Ky thuat xu ly nuoc ngam

TÀI LIỆU KỸ THUẬT KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC NGẦM GREEN EYE ENVIRONMENTAL TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM Việt Nam quốc gia có nguồn nước ngầm phong phú trữ lượng tốt chất lượng Nước ngầm tồn lỗ hổng khe nứt đất đá, tạo thành giai đoạn trầm tích đất đá thẩm thấu, thấm nguồn nước mặt, nước mưa… nước ngầm tồn cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay hàng trăm mét Đối với hệ thống cấp nước cộng đồng nguồn nước ngầm ln ln nguồn nước ưa thích Bới vì, nguồn nước mặt thường hay bị nhiễm lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào biến động theo mùa Nguồn nước ngầm chịu ảnh hưởng tác động người Chất lượng nước ngầm thường tốt chất lượng nước mặt nhiều Trong nước ngầm khơng có hạt keo hay hạt lơ lửng, vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp Một số đặc điểm khác nước ngầm nước mặt Thơng số Nhiệt độ Chất rắn lơ lửng Chất khống hồ tan Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Khí CO2 hồ tan Khí O2 hồ tan Khí NH3 Khí H2S SiO2 NO3Vi sinh vật Nước ngầm Tương đối ổn định Rất thấp, khơng có Ít thay đổi, cao so với nước mặt Thường xun có nước Có nồng độ cao Thường khơng tồn Thường có Thường có Thường có nồng độ cao Có nồng độ cao, bị nhiễm phân bón hố học Chủ yếu vi trùng sắt gây Nước bề mặt Thay đổi theo mùa Thường cao Thay đổi theo mùa Thay đổi tuỳ thuộc chất lượng đất, lượng mưa Rất thấp, có nước sát đáy hồ Rất thấp Gần bão hồ Có nguồn nước bị nhiễm bẩn Khơng có Có nồng độ trung bình Thường thấp Nhiều loại vi trùng, virut gây bệnh tảo Các nguồn nước ngầm khơng chứa rong tảo, ngun nhân gây nhiễm nguồn nước Thành phần đáng quan tâm nước ngầm tạp chất hồ tan ảnh hưởng điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, q trình phong hố sinh hố khu vực Ở vùng có điều kiện phong hố tốt, có nhiều chất bẩn lượng mưa lớn chất lượng nước ngầm dễ bị nhiễm chất khống hồ tan, chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa thấm vào đất Ngồi ra, nước ngầm bị nhiễm bẩn tác động người Các chất thải người động vật, chất thải sinh hoạt, chất thải hố học, việc sử CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH – GREE Tel: (84.8) 5150181 Fax: (84.8) 8117565 Website: www.gree-vn.com Page dụng phân bón hố học… tất loại chất thải theo thời gian ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần làm nhiễm nguồn nước ngầm Đã có khơng nguồn nước ngầm tác động người bị nhiễm hợp chất hữu khó phân huỷ, vi khuẩn gây bệnh, hố chất độc hại kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu khơng loại trừ chất phóng xạ MỘT SỐ Q TRÌNH CƠ BẢN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM Có nhiều phương pháp để xử lý nước ngầm, tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm nguồn nước