Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước ngầm cho khu dân cư

Nước trong thiên nhiên được dùng làm các nguồn nướccung cấp cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp có chất lượng rất khác nhau.. Với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIỆT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC BẢNG 4

LỜI TỰA 5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NƯỚC MẶT 5

1.1) TỔNG QUAN VỂ NƯỚC MẶT 5

1.2) THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC MẶT 6

1.3) CÁC THÔNG SỐ, CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT 7

1.3.1) Thông số chất lượng nước mặt 7

a) Chỉ tiêu lí học 7

b) Chỉ tiêu hóa học 8

c) Chỉ tiêu vi sinh 13

1.3.2) Tiêu chuẩn đánh giá 14

1.4) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT 15

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT 17

2.1) CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT 17

2.2) CÁC CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC MẶT 18

2.3) CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT 18

2.3.1) Phương pháp cơ học 18

a) Hồ chứa và lắng sơ bộ 18

b) Lắng 18

c) Lọc 21

2.3.2) Phương pháp hóa lý 23

a) Clo hóa sơ bộ 23

b) Keo Tụ - Tạo Bông 23

c) Khử trùng nước 26

2.3.3) Các phương pháp khác 28

a) Caʛc phương phaʛp laʚm mêʚm nươʛc 28

b) Phương pháp trao đổi ion IE (Ion Exchange) 30

CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 32

3.1) CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 32

3.2) TOÁN SỐ DÂN VÀ LƯU LƯỢNG CẤP NƯƠC CHO KHU DÂN CƯ A 34

3.2.1) Tính toán số dân 34

3.2.1) Lưu lượng nước cấp cho khu dân cư 35

3.3) ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 37

a) Phương án 1: 37

b) Phương án 2: 38

c) Thuyết minh sơ đồ 39

3.4) PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 40

3.5) TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ 41

3.5.1) Bể trộn cơ khí 41

3.5.2) Bể lắng đứng 45

3.5.3) Bể lọc nhanh: Một lớp vật liệu lọc 51

3.5.4) Tính toán các thiết bị liên quan 59

a) Lượng hóa chất Clo khử trùng 59

b) Thiết bị bơm nước thải 59

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

4.1) KẾT LUẬN 62

4.2) KIẾN NGHỊ 62TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC TỪ VIỆT TẮT NTSH: Nước thải sinh hoạt

BYT: Bộ y tế

BOD (Biological Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh học.

COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học.

SS (Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng.

NTU: Đơn vị đo độ đục

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng

IE (Ion Exchange): Phương pháp trao đổi ion

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Công trình thu nước bờ sông 17Hình 2.2: Công trình thu nước lòng sông 17

LỜI TỰA

Trong quá trình hình thành sự sống trên trái đất thì nước và môi trường nước đóngmột vai trò rất quan trọng Chính vì vậy mà việc bảo vệ nguồn nước, khai thác nguồnnước hợp lí, hiệu quả phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất là một vấn đề đã vàđang được quan tâm hiện nay Nước trong thiên nhiên được dùng làm các nguồn nướccung cấp cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp có chất lượng rất khác nhau Có thểnói, hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu, về mặt chấtlượng cho các đối tượng dùng nước

Mục tiêu của đồ án này là tính toán, lựa chọn phương án tối ưu để thiết kế và xâydựng hệ thống cấp nước nhằm đảm bảo cung cấp nước sạch cho nhu cầu dùng nướcđến năm 2032 của Khu Dân Cư A, góp phần cải thiện, nâng cao sức khoẻ của ngườidân, hổ trợ phát triển kinh tế xã hội

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NƯỚC MẶT

1.1) TỔNG QUAN VỂ NƯỚC MẶT

Hình 1.1: Vòng tuần hoàn nước cấp

Nước mặt là nhu cầu không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngàycũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp trong sinh hoạt, nước cấp dùng chonhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hỏa,phun nước, tưới cây, rửa đường,…

lý

Trong các hoạt động công nghiệp, nước cấp được dùng cho các quá trình làm lạnh,sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu, bia… Hầu hết mọi ngành côngnghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế đượctrong sản xuất Với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm chonguồn nước mặt tự nhiên bị cạn kiệt và ô nhiễm dần.

Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để có được đủ số lượng vàđảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất công nghiệp

- Có nhiều chất hữu cơ do sinh vật bị phân hủy

- Có nhiều rong tảo, thực vật nổi, động vật nổi

- Chất lượng nước thay đổi theo mùa

- Bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi hoạt động hai bên bờ của con người (côngnghiệp, nông nghiệp…)

1.3) CÁC THÔNG SỐ, CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT 1.3.1) Thông số chất lượng nước mặt

a) Chỉ tiêu lí học

 Nhiệt độ

Nhiệt độ nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu.Nhiệt độ

có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lí nước Nước mặt có nhiệt độ thay đổitheo nhiệt độ môi trường

 Độ màu

Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: hợp chất sắt, mangan khônghòa tan làm nước có màu đỏ; các chất mùn humic gây ra màu vàng; nước bị nhiễm bẩnbởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen

Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo màu Platin - Coban

Nước thiên nhiên có độ màu thấp hơn 200 độ Độ màu biểu kiến trong nước thường

do các chất lơ lững trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc Đểloại bỏ màu thực của nước (do các chất hòa tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hóa líkết hợp

 Độ đục

Nước có độ đục lớn chứng tỏ nước có nhiều cặn bẩn Đơn vị đo độ đục thướng làmgSiO2/l, NTU, FTU.Nước đục thường có độ đục 20-100 NTU Nước dùng ăn uốngthường có độ đục không vượt quá 5 NTU Hàm lượng chất rắn lơ lững cũng là một đạilượng tương quan đến độ đục của nước

 Mùi vị

Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học chủ yếu là các hợp chất hữu cơ haysản phẩm từ quá trình phân hủy vật chất gây nên Nước thiên nhiên thường có mùi đất,mùi tanh, mùi thối Nước sau khi khử trùng thường nhiễm mùi clo hay clophenol.Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các vịmặn, ngọt, chát ,đắng

 Độ nhớt

Độ nhớt là đại lượng biểu thị sự ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữacác lớp chất lỏng với nhau Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nóđóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước Độ nhớt tăng khi hàm lượng cácmuối hoà tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng

 Độ dẫn điện

Nước có độ dẫn điện kém Nước tinh khiết ở 200C có độ dẫn điện là 4,2 μS/m(tương ứng điện trở 23,8MΩ/cm) Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chấtkhoáng hoà tan trong nước và dao động theo nhiệt độ Thông số này thường đượcdùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hoà tan trong nước

 Tính phóng xạ

Tính phóng xạ của nước là do sự phân huỷ các chất phóng xạ trong nước tạo nên.Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các chất này có thời gian bánphân huỷ rất ngắn nên nước thường vô hại Tuy nhiên khi bị nhiễm bẩn phóng xạ từnước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép.Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường được dùng để xác định tínhphóng xạ của nước Các hạt α bao gồm 2 proton và 2 nơtron có năng lượng xuyên thấunhỏ, nhưng có thể xuyên vào cơ thể sống qua đường hô hấp hoặc tiêu hoá, gây tác hạicho cơ thể do tính ion hoá mạnh Các hạt β có khả năng xuyên thấu mạnh hơn, nhưng

dễ bị ngăn lại bởi các lớp nước và cũng gây tác hại cho cơ thể

b) Chỉ tiêu hóa học

 Độ pH

Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+có trong dung dịch thường được dùng

để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước

- pH = 7 nước có tính trung tính

- pH < 7 nước có tính axit

- pH > 7 nước có tính kiềm

Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hoà tantrong nước Ở độ pH < 5, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước

có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hoà tan và một số loại khí như CO2, H2S tồn tại

ở dạng tự do trong nước Độ pH được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua vàcacbonat có trong nước bằng biện pháp làm thoáng Ngoài ra khi tăng pH và có thêmtác nhân oxy hoá, các kim loại hoà tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễdàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc

 Độ kiềm

Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion hydrocacbonat (HCO3-), hyđroxyl(OH-) và ion muối của các axit yếu khác Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào

độ pH và hàm lượng khí CO2tự do có trong nước

Độ kiềm là một chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước Để xác định độkiềm thường dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric (HCl) hayaxit sunfuric (H2SO4) và theo dõi theo chất chỉ thị màu, đầu tiên là phenolphatalein sau

Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau:

- Độ Đức (odH): 1odH = 10 mg CaO/l nước

- Độ Pháp (odH ): 1odH = 10 mg CaCO3/0,7 l nước

- Độ Anh (oe ): 1oe = 10 mg CaCO3/0,7 l nước

 Độ oxy hoá được bằng permanganat

Độ oxy hoá là một đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

Đó là lượng oxy cần có để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ trong nước.Chất oxy hóathường dùng để xác định chỉ tiêu này là pecmanganat kali (KMnO4)

Trong thực tế, nguồn nước có độ oxy hoá lớn hơn 10 mgO2/l đã có thể bị nhiễm bẩn.Nếu trong quá trình xử lý có dùng clo ở dạng clo tự do hay hợp chất hypoclorit sẽ tạothành các hợp chất clo hữu cơ [trihalomentan(THM)] có khả năng gây ung thư Tổchức Y tế thế giới quy định mức tối đa của THM trong nước uống là 0,1mg/l Ngoài ra,

để đánh giá khả năng ô nhiễm nguồn nước, cần cân nhắc thêm các yếu tố sau đây

Độ oxy hoá trong nước mặt, đặc biệt nước có màu có thể cao hơn nước ngầm Khinguồn nước có hiện tượng nhuộm màu do rong tảo phát triển, hàm lượng oxy hoà tantrong nước sẽ cao nên độ oxy hoá có thể thấp hơn thực tế Sự thay đổi oxy hoá theodòng chảy: Nếu thay đổi chẩm, lượng chất hữu cơ có trong nguồn nước chủ yếu là cácaxit humic

Nếu độ oxy hoá giảm nhanh, chứng tỏ nguồn ô nhiễm là do các dòng nước thải từbên ngoài đổ vào nguồn nước Cần kết hợp vói các chỉ tiêu khác như hàm lượng ionclorua, sunfat, photphat, oxy hoà tan, các hợp chất nitơ, hàm lượng vi sinh vật gâybệnh để có thể đánh giá tổng quát về mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

 Các hợp chất nitơ

Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ tạo ra amoniac (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat(NO3-).Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhậnbiết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài các chỉ tiêu cógiá trị cao như độ oxy hoá, amoniac, trong nước còn có một ít nitrit và nitrat Sau mộtthời gian NH4+, NO2-bị oxy hoá thành NO3-

Phân tích sự tương quan giá trị các đại lượng này có thể dự đoán mức độ ô nhiễmnguồn nước Việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho hàm lượng nitrattrong nước tự nhiên tăng cao Ngoài ra do cấu trúc địa tầng tăng ở một số đầm lầy,nước thường nhiễm nitrat Nồng độ NO3- cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho tảo,rong phát triển, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng trong sinh hoạt

 Các hợp chất Silic

Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất silic Ở pH < 8, silic tồn tại ở dạng

H2SiO3 Khi pH = 8-11, silic chuyển sang HSiO–

Ở pH > 11, silic tồn tại ở dạng HSiO– và SiO32- Do vậy trong nước ngầm, hàmlượng silic thường không vượt quá 60mg/l, chỉ có ở những nguồn nước có pH > 9,0hàm lượng silic đôi khi cao đến 300mg/l

Trong nước cấp cho các nồi hơi áp lực cao, sự tồn tại của các hợp chất silic rất nguyhiểm do cặn silic đóng lại trên thành nồi, thành ống làm giảm khả năng truyền nhiệt vàgây tắc ống Trong quá trình xử lý nước, silic có thể được loại bỏ một phần khi dùngcác hoá chất keo tụ để làm trong nước

