ĐỒ án xử lý nước Cấp

Hồ chứa và lắng sơ bộ Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô nước mặt là: tạo điều kiện thuậnlợi cho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI NÓI ĐẦU

Nước sạch là một trong những nhu cầu không thể thiếu của con người Nhưngnguồn nước hiện nay không đủ cung cấp cho sinh hoạt ở một số nơi bởi sự ô nhiễmcủa nguồn nước mặt Nhu cầu dùng nước của người dân thì không thể dừng lại vì vậynguồn nước cấp cho sinh hoạt cần được đảm bảo về chất lượng nguồn nước là hết sứccần thiết Do đó, đồ án này thực hiện với mục đích nhằm đem lại nguồn nước cấp chosinh hoạt được đảm bảo về chất lượng đồng thời giúp người sử dụng có được sự tintưởng tuyệt đối vào nguồn nước mà họ đang sử dụng hằng ngày

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu và đề xuất đưa ra phương án cho một hệ thống xử lý nước cấpkhông phải là một điều dễ dàng Là một sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trường thìcàng khó khăn hơn nữa Vì vậy, em chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiệncho chúng em được học tập và có kiến thức thực hiện được nhiệm vụ này

Chúng em, những sinh viên ngành Kỹ thuật môi trường trong tương lai đang rấtcần những đồ án như thế này để có thể thu thập và tích lũy cho mình những kiến thức

cơ bản về các hệ thống xử lý nước Khi có được một nền kiến thức thì sẽ thực hiệnđược tốt công việc sau này Trong quá trình thực hiện đồ án, vì chưa có kinh nghiệm,chưa nắm vững và còn thiếu hụt về mặt kiến thức nên không thể tránh khỏi những saisót Thời gian qua nhờ có sự giúp đỡ chỉ dạy của TS Nguyễn Xuân Trường đã giúp

em có thêm nhiều kiến thức, kỹ năng chuyên ngành cũng như hoàn thành xong đồ ánnày Em xin chân thành cảm ơn!

Đồ án được tham khảo, sử dụng một số tài liệu quý giá từ các giáo sư, tiến sĩ,thầy cô giáo và các anh chị học các khóa trước Vì vậy, em xin cảm ơn tất cả mọingười đã cho chúng em nguồn tài liệu quý giá này để em có thể hoàn thành tốt đồ án

và quá trình học tập sau này

Thay mặt cho tất cả các sinh viên đang học tập và nghiên cứu xin cảm ơn chânthành đến nhà trường và quý thầy cô

2 NỘI DUNG THIẾT KẾ CỦA ĐỒ ÁN

- Lập bản thuyết minh tính toán bao gồm:

+ Đề xuất 2 phương án công nghệ xử lý nước cấp cho khu dân cư 18000 người, từ

đó phân tích lựa chọn công nghệ thích hợp

+ Tính toán toàn bộ công trình đơn vị chính của sơ đồ công nghệ

+ Tính toán và lựa chọn thiết bị (bơm nước, thiết bị khuấy trộn,…) cho các côngtrình đơn vị tính toán trên

- Các bản vẽ kỹ thuật:

+ Vẽ bản vẽ mặt cắt công nghệ của phương án chọn: 1 bản vẽ khổ A1

+ Vẽ chi tiết 1 công trình đơn vị hoàn chỉnh: 1 bản vẽ khổ A1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP1.1 CÁC NGUỒN CẤP NƯỚC Ở NƯỚC TA

Năm 1896, hệ thống xử lý nước đầu tiên của Hà Nội được chính thức đưa vào vậnhành Hiện nay, hệ thống cấp nước của thành phố Hà Nội đã được cải tạo và xây dựngmới với trang thiết bị hiện đại, nâng công suất lên 390.000 m3/ngày Đối với các thànhphố khác ở miền Bắc, nhiều hệ thống cấp nước cũng đã được cải tạo và phát triển Ởmiền Nam, các hệ thống cấp nước cho các đô thị lớn cũng được cải tạo và nâng cấp.Nhiều nhà máy nước xây dựng từ thời Pháp thuộc đã được cải tạo, thay đổi công nghệ

