các thời đại,ở khắp mọi miền trên thế giới,loài người đã sang tạo ra nhiều phương pháp khác nhau để khai thác nước ngầm,dùng đến đủ mọi năng lượng (sức động vật,sức

người,sức gió,sức nước,năng lượng mặt trời…).Ngày nay , trên toàn thế giới khoảng 60% nước ăn uống,15% nước dùng trong gia đình và 20% nước tưới lấy từ các nguồn nước ngầm.Tại hầu hết các vùng khô cằn trên thế giới,nước ngầm là nguồn cung cấp nước chủ yếu Ngoài ra nó còn cung cấp ít nhất 20% và nhiều khi hơn 30% tổng khối lượng nước sử dụng ở các nước công nghiệp.Hiện nay trên thế giới hàng năm người ta khai thác khoảng từ 600-700 tỷ m3 nước ngầm,nhiều hơn bất kỳ một nguồn tài nguyênnào khác được khai thác từ lồng đất.Còn ở Việt Nam nguồn nước ngầm tương đối phong phú,nhiều nơi có chất lượng nước tốt có thể khai thác lên sử dụng trực tiếp mà

1.2.ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NGUỒN NƯỚC NGẦM1.2.1 Đặc trưng của nước ngầm.

Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng Nước ngầm tồn tại trong các lỗ và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt, nước mua… Nước ngầm là nước xuất hiện ở tầng sâu dưới dất, thường từ 30 – 40 m, 60 – 70 m có khi 120 – 150 m và cũng có khi tới 180 m

Ðối với các hệ thống cấp nước tập trung thì nguồn nước ngầm luôn là loại nguồnnước được ua tiên lựa chọn nếu có thể Bởi vì các nguồn nước mặt thuờng bị ônhiễm và lưu lượng khai thác phụ thuộc vào sự biến động theo mùa Trong khi đó,nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con nguời Chất lượngnước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều Trong nước ngầm hầu nhưkhông có các hạt keo hay các hạt lo lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp.

Nước ngầm (nước dưới đất) được hình thành do nước mưa thấm qua các lớp đất đá trong lòng đất và được giữ ở tầng chứa nước bên dưới bề mặt đất ở các độ sâu khác nhau Nước ngầm gồm có nước ngầm tầng nông và nước ngầm tầng sâu.

Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyênnhân gây ô nhiễm nguồn nước Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là cáctạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quátrình phong hoá và sinh hoá trong khu vực Ở những vùng có điều kiện phong hoátốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất

Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người Cácchất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, vàviệc sử dụng phân bón hoá học…Tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Ðã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ.

1.2.2 Thành phần, tính chất nước ngầm.

Thành phần chất luợng của nuớc ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc của nuớc ngầm,cấu trúc dịa hình của khu vực và chiều sâu dịa tầng nơi khai thác nuớc Ở các khuvực duợc bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nuớc ngầm nói chung duợcdảm bảo về mặt vệ sinh và chất luợng khá ổn dịnh Nguời ta chia làm 2 loại khácnhau:

a.Nước ngầm hiếu khí

Thông thuờng nuớc có oxy có chất luợng tốt, có truờng hợp không cần xử lý màcó thể cấp trực tiếp cho nguời tiêu thụ Trong nuớc có oxy sẽ không có các chất khửnhu H2S,CH4,NH4+,…

b Nước ngầm yếm khí.

Trong quá trình nước thấm qua các tầng đá , oxy bị tiêu thụ Khi lượng oxy hòa tan trong nước bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+ , Mn2+ sẽ được tạo thành.Mặt kháccác quá trình khử NO 3- -> NH4+; SO42- -> H2S ; CO2 -> CH4 cũng xảy ra.

b1 Các ion trong nước ngầm.

• Ion Canxi Ca 2+

Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao.Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình thủy phân các tạp chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật.Khí CO2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau:

• Ion bicacbonat HCO3-.

Được tạo ra trong nước nhờ quá trình tan đá vôi khi có mặt khí CO2CaCO3 + CO2 + H2O ->Ca2+ + 2HCO3-

• Ion sunfat SO2-.

Có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxy hóa FeS2 trong điều kiện ẩm với sự có mặt của O2.

2FeS2 + 2H2O +7O2 -> 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+• Ion clorua Cl-.