ngầm, điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội… mà lựa chọn cơng nghệ xử lý nước ngầm cho phù hợp Tuy nhiên có số q trình áp dụng để xử lý nước ngầm tóm tắt bảng sau: Q trình xử lý - Làm thống - Clo hố sơ - Q trình khuấy trộn hố chất - Q trình keo tụ phản ứng tạo bơng cặn - Q trình lắng - Q trình lọc - Hấp thụ hấp phụ than hoạt tính - Flo hố nước - Khử trùng nước - Ổn định nước - Làm mềm nước - Khử muối Mục đích - Lấy oxy từ khơng khí để oxy hố sắt mangan hố trị II hồ tan nước - Khử khí CO2 nâng cao pH nước để đẩy nhanh q trình oxy hố thuỷ phân sắt mangan dây chuyền cơng nghệ khử sắt mangan - Làm giàu oxy để tăng oxy hố khử nước, khử chất bẩn dạng khí hồ tan nước - Oxy hố sắt mangan hồ tan dạng phức chất hữu - Loại trừ rong, rêu, tảo phát triển thành bể trộn, tạo bơng cặn bể lắng, bể lọc - Trung hồ lượng amoniac dư, diệt vi khuẩn tiết chất nhầy mặt lớp lọc - Phân tán nhanh, phèn hố chất khác vào nước cần xử lý - Tạo điều kiện thực q trình dính kết hạt cặn keo phân tán thành bơng cặn có khả lắng lọc với tốc độ kinh tế cho phép - Loại trừ khỏi nước hạt cặn bơng cặn có khả lắng với tốc độ kinh tế cho phép, làm giảm lượng vi trùng vi khuẩn - Loại trừ hạt cặn nhỏ khơng lắng bể lắng, có khả dính kết lên bề mặt hạt lọc - Khử mùi, vị, màu nước sau dùng phương pháp xử lý truyền thống khơng đạt u cầu - Nâng cao hàm lượng flo nước đến 0, - 0,9 mg/l để bảo vệ men xương cho người dùng nước - Tiêu diệt vi khuẩn vi trùng lại nước sau bể lọc - Khử tính xâm thực tạo màng bảo vệ cách ly khơng cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt thành ống dẫn để bảo vệ ống phụ tùng ống - Khử khỏi nước ion Ca2+ Mg2+ đến nồng độ u cầu - Khử khỏi nước cation anion muối hồ tan đến nồng độ u cầu 3 KHỬ SẮT TRONG NƯỚC NGẦM 3.1 Trạng Thái Tồn Tại Tự Nhiên Của Sắt Trong Các Nguồn Nước Trong nước ngầm sắt thường tồn dạng ion, sắt có hố trị (Fe2+) thành phần muối hồ tan như: Fe(HCO3)2 ; FeSO4… hàm lượng sắt có nguồn nước ngầm thường cao phân bố khơng đồng lớp trầm tích đất sâu Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước có mùi có màu vàng, gây ảnh hưởng khơng tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt sản xuất Do đó, mà nước có hàm lượng sắt cao giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn phải tiến hành khử sắt Các Hợp Chất Vơ Cơ Của Ion Sắt Các hợp chất vơ ion sắt hố trị II : • FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4, v.v… Các hợp chất vơ ion sắt hố trị III : • Fe(OH)3, FeCl3… Fe(OH)3 chất keo tụ, dễ dàng lắng đọng bể lắng bể lọc Vì hợp chất vơ sắt hồ tan nước hồn tồn xử lý phương pháp lý học: làm thống lấy oxy khơng khí để oxy hố sắt hố trị II thành sắt hố trị III cho q trình thuỷ phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy hồn tồn bể lắng, bể lọc tiếp xúc bể lọc +3 Các phức chất vơ ion sắt với