xử lý

Hiện nay, ở thành phố Hồ Chí Minh, nhà máy nước Thủ Đức I có công suất700.000 m3/ngày đang hoạt động, nhà máy nước Tân Hiệp, nhà máy nước ngầm HócMôn và nhà máy nước Thủ Đức II có công suất 300.000 m3/ngày đang khởi công xâydựng đảm bảo cung cấp nước sạch sinh hoạt và sản xuất của toàn thành phố Trongthời điểm hiện nay, nhiều trạm cấp nước đã được xây dựng mới, áp dụng những côngnghệ tiên tiến của các nước phát triển như Pháp, Phần Lan, Australia, Singapore,….Các loại công trình xử lý như bể lắng ngang có các tấm lamen, bể lắng kiểu accelator,kiểu pulsator, bể lọc sử dụng vật liệu nổi, bể lọc kiểu Aquazuz V đã được áp dụng ởnhiều nơi Trong công nghệ xử lý nước ngầm, áp dụng ejector thu khí, tháp oxy hóa,nước chảy chuyển bậc để oxy hóa sắt thay cho giàn mưa cổ điển Những trạm cấpnước cho các thành phố lớn đã áp dụng công nghệ tiên tiến và tự động hóa cao Trongtương lai, các hệ thống cấp nước sẽ được nâng cấp để theo kịp các nước trong khu vực

1.1.1 Nước dùng cho sinh hoạt

Là loại nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người như nước dùng để ănuống, tắm rửa, giặt, chuẩn bị nấu ăn, cho các khu vệ sinh, tưới đường, tưới cây,….Loại nước này chiếm đa số trong các khu dân cư Nước dùng cho sinh hoạt phải đảmbảo các tiêu chuẩn về hóa học, lý học và vi sinh theo các yêu cầu của quy phạm đề ra,không chứa các thành phần lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến sức khỏe của conngười

1.1.2 Nước dùng cho sản xuất

Có rất nhiều ngành công nghiệp dùng nước với yêu cầu về lưu lượng và chất lượngnước rất khác nhau Có ngành yêu cầu chất lượng nước không cao nhưng số lượng lớn,ngược lại có những ngành yêu cầu số lượng nước không nhiều nhưng chất lượng nướcrất cao, ví dụ nước cho các ngành công nghiệp dệt, phim ảnh, nước cấp cho các nồihơi, nước cho vào sản phẩm là các đồ ăn uống,… Nước cấp cho các ngành côngnghiệp luyện kim, hóa chất yêu cầu lượng nước lớn nhưng yêu cầu chất lượng thườngkhông cao Lượng nước cấp cho sản xuất của một nhà máy có thể tương đương vớinhu cầu dùng nước của một đô thị hàng ngàn dân

1.1.3 Nước dùng cho chữa cháy

Dù là khu vực dân cư hay khu công nghiệp đều có khả năng xảy ra cháy Vì vậy, hệthống cấp nước cho sinh hoạt hay sản xuất đều phải tính đến trường hợp có cháy.Nước dùng cho việc chữa cháy luôn được dự trữ trong bể chứa nước sạch của thànhphố

1.2.THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC CẤP

1.2.1 Nước ngầm cấp cho sinh hoạt

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 hổng và các khe nứt của đất đá, đượctạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nướcmặt nước mưa… Nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hayhàng trăm mét Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn lànguồn nước được ưa thích Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưulượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa Nguồn nước ngầm ít chịuảnh hưởng bởi các tác động của con người Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chấtlượng nước mặt nhiều Trong nước ngầm hầu như: không có các hạt keo hay các hạt lơlửng và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp

Bảng 1.1: Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt

Nhiệt độ - Tương đối ổn định - Thay đổi theo mùa.