 Hợp chất sắt

Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+, kết hợp với các gốcbicacbonat, sunfat, clorua đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic Khitiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hoá, ion Fe2+bị oxy hóa thành ion Fe2+và kếthợp tủa thành các bông cặn Fe(OH)3có màu nâu đỏ

Nước mặt thường chứa sắt (Fe3+), tồn tại ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù.Trong nước thiên nhiên, chủ yếu là nước ngầm, có thể chứa sắt với hàm lượng đến 40mg/l hoặc cao hơn Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5mg/l, nước có mùi tanh Các cặn sắtkết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước

 Các hợp chất mangan

Cũng như sắt, mangan thường có trong nước ngầm dưới dạng ion Mn2+ nhưng vớihàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5mg/l Tuy nhiên, với hàm lượng mangantrong nước lớn hơn 0,1mg/l sẽ gây nguy hại trong việc sử dụng, giống như trường hợpnước chứa sắt với hàm lượng cao

 Nhôm

Vào mùa mưa, ở những vùng đất phèn, đất ở trong điều kiện khử không có oxy, nêncác chất như Fe2O3và jarosite tác động qua lại, lấy oxy của nhau vào tạo thành sắt,nhôm sunfat hoà tan vào nước Do đó, nước mặt ở vùng này thường rất chua, pH =2,5 – 4,5, sắt tồn tại chủ yếu là Fe2+(có khi cao đến 300mg/l), nhôm hoà tan ở dạng ion

Al3+ (5 – 7mg/l) Khi chứa nhiều nhôm hoà tan, nước thường có màu trong xanh và vịrât chua Nhôm có độc tính đối với sức khoẻ con người.

 Khí hoà tan

Các loại khí hoà tan thường thấy trong nước thiên nhiên là khí cacbonic (CO2), khíoxy (O2) và sunfua huyđro (H2S) Nước ngầm không có oxy Khi độ pH < 5,5 trongnước ngầm thường chứa nhiều khí CO2 Đây là khí có tính ăn mòn kim loại và ngăncản việc tăng pH của nước Các biện pháp làm thoáng có thể đuổi khí CO2, đồng thờithu nhận oxy hỗ trợ cho các quá trình khử sắt và mangan

Ngoài ra, trong nước ngầm có thể chứa khí H2S có hàm lượng đến vài chục mg/l.Đây là sản phẩm của quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước Trongnước mặt, các hợp chất sunfua thường được oxy hoá thành dạng sunfat Do vậy, sự cómặt của khí H2S trong các nguồn nước mặt, chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn và

có quá thừa chất hữu cơ chưa phân huỷ, tích tụ ở đáy các vực nước Khi độ pH tăng,

Nguyên sinh động vật là những cơ thể đơn bào chuyển động được trong nước Chú

ý nhất là Giardia lamblia gây bệnh giardiase

 Tảo

Tảo dơn bào thuộc loại quang tự dưỡng.Chúng tổng hợp các chất cần cho cơ thể từchất vô cơ đơn giản nhờ ánh sáng mặt trời Tảo không trực tiếp gây bệnh cho ngườinhưng sản sinh độc tố

1.3.2) Tiêu chuẩn đánh giá

 QCVN 01:2009/BYT: Quy chuẩn kỷ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uốngChất lượng nước ăn uống được đặc trưng bằng giá trị các thông vật lý, hóa học, sinhhọc của nước Yêu cầu chất lượng nước ăn uống được quy định trong các tiêu chuẩn,quy chuẩn

Bảng 1.1: Mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nước ăn uống(cơ bản)

Mức A: ít nhất 1 lần/1 tuần bởi cơ sở cung cấp nước; ít nhất1 lần/1 tháng bởi cơquan thẩm quyền.