silicat, photphat (FeSiO(OH) ) • Các phức chất hữu ion sắt với axit humic, funvic, … + • Các ion sắt hồ tan Fe(OH) , Fe(OH)3 tồn tuỳ thuộc vào giá trị oxy hố khử pH mơi trường • Các loại phức chất hỗn hợp ion hồ tan sắt khơng thể khử phương pháp lý học thơng thường, mà phải kết hợp với phương pháp hố học Muốn khử sắt dạng phải cho thêm vào nước chất oxy hố : Cl , KMnO4, Ozone, để phá vỡ liên kết oxy hố ion sắt thành ion hố trị III cho vào nước chất keo tụ FeCl 3, Al(SO4)3 kiềm hố để có giá trị pH thích hợp cho q trình đồng keo tụ loại keo sắt phèn xảy triệt để bể lắng, bể lọc tiếp xúc bể lọc CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ SẮT TRONG XỬ LÝ NƯỚC 4.1 Phương Pháp Ơxy Hố Sắt Ngun lý phương pháp oxy hố sắt (II) thành sắt (III) tách chúng khỏi nước dạng hyđroxyt sắt (III) Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat muối khơng bền, dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II) hyđroxyt theo phản ứng: Fe (HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 Nếu nước có ơxy hồ tan, sắt (II) hyđrơxyt bị ơxy hố thành sắt (III) hyđrơxyt theo phản ứng: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3↓ Sắt (III) hyđrơxyt nước kết tủa thành bơng cặn màu vàng tách khỏi nước cách dễ dàng nhờ q trình lắng lọc Kết hợp phản ứng ta có phản ứng chung q trình ơxy hố sắt sau : 2+ - + - 4Fe + 8HCO3 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H + 8HCO3 Nước ngầm thường khơng chứa ơxy hồ tan có hàm lượng ơxy hồ tan thấp Để tăng nồng độ ơxy hồ tan nước ngầm, biện pháp đơn giản làm thống Hiệu bước làm thống xác định theo nhu cầu ơxy cho q trình khử sắt 4.2 Phương Pháp Khử Sắt Bằng Q Trình Ơxy Hố Làm Thống Đơn Giản Bề Mặt Lọc Nước cần khử sắt làm thống dàn phun mưa bề mặt lọc Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính đến mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m /m h Lượng ơxy hồ tan nước sau làm thống 0 nhiệt độ 25 C lấy 40% lượng ơxy hồ tan bão hồ (ở 25 C lượng ơxy hồ tan bão hồ 8,1 mg/l) Làm Thống Bằng Giàn Mưa Tự Nhiên Nước cần làm thống tưới lên giàn làm thống bậc hay nhiều bậc với sàn rải xỉ tre gỗ Lưu lượng tưới chiều cao tháp lấy trường hợp Lượng ơxy hồ tan sau làm thống 55% lượng ơxy hồ tan bão hồ Hàm lượng CO2 sau làm thống giảm 50% Làm Thống Cưỡng Bức Cũng dùng tháp làm thống cưỡng với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m /h 3 Lượng khơng khí tiếp xúc lấy từ đến m cho m nước Lượng ơxy hồ tan sau làm thống 70% làm lượng ơxy hồ tan bão hồ Hàm lượng CO sau làm thống giảm 75% 4.3 Khử Sắt Bằng Hố Chất Khi nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cao, chất hữu tạo dạng keo bảo vệ ion sắt, muốn khử sắt phải phá vỡ màng hữu bảo vệ tác dụng chất ơxy hố mạnh Đối với nước ngầm, hàm lượng sắt q cao đồng thời tồn H 2S lượng ơxy thu nhờ làm thống khơng đủ để ơxy