Chất rắn lơ lửng - Rất thấp, hầu như không

- Rất thấp, chỉ có khi nước ởsát dưới đáy hồ

Khí CO 2 hoà tan

- Có nồng độ cao (hàmlượng tùy thuộc vào địachất của mạch nước)

- Có khi nguồn nước bịnhiễm bẩn

SiO 2 - Thường có ở nồng độ cao - Có ở nồng độ trung bình

NO 3

Có ở nồng độ cao, do bịnhiễm bởi phân bón hoáhọc

nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chấtkhoáng 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 Các chất thải củacon người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phânbón hoá học.… Tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồnnước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Đã 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 vikhuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốctrừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ pH nước ngầm khá thấp, thường daođộng từ 3 – 6

1.2.2 Thành phần nước mặt

1.2.2.1 Nhiệt độ

Là yếu tố liên quan đến sự tồn tại và phát triển của các sinh vật thủy sinh, đồngthời là nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy sinh học các chất ô nhiễm hữu cơtrong nước, ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan Qua đó, ảnh hưởng đến khả năng tựlàm sạch của nguồn nước tự nhiên nên những thay đổi của nhiệt độ ảnh hưởng nhiềumặt đến chất lượng nước Nhiệt độ là yếu tố quyết định loài sinh vật nào chiếm ưu thếtrong môi trường nước (ở Việt Nam, nhiệt độ nước dao động từ 13-34oC “theo Trịnh Xuân Lai”) Theo độ sâu, nhiệt độ phân thành 3 tầng rõ rệt: Tầng mặt, tầng chuyển tiếp

và tầng đáy

Trong tầng mặt: nước có nhiệt độ cao nên tỷ khối thấp Do ảnh hưởng của gió nênnước trong tầng mặt xáo trộn mạnh làm cho nhiệt độ tương đối đồng đều, nồng độ oxyhòa tan cao, tiếp nhận ánh sáng tốt nên quang hợp diễn ra mạnh mẽ Tầng này rấtthuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học

Tầng chuyển tiếp: có nhiệt độ giảm rõ rệt theo độ sâu

Tầng đáy, nước không bị khuấy đảo và tách biệt với tầng mặt bởi tầng chuyển tiếpnên nồng độ oxy hòa tan thấp, ánh sáng mặt trời không xuyên tới Trong tầng này, quátrình phân hủy hữu cơ diễn ra trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân hủy có mùi vàđộc hại H2S, NH3.

1.2.2.2 Màu sắc

Màu của nước là do các chất tạo ra trong quá trình phân hủy các mảnh vụn hữu cơnhư lá cây, gỗ… hoặc các hợp chất vô cơ chứa Fe(III) khi có trong mẫu nước Nhữngthành phần gây màu tự nhiên trong nước dưới dạng những hạt keo mang điện tích âm,nên có thể loại bỏ bằng quá trình đông tụ bởi muối của các ion kim loại hóa trị III nhưcủa Fe, Al Màu của nước do các chất lơ lửng tạo nên loại bỏ bằng phương pháp lọc.Màu của nước do các chất hòa tan tạo nên loại bỏ bằng phương pháp hóa lý kết hợp.Nước bị nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt và công nghiệp thường có màu xanhđậm hoặc màu đen

Độ màu đo bằng đơn vị Pt-Co (Platin-Coban) Nước tự nhiên có độ màu nhỏ hơn

200 mgPt-Co/l

Dựa vào màu nước để quyết định mức độ xử lý và lựa chọn phương pháp xử lý hóa

chất dùng trong xử lý (theo Trịnh Xuân Lai thì nước thiên nhiên thường có độ màu

thấp hơn 2000(Pt-Co))

1.2.2.3 Độ đục

Độ đục của nước là do trong nước có nhiều loại chất lơ lửng dạng keo hoặc dạngphân tán thô bị cuốn trôi từ bề mặt lưu vực xuống thủy vực Độ đục xác định thôngqua khả năng lan truyền của ánh sáng qua nước Nó phản ánh mức độ ngăn cản ánhsáng xuyên qua nước của các chất lơ lửng vô cơ và hữu cơ Thông qua độ đục có thểđánh giá tình trạng nhiễm bẩn của nước.… Đơn vị đo độ đục là NTU Nước mặt có độđục 20-100 NTU Mùa lũ tới 500 NTU Nước cấp cho ăn uống nhỏ hơn 5 NTU

1.2.2.4 Mùi vị

Nước ô nhiễm có mùi do các hợp chất hóa học chủ yếu các hợp chất hữu cơ haycác sản phẩm từ phân hủy vật chất Nước bị ô nhiễm nặng do các chất hữu cơ có mùihôi thối rất khó chịu; do các khí độc hại như SO2, H2S sản phẩm từ phân hủy yếm khí