Mức B: ít nhất 1 lần/6 tháng bởi cơ sở cung cấp nước; ít nhất1 lần/6 tháng bởi cơquan thẩm quyền

Mức C: ít nhất1 lần/2 năm bởi cơ sở cung cấp nước; ít nhất1 lần/2 năm bởi cơ quanthẩm quyền

1.4) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT

Các nguồn xả thải đó có thể được chia thành 5 nhóm nguồn (i) Ngành công nghiệp,tiểu thủ công nghiệp và giao thông vận tải; (ii) Ngành chế biến nông sản, thực phẩm vànuôi trồng thuỷ sản; (iii) Ngành khai thác khoáng sản và vật liệu xây dựng; (iv) Ngành

Y tế và (v) Ngành thương mại và du lịch

Bảng 1.2: Các nhóm nguồn và nguồn xả nước thải

STT Nhóm nguồn/nguồn Thông số ô nhiễm chính

i.Ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và giao thông vận tải

1.1 Các cơ sở sản xuất thép và cơ khí Kim loại nặng, dầu mỡ khoáng,

tổng chất rắn lơ lửng (TSS), xianua1.2 Cơ sở sản xuất giấy và bột giấy BOD5, COD, TSS, màu, sunfua,

nhiệt độ1.3 Cơ sở gia công gia công nhựa, phế

liệu

BOD5, COD, TSS, tổng nitơ (TN),tổng photpho (TP), tổng coliform1.4 Các cơ sở chế biến cao su, mủ cao

1.5 Các cơ sở s/x giày, cao su lưu hoá,

-điện, thuỷ điện

TSS, COD, kim loại nặng

1.9 Các cơ sở sửa chữa ô tô, xe máy BOD5, COD, kim loại nặng, dầu

mỡ khoáng, tổng coliform1.10 Các cơ sở sửa chữa tàu thuỷ BOD5, kim loại nặng, dầu, tổng

coliform1.11 Các Khu công nghiệp, Khu KT-

TM Lao Bảo

BOD5, COD, TSS

ii Ngành chế biến nông sản, thực phẩm và nuôi trồng thuỷ sản

2.1 Các cơ sở chế biến tinh bột sắn BOD5, COD, TSS, tổng coliform,

xianua, amoni, clo dư, TN, TP,sunfua, mùi

2.2 Các cơ sở chế biến cà phê BOD5, COD, TSS, coliform

2.3 Các cơ sở giết mổ gia súc, gia cầm BOD5, TSS, tổng coliform, độ

màu, mùi, TN, TP2.4 Các cơ sở, trang trại chăn nuôi tập

2.5 Các cơ sở nuôi trồng và chế biến

5 , COD, TN, TP, TSS, tổngcoliform, amoni, dầu mỡ

2.6 Các kho chứa hóa chất bảo vệ

thực vật (HCBVTV) chưa được

xử lý

Tổng HCBVTV nhóm clo, phenol

iii Ngành khai thác khoáng sản và vật liệu xây dựng

3.1 Các cơ sở khai thác vật liệu xây

dựng

Chất rắn lơ lửng, kim loại nặng,TSS

3.2 Các cơ sở khai thác quặng titan,

khai thác nước ngầm, nước mặt Kim loại nặng, dầu mỡ khoáng,TSS, xianua3.3 Các cơ sở sản xuất gạch, ngói, đá TSS, kim loại nặng

iv Ngành Y tế

4.1 Bệnh viện đa khoa tỉnh, bệnh viện

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT

2.1) CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT

Thường đó là công trình thu nước sông, được đặt ở đầu nguồn nước, phía trên khudân cư và khu công nghiệp theo chiều chảy của sông Vị trí hợp lý nhất là nơi bờ sông

và lòng sông ổn định có điều kiện địa chất công trình tốt, có đủ độ sâu cần thiết để lấynước trực tiếp từ sông không cần phải dẫn đi xa Thường công trình thu được bố trí ởphía lõm của bờ sông, tuy nhiên phía lõm thường bị sói lở nên cần phải gia cố bờ.Các công trình thu nước sông thường chia ra các loại sau đây:

- Công trình thu nước bờ sông.

- Công trình thu nước lòng sông.