hố hết H 2S sắt, trường hợp cần phải dùng đến hố chất để khử sắt Biện Pháp Khử Sắt Bằng Vơi Khi cho vơi vào nước, độ pH nước tăng lên Ở điều kiện giàu ion OH , ion 2+ Fe thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH) lắng xuống phần, ơxy hố khử tiêu chuẩn hệ Fe(OH) 2/Fe(OH)3 giảm xuống, sắt (II) dễ dàng chuyển hố thành sắt (III) Sắt (III) hyđrơxyt kết tụ thành bơng cặn, lắng bể lắng dễ dàng tách khỏi nước Phương pháp áp dụng cho nước mặt nước ngầm Nhược điểm phương pháp phải dùng đến thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, thường kết hợp khử sắt với q trình xử lý khác xử lý ổn định nước kiềm, làm mềm nước vơi kết hợp với sơđa Biện Pháp Khử Sắt Bằng Clo Q trình khử sắt clo thực nhờ phản ứng sau: + 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3 CaCl2 + 6H + 6HCO3 - Biện Pháp Khử Sắt Bằng Kali Permanganat (KMnO 4) Khi dùng KMnO4 để khử sắt, q trình xảy nhanh cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa tạo thành nhân tố xúc tác cho q trình khử Phản ứng khử xảy theo phương trình sau: 2+ - + 3+ 2+ 5Fe + MnO4 + 8H → 5Fe + Mn + 4H2O Biện Pháp Khử Sắt Bằng Cách Lọc Qua Lớp Vật Liệu Đặc Biệt 2+ Các vật liệu đặc biệt có khả xúc tác, đẩy nhanh q trình oxy hố khử Fe 3+ thành Fe giữ lại tầng lọc Q trình diễn nhanh chóng có hiệu cao Cát đen chất có đặc tính Biện Pháp Khử Sắt Bằng Phương Pháp Trao Đổi Ion Phương pháp trao đổi ion sử dụng kết hợp với q trình khử cứng Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm khơng tiếp xúc với khơng khí 3+ Fe làm giảm khả trao đổi ionic Chỉ có hiệu khử nước ngầm có hàm lượng sắt thấp Biện Pháp Khử Sắt Bằng Phương Pháp Vi Sinh Một số loại vi sinh có khả oxy hố sắt điều kiện mà q trình oxy hố hố học xảy khó khăn Chúng ta cấy mầm khuẩn sắt lớp cáy lọc bể lọc, thơng qua hoạt động vi khuẩn sắt loại khỏi nước Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt MỘT SỐ GIAI ĐOẠN VỀ CƠNG NGHỆ KHỬ SẮT TRONG NƯỚC CẤP Giai Đoạn Đưa Các Hố Chất Vào Nước Giai đoạn gồm có q trình làm thống nước để làm giàu ơxy khử khí cacbonic với việc pha trộn hố chất vào nước vơi, phèn, clo, ơzơn, kali permanganat … Giai Đoạn Xử Lý Sơ Bộ Mục đích giai đoạn nhằm tạo điều kiện cho phản ứng ơxy hố khử diễn hồn tồn, nhanh chóng Các thiết bị cần thiết cho giai đoạn bể lắng tiếp xúc, bể lọc sơ bộ, bể lọc tiếp xúc, bể lắng ngang lắng Giai Đoạn Làm Sạch Giai đoạn cần đến bể lọc khác Tuỳ theo hàm lượng thành phần sắt nước nguồn với chất lượng nước nguồn mà định quy trình khử sắt cụ thể, thường xác định thực nghiệm chỗ kết hợp với kết tính tốn sơ Khi hàm lượng sắt cao mg/l cần khử triệt để khí cacbonic, quy trình khử sắt bao gồm ba giai đoạn MỘT SỐ THIẾT BỊ KHỬ SẮT THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG Làm Thống Đơn Giản Trên Bề Mặt Bể Lọc Người ta dùng giàn ống khoan lỗ phun mưa bề