1.2.2.8 Chất rắn lơ lửng

Lượng chất rắn lơ lửng là thông số đánh giá cường độ nước thải, hiệu quả của thiết

bị xử lý Xác định dùng phương pháp lọc mẫu nước bằng chén Gút, sau đó đo khốilượng chất rắn có trong màng lọc của chén (mg/l)

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP

2.1 CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC

Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn nước Công trình thu nướcmặt có các dạng kết hợp hoặc phân ly, thu nước sát bờ bằng cửa thu hoặc thu nướcgiữa dòng bằng ống tự chảy, xiphông Công trình thu nước ngầm thường là giếngkhoan, thu nước từ nguồn nước ngầm mạch sâu có áp Chọn vị trí công trình thu nướcdựa trên cơ sở đảm bảo lưu lượng, chất lượng, độ ổn định, tuổi thọ công trình và thuậntiện cho việc bảo vệ vệ sinh nguồn nước

2.2 CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC

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, có trường hợp lấynước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet thậm chí hàng chụckilomet Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với côngtrình thu hoặc xây dựng riêng biệt Công trình thu nước sông hoặc hồ có thể dùng cửathu 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

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 thuậnlợi cho 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 loạitrừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệuquả làm 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 vàokhung thép Khoảng cách giữa các thanh thép từ 40 ÷ 50 mm Vận tốc nước chảy quasong chắn khoảng 0,4 ÷ 0,8 m/s Song chắn rác được nâng thả nhờ ròng rọc hoặc 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 trên

khung 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 động

cơ 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, cáchạt cặn lơ lửng vô cơ, có kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn hơn nước, cứng, có khả nănglắng nhanh được giữ lại ở bể lắng cát Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt đểlắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặcbằng 2,5; để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảmlượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng

2.3.4 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 dướilên 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% Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bểlắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bểlắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằng nhựa.Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằm ngang vàsong song với nhau Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớpmỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm

5,26 lần so với bể lắng ngang 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 Tuy nhiên, bể lắng trong

có cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vận hành cao Vận tốc nước đi từ dưới lên ở vùng lắngnhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ

+ 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

2.4 XỬ LÝ NƯỚC CẤP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

2.4.1 Làm thoáng

Bản chất của quá trình làm thoáng là hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxyhóa sắt hóa trị II, sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III, mangan hóa trị IV tạo thành cáchợp chất hydroxyl sắt hóa trị III và hydroxyl mangan hóa trị IV Mn(OH)4 kết tủa dễlắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng, lọc Làm thoáng để khử CO2, H2S có trongnước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hóa

và thủy phân sắt và mangan, nâng cao công suất của các công trình lắng và lọc trongquy trình khử sắt và mangan Quá trình làm thoáng làm tăng hàm lượng oxy hòa tantrong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxyhóa các chất hữu cơ trong quá trình khử mùi và mùi của nước Có hai phương pháplàm thoáng: Đưa nước vào trong không khí: cho nước phun thành tia hay thành màngmỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hay cho nước phun thànhtia và màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng như ở các dàn làmthoáng cưỡng bức Đưa không khí vào nước: dẫn và phân phối không khí nén thànhcác bọt nhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên, nước đượclàm thoáng Hỗn hợp hai phương pháp trên: làm thoáng bằng máng tràn nhiều bậc vàphun trên mặt nước

Hình 2.1: Quá trình làm thoáng

2.4.2 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 hòa

tan 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.

2.4.3 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 ø < 1µm Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đótương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích củachúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên 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 hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủnhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sựxáo trộn Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tánnhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặcđiện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóacác nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnhđiện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quátrình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liênkết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn vàlắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông Những chất keo tụ thườngdùng 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

2.4.3.1 Muối nhôm

Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãi nhất 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 <=> + H++ H2O <=> + H+Al(OH)2+ + H2O <=> Al(OH)3+ H++ 3H2O <=> Al(OH)3+ 3H+

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 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợpNaAlO2vàAl2(SO4)3theotỷ lệ (10:1) – (20:1) Phản ứng xảy ra như sau:

6NaAlO2 + Al2(SO4)3 + 12H2O → 8Al(OH)3 + 3Na2SO4Việc 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

Trong điều kiện kiềm hóa:

• 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2

• FeSO4 + 3Ca(OH)2 → Fe(OH)3 + 3CaSO4

2.4.3.3 Chất trợ keo tụ

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợkeo tụ (flucculant) Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ,giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo 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 thườngdùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly màcác chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)nhoặc polydiallyldimetyl-amon.