Có nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt.• Ion sắt.

Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+ ,kết hợp với gốc

bicacbonat,sunfat,clorua,đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic.Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước ttrong điều kiện yếm khí sau:

4Fe(OH)3 + 8H+ ->4Fe2+ + O2 + 10H2O

Sau khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa,ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+ và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.Vì vậy,khi vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và không màu, nhưng sau một thời gian để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn màu đỏhung.

Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hưu cơ Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trị II của các hợp chất sunfat và clorua Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H2S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS Khi làm thoáng khử khí CO2, hyđrocacbonat sắt hóatrị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hóa để tạo thành hyđroxyt sắt hóa trị III.

4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O –> 4Fe(OH)3 + 8CO2

Với hàm lượng sắt cao hơn 0.5mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp trên giàn làmnguội trong các bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa thành sắt hóa trị III,tạo thành bông cặn, các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫnnước Đặc biệt là có thể gây nổ nếu nước đó dùng làm nước cắp cho nồi hơi.Một số ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt như dệt,giấy,sản xuất phim ảnh…

Nước có chứa ion sắt,khi trị số pH<7.5 là diều kiện thuận lợi để vi khuẩn sắt phát triển trong các đường ống dẫn,tạo ra cặn lắng gồ ghề bám vào thành ống làm giảm khả năngvận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống.

• Ion mangan

Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầmvà dạng keo hữu cơ trong nước mặt Do vậy việc khử mangan thường được tiếnhành đồng thời với khử sắt Các ion mangan cũng được hòa tan trong nước từ cáctầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau:

6MnO2 + 12H+ -> 6Mn2+ +3O2 +6H2O

Mangan II hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở dạnghydroxyt kết tủa, quá trình oxy hóa diễn ra như sau:

2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O -> 2Mn(OH)4 + 4HCO3

-Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong nước xuất hiện cặn hydroxyt sắt sớm hơnvì sắt dễ bị oxy hóa hơn mangan và phản ứng oxy hóa sắt bằng oxy hòa tan

trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với mangan Cặn mangan hóa trị cao làchất xúc tác rất tốt trong quá trình oxy hóa khử mangan cũng như khử sắt Cặnhydroxyt mangan hóa trị IV Mn(OH)4 có màu hung đen

Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các công trình là dohợp chất sắt và mangan tạo nên Vì vậy, tùy thuộc vào tỷ số của chúng, cặn có thể có mà từ hung đỏ đến màu nâu đen

Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l Tuy nhiên, với hàm lượngmangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng

giống như trường hợp nuớc chứa sắt với hàm lượng cao

b2 Các chất khí hòa tan trong nuớc ngầm

• O2 hòa tan.

Tồn tại rất ít trong nước ngầm Tùy thuộc vào nồng độ của khí oxy trong nước ngầm, có thể chia nước ngầm thành 2 nhóm chính sau:

+ Nước ngầm yếm khí: trong quá trình lọc qua các tầng đất đá, oxy trong nước bị tiêu

thụ, khi lượng oxy bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+, Mn2+ sẽ tạo thànhnhanh hơn

+ Nước dư luợng oxy hòa tan: trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như NH4 , H2S, CH4 Ðó chính là nước ngầm mạch nông Thường khi nước có dư lượng oxy sẽ có chất luợng tốt Tuy nhiên, nuớc ngầm mạch nông phụ thuộc nhiều vào nguồn nước mặt, nếu nước mặt bị ô nhiễm thì nó cũng sẽ bị ảnh hưởng.

• H2S.

Hydrosunfua được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn

2SO42- + 14H+ + 8e- -> 2H2S + 2H2O + 6OH+ Metan CH4 và khí CO2.

-Ðược tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn:

4C10H18O10 + 2H2O -> 21CO2 + 19CH4

Nồng độ các tạp chất chứa trong nước ngầm phụ thuộc và các vị trí địa lý củanguồn nước, thành phần các tầng đất đá trong khu vực, độ hòa tan của các hợp chấttrong nước, sự có mặt của các chất dễ bị phân hủy bằng sinh hóa trong chất đó.

Nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con người như phân bón,chất thải hóa học, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, hóa chất bảo vệ thực vật Do vậy các khu vực khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần phải được bảo vệ cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn nguồn nước Ðể bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh vùng khu vực bảo vệ và quản lý, bố trí các nguồn thải ở khu vực xung quanh

Tóm lại, trong nước ngầm có chứa các cation chủ yếu là Na+, Ca2+,Mn2+, NH4+ và các anion HCO3-, SO42-, Cl-.

Trong đó các ion Ca2+ , Mg2+ chỉ tồn tại trong nước ngầm khi nước này chảy qua tầng đá vôi Các ion Na+,Cl- ,SO42- có trong nước ngầm trong các khu vực gần bờ biển, nước bị nhiễm mặn Ngoài ra,trong nước ngầm có thể có nhiều nitrat do phân bón hóa học của người dân sử dụngquá liều lượng cho phép Thông thường thì nước ngầm chỉ có các ion Fe2+,Mn2+,khí CO2, còn các ion khác đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN đối với nước cấp cho sinh hoạt

b3 Một số phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm sắt.

Tùy thuộc vào hàm lượng Fe2+ có trong nước ngầm mà người ta lựa chọn cácphương pháp khử sắt khác nhau:

• Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+.

Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc: dàn phun nước cao 0.7m, lỗ phun đườngkính 5-7 mm; lưu lượng 10m3/m2h Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng =40 % lượng oxy hòa tan bão hòa ( ở 250C lượng oxy bão hòa =8.4 mg/l) Làm thoáng bằng dàn mưa tự nhiên: dàn một bậc hay nhiều bậc với sàn rải xỉ hoặc tre gỗ Lượng oxy hòa tansau làm thoáng=55% lượng oxy hòa tan bão hòa Hàm lượng CO2 giảm 50%

Làm thoáng cưỡng bức: tháp làm thoáng cưỡng bức lưu lượng 30 – 40 m3/h,lượng không khí tiếp xúc 4- 6m3/m3 H2O.Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng =70% lượng oxyhòa tan bão hòa Hàm lượng CO2 giảm 75%.

Trong nước ngầm, ngoài Fe 2+còn có HS- , S2-(H2S) có tác dụng khử dối với sắtnên ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa sắt.

2HS + O → 2S + 2H O

Nếu trong nước có oxy hòa tan thì phản ứng oxy hóa S2- xảy ra trước sau đó mới tiếp tục oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ Vì vậy, ta tính toán lượng oxy cung cấp để dủ oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ để đạt tiêu chuẩn cấp nước

2Fe 2+ + KMnO4 + 7H2O -> 3Fe(OH)3 + MnO 2 + K+ + 5H+

Trong phản ứng, để oxy hóa 1 mg Fe 2+, cần 0,64 mg Cl2 hoặc 0,94 mg KMnO4 và đồng thời độ kiềm của nước giảm di 0,018 mgđl/l

So sánh với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxy hóamạnh phản ứng nhanh hơn, pH môi trường thấp hon (pH < 6) Nếu trong nước tồntại các hợp chất như: H2S, NH3 thì chúng sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử sắt

+ Khử sắt bằng vôi

Phương pháp khử sắt bằng vôi thường không đứng độc lập, mà kết hợp với các quá trình làm ổn định nước hoặc làm mềm nước Khi cho vôi vào nước, quá trình khử sắt

xảy ra theo 2 trường hợp:

Trường hợp nước có oxy hòa tan: vôi được coi là chất xúc tác , phản ứng khử sắtdiễn ra như sau:

4Fe(HCO3)2 + O2+ 2H2O +4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3↓ + 4 Ca(HCO3)2

Sắt (III) hydroxit được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn

toàn trong bể lọc.

Trong trường hợp không có oxy hòa tan: khi cho vôi vào nước phản ứng diễn ra như sau:

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → FeCO3 + CaCO3 +H2O.

Hệ thống xử lý nước cấp từ nước ngầm có công suất 12000m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai có thành phần tính chất nước ngầm được quan trắc như sau:

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NGẦM.2.1 CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC NGẦM

Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn nước.

Công trình thu nước ngầm thường là giếng khoan, thu nước từ nguồn nước ngầm mạchsâu có áp Chọn vị trí công trình thu nước dựa trên cơ sở đảm bảo lưu lượng, chất lượng, độ ổn định, tuổi thọ công trình và thuận tiện cho việc bảo vệ vệ sinh nguồn nước.