mặt lọc, lỗ phun có đường kính đến mm, tia nước dùng áp lực phun lên với độ cao 0,5 đến 0,6m Lưu lượng phun vào khoảng 10m /m h Làm thống trực tiếp bề mặt bể lọc nên áp dụng nước nguồn có hàm lượng sắt thấp khơng phải khử CO2 Làm thống nhiều bậc máng tràn Làm thống dàn ống khoan lỗ Q trình làm thống cổ điển Tháp Làm Thống Tự Nhiên Sử dụng tháp làm thống tự nhiên (giàn mưa) cần làm giàu ơxy kết hợp với khử khí CO2 Do khả trao đổi O lớn CO2 nên tháp thiết kế cho trường hợp khử CO2 Giàn mưa cho khả thu lượng oxy hồ tan 55% lượng oxy bão hồ có khả khử 75 – 80% lượng CO có nước lượng CO2 lạisau làm thống khơng xuống thấp – mg/l Tháp Làm Thống Cưỡng Bức Cấu tạo tháp làm thống cưỡng gần giống tháp làm thống tự nhiên, khác khơng khí đưa vào tháp cưỡng quạt gió Khơng khí ngược chiều với chiều rơi tia nước Lưu lượng tưới thường lấy 3 từ 30 đến 40 m /m h Lượng khơng khí cấp vào từ đến m cho m nước cần làm thống Bể Lắng Tiếp Xúc Bể lắng tiếp xúc có chức giữ nước lại sau q trình làm thống thời gian để q trình ơxy hố thuỷ phân sắt diễn hồn tồn, đồng thời tách phần cặn nặng trước chuyển sang bể lọc Trong thực tế thường lấy thời gian lưu nước từ 30 đến 45 phút Bể lắng tiếp xúc thiết kế bể lắng đứng thường đặt giàn làm thống Bể lọc tiếp xúc hay bể lọc sơ áp dụng hàm lượng sắt nước nguồn cao cần khử đồng thời mangan Bể lọc tiếp xúc có cấu tạo bể lọc thơng thường với lớp vật liệu lọc sỏi, than antraxit, sành, sứ, … có kích thước hạt lớn Tốc độ lọc thường khống chế khoảng 15 đến 20 m/h Làm thống cưỡng – thùng quạt gió Giàn mưa kết hợp bể lắng tiếp xúc Q trình làm thống cưỡng Bể Lọc Cặn Sắt Để lọc nước có chứa cặn sắt, sử dụng bể lọc nhanh thơng thường Do khác với bể lọc cặn bẩn bình thường chỗ q trình ơxy hố thuỷ phân sắt tiếp tục xảy lớp vật liệu lọc, nên từ đầu chu kỳ lọc, cặn bám sẵn lớp vật liệu lọc độ chứa cặn lớp vật liệu lọc cao Vì vậy, vật liệu lọc lấy cấp phối hạt lớn hơn, đường kính trung bình hạt từ 0,9 đến 1,3 mm, bề dày lớp vật liệu lọc 1,0 đến 1,2 m, tốc độ lọc lấy từ đến 10 m/h Do cặn sắt bám nên phải rửa lọc nước khí kết hợp, lưu lượng nước rửa thực tế thường dùng từ 10 đến 12 l/m s Nếu sử dụng bể lọc hai lớp gốm antraxit cát thạch anh hiệu xử lý cao Bể lọc chậm Bể lọc nhanh Q trình lọc CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH KHỬ SẮT 2+ 3+ Tốc độ phản ứng q trình oxy hố thuỷ phân Fe thành Fe tuỳ thuộc vào lượng oxy hồ tan nước Tốc độ phản ứng tăng nồng độ oxy hồ tan nước tăng lên Để oxy hố mg sắt (II) tiêu tốn 0,143 mg oxy Thời gian oxy hố thuỷ phân sắt cơng trình phụ thuộc vào trị số pH nước lấy sau: Thời gian tối ưu q trình keo tụ pH Thời gian tiếp xúc cần thiết bể lắng bể lọc (thời gian lưu nước) (phút) Thời gian tiếp xúc cần thiết (thời gian lưu nước) bể lọc tiếp xúc (bể lọc 1) bể lọc (bể lọc đợt II) (phút) 6,0 90 6,5 60 6,6 45 6,7 30 6,8 25 6,9 20 15 > 7,5 10 60 45 35 25 20 15 12 Tốc độ lọc qua bể tiếp xúc lấy - 20 m/h tuỳ thuộc vào thời gian lưu nước cần thiết lượng cặn cần giữ lại cho qua bể lọc đợt I hàm lượng cặn lại qua bể lọc (lọc đợt II) < 15 mg/l Tốc độ lọc qua bể lọc lấy - m/h tuỳ thuộc vào chiều dày cỡ hạt lớp vật liệu lọc thời gian lưu nước cần thiết ÁP DỤNG Q TRÌNH KHỬ SẮT VÀO VIỆC XỬ LÝ NƯỚC NGẦM ĐỂ CẤP NƯỚC CHO CỘNG ĐỒNG DÂN CƯ NƠNG THƠN Mục Đích Của Việc Xử Lý Nước Cấp Cung cấp đầy đủ lượng nước cho q trình sử dụng người dân đảm bảo an tồn mặt hố học, vi trùng học … để thoả mãn nhu cầu ăn uống, sinh hoạt dịch vụ, sản xuất… Nước có chất lượng tốt, ngon, khơng chứa chất gây đục, gây màu, mùi, vị nước Tóm lại, nguồn nước thơ sau qua hệ thống xử lý phải đạt : “ tiêu chuẩn vệ sinh chất lượng nước cấp cho ăn uống sinh hoạt – TCVN 5501 - 1991” Số Liệu Cần Thiết Để Thiết Kế Trạm Xử Lý Khử Sắt Khi thiết kế trạm xử lý nước cấp có q trình khử sắt, cần phải thu thập số liệu sau: Cơng suất hữu ích trạm, số hoạt động ngày hay cơng suất Bơm nước liên tục với lưu lượng đủ lớn để loại trừ tồn đọng, sau lấy mẫu đầu bơm để phân tích tiêu: Độ đục Độ màu Độ oxy hố Độ kiềm Độ cứng tồn phần độ cứng cacbonat pH Tổng hàm lượng sắt Hàm lượng ion sắt hố trị II Hàm lượng ion sắt hố trị III 10 Hàm lượng silic, poliphotphat kim loại nặng 11 Hàm lượng CO2 tự Hàm lượng H2S Kết thí nghiệm khử sắt chỗ theo phương pháp lý học, hố học Phân Loại Nước Ngầm Theo Hàm Lượng Sắt Phân loại nước ngầm Loại nước ngầm Nước ngầm có hàm lượng sắt thấp Nước ngầm có hàm lượng sắt trung bình Nước ngầm có hàm lượng sắt cao Theo TCVN Hàm lượng sắt (mg/l) 0.4 - 10 10 - 20 > 20 < 0,3 Xử Lý Nước Ngầm Có Hàm Lượng Sắt Thấp (Hàm Lượng Sắt < 10 Mg/L) Cơng nghệ xử lý: (Làm thống đơn giản lọc) Điều kiện áp dụng Tổng hàm lượng sắt: ( 10 mg/l Độ màu nước chưa tiếp xúc với khơng khí < 150 2Hàm lượng SiO2 < mg/l Hàm lượng H2S < 0,5 mg/l 4+ Hàm lượng NH < mg/l 2+ Nhu cầu oxy = độ oxy hố + 0,47 H2S + 0,15Fe 10 mg/l) Cơng nghệ xử lý: Làm thống – Lắng Lọc tiếp xúc – Lọc Điều kiện áp dụng 2+ Độ oxy hố < (Fe /28 +5), mg/l Tổng hàm lượng sắt: >10 mg/l Tổng hàm lượng muối khống ... kiện giàu ion OH , ion 2+ Fe thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH) lắng xu ng phần, ơxy hố khử tiêu chuẩn hệ Fe(OH) 2/Fe(OH)3 giảm xu ng, sắt (II) dễ dàng chuyển hố thành sắt (III) Sắt (III) hyđrơxyt... cho nước có mùi có màu vàng, gây ảnh hưởng khơng tốt đến chất lượng nước ăn uống sinh hoạt sản xu t Do đó, mà nước có hàm lượng sắt cao giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn phải tiến hành khử sắt... nước - Tiêu diệt vi khuẩn vi trùng lại nước sau bể lọc - Khử tính xâm thực tạo màng bảo vệ cách ly khơng cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt thành ống dẫn để bảo vệ ống phụ tùng ống -