2.4.4.1 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 <=> 2H+ + OCl- + ClKhi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau:

-Ca+ H2O <=> CaO + 2HOCl2HOCl <=> 2H+ + 2OCl-

2.4.4.2 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 Ở 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

nhiều lần Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gâymùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol.

2.4.4.3 Khử trùng bằng phương pháp nhiệt

Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền Đun sôi nước ở nhiệt độ 100oC 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 lệrất nhỏ

Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nênchỉ dùng trong quy mô gia đình

2.4.4.4 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 tiacực 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 đạtđược triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng Khử trùng bằngtia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước

2.5 KHỬ SẮT TRONG NƯỚC NGẦM

2.5.1 Trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong các nguồn nước

Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị II (Fe 2+) là thànhphần 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 dướiđất sâu Nước có hàm lượng sắt cao, làm cho nước có mùi tanh và có màu vàng, gâyảnh 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 phảitiến hành khử sắt

Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị II: 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 làchất keo tụ, dễ dàng lắng đọng trong các bể lắng và bể lọc Vì thế các hợp chất vô cơcủa sắt hoà tan trong nước hoàn toàn có thể xử lý bằng phương pháp lý học: làmthoáng lấy oxy của không khí để oxy hoá sắt có hoá trị II thành sắt hoá trị III và choquá 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) Cácphức chất hữu cơ của ion sắt với axit humic, funvic,… Các ion sắt hoà tan Fe(OH)+,Fe(OH)3 tồn tại tuỳ thuộc vào giá trị thế oxy hoá khử và pH của môi trường Các loạiphức chất và hỗn hợp các ion hoà tan của sắt không thể khử bằng phương pháp lý họcthông thường, mà phải kết hợp với phương pháp hoá học Muốn khử sắt ở dạng nàyphải cho thêm vào nước các chất oxy hoá như: Cl-, KMnO4, Ozone, đã phá vỡ liên kết

và oxy hoá ion sắt thànhion hoá trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ FeCl3,Al(SO4)3 và kiềm hoá để có giá trị pH thích hợp cho quá trình đồng keo tụ các loại keosắt và phèn xảy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc tiếp xúc và bể lọc trong

2.5.2 Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước

2.5.2.1 Phương pháp oxy hoá sắt

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

Fe2 <=> 2 + Fe 2+

Nếu trong nước có oxy hoà tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bị oxy hoá thành sắt (III)hyđroxyt theo phản ứng:

4Fe 2+ +O2+ 10H2O <=> 4 Fe(OH)3+ 8H+Sắt (III) hyđroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách rakhỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.

Kết hợp các phản ứng trên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hoá sắt như sau:

4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + 15H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCONước ngầm thường không chứa ôxy hoà tan hoặc có hàm lượng ôxy hoà tan rấtthấp Để tăng nồng độ ôxy hoà tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làmthoáng Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu ôxy cho quá trìnhkhử sắt

3-2.5.2.2 Phương pháp khử sắt bằng quá trình ôxy hoá

 Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc:

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

 Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên:

Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bặc hay nhiều bặc với cácsàn rải 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%

 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 tiếp xúc lấy từ 4 đến 6 m3 cho 1m3 nước Lượng ôxy hoà tan sau làmthoáng bằng 70% hàm lượng ôxy hoà tan bão hoà.Hàm lượng CO2 sau làm thoánggiảm 75%

 Biện pháp khử sắt bằng vôi:

Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên Ở điều kiện giàu ion OH-, các ion

Fe2+ thuỷ phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống một phần, thế ôxy hoá khửtiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống, do đó sắt (II) dễ dàng chuyển hoáthành sắt (III) Sắt (III) hyđroxyt kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thể dễdàng tách ra khỏi nước.Phương pháp này có thể áp dụng cho cả nước mặt và nướcngầm Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồngkềnh, quản lý phức tạp, cho nên thường kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác như

xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa

 Biện pháp khử sắt bằng Clo:

Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:

2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3CaCl2 + 6H+ + 6HCO

3- Biện pháp khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO4):

Khi dùng KMnO4 để khử sắt, qua trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV)hyđroxyt vừa được tạo thành sẽlà nhân tố xúc tác cho quá trình khử Phản ứng xảy ratheo phương trình sau:

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Biện pháp khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt Các vật liệu đặc biệt cókhả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình ôxy hoá khử Fe2+ thành Fe3+ và giữ lại trongtầng lọc Quá trình diễn ra rẩt nhanh chóng và có hiệu quả cao Cát đen là một trongnhững chất có đặc tính như thế

 Biện pháp khử sắt bằng phương pháp trao đổi ion:

Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng Khi sửdụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm không được tiếp xúc với không khí vì

Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ionic Chỉ có hiệu quả khi khử nước ngầm

có hàm lượng sắt thấp

 Biện pháp khử sắt bằng phương pháp vi sinh:

Một số loại vi sinh có khả năng ôxy hoá sắt trong điều kiện mà quá trình ôxy hoáhoá học xảy ra rất khó khăn Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cấy lọc của bểlọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước Thường sử dụngthiết bị bể lọc chậm để khử sắt

Giới hạn tối đa cho phép

-So sánh số liệu chất lượng nước nguồn ở bảng trên với tiêu chuẩn nước sau xử lýđạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT thìthấy các thông số vượt mức giới hạn cho phép cần phải xử lý:

 Nội dung thiết kế của đồ án

- Lập bản thuyết minh tính toán bao gồm:

+ Đề xuất 2 phương án công nghệ xử lý nước cấp cho khu dân cư 18000 người, từ

đó phân tích lựa chọn công nghệ thích hợp

+ Tính toán toàn bộ công trình đơn vị chính của sơ đồ công nghệ

+ Tính toán và lựa chọn thiết bị (bơm nước, thiết bị khuấy trộn,…) cho các côngtrình đơn vị tính toán trên

- Các bản vẽ kỹ thuật:

+ Vẽ bản vẽ mặt cắt công nghệ của phương án chọn: 1 bản vẽ khổ A1

+ Vẽ chi tiết 1 công trình đơn vị hoàn chỉnh: 1bản vẽ khổ A1

3.2 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT THIẾT KẾ

3.2.1 Lưu lượng nước dùng cho sinh hoạt

ngày đêm)

Với N: Số dân tính toán ứng với tiêu chuẩn cấp nước

(N = 18000 người)

: Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt lấy theo bảng 3.1 (TCXD 33:2006)

(Chọn = 100 (l/người.ngày) giai đoạn 2020)

f: Tỉ lệ dân được cấp nước lấy theo bảng 3.1 (TCXD 33:2006)

(Chọn f = 90 % giai đoạn 2020)

3.2.2 Lưu lượng nước dùng cho dịch vụ

Với tỉ lệ % giai đoạn 2020 lấy theo bảng 3.1 (TCXD 33:2006)

3.2.3 Lưu lượng nước thất thoát

Với tỉ lệ % giai đoạn 2020 lấy theo bảng 3.1 (TCXD 33:2006)

3.2.4 Lưu lượng nước dùng cho yêu cầu riêng của nhà máy xử lý nước

= 10%.(1620+162+249,48) = 203,148 (m3/ngày đêm)

Với tỉ lệ % giai đoạn 2020 lấy theo bảng 3.1 (TCXD 33:2006)

3.2.5 Lưu lượng nước dự phòng

Với lượng nước dự phòng cho phát triển công nghiệp, dân cư và các lượng nước khác chưa tính được cho phép lấy thêm 5-10% tổng lưu lượng nước cho ăn uống sinh hoạt của điểm dân cư (Chọn tỉ lệ phần trăm là 10%).

3.2.6 Lưu lượng trung bình ngày của trạm xử lý nước

= 1620 + (162 + 249,48 + 203,148 + 162) = 2397 2400 (m3/ngày đêm)

Với D = Q dv + Q tt + Q r(txln) + Q dp