2.2 CÁC CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC NGẦM.

Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước thô từ công trình thu lên trạm xử lý nước Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nước.

Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có áp lực cao, bơm nước từ giếng khoan đến trạm xử lý.

Trạm bơm cấp II có nhiệm vụ đưa nước sạch đã qua xử lý phân phối đến các hộ trong khư dân cư.

2.3 XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC.2.3.1.Hồ chứa và lắng sơ bộ.

Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: tạo điều kiện thuận lợicho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tácđộng của các điều kiện môi trường, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng củaoxy hòa tan trong nước, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồnnước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà máy xử lýnước.

2.3.2 Song chắn rác và lưới chắn rác.

Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừvật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quảlàm sạch của các công trình xử lý Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có thể có kíchthước nhỏ như que tăm nổi, hoặc nhành cây non khi đi qua máy bơm vào các côngtrình xử lý có thể bị tán nhỏ hoặc thối rữa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu củanước Song chắn rác có cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn cỡ 8 hoặc 10, hoặctiết diện hình chữ nhật kích thước 6 x 50 mm đặt song song với nhau và hàn vào khungthép Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 ÷ 50 mm Vận tốc nước chảy qua songchắn khoảng 0,4 ÷ 0,8 m/s Song chắn rác được nâng thả nhờ ròng rọc hoặc tời quaytay bố trí trong ngăn quản lý Hình dạng song chắc rác có thể là hình chữ nhật, hìnhvuông hoặc hình tròn Lưới chắn rác phẳng có cấu tạo gồm một tấm lưới căng trênkhung thép Tấm lưới đan bằng các dây thép đường kính 1 ÷ 1,5 mm, mắt lưới 2 x 2 ÷5 x 5 mm Trong một số trường hợp, mặt ngoài của tấm lưới đặt thêm một tấm lướinữa có kích thước mặt lưới 25 x 25 mm đan bằng dây thép đường kính 2 – 3 mm đểtăng cường khả năng chịu lực của lưới Vận tốc nước chảy qua băng lưới lấy từ 0,15 ÷0,8 m/s Lưới chắn quay được sử dụng cho các công trình thu cỡ lớn, nguồn nước cónhiều Cấu tạo gồm một băng lưới chuyển động liên tục qua hai trụ tròn do một độngcơ kéo Tấm lưới gồm nhiều tấm nhỏ nối với nhau bằng bản lề Lưới được đan bằngdây đồng hoặc dây thép không gỉ đường kính từ 0,2 ÷ 0,4 Mắt lưới kích thước từ 0,3 x0,3 mm đến 0,2 x 0,2 mm Chiều rộng băng lưới từ 2 ÷ 2,5 m Vận tốc nước chảy quabăng lưới từ 3,5 ÷ 10 cm/s, công suất động cơ kéo từ 2 ÷ 5 kW.

2.3.3.Bể lắng cát

Ở các nguồn nước mặt có độ đục lớn hơn hoặc bằng 250 mg/l sau lưới chắn, các hạtcặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, có khả năng lắngnhanh được giữ lại ở bể lắng cát Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắngcác hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng2,5; để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặnnặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng.

2.3.4 Bể lắng.

Quá trình lắng: Lắng là quá trình tách hạt rắn lơ lửng ra khỏi nước dưới tác dụng củatrọng lực, nhằm làm sạch sơ bộ nguồn nước trước khi thực hiện quá trình lọc Quátrình lắng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng của các hạt, đồng

thời phụ thuộc vào trạng thái của nước Các hạt rắn không hòa tan này có tỷ trọng lớnhơn tỷ trọng của nước

Bể lắng thường được chia ra thành các loại khác nhau dựa theo chuyển động của dòngnước: Bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm và các loại bể lắng khác như bểlắng lớp mỏng, bể lắng cá cặn lơ lửng…

a Bể lắng ngang.

Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát kích thước lớn hơn hoặcbằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,6 để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơcấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể lắng.

Trong bể lắng ngang, quỹ đạo chuyển động của các hạt cặn tự do là tổng hợp của lựcrơi tự do và lực đẩy của nước theo phương nằm ngang và có dạng đường thẳng.Trường hợp lắng có dùng chất keo tụ, do trọng lực của hạt tăng dần trong quá trìnhlắng nên quỹ đạo chuyển động của chúng có dạng đường cong và tốc độ lắng củachúng cũng tăng dần Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớnhơn 3000 m3/ngày đêm

Bể lắng ngang là bể lắng hình chữ nhật làm bằng gạch hoặc bê tong cốt thép.