- Công trình thu nước hình đấu.

Hình 2.1: Công trình thu nước bờ sông

Hình 2.2: Công trình thu nước lòng sông

2.2) CÁC CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC MẶT

Các công trình vận chuyển nước thường là các trạm bơm Gồm trạm bơm cấp I vàtrạm bơm cấp II.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, cótrường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet thậm chíhàng chục kilomet

Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với công trìnhthu hoặc xây dựng riêng biệt Công trình thu nước sông hoặc hồ có thể dùng cửa thu

và ống tự chảy, ống xiphông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tựchảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạm xử lý Khi sửdụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có áp lực cao, bơmnước từ giếng khoan đến trạm xử lý

b) Lắng

Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thànhquá trình làm trong nước Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắngngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Trong bểlắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn16,3 mm/s Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000

m3/ngày Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới

lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thườngthấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%.

Khi sử dụng nước có chất keo tụ, tức là trong nước chứa các hạt kết dính, thì ngoàicác hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ rơi của dòng nước lắng xuống được,còn các hạt cặn khác cũng lắng xuống được Tuy nhiên hiệu quả trong lắng đứngkhông chỉ phụ thuộc vào chất keo tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dòngnước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thi các hạt cặn mới kết dính với nhauđươc

Hình 2.3: Bể lắng đứng

Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang thông thường, nhưng khácvới bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản

vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằng nhựa Các bản vách ngăn này nghiêng mộtgóc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằm ngang và song song với nhau.

Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suấtcao hơn so với bể lắng ngang Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm 5,26 lần so với bể lắngngang thuần túy Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm là không cần xây dựng

bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo

tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng

Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn Tuynhiên, bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vận hành cao Vận tốc nước đi từdưới lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng1,5 – 2 giờ

 Bể lắng ngang

Nguyên lý hoạt động

Nước vào hệ thông phân phối các hạt cặn lớn lắng xuống, nước sẻ đi qua váchhướng dòng ngăn chuyển động rối của nước vào vùng lắng tại đây các hạt cặn nhỏ sẻlắng xuống từ từ Nước trên bề mặt là nước sạch sẻ được thu lại qua ống thu nước bềmặt

Hình 2.4: Bể lắng ngang

 Bể lắng ly tâm

Nguyên lý hoạt động

Nước cần xử lý theo ống trung tâm vào giửa ngăn phân phối, rồi được phân phốivào vùng lắng Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài Ởđây cặn được lắng xuống đáy nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đườngống sang bể lọc Để thu bùn có thiết bị gạt gồm dầm chuyển động theo ray vòng tròndầm reo giàn cào bằng thép có các bàn gạt ở phía dưới nhở những bàn gạt này, cặnlắng ở đáy được dẩn vào phểu và xã ra ngoài theo ống cặn

Hình 2.5: Bể lắng ly tâm c) Lọc

Bể lọc được dùng 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 Saumột thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọcgiảm dần Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằngnước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc Tốc độ lọc làlượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thờigian (m/h) Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h)

Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc có nguyên tắc làmviệc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau Thiết bị lọc có thể đượcphân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục;theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc nhưlọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới ápsuất thủy tĩnh của cột chất lỏng; …Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn khôngcần sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt.Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cảthan nâu hoặc than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điềukiện địa phương.

Hình 2.6: Bể lọc chậm

Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau:

- Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học;

- Lắng trọng lực;

- Giữ hạt rắn theo quán tính;

- Hấp phụ hóa học; Hấp phụ vật lý;

- Quá trình dính bám;

- Quá trình lắng tạo bông

Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọcnhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc hởdao động trong khoảng 1-2 m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1 m

2.3.2) Phương pháp hóa lý

a) Clo hóa sơ bộ

Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc Clo hóa sơ bộ

có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hóa sắt hòatan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tươngứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, pháhủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc

b) Keo Tụ - Tạo Bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phântán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 m Các hạt nàykhông nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ,

tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trởnên rất quan trọng Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ

do lực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạtngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra do chuyểnđộng Brown và do tác động của sự xáo trộn

Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờlực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tíchdương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhómhoạt hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do

đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trìnhnày được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kếtvới những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng

xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông Quá trình thủy phân các chất keo

tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:

Me3++ HOH = Me(OH)2+ + H+Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)++ H++ Me(OH)++ HOH Me(OH)

3+ H+

Me3+ + HOH = Me(OH)3+ 3H+

Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như: Al2(SO4)3,

Al2(SO4)2.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O,FeCl3, Fe2(SO4)2.2H2O, Fe2(SO4)2.3H2O, Fe2(SO4)2.7H2O

Hình 2.7: Quá trình keo tụ và tạo bông

b1) Muối Nhôm

Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3được dùng rộng rãi nhât do có tính hòa tan tốttrong nước, chi phi thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 5,0 – 7,5 Quátrình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau:

Al3++ H2O = AlOH2++ H+AlOH++ H2O = Al(OH)2++ H+Al(OH)2++ H2O = Al(OH)3(s) + H+Al(OH)3+ H2O = Al(OH)4-+ H+

Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trìnhphản ứng sau: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3+ 3CaSO4+ 6CO2

Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3theo tỷ lệ (10:1) – (20:1)

Phản ứng xảy ra như sau:

6NaAlO2+ Al2(SO4)3= 12H2O 8Al(OH)3 + 2Na2SO4Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môitrường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông

Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin(C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O)

Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùythuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặcdương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon.

Hình 2.8: Hóa chất keo tụ c) Khử trùng nước

Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt.Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng Sau các quá trình xử lý

cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại

Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùngnước Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như: khử trùng bằng cácchất oxy hóa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,…

c1) Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo

Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào Khi Clo tác dụng với nước tạothành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh Khi cho Clo vào nước, chấtdiệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bêntrong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau:

Cl2+ H2O = HOCl + HClHoặc có thể ở dạng phương trình phân ly:

Cl2+ H2O = H+ + OCl-+ ClKhi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau:

-Ca(OCl)2+ H2O = CaO + 2HOCl +2HOCl 2H++ 2OCl

-c2) Dùng ozone để khử trùng

Ozone là một chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối vớicon người Ơ trong nước, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử.Ozone có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiềulần Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gây mùi vịkhó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol

c3) Khử trùng bằng phương pháp nhiệt

Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền Đun sôi nước ở nhiệt độ 1000C có thểtiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độcao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc

Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ Phương pháp đun sôi nước tuyđơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên chỉ dùng trong quy mô gia đình

c4) Khử trùng bằng tia cực tím (UV)

Tia cực tím là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm, có tác dụng diệttrùng rất mạnh Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước Các tia

cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc

và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt

Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ

và cặn lơ lửng Sát trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước

a1) Làm mềm nước bằng phương pháp hóa học

Cơ sở của phương pháp này là đưa hóa chất có khả năng kết hợp với ion Ca2+ và ion

Mg2+ có trong nước tạo ra các kết tủa và loại chúng ra khỏi nước bằng biện pháp lắng,lọc

 Làm mềm nước bằng vôi Ca(OH)2

Đây là phương pháp thông dụng nhất nhằm khử độ cứng cacsbonat được áp dụngkhi cần giảm cả độ cứng và độ kiềm của nước trình tự các phản ứng xảy ra như sau:

 Làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa

Khi tổng hàm lượng các ion Mg2+ và Ca2+ lớn hơn tổng hàm lượng các ion HCO3

-và CO32-, nếu sử dụng vôi thì khử được độ cứng magie, độ cứng toàn phần không hềgiảm Để giải quyết vấn đề này người ta phải sử dụng đến sôđa Quá trình này xảy ratheo phản ứng sau:

 Làm mềm nước bằng trinatriphotphat (Na3PO4)

Phương pháp này được áp dụng khi cần làm mềm nước thật triệt để, mà sử dụng vôi

và sô đa vẫn chưa đem lại được kết quả mong muốn người ta cho trinatriphotphat vàonước để khử hết các ion và thành muối không tan theo phản ứng sau:

a2) Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt

Cơ sở của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan trongnước Trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ dịch chuyển theo phương trìnhsau:

Tuy nhiên khi dun nóng nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm được độ cứngcacbonat của nước còn CaCO3 vẫn còn tồn tại trong nước

Riêng đối với ion Mg2+ quá trình khử diễn ra hai bước ở nhiệt độ thấp đến 180C ta

có phản ứng:

Khi tiếp tục tăng nhiệt độ MgCO3bị thủy phân theo phản ứng:

Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt thường áp dụng cho xử lý nước nồi hơi, vì

ở đây có thể sử dụng nhiệt dư của nồi hơi

b) Phương pháp trao đổi ion IE (Ion Exchange)

Trao đổi ion là quá trình lý hóa trong đó các ion chuyển từ pha rắn sang pha lỏng vàngược lại Các ion đối ở các nhóm chức mang điện trên bề mặt pha rắn sẽ trao đổi vớicác ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với pha rắn của hạt nhựa

Phân loại nhựa trao đổi ion:

 Nhựa cation axit mạnh (R-H hoặc R-Na)

Trao đổi muối trung tính thành axit tương ứng Dung dịch hoàn nguyên là HCl vàH2SO4 đối với R-H và NaCl đối với R-Na

RH + NaCl → RNa + HCl

 Nhựa cation axit yếu (R-XH)

Trao đổi muối kiềm thành axit yếu tương ứng nhưng không trao đổi với muối trungtính (NaCl, H2SO4) Nhựa này có nhóm chức Cacboxylic và sử dụng HCl hoặc H2SO4

để hoàn nguyên

Ca(HCO 3 ) + 2R-H → CaR 2 + 2H 2 CO 3

 Nhựa anion kiềm mạnh (R-OH hoặc R-Cl)

Chuyển hóa muối trung tính thành các bazơ mạnh tương ứng (NaCl, CaSO4) nếuhoạt động theo chu trình hydroxit Nhựa này thường có nhóm chức ammonium Dungdịch hoàn nguyên là NaOH cho chu trình OH-, NaCl cho Cl-

SO 4 2- + 2R-OH → R 2 SO 4 + 2OH

-Nhựa anion kiềm yếu (R-OH):

Trao đổi các axit khoáng tự do như HCl, H2SO4 thành nước nhưng không trao đổivới các axit phân ly yếu như H2CO3, H2Si03 Dung dịch hoàn nguyên là NaOH vàdung lượng trao đổi khá lớn

Quá trình trao đổi ion thường được áp dụng cho khử cứng và khử khoáng cho nướccấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý các ion gâyđộc như NO3-, NO2- hoặc xử lý nước thải chứa các kim loại nặng như đồng (Cu), chì(Pb), kẽm (Zn), crom (Cr), và Amonia (NH3) trong công nghiệp xi mạ, hóa chất để thuhồi các kim loại có giá trị kinh tế

Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp này để khử mặn sẽ không hiệu quả kinh tếbằng phương pháp thẩm thấy ngược (RO) và điện thẩm tích.Khử muối của nước bằngphương pháp trao đổi ion tức là lọc qua bể lọc H-cationit và OH-anionit

Khi lọc nước qua bể lọc H - cationit, các muối hòa tan trong nước sẽ trao đổi cationvới các ion H+ và tạo ra các acid tương ứng

RH + NaCl → RNa + HCl 2RH + Na 2 SO 4 → 2RNa + H 2 SO 4 2RH + Ca(HCO 3 ) 2 → R 2 Ca +2CO 2 + 2H 2 O

Khi lọc tiếp qua bể lọc OH-anionit, các hạt anionit này sẽ trao đổi với các anion củacác acid mạnh trong nước như Cl-, SO42- và nhả vào nước một lượng tương đương ion

OH-

[An]OH + HCl → [An]Cl + 2H 2 O 2[An]OH + H 2 SO 4 → [An] 2 SO 4 + 2H 2 O