Cấu tạo bể lắng ngang bao gồm bốn bộ phận chính: Bộ phận phân phối nước vào bể,vùng lắng cặn, hệ thống thu nước đã lắng, hệ thống thu xả cặn.

Hình 2.1: Bể lắng ngangHình 2.2: Cấu tạo bể lắng ngang

b Bể lắng đứng.

Bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạtcặn rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống Bể lắngđứng thường có mặt bằng hình vuông hoặc hình tròn Ứng dụng cho trạm có công suấtnhỏ (Q ≤ 5000 m3/ngđ).

Nước được chảy qua ống trung tâm ở giữa bể rồi đi xuống phía dưới qua bộ phận hãmlàm triệt tiêu chuyển động xoáy rồi đi vào vùng lắng, chuyển động theo chiều đứng từdưới lên trên Các hạt cặn có tốc độ lắng lớn hơn tốc độ chuyển động của nước tự lắngxuống, các hạt còn lại bị dòng nước cuốn lên trên, kết dính với nhau ( trường hợp cósử dụng chất keo tụ) trở thành hạt có kích thước lớn dần, đến khi trọng lực đủ lớn,thắng lực đẩy của nước thì chúng sẽ tự lắng xuống.

Bể lắng đứng được chia thành hai vùng: vùng lắng có dạng hình trụ hoặc hình hộp ởtrên và vùng chứa, nén cặn có dạng hình côn ở phía dưới, cặn được đưa ra ngoài theochu kỳ bằng ống qua van xả cặn.

Nước trong được thu ở phía dưới của bể lắng thông qua hệ thống máng vòng xungquanh bể hoạc các ống máng có đục lỗ hình nan quạt, nước chảy trong ống hoặc trongmáng với vận tốc 0.6 – 0.7m/s Hiệu suất thấp hơn bể lắng ngang từ 10 – 20%.

Hình 2.3: Bể lắng đứng

Hình 2.4: Cấu tạo bể lắng đứngc Bể lắng ly tâm

Bể lắng li tâm có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên Thường dùng để sơ lắngnguồn nước có hàm lượng cặn cao, Co > 2000 mg/l Áp dụng cho trạm có công suấtlớn Q ≥ 30.000 m3/ngđ và có hoặc không dùng chất keo tụ.

Nước được chuyển động theo nguyên tắc từ phía tâm bể ra phía ngoài và từ dưới lêntrên Bể có hệ thống gạt bùn đáy nên không yêu cầu có độ dốc lớn nên chiều cao củabể chỉ cần khoảng 1.5 – 3.5m, thích hợp với khu vực có mực nước ngầm cao, bể có thểhoạt động liên tục vì việc xả cặn có thể tiến hành song song với quá trình hoạt độngcủa bể Tốc độ của dòng nước giảm dần từ phía trong ra ngoài, ở vùng trong do tốc độlớn nên các hạt cặn khó lắng hơn, đôi khi xuất hiện chuyển động khối Mặt khác, phầnnước trong chỉ được thu bằng hệ thống máng vòng xung quanh bể nên thu nước khóđều Ngoài ra hệ thống gạt bùn cấu tạo phức tạp và làm việc trong điểu kiện ẩm ướtnên chóng bị hư hỏng.

các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắngngang Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm 5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy.

e Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng.

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm là không cần xây dựng bể phản ứng, bởivì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngaytrong lớp cặn lơ lửng của bể lắng Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ítdiện tích xây dựng hơn Tuy nhiên, bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vậnhành cao Vận tốc nước đi từ dưới lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s vàthời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ.

2.3.5.Bể lọc.

Bể lọc được dung để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vàoyêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước Quá trình lọc nước làcho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặthoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước Hàmlượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép ( ≤3mg/l).

Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tốc độ lọc giảm dần Đểkhôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió,nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc Bể lọc luôn luôn phải hoànnguyên Chính vì vậy quá trình lọc nước được đặc trưng bởi thông số cơ bản: Tốc độlọc và chu kỳ lọc Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặtcủa bể lọc trong một đơn vị thời gian (m/h) Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hailần rửa lọc T (h).

Vật liệu lọc:

Vật liệu lọc là bộ phận cơ bản của các bể lọc, nó đem lại hiệu quả làm việc và tínhkinh tế của quá trình lọc Vật liệu lọc hiện nay được dùng phổ biến nhất là cát thạchanh tự nhiên Ngoài ra còn có tể sử dụng một số vật liệu lọc khác như: Cát thạch anhnghiền, đá hoa nghiền, than antraxit ( than giấy), polime,… Vật liệu lọc phải đảm bảocác yêu cầu sau: Giá thành rẻ, dễ tìm, dễ vận chuyển; độ đồng nhất cao về thành phần;

độ đồng nhất về kich thước hạt càng co càng tốt; có độ bền cơ học cao; có độ bền hóahọc cao.

Sử dụng dòng chảy từ trên xuống (lọc xuôi) có ưu điểm là tạo được động lực cho quátrình lọc nhờ áp lực của nước nhưng nhược điểm là sau khi rửa lọc hiệu quả lọc bị

Hình 2.9: Than antraxitHình 2.8 Cát tự nhiên

Hình 2.7: Thạch anh

giảm do khi rửa lọc có thể làm cho các hạt lọc bé bị đẩy lên trên và các hạt to bị giữ lạiở đáy, do vậy khi lọc sẽ nhanh tắc bể lọc hơn.

Sử dụng dòng chảy ngược chiều từ dưới lên trên sẽ khắc phục được hiện tượng trên,khả năng giữ lại chất bẩn cũng tăng lên vì tốc độ của hạt cặn chịu ảnh hưởng của hailực ngược chiều nhau: lực đẩy của dòng nước và trọng lực của hạt cặn Nhưng khuyếtđiểm là khó vệ sinh và phải thay mới vật liệu lọc.

Hiệu quả làm việc của bể lọc phụ thuộc vào kết quả của quá trình rửa lọc Nếu rửakhông sạch, bể lọc làm việc không đạt hiệu quả mong muốn, chu kỳ làm việc của bể bị

rút ngắn Để rửa bể lọc nhanh có thể dùng hai phương pháp: rửa bằng nước thuần túyhoặc rửa bằng nước và gió kết hợp.

Rửa lọc gồm 4 bước:

Bước 1: Xác định thời điểm rửa lọc bằng cách đo chênh lệch áp suất trước và sau bể

Bước 2: Cho khí, nước hoặc dòng khí và nước qua hệ thống phân phối nước rửa lọc

ngược chiều với chiều lọc Quá trình rửa lọc thực hiện đến khi nước trong rồi dừng lạiCường độ rửa từ 2 – 20 l/s.m2.

Bước 3: Cho nước vào bể đến mực nước thiết kế, cho bể làm việc.

Bước 4: Xả bỏ lược nước ban đầu trong khoảng 10 phút vì chất lượng nước lọc ngay

sau rửa lọc không đảm bảo.

Hình 2.10: Hình ảnh minh họa bể lọc nhanh

Bể lọc chậm đạt được hiệu quả cao trong việc loại bỏ cặn bẩn lơ lửng vì vật liệu lọc làcác hạt cát mịn nhưng chỉ áp dụng đối với nguồn nước có độ đục dưới 50mg/l, trườnghợp nước có độ đục cao hơn cần có xử lý sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc chậm ( lắngkeo tụ, lọc nhanh…), nếu nguồn nước bị nhiễm bẩn rong tảo cần có biện pháp ngănngừa.

Nguyên lý làm việc của bể lọc chậm: Trước khi cho bể hoạt động cần đưa nước dângdần từ dưới lên để đuổi hết không khí ra khỏi lớp cát lọc Khi nước dâng cao hơn mặt

cát lọc 20 – 30cm thì ngừng cấp nước và cho nước nguồn vào bể đến độ cao thiết kế.Điều chỉnh tốc độ lọc cho bể làm việc theo đúng tốc độ tính toán Trong quá trình lọc,cặn bẩn trong nước thô sẽ được tích lũy ở lớp màng mỏng trên cùng của lớp vật liệulọc, tạo thành lớp màng làm giảm khe rỗng giữa các hạt vật liệu lọc làm tổn thất áp lựctăng lên, đến khi đạt giới hạn nhất định cần ngừng vận hành và tiến hành rửa lọc Mứcđộ tổn thất áp lực càng tăng khi hàm lượng cặn trong nước càng lớn, vận tốc lọc càngcao và kích thước hạt vật liệu càng nhỏ Tổn thất áp lực của bể lọc thường được tínhbằng thực nghiệm.

Bể lọc chậm có thể rửa bằng thủ công hoặc bán cơ giới.

Hình 2.11: Bể lọc chậm

2.4 Khử sắt trong nước ngầm

2.4.1.Trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong nguồn nước ngầm

Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị 2 (Fe 2+) là thành phần của các muối hoà tan như: Fe(HCO3)2; FeSO4…hàm lượng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước co mùi tanh và có màu vàng, gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt và sản xuất Do đó, khi mà nước có hàm lượng sắt cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thì chúng ta phải tiến hành khử sắt.

FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4, v.v…Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị III:

Fe(OH)3, FeCl3 …trong đó Fe(OH)3 là chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng trong các bể lắng và bể lọc Vì thế các hợp chất vô cơ của sắt hoà tan trong nước hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp lý học: làm thoáng lấy oxy của không khí để oxy hoá sắt hoá trị II thành sắt hoá trị III và cho quá trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy ra hoàn toàn trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và các bể lọc Các phức chất vô cơ của ion sắt với silicat, photphat FeSiO(OH)3+3) Các phức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic,…Các ion sắt hoà tan Fe(OH)2, Fe(OH)3 tồn tại tuỳ thuộc vào giá trị thế oxy hoá khử và pH của môi trường Các loại phức chất và hỗn hợp các ion hoà tan của sắt không thể khử bằng phương pháp lý học thong thường, mà phải kết hợp với phương pháp hoá học Muốn khử sắt ở dạng này phải cho thêm vào nước các chất oxy hoá như: Cl-,KMnO4, Ozone, đã phá vỡ liên kết và oxy hoá ion sắt thành ion hoá trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ FeCl 3 , Al(SO4)3 và kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp cho quá tr ình đồng keo tụ các loại keo sắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và bể lọc trong.

2.4.2.Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước ngầma.Phương pháp ô xy hóa sắt

Nguyên lý của phương pháp này là oxy hoá (II) thành sắt (III) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hyđroxyt sắt (III) Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là một muối không bền, nó dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II)hyđroxyt theo phản ứng:

Kết hợp các phản ứng trên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hoá sắt như sau:4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCO3-

Nước ngầm thường không chứa ôxy hoà tan hoặc có hàm lượng ôxy hoà tan rất thấp Để tăng nồng độ ôxy hoà tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng.Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu ôxy cho quá trình khử sắt.

b Phương pháp khử sắt bằng quá trình ô xy hóa

Hình 3.1:Một số quá trình làm thoáng

b1 Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc

Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng dàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính từ 5-7mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m3/m2 Lượng ôxy hoà tantrong nước sau khi làm thoáng ở nhiệt độ 250C lấy bằng 40% lượng ôxy hoà tan bão hoà (ở 250C lượng ôxy bão hoà bằng 8,1 mg/l).

b2 Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên.

Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bặc hay nhiều bặc với các sànrải xỉ hoặc tre gỗ.Lưu lượng tưới và chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 55% lượng ôxy hoà tan bão hoà Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 50%.

b3 Làm thoáng cưỡng bức.

Cũng có thể dùng tháp làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3/h Lượng không khí tiếpxúc lấy từ 4 đến 6 m3 cho 1m3nước Lượng ôxy hoà tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão hoà.Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 75%.

c Khử sắt bằng hóa chất.

Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảovệ bằng tác dụng của các chất ôxy hoá mạnh Đối với nước ngầm, khi làm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng ôxy thu được nhờ làm thoáng không đủ để ôxy hoá hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt.

c1 Biện pháp khử sắt bằng vôi.

Phương pháp khử sắt bằng vôi thường không đứng độc lập, mà kết hợp với các quá trình làm ổn định hoặc làm mềm nước.Khi cho vôi vào nước, quá trình khử sắt xảy ra theo 2 trường hợp:

Trường hợp nước có oxy hòa tan:vôi được coi là chất xúc tác, phản ứng khử sắt diễn ra như sau: