Công nghệ môi trường tập 1 xử lý nước hoàng văn huệ

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

Trang 3

LOI NOI DAU

Cỏi thiện điều kiện sống, sinh hoạt của con người uà bảo uệ môi trường là những uấn đê bức xúc hiện nay ở nước ta nhất là trong giai đoạn thúc đẩy công nghiệp hóa uà hiện đại hóa đất nước

Trong những năm gần đây tại nhiều trường đại học đã đưa uào chương trùnh

giảng dạy các môn học uề quy hoạch không gian, kĩ thuật hạ tẳng, môi trường uà

phát triển bên uững nhằm cung cấp cho sinh uiên những kiến thức cơ bản nhất uê bảo uệ môi trường các đô thị uà khu công nghiệp Môn học Công nghệ môi trường cũng đã được chính thức đưa uào chương trừnh đào tạo của ngònh bĩ thuật hạ tang va môi trường đô thị tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Để đáp ứng cho yêu cầu uê tài liệu giảng dạy của các thầy cô giáo uà tài liệu

học tập của sinh uiên, chúng tôi biên soạn cuốn giáo trình "Công nghệ môi

trường" uới nội dung gôm 4 phần chính: Xử lí nước; Quản lí chất thải rắn đô thị uò công nghiệp; Xử lí khói bụi uà xử lí tiếng ôn đô thị Giáo trình được chia lam

3 tập: Tập I: Xử lí nước; Tộp II: Quản lí chất thải rắn; Tộp III: Xử lí khói bụi uà

tiếng on

Tùòi liệu được phân công biên soạn như sau: - Chủ biên: PGS, TS Hoàng Văn Huệ - Tham gia biên soạn:

Tap I: PGS, TS Hoang Văn Huệ Tap Il: PGS, TS Trân Thị Hường

Tập II: PGS, TS Hoàng Văn Huệ; KS Nguyễn Trọng Phương;

TS Nguyễn Văn Muôn

Chúng tôi xin chân thành cám ơn các bạn đồng nghiệp uà các chuyên gia đã

đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình biên soạn cuốn sách Các tác giả

cũng nhận được sự giúp đỡ to lớn của cán bộ, chuyên gia thuộc Nhò xuất bản

Xây dựng, đặc biệt là của Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội uà Bộ Xây dựng, xin

bày tỏ lòng cảm ơn chân thành trong uiệc hoàn thành cuốn sách này

Cuốn sách có thể còn những sai sót uà nhược điểm, rất mong được các bạn

đọc góp ý phê bình Ý kiến phê bình xin gửi uê theo địa chỉ: Khoa Kĩ thuật họ tông uà môi trường đô thị - Trường Đại học Kiến trúc Hò Nội, km 9 - đường Nguyễn Trãi

Trang 4

PHAN I

XỬ LÍ NƯỚC CẤP

Chương 1

NGUỒN NƯỚC, YÊU CẦU VỀ

CHẤT LƯỢNG NƯỚC, BIỆN PHÁP XỬ LÍ

1.1 NGUỒN NƯỚC

Khi thiết kế hệ thống cấp nước cần hết sức quan tâm tới vấn đề chọn nguồn nước vì nó quyết định tính chất và thành phần các hạng mục công trình của hệ thống cấp nước, quyết định kinh phí đầu tư xây dựng và giá thành sản phẩm

Nguồn nước thiên nhiên được sử dụng vào mục đích cấp nước, có thể chia làm hai loại:

- Nước mặt: Sông suối, ao hồ và biển

- Nước ngầm: Mạch nông, mạch sâu, giếng phun

1.1.1 Nguồn nước mặt

Nguồn nước mặt chủ yếu ở các sông, hồ chứa, biển

Nước mưa, hơi nước trong không khí ngưng tụ trên bề mặt và một phần do nước ngầm chảy lộ thiên tạo thành những dòng suối sông

Ở nước ta, với lượng mưa trung bình hàng năm thường khoảng 2000mm phân bố

tương đối đều so với nhiều nước trên thế giới Hệ thống sông ngòi chằng chịt có lưu lượng nước rất phong phú Tuy nhiên, do chiều rộng từ Trường Sơn ra biển Đông hẹp, độ dốc lớn, ít hồ thiên nhiên và nhân tạo nên lượng nước phân bố không đều trong năm Về

mùa mưa nước thừa gây úng ngập, ngược lại về mùa khô không đủ cunz cấp cho nông nghiệp, công nghiệp và dân sinh Trong những năm qua, Nhà nước đã đầu tư xây dựng nhiều hồ lớn dùng trị thuỷ và điều tiết nước nhằm phục vụ cho nhiều mục đích, trong đó

có cấp nước cho dân dụng và công nghiệp Về phương diện chất lượng, nước sông ở ta

do chảy qua nhiều vùng đất khác nhau chịu ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên, mang theo nhiều tạp chất, có độ đục cao về mùa lũ, lượng chất hữu cơ va vi trùng lớn, có độ mau cao

Đối với các hồ lớn nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của các khu dân cư thì chất lượng

Trang 5

hàm lượng cặn nhỏ, nhưng độ màu rất cao; các hợp chất hữu cơ và phù du, rong tảo lớn,

nên ít dùng vào mục đích cấp nước cho dân dụng và công nghiệp

Nước ta có khoảng 3000km bờ biển Nước biển làm mặn những quãng sông sâu vào trong lục địa tới 20 + 30km Nước ngầm vùng đồng bằng ven biển cũng bị nhiễm mặn

do ảnh hưởng của nước biển thấm sâu, có nơi tới 100km vào đất liền

Nguồn nước mặt bị ô nhiễm có thể đo:

- Các chất thải của người và động vật trực tiếp hoặc gián tiếp thải vào - Các chất thải công nghiệp xả vào

- Các chất thải trong quá trình bảo vệ thực vật - Các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp

Nói chung, chất lượng nguồn nước mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ phát

triển công nghiệp, đô thị trong lưu vực; hiệu quả quản lí các dòng chất thải xả vào nguồn, điều kiện thuỷ văn, tốc độ, hình dạng, công suất dòng chảy và thời tiết vùng khí hậu Tuy trong nước mặt luôn luôn xảy ra các quá trình tự làm sạch, nhưng rất ít gặp những nguồn nước đủ tiêu chuẩn chất lượng cấp nước trực tiếp mà đa phần phải qua quá trình xử lí mới sử dụng được

Bảng I.1 giới thiệu thành phần các chất gây ô nhiễm nước mặt

Bảng 1.1 Thành phần các chất gây ô nhiễm nguồn nước mặt Các chất hoà tan - Chất thải hữu cơ, vi sinh vật - Chất thải sinh hoạt hữu cơ Chất rắn lơ lửng Các chất keo d = 0,001+ ]tm d< lum (chủ yếu 0,05 + 0,2nm) d < 0,0001 1m

- Dat sét - Dat sét - Các ion KỶ, Na”, Ca?"

- Cát 4 - Protei rotein NH} , S027, CI”, PO} 2c _

- Keo Fe(OH), - Silicat SiO, - Các chất khí CO›, O›, Nạ, CH¿, HạS - Các chất hữu cơ - Cao phân tử hữu cơ - Các chất mùn - Virut 0,03 + 0,3m - Vi tring 1 + 10um - Tao 1.1.2 Nguồn nước ngầm

Trang 6

đáng quan tâm là trong nước ngầm chứa nhiều các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, các quá trình phong hoá và sinh hoá xảy ra trong khu vực và trong tầng đất đá Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt thì trọng nước ngầm chứa nhiều chất bẩn, lượng nước mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dé bi 6 nhiễm bởi các ` chất khống hồ tan, các chất hữu cơ, chất mùn lâu ngày theo nước mưa thấm sâu vào nguồn nước Nước ngầm cũng có thể nhiễm bẩn do tác động của con người Các chất thải do người và động vật, các chất thải hoá học, các chất thải sinh hoạt cũng như việc sử dụng phân bón hoá học, Tất cả các chất thải đó theo thời gian ngấm dần vào nguồn nước, tích tụ dần và dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm

Ở nước ta, nước ngầm có hàm lượng muối cao ở các vùng đồng bằng ven biển, ở các

nơi khác nước phổ biến có hàm lượng sắt, canxi và magiê lớn hơn tiêu chuẩn cho phép,

nên phải xử lí mới dùng được Nước ngâm trong các tầng nứt nẻ của đá vôi phần lớn có chất lượng tốt Nước ngầm mạch sâu được các tâng địa chất phía trên bảo vệ nên ít bị

nhiễm bẩn bởi các tạp chất hữu cơ và vi trùng ˆ

Khi nghiên cứu nguồn nước cần làm rõ một số chỉ tiêu cần thiết, ví dụ:

- Đối với nước mặt: Lưu lượng tối đa ứng với mực nước cao nhất; lưu lượng tối thiểu ứng với mực nước thấp nhất; tốc độ dòng chảy và tình trạng bồi lở của dòng sông

- Đối với nước ngầm: Mực nước tĩnh, mực nước động, đường cong giảm áp, bán kính

giảm áp, - -

Chọn nguồn nước để cung cấp phải dựa trên cơ sở kinh tế, Kĩ thuật của các phương

án, nhưng cần lưu ý các điểm sau đây: nụ ` = |

- Nguồn nước phải có lưu lượng trung bình nhiều năm theo tân suất yêu câu của đối tượng tiêu thụ (bảng 1.2) Trữ lượng nguồn nước phải đảm bảo khai thác được nhiều năm

- Chất lượng nước đáp ứng yêu cầu vệ sinh theo TCVN, ưu tiên chọn nguồn nước nào dễ xử lí và ít dùng hoá chất

- Lũ tiên chọn nguồn nước gần nơi tiêu thụ, có sẵn thế năng để tiết kiệm năng lượng,

có địa chất công trình phù hợp với yêu cầu xây dựng, có điều kiện bảo vệ nguồn nước - Cần ưu tiên chọn nguồn nước ngầm nếu lưu lượng đáp ứng yêu cầu sử dụng

Cùng với việc điều hoà và khai thác các nguồn nước hiện có, chúng ta phải quan tâm

đúng mức đến việc bảo vệ các nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn do nước thải công, nông nghiệp và thành phố thải vào Cần có các quy định của Nhà nước về bảo vệ vệ sinh

nguồn nước với nội dung chủ yếu sau:

- Đối với nước ngầm: Khu vực bảo vệ I: Nếu tầng bảo vệ dày hơn 6m thì bán kính bảo vệ lấy 50m, nếu tầng bảo vệ < 6m thì bán kính bảo vệ là 100m Trong khu vực I

nghiêm cấm xây dựng các công trình và người không có trách nhiệm không được đi lại Khu vực II là khu vực hạn chế xung quanh khu vực l, chỉ cho phép xây dựng các công

trình của hệ thống cấp nước nếu vùng bảo vệ có bán kính 300m Nếu đất đai tại khu vực

Trang 7

- Đối với nước mặt: Khu vực I nghiêm cấm xây dựng, tắm giặt, làm bến bãi và xả nước

vào nguồn trong phạm vi: về thượng nguồn > 200 + 500m; về hạ nguồn > 100 + 200m tuỳ thuộc lưu lượng, tốc độ ảnh hưởng của thuỷ triều đến dòng sông Khu vực II không cho phép xả nước bẩn vào phía thượng nguồn của các con sông lớn trong khoảng 15 + 20km, sông vừa 20 + 40km và toàn bộ các suối nhỏ Khu vực HI hạn chế nhưng cho phép xả nước thải có xử lí và phải tính toán hiệu quả tự làm sạch của nguồn nước

- Đối với hồ chứa, đập nước: Nghiêm cấm nuôi cá, xả nước bẩn vào, nghiêm cấm xây dựng, chăn nuôi trồng trọt trong phạm vi 300 + 500m gần bờ nếu địa hình khu vuc bang | phẳng và toàn bộ lưu vực nếu đất đốc vẻ phía hồ Khu vực hạn chế là 300m tiếp theo

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn và cấp an toàn của các nguồn nước

Tần suất lưu lượng

Đối tượng dùng nước Cấp an toàn trung bình (%)

- Nhà máy luyện kim, lọc dầu, nhiệt điện, nước sinh ] - 95 -

hoạt của đô thị với dân số lớn hơn 50000 người cho phép giảm lưu lượng 30% từ 1 + 3 ngày

- Nhà máy sàng than, làm giàu quặng, lọc dầu, máy H ~ 90 xây dựng và các công nghiệp khác cũng như cấp

nước sinh hoạt đô thị với dân số < 50000 người, các xí nghiệp công nghiệp cho phép giảm lưu lượng không quá 30% trong I tháng và cắt nước

3+5 giờ

- Cac xi nghiép công nghiệp nhỏ, các hệ thống tưới II 85 trong nông nghiệp cũng như cấp nước điểm dân

cư không quá 500 người cho phép giảm 30% lưu

lượng trong một tháng và cắt nước 1 ngày _

1.2 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Như chúng ta đã biết nước thiên nhiên dùng cho các hệ thống cấp nước có chất lượng

khác nhau Nước mặt có nhiều cặn, vi trùng, độ đục và hàm lượng muối cao Nước ngầm

trong, ít vi trùng, nhiệt độ ổn định, nhiều muối khoáng và thường có hàm lượng sắt,

mangan và các khí hoà tan Chất lượng nước thiên nhiên được đặc trưng bởi các chỉ tiêu hoá học, lí học và sinh học

1.2.1 Các chỉtiêulíhọ -

1 Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước khác nhau theo mùa và theo nguồn nước, phụ thuộc vào không khí, giá trị giao động ở giới hạn rộng 4 + 40°C và thay đổi theo độ sâu của nguồn nước Nước ngâm có nhiệt độ tương đối én dinh 17 + 27C

Nhiệt độ được xác định bằng nhiệt kế

2 Hàm lượng cặn: Nước mặt luôn chứa lượng cặn nhất định - là các hạt sét, cát, do

Trang 8

tan vào trong nước Cùng một nguồn nước, hàm lượng cặn khác nhau theo các mùa - mùa khô ít, mùa lũ nhiều Hàm lượng cặn của nước ngầm chủ yếu là do cát mịn, giới

hạn tối đa 30 + 50mg/1 Hàm lượng cặn của nước sông thường dao động lớn, có khi lên

tới 3000mg/1

Người ta phân biệt cặn toàn phần, cặn khơng hồ tan (cặn lơ lửng), cặn hoà tan và tinh cặn

Cặn toàn phần bao gồm tất cả các chất hữu cơ và vô cơ có trong nước không kể các

chất khí Cặn toàn phần được xác định bằng cách đun cho bay hơi một dung tích nước

nhất định và sấy ở nhiệt độ 105 + 110°C cho đến khi trọng lượng không đổi Cặn hoà tan cũng được xác định bằng phương pháp trên, nhưng trước khi đun bay hơi, cần lọc bỏ cặn khơng hồ tan Phần cặn giữ lại ở trên giấy là cặn lơ lửng khơng hồ tan Tĩnh cặn là các hạt cặn thuộc nguồn gốc vô cơ được xác định bằng cách đun một dung dịch nước nhất định rồi đem đốt sấy ở nhiệt độ 800°C Phần chênh lệch giữa lượng cặn toàn phần và

lượng tỉnh cặn là lượng cặn hữu cơ hay còn gọi là chất bay hơi Phụ thuộc vào phương

pháp xác định, nếu lọc rồi đem sấy ta được tinh cặn hoà tan, còn nếu đem sấy nước không lọc ta được tỉnh cặn toàn phần

Khi hàm lượng cặn ít có thể xác định hàm lượng cặn bằng độ trong Khi đó mẫu nước cho vào bình thuỷ tỉnh cao 30cm, ở đáy có chữ tiêu chuẩn màu đen (phương pháp

Sneller) hoặc cao 35cm và ở đáy có chữ thập đen rộng lmm trên nền trắng và được chiếu sáng bằng một bóng điện 300W (phương pháp Diener) Độ trong được đo bằng cột nước tối đa mà qua nó từ trên nhìn xuống đọc được chữ tiêu chuẩn hay thấy rõ chữ thập đen |

3 Độ màu: Độ màu do các chất humic, các hợp chất keo của sắt, nước thải của một sé ngành công nghiệp hay do sự phát triển mạnh của rong tảo trong các nguồn nước thiên nhiên tạo nên

_ Các hợp chất humic thường tạo ra màu nâu hoặc vàng cho nước, chúng có thể là các axit fulvic C¡oH¡;Os, các axit hymatomelanic CoH¡;O+, các axit humic C¡oH;;O¡o hoặc

các hợp chất humic C¡gH¡;O¿ Có thể giảm nồng độ các hợp chất humic bằng các chất Oxy hoá mạnh như Cl,, O3, KMnQ,

Nếu màu của nước do sắt (thường màu nâu) mangan (màu đen) hoặc các chất lơ lửng như tảo gây màu xanh lam, xanh lục thì có thể khử bằng làm thoáng và lọc

Độ màu được xác định bằng phương pháp so màu với dung dịch chuẩn trong ống

Nessler, thường dùng dung dịch K;PtCl, + CaCl;; Img/1 K;P:Cl, bằng 1 đơn vị chuẩn

màu Có thể dùng phương pháp: trắc quang với dụng cụ có các kính cường độ màu khác nhau, so sánh với màu dung dịch chuẩn hoặc sử dụng các ống so màu

4 Độ cứng: Độ cứng của nước do ham lượng canxi và magiê hoà tan trong nước tạo

nên Thường phân biệt ba loại độ cứng Độ cứng toàn phan, độ cứng cacbonat và độ

Trang 9

Độ cứng cacbonat do các muối canxi, magiê, bicacbonat tạo nên Độ cứng không

cacbonat đo các muối khác của canxi và magiê tạo nên, như các sunfat clorua, nitrit,

Nước có độ cứng cao giặt tốn xà phòng, hại quần áo, nấu thức ăn lâu chín và không dùng được cho nồi hơi

5 Mùi và vị của nước: Các chất khí và các chất hoà tan trong nước làm cho nước có

mùi vị Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối hoặc mùi đặc trưng cho các hố chất hồ tan như mùi clo, mùi amoniắc, mùi sunfua hyđrô

Các chất gây mùi trong nước có thể chia thành 3 nhóm;

- Các chất gây mùi có nguồn gốc vô cơ như NaCl, MgSO¿ gây mùi mặn; muối đồng gây mùi tanh; các chất gây tính kiểm hoặc axit; Cl;, CIO gây mùi clo; H;S gây mùi trứng thối,

- Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu cơ;

- Các chất gây mùi từ các quá trình sinh hoá, các hoạt động của vi khuẩn, rong tảo nhu CH,-S-CH, cho mui tanh ca; C,,H,,O, C,.H,,0, cho mùi tanh bùn,

Chất gây mùi trong nước phần lớn có thể khử được bằng cách làm thoáng, lắng lọc

Cũng có thể dùng kết hợp với phương pháp đông tụ và keo tụ Tuy nhiên, nhiều chất gây mùi ở trạng thái hoà tan trong nước khó khử được bằng các phương pháp thông thường

kể trên

6 Độ phóng xạ trong nước: Nước nhiễm phóng xạ thường có nguồn gốc từ các nguồn nước thải Phóng xạ gây nguy hại cho sự sống nên là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước

1.2.2 Các chỉ tiêu hoá học

1 Hàm lượng ơxy hồ tan (DO): Ôxy hoà tan trong nước phụ thuộc vào áp suất,

nhiệt độ, thành phần, tính chất nguồn nước Áp guất tăng, độ hồ tan của Ơxy vào nước tăng, ngược lại khi nhiệt độ tăng độ hồ tan ơxy vào nước giảm Hàm lượng ơxy hồ tan trong nước tuân theo quy luật Henry Thông thường, nồng độ ơxy hồ tan ở thời điểm tới han là 8mgi

2 Độ pH: Đặc trưng bởi nồng độ ion HỈ trong nước (pH = - lg(H”)), phản ánh tính

chất của nước là axit, trung tính hay kiểm

3 Độ kiểm: Đặc trưng bởi các muối của axit hữu cơ như bicacbonat, humat, cacbonat, hydrat, Người ta cũng phân biệt độ kiểm theo tên gọi của các muối Độ kiểm có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lí nước Trong một số trường hợp khi

độ kiểm thấp, cần thiết phải bổ sung hoá chất để kiểm hoá nước

4 Độ ơxy hố: Độ ôxy hóa còn gọi là nhu cầu ôxy cho quá trình sinh hoá (BOD),

thường tính bang mg/l O,, đặc trưng bởi nồng độ các chất hữu cơ hoà tan và một số chất

Trang 10

5 Hàm lượng sắt: Sắt tôn tại trong nước dưới dạng Fe?" hoặc Fe** Trong nước ngầm

sắt thường ở dạng Fe”” hoà tan, còn trong nước mặt ở dạng keo hay hợp chất hoặc ở

dạng oxit humic sắt Nước ngầm ở ta thường có hàm lượng sắt lớn

6 Ham lượng mangan: Thường gặp trong nước ngầm cùng với sắt ở dạng

bicacbonat MnŸ”

7 Axit silic: Thuong gặp trong nước thiên nhiên ở nhiều dạng khác nhau (từ keo đến ion) Nồng độ axit silic lớn thì cản trở việc sử dụng nước cho nồi hơi áp lực cao Trong

nước ngầm thường gặp nồng độ silic cao, khi 6,5 < pH < 7,5 gây khó khăn cho việc

khử sắt

8 Các hợp chất của nữơ: Các chất hữu cơ có trong nước thường tồn tại dưới dạng amoniac, nitrit, nitrat và nitơ tự do Tồn tại những hợp chất này chứng tỏ nguồn nước bị

nhiễm bẩn bởi nước thải Có NH; chứng tỏ nước đang nhiễm bẩn rất nguy hiểm đặc biệt

cho cá; có HNO;, HNO; chứng tỏ nước nhiễm bẩn đã lâu, các q trình ơxy hố đã

kết thúc

Những hợp chất nitơ có trong nước cũng có thể là do nguồn gốc vô cơ gây nên

9 Clorua và sunƒfat: Có trong nước thiên nhiên thường dưới dạng các muối nitrit,

canxi và magiê Các nguồn nước có thể có lượng clo lên tới 500 + 1000 mg/1 Sử dụng

nước có hàm lượng clo cao có thể gây bệnh thận lon CÏ có trong nước do sự hồ tan các

muối khống hoặc do quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ Nước chứa các ion CT có tính xâm thực đối với bêtông

Các ion SO2” có trong nước do khoáng chất hoặc từ nguồn gốc hữu cơ, với hàm lượng > 250 mg/1 sẽ gây tổn hại đến sức khoẻ con người; với hàm lượng > 300 mg/l sé có tính xâm thực mạnh đối với bêtông,

10 Các hợp chất phốt phát: Các hợp chất phốt phát tồn tại trong nước thường dưới

dang H,PO,, HPO7 , PO, Na(PO;), các hợp chất hữu cơ phốt pho, Trong nước có

hàm lượng phốt pho cao sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng

11 lốt và florua: Có trong nước thiên nhiên dưới dạng ion, chúng có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ của con người Florua cho phép tới 1mg/l, vì thiếu lượng florua sinh

bệnh đau răng, thừa lượng florua gây hỏng men răng lôt cho phép 0,005 + 0,007 mg/1

Thiếu lượng iôt sinh bệnh bướu cổ

12 Các chất khí hoà tan: Các chất khí O;, H;5, CO, trong nước thiên nhiên dao động rất lớn Nhiều O;, CO; không làm chất lượng nước xấu đi, nhưng làm ăn mòn kim

loại và phá huỷ bê tông H;S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ phân

rác và khi nó tồn tại trong nước sẽ gây mùi hôi thối khó chịu và cũng làm ăn mòn

vật liệu

Trang 11

1.2.3 Cac chi tiéu vé vi sinh vat

1 Vi trùng và vi khuẩn: Nguôn nước thường bị nhiễm bẩn bởi vi trùng và vi khuẩn

là do chịu ảnh hưởng trực tiếp của những tác động của con người và động vật Trong - nước có nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng gây bệnh và truyền bệnh nguy hiểm như kiết

lị, thương hàn, dịch tả, bại liệt, Chỉ tiêu về vi trùng và vi khuẩn được đặc trưng bởi chỉ

số cô li chuẩn độ - số lượng vi trùng và siêu vi trùng có chứa trong Iml nước

2 Phù du rong tảo: Trong các nguồn nước mặt và nhất là trong các ao hồ thường có các loại phù du rong tảo Chúng ở dạng lơ lửng hay bám vào đáy hồ làm cho chất lượng nước _ nguồn kém đi và khó xử lí Ví dụ: Nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào thường đi qua bể lắng và đọng lại trên bề mặt vật liệu lọc làm tăng tổn thất thuỷ lực Trong đường ống khi phát

triển rong tảo có thể làm tắc ống, đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình quang

hợp hô hấp của rong tảo thải ra khí CO,, Các tác hại của rong tảo ngoài việc làm tắc bể lọc, ống dẫn, còn gây nên tình trạng thừa thiếu ôxy trong nước, tạo ra các chất gây mùi, tăng nồng độ các chất hữu cơ và tạo ra các chất độc hại trong nước

1.3 TIỀU CHUẨN CHẤT LƯỢNG NƯỚC CẤP

1.3.1 Chất lượng nước cấp cho ăn uống, sinh hoạt

Nước sau khi xử lí cần đảm bảo an toàn cho sử dụng Nước cấp sinh hoạt phải không ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người, đảm bảo không mùi, không vị, không có vi trùng

gây bệnh; nồng độ các chất độc hại, các chất gây bệnh mãn tính không vượt quy định;

tính ổn định phải cao và đảm bảo thẩm mỹ cũng như phù hợp với những quy định của

TCVN hoặc các tiêu chuẩn quốc tế

Theo tiêu chuẩn tạm thời ban hành kèm theo QD số 505 BYT/QÐ ngày 13-4-1992 vẻ chất lượng nước ăn uống sinh hoạt phải đạt được những chỉ tiêu về lí hoá và vi trùng như ở bảng 1.3 - Bảng 1.3 Chất lượng nước cấp cho ăn uống, sinh hoạt (Tiêu chuẩn 505 BYT/QD) we Các chỉ tiêu chất lượng nước Don vị pe thi in nông thôn 1 2 3 4 5 1 | D6 trong Sneller cm > 30 > 25 2 |D6 mau, thang mau cobalt độ <10 <10

3 |Mùi vị (đậy kín sau khi đun 50 - 60°C) điểm 0 0

4 |Hàm lượng cặn không tan mg/l 3 20 3 | Ham luong cặn sấy khô mg/l 500 1000 6 | D6 pH mg/l 6,5 - 8,5 6,5 - 8,5 7 | Độ cứng (tính theo CaCOa) mg/l 500 500

Trang 12

1 2 3 4 5 8 | Mudi man (Cl)

- Ving ven bién mg/l 400 500

- Ving nội địa mgi 250 250

21 | Clorobenzen và Clorophenol mgi 0 0

Trang 13

(Total Activitive B degree)

I |TIEU CHUAN VI KHUAN

Trang 14

1 2 3 4 5 A.3 Nước trong đường ống phân phối Đảm bảo 98% - Faecal Coliforms (coli phân) SL/100ml 0 số mẫu trong năm đạt tiêu chuẩn Đôi khi có - Coliform organisms (dang coli) SL/100ml <3 nhung khéng thường xuyên B Cung cấp nước không bằng đường ống - Faecal Coliforms (coli phân) SL/100ml 0 Không thường xuyên

Nếu thường xuyên - Coliform organisms (dang coli) SL/100ml 10 thi phai kiém tra

vé sinh bao vé nguồn nước

C Nước đóng chai

- Faecal Coliforms (coli phân) SL/100ml 0

- Coliform organisms(dang coli) SL/100ml 0

D Dạng nước khẩn cấp

- Faecal Coliforms (coli phân) SL/100ml 0 Trong trường hợp khẩn cấp cầ

- Coliform organisms (đạng coli) SL/100ml 0 được đun sôi

II | TIÊU CHUẨN SINH VẬT

- Protozoa (nguyên sinh vật gây bệnh) 0

- Helminths (kí sinh vật gây bệnh) 0 - Sinh vật sống tự do (rêu, tảo, các loại

khác) 0

1.3.2 Chất lượng nước cấp cho sản xuất

Yêu cầu về chất lượng nước cấp cho sản xuất công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc

vào lĩnh vực công nghiệp và dây chuyền công nghệ sản xuất

Phần lớn nước dùng trong công nghiệp là làm nguội máy móc thiết bị và sản phẩm

sản xuất Loại nước này đòi hỏi 2 yêu cầu cơ bản là độ cứng bicacbonat và hầm lượng

cặn nhỏ - °

Nước bổ sung cho lượng nước tuần hoàn yêu cầu độ cứng cacbonat nhỏ; sắt không quá 0,5 mg/1 Để tránh lắng đọng các muối Ca?' và Mg”” không nên đưa nhiệt độ của

nước lên đến 50 + 60°C

Nước cho nồi hơi yêu cầu chất lượng cao, nước không được chứa cặn, độ cứng toàn phần nhỏ và hạn chế các hợp chất của axit silic H;S1Oa, axit cacbonic H,O, va oxy Op

Nước cấp cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dệt, giấy, phim ảnh yêu cầu chất lượng như nước ăn uống

Trang 15

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ XỬLÍ

1.4.1 Các phương pháp xử lí

Có thể phân biệt các phương pháp xử lí cơ bản sau đây:

- Phương pháp xử lí cơ học: Nước cấp xử lí qua các công trình và thiết bị như: song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng và bể lọc

- Phương pháp hoá học là xử lí nước bằng việc bổ sung hoá chất: dùng phèn làm chất

keo tụ, dùng vôi để kiểm hoá nước, cho clo vào nước để khử trùng,

- Phương pháp lí học là dùng các tia tử ngoại, sóng siêu âm để khử trùng nước, điện

phân nước để khử muối, làm thoáng để khử khí CO; hoà tan

Tuy nhiên, các phương pháp hoá lí thường là các phương pháp hỗ trợ và tăng cường

hiệu quả cho phương pháp xử lí cơ học

1.4.2 Dây chuyền công nghệ xử lí

Xử lí nước có thể qua nhiều công đoạn, nhiều quá trình và được thực hiện trên những công trình, thiết bị khác nhau Tập hợp các công trình đơn vị theo một trình tự từ xử 'í những chất bẩn thô đến xử lí những chất bẩn tinh có chứa ở trong nước nguồn, từ xử lí đơn giản đến xử lí phức tạp đảm bảo sản phẩm đầu ra đạt chất lượng yêu cầu, hay nói

cách khác là sự tập hợp các công trình, thiết bị theo một quy trình công nghệ gọi là dây

chuyền công nghệ xử lí nước Sơ đồ công nghệ xử lí có thể phân loại như sau:

1 Theo hiệu quả xử lí: Phân biệt hai loại sơ đồ: sơ đô xử lí triệt để và sơ đồ xử lí không triệt để Khi hiệu quả xử lí đạt yêu cầu chất lượng nước đầu ra cho ăn uống sinh

hoạt hoặc nhu cầu chất lượng cao cho công nghiệp, gọi là xử lí triệt để, còn khi hiệu quả

xử lí thấp hơn chất nước nước ăn uống sinh hoạt gọi là xử lí không triệt để Thông thường, sơ đồ xử lí triệt để nước cấp là sơ đồ công nghệ xử lí có sử dụng quá trình keo tụ

2 Theo biện pháp xử lí: Trong một số sơ đồ công nghệ có thể có một hay nhiều biện pháp xử lí như: vừa khử đục vừa khử màu hay vừa khử sắt vừa khử trùng Cũng có thể

trong một sơ đồ công nghệ có nhiều quá trình xử lí như: lắng, lọc, và một quá trình lại

có thể lặp đi lặp lại một số lần Khi nước ít đục có thể chỉ cần một lần lọc, một lần

lắng,

3 C6 qué trinh keo tụ hay không có quá trình keo tụ

Sơ đồ công nghệ không có quá trình keo tụ dùng cho trạm xử lí công suất nhỏ Trong

sơ đồ thường có bể sơ lắng hoặc xiclôn thuỷ lực để lắng bớt một số cặn thô và bể lọc

chậm dùng để xử lí nước sinh hoạt Sơ đồ công nghệ xử lí không có quá trình keo tụ về nguyên tắc không xử lí được độ màu

Sơ đồ công nghệ có quá trình keo tụ thường dùng khi nguồn nước có độ đục và độ màu cao đối với những trạm xử lí công suất lớn

4 Theo chuyển động dòng nước: Phân biệt sơ đồ xử lí tự chảy và sơ đồ xử lí áp lực Sơ đồ xử lí tự chảy dùng trong hệ thống cấp nước thành phố và công nghiệp với công

l6 “ep

ae ie

eg

Trang 16

suất lớn Sơ đồ xử lí áp lực thường dùng trong hệ thống cấp nước tạm thời hay hệ thống cấp nước công suất bé Chọn sơ đồ xử ïí tự chảy hay sơ đồ xử lí áp lực là căn cứ chủ yếu vào công suất, vật liệu xây dựng, khả năng cung cấp và gia công công xưởng các thiết bị áp lực Nói chung, hệ thống tự chảy thường làm bằng gạch, đá, bê tông cốt thép, rất ít khi dùng vật liệu thép, còn hệ thống áp lực dùng hoàn toàn bằng thép

Lua chon sơ đồ công nghệ xử lí nước cấp phải căn cứ vào chất lượng nước nguồn, chất lượng nước sản phẩm, vật liệu xây dựng, địa hình, và phải dựa vào kết quả so sánh kinh tế kĩ thuật của các phương án Bảng I.4 giới thiệu một số dây chuyền công nghệ xử

lí được kiến nghị trong TCXD 33: 1985 TCXD 33: 1985 cũng đưa ra các biện pháp hoá

học bổ sung và các hoá chất thường sử dụng như trong bảng (1.5) Căn cứ vào chỉ tiêu

chất lượng nước nguồn, có thể có các phương pháp hoá học khác nhau, kết hợp với các

phương pháp xử lí cơ học để có thể tạo nên một sơ đồ dây chuyền công nghệ: xử lí nước _ cấp phù hợp Bảng 1.4 Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lí nước cấp theo TCXD 33 - 1985

Diéu kién sir dung

Thanh phan các công trình chính , _ Chất lượng nước nguồn Công suất

của dây chuyển công nghệ - trạm xử lí, Lượng can, mg/l '| Độ màu cobalt, dé m?/n ghy I 2 3 4 L Xử lí nước mặt: A Xử lí nước có dùng phèn: 1 Trạm có bể lọc nhanh: a Bể lọc áp lực Đến 50 Đến 80 Đến 3000 b Bể lọc Đến 30 : — Đến 50 : Bất kì c Bể lắng đứng, bể lọc - Đến 2500 Bất kì Đến 3000 d Bể lắng trong, bể lọc Đến2500 - Baki | Đến 3000 * e Bể lắng ngang, bể lọc Đến 2500 Bấkì ' | Đến 3000 f Bể lắng sơ bộ, bể lắng, bể lọc Trên 2500 Bất kì Bất kì g Bể lọc hạt to làm trong một phần Đến 80 Đến 150 Bất kì 2 Bể lọc tiếp xúc Đến 150 Đến 150 Bất kì 3 Bể lắng hoặc bể lắng trong để làm Đến 2500 Bất kì Bất kì : sạch một phần B Xử lí nước không dùng phèn 4 Trạm xử lí có bể lọc chậm

a oan nguyên vật liệu lọc phải lấy Đến 50: Đến50 ˆ Đến Í 000

b Hoàn nguyên vật liệu lọc không oe ot

Trang 17

1 2 3 4 IH Xử lí nước ngầm

1 Giàn mưa (công trình làm thoáng Hàm lương sắt s2 , a ơng sắt bất kì sau khi làm thoáng: bất kì " c— Bất kì | tu nhiên), lọc phá hay lọc tiếp pH >7; độ kiêm > 2 mgđi/ tt ki

:_ xúc, lọc chậm |

- , 4 tiế 2 , l - - i

nhanh hoặc giản mưa, lọc tiếp độ ơxy hố nhỏ hơn 0,15Fe

3 Công trình làm thoáng cưỡng bức ;

dùng quạt gió, bể tiếp xúc, lọc Hàm lượng sắt < Img/l; < 500

nhanh hoặc công trình làm thống pH khơng nhỏ hơn 6,8 bằng quạt gió, lọc tiếp xúc

4 Ejectơ thu khí, lọc áp lực Bất kì

3 Máy nén khí, lọc áp lực Hàm lượng sắt < 9mg/l; pH > 7 Bất kì

6 Phun mưa trên mặt bể lọc nhanh

hoặc lọc tiếp xúc

Bảng 1.5 Phương pháp xử lí hoá học và các hoá chất sử dụng

Chỉ tiêu chất lượng nước Phương pháp xử lí hoá học Hoá chất sử dụng Nước có độ đục cao Đánh phèn, xử lí bằng chất phụ trợ keo tụ Phèn nhôm, phèn sắt, chất phụ trợ keo tụ: poliacrilamit, axit silic, hoạt hoá,

Nước có độ màu cao, có

nhiều chất hữu cơ và phù du sinh vật Clo hoá nước, đánh phèn xử lí bằng chất phụ trợ keo tụ, ơzơn hố Clo phèn chất phụ trợ keo tụ, 6z6n

Độ kiểm thấp Kiểm hoá nước Vôi, sôđa, xút

Có mùi và vị Các bon hoá, clo hoá nước, clo

hoá nước kèm amoniac hoá, xử lí bằng kali Than hoạt tính, clo lỗng, kali permanganat, amoniac, ozon,

Nước có nhiều muối cứng Khử các bon, làm mềm bằng

vôi, sôđa, trao đổi ion Vôi, sô đa, phèn (sắt clorua),

muối ăn, axif sunfuric

Hàm lượng muối cao hơn

tiêu chuẩn Trao đổi ion, điện phân,

chưng cất axit sunfuric

C6 hydro sunfua (H,S) Axit hoá, làm thoáng, clo hoá,

đánh phèn aXIt sunfuric, sôđa, vôi

Nhiều ôxy hoà tan Liên kết bằng các chất khử Sunfat hoạt natri thiosunfat,

khí sunfurơ, hydrazin

Nước không ổn định trị số

bão hồ thấp Permanganat, ơzơn hoá, kiểm

hoá, phốt phát hố Vơi, sơđa, phốt phát natri

Nước không ổn định có chỉ

số bão hoà cao Axit hoá, phốt phát hoá Axit sunfuric, phốt phát natri

Trang 18

Chuong 2

QUA TRINH KEO TU

2.1 KHAI NIEM

Các biện pháp xử lí cơ học như lắng, lọc, tuyển nổi chỉ có thể loại bỏ được các hạt

cặn nguồn gốc khác nhau với kích thước lớn hơn 10'mm Đối với những hạt cặn kích thước nhỏ hơn 10 mm, thì luôn ở trạng thái lơ lửng rất khó lắng đọng trong môi trường dòng chảy, kể cả trong môi trường lắng tĩnh cũng khó đạt hiệu quả mong muốn

Để loại bỏ những hạt cặn này người ta áp dụng phương pháp keo tụ - phương pháp xử

lí nước có sử dụng hoá chất để tạo ra môi trường cho các hạt cặn liên kết lại với nhau

thành những hạt có kích thước lớn hơn và thay đổi trọng lượng riêng, dễ dàng tách ra

bằng các biện pháp lắng, lọc hay tuyển nổi thông thường

Tuỳ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, các hạt cặn trong nước thiên nhiên nếu ở trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi điện tích của lớp ion khuếch tán Nhưng do chuyển động Brown, lớp ion khuếch tán không di chuyển đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên

kết không bền vững Do đó hạt keo trong nước luôn mang điện tích

Trong pha phân tán keo, điện tích bể mặt của các hạt keo có ảnh hưởng rất lớn đến các ion bao quanh Các ion trái dấu bị thu hút về bề mặt và các ion cùng dấu bị đẩy ra khỏi bẻ mặt Do chuyển động nhiệt và hút đẩy ion lẫn nhau tạo ra một lớp trong và lớp ngoài của bề mặt tích điện của hạt keo - "lớp điện tích kép" với 2 lớp: Lớp điện tích trên bề mặt hạt keo; và lớp ion trái dấu khuếch tán trong dung dịch bị hấp thụ vào Điện thế trên bề mặt giữa lớp trong và lớp ngoài trái dấu nhau gọi là thế điện động zeta Nếu hạt rắn muốn keo tụ thì thế điện động zeta cần phải giảm thấp dưới giá trị tới hạn Do vậy, quá trình keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp các hạt riêng lẻ nhờ việc giảm thế điện động zeta Quá trình tạo bông keo xảy ra nhờ khuấy trộn và hình thành việc kết hợp các hạt bông keo nhỏ

Khi thuỷ phân ion kim loại như Fe”” hoặc AI”, quá trình này xảy ra tức thời và hình

thành các phức hyđrôxyl Nồng độ của các hyđrôxy] phụ thuộc vào nồng độ các ion kim loại và giá trị pH Các phức hyđrôxy] mang điện tích và thời gian tồn tại rất ngắn Các ion dương hấp thụ lên bề mặt các hạt keo và điện tích bề mặt bị trung hoà do giảm thế điện động zeta Khi các muối kim loại như FeCI;.6H;O và Al;(SO,); (16 + 18)H;O được bổ sung vào nước với nồng độ đủ, nhôm hoặc sắt hyđrôxit được hình thành và tạo ra kết tủa - keo tụ nhanh

Trang 19

Khi năng lượng động học của các hạt keo không đủ để tạo ra sự chuyển động, hệ keo trở nên bền vững Bằng biện pháp khuấy trộn hoặc bổ sung thêm các polime có khả năng keo tụ, người ta có thể phá vỡ trạng thái: cân bằng của hệ keo, làm cho các hạt keo xích

lại gần nhau hơn, tăng lực hút, giảm lực đẩy và do vậy làm quá trình keo tụ đạt hiệu quả

_2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ

Trong công nghệ xử lí nước cấp bằng keo tụ, người ta thường sử dụng: 1 Phượng pháp keo tụ dùng các chất điện phân đơn giản;

2 Phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt; 3 Phường pháp keo tụ dùng các chất polime

2.2.1 Keo tụ điện

Bản chất của phương pháp là cho vào nước các chất điện l¡ ở đạng ion đơn giản ngược

dấu Khi nồng độ chất điện l¡ tăng lên thì các ion được chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép cũng được tăng lên, làm giảm điện thế zeta, đồng thời lực đẩy tĩnh điện

cũng giảm đi Nhờ chuyển động Brown, các hạt keo với điện tích nhỏ khi va chạm dễ

dính kết bằng lực hút phân tử tạo nên những bông cặn lớn hơn

Biện pháp keo tụ này rất đơn giản, nhưng đòi hỏi phải bổ sung chất điện l¡ nhiều, liều lượng phải chính xác, nên ít được sử dụng

2.2.2 Keo tụ bằng keo ngược dấu

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp như phèn nhôm Al;(SO¿);; phèn sắt loại FeSO¿ hoặc loại FeCl; Các loại này đưa vào nước dưới dạng dung dịch hoà tan, phân li thành các cation và anion theo phản Ứng sau:

Al,(SO,);—> 2AP* + 3802"

FeCl, —> Fe** +3cr

Nhờ hoá trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các

chất Al(H;O)¿*, Fe(H;O)¿* Tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường mà chúng có khả

năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau Ví dụ với nhôm các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 đến 4; với sắt, tồn tại ở pH từ 1 đến 3

Khi tăng độ pH, các phản ứng đối với phèn nhôm xây ra như sau:

: AI(H,O)‡* +H,O ——>AI(H,O),(OH)? +H;O?

Tăng axit: Al(H,O),OH** + HO ——>Al(H;O),(OH)‡ +H;O" Tăng kiểm: Al(H;O), (OH); +H,O — > Al(H,0); +3H,0+H,0*

AI(OH), +OH——>AI(OH); 20

Trang 20

Các phản ứng dừng lại ở trạng thái hyđroxyt Al(OH); hoặc hydroxyt Fe(OH); kết tủa và lắng xuống khi độ pH > 5 đối với sắt, và pH > 6 đối với nhôm Quá trình tạo thành

AI(OH)¿ hoặc Fe(OH)7 chỉ xảy ra khi độ pH > 7,5 đối với nhôm và pH > 10 đối với sắt

Tất cả các sản phẩm tạo thành trong phạm vi pH từ 3 đến 6 hoặc các hyđroxyt nhôm, sắt đều mang điện tích dương mạnh, có khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm để tạo thành bông cặn Các ion kim loại tự do khi phân li phèn nhôm, sắt còn kết hợp với nước qua phản ứng thuỷ phân cũng tạo thành các hyđroxyt:

| AI” +3H;O > Al(OH), + 3H* Fe** +3H,O > Fe(OH), +3H*

Trong các phản ứng trên, ngoài các Al(OH); là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H” mà sẽ được khử bằng độ kiểm tự nhiên của nước (HCI; ) Trường hợp độ kiểm tự nhiên thấp, không đủ để trung hoà ion H’, thì cần phải kiểm hoá nước Chất dùng để kiểm hố thơng dụng nhất là vôi (CaO), sôđa

(NaCO2) hoặc xút (NaOH)

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới quá trình keo tụ nước, nhiệt độ tối ưu đối với phèn nhôm là 20 + 40°C Ngoài ra còn một số yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng tới quá trình keo tụ như: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện

xáo trộn

Các loại phèn nhôm, sắt thường sử dụng trong quá trình keo tụ gồm: nhôm sunfat

Alz(SO,);.14H;O, nhôm clorua AICI;.6H;O, nhôm poluclorua [AI(OH), s(SOz)s¡;sC 2sÌ;›

sat (II) sunfat FeSO,.7H;O, sắt clorua FeCl;, sunfat sắt nhôm AIFe(SO,);.nH;O, sunfat clo sit FeClSO,, FeCl;.Fe(SO,)3

2.2.3 Tăng cường quá trình keo tụ bằng các hợp chất cao phân tử

Người ta dùng các chất cao phân tử tan trong nước, có cấu tạo mạch dài với phân tử lượng từ 10” đến 10”g/mol và đường kính phân tử trong dung dịch vào khoảng 0,1m đến 1m để keo tụ hoặc làm chất phụ trợ keo tụ cho các phèn nhôm và sắt

Dựa vào hoá trị, người ta phân chia các loại cao phân tử dùng trong keo tụ ra làm 3 loại: loại anion, loại cation và loại không ion

Trong xử lí nước ăn uống, người ta thường dùng các chất cao phân tử tự nhiên và một số loại cao phân tử tổng hợp, lượng tối đa đến 0,5mg/1 Tuy nhiên, các loại polime này có nhược điểm là không bảo quản được lâu, đặc biệt là khi đã hoà tan trong nước, công nghệ sản xuất đắt, giá thành sản phẩm cao Ở nước ta hầu như chưa dùng loại keo tụ này

2.3 CÁC GIAI ĐOẠN, CÁC THIẾT BỊ VÀ CƠNG TRÌNH THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH

KEO TỤ

Quá trình keo tụ nước được thực hiện theo các giai đoạn sau:

Trang 21

- Phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo và chất vẩn trong nước - Tạo bông kết tủa

2.3.1 Thiết bị định lượng và hoa tron chất keo tụ vào nước

Thiết bị định lượng có nhiệm vụ điều chỉnh tự động lượng hoá chất (phèn) cần thiết

đưa vào nước xử lí, còn thiết bị hoà trộn có nhiệm vụ trộn đều hoá chất với nước và phá

vỡ trạng thái ổn định của hệ keo trong đó

1 Thiết bị định lượng phèn có thể phân chia theo chế ¿ộ chảy làm 2 loại:

- Thiết bị định liều lượng phèn tự chảy, thường dùng để định lượng dung dịch phèn

đưa thẳng vào bể trộn Ví dụ, thiết bị định lượng dung dịch phèn không đổi kiểu phao

(hình 2.1), kiểu tỉ lệ với lựu lượng nước xử lí (hình 2.2) Đối với các trạm xử lí nước

công suất nhỏ (khu dân cư đô thị, nông thôn), để định lượng dung dịch phèn, sô đa, hypoclorit calsium có thể dùng thùng định lượng (hình 2.3) Để định lượng vôi sữa, có thể dùng thiết bị định lượng cố định và loại tỉ lệ với lưu lượng (hình 2.4)

- Thiết bị định lượng phèn có áp, thường dùng để định lượng dung dịch phèn vào ống

nước có áp Ví dụ định lượng phèn máy bơm định lượng kiểu pittông, kiểu màng Sơ đồ lắp đặt bơm định lượng, giới thiệu ở hình 2.5 và hình 2.6

2 Thiết bị khuáy trộn

Vì hoá chất đưa vào so với khối lượng nước xử lí chiếm tỉ lệ rất nhỏ, nên việc xáo trộn đều hoá chất vào nước là rất cần thiết Mặt khác phản ứng giữa nước và hoá chất xảy ra rất nhanh, ngay sau khi chúng tiếp xúc với nhau Do đó với mục đích là đạt được độ đồng đều và phá vỡ trạng thái ổn định của hệ keo, cần đến cường độ khuấy cao Cường độ khuấy trộn phú thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy

Vì cường độ khuấy trộn cao, thời gian khuấy trộn thường vào khoảng 30 đến 120 giây Nếu thời gian khuấy trộn kéo dài, có thể sẽ gây ảnh hưởng đến các phản ứng tiếp theo

Thiết bị khuấy trộn có thể có loại khuấy trộn thuỷ lực, khuấy trộn cơ học b) | 15,5 — y r4 A “ A A 7 ⁄ A L2 g A A A y A 2 A Ử Z ⁄ Orel

Hình 2.1: Cấu tạo phao Khavanski a) Cách lắp đặt; b) Cấu tạo phao

-_1 Bể định lượng; 2 Phao định h lượng; 3 Ống cao, su; 4 Vòi dẫn dung dịch;

5 Ong dẫn dung dịch vào bể định lượng; 6 Ống thông hơi; 7 Ống thu dung dịch; 8 Màn chắn có lỗ thu

Trang 22

LÝ 1 A 5 6 =k =e » SS eee SES : Nước nguồn ‘ — i 4 aa 7 7 | Dung dich

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo thiết bị định lượng theo tỉ lệ lưu lượng nước

1 Phao; 2 Rông đen; 3 Hệ thống ròng rọc; 4 Đối trọng; 5 Miệng xả dung dịch phèn; 6 Ong mềm; 7 Phễu thu; 8 Van phao; 9 Ông dẫn dung dịch phèn từ bể tiêu thụ phèn Hình 2.3: Thùng định lượng thủ công 1 Vỏ thùng; 2 Phéu rót dung dịch phèn; 3 Van xả khí; 4 Van điều chỉnh lưu lượng dung dịch; 5 Van đóng mở; 6 Phéu dẫn dung dịch vào nước

Trang 23

Hình 2.5: Sơ đồ đặt bơm định

lượng chính bằng tay

1 Thùng định lượng;

2 Bộ lọc chỉnh lưu lượng; 3 Van phân chia lưu lượng; 4 Đưa dung dịch vào ống trộn “PPP te era arb e 0 Hình 2.6: Sơ đồ đặt bơm định lượng điều chỉnh tự động 1 Động cơ điện từ; 2 Bộ xử lí; 3 Hộp đầu đò sensor >

3 Khudy trộn thuỷ lực là phương pháp dùng các loại vật chấn để tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy giữa hỗn hợp hoá chất và nước Giá trị Gradient tốc độ trong trường hợp này được tính theo năng lượng cần tiêu hao để thắng sức cản thuỷ lực do các vat can tao ra Năng lượng cần tiêu hao được tính như sau: Hàn p= QHe 1001 Trong đó: Q - Lưu lượng nước cần xử lí, mỶ/s; (2.1) p - Tỉ trọng của nước, kg/m’;

Tị - Hiệu suất của quá trình;

H - Tổng tổn hao áp lực do vật cản tạo ra, m

Tuỳ theo hình thức cấu tạo thiết bị, quá trình trộn thuỷ lực được thực hiện bằng các

thiết bị trộn trong ống, bể trộn đứng, bể trộn có tấm chắn đục lỗ, bể trộn có vách ngăn

Trang 24

- Trộn trong ống dẫn thường dùng để trộn sơ bộ hai hay nhiều hoá chất vào nước qua đường ống đẩy của máy bơm cấp I Tại vị trí cho hoá chất vào, ống cần thu nhỏ để đạt vận tốc nước chảy khoảng 1,2 + 1,5m/s Chiều

đài của đoạn ống trộn được tính theo tổng

tổn thất áp lực bằng 0,3 + 0,4m Trong trường hợp ống đẩy máy bơm không đủ

chiều dài cần thiết thì dùng vòng chắn nước (hình 2.7) thay cho đoạn ống trộn

- Bể trộn đứng dùng trong hệ thống có sử

dụng sữa vôi với mục đích đảm bảo cho các

phần tử vôi giữ được ở trạng thái lơ lửng

Diện tích tối đa của một bể trộn đứng không

nên vượt quá 15m’

Bể trộn đứng có hình dạng mặt bằng

vuông hoặc tròn, phần dưới cấu tạo hình

chóp hoặc tháp với góc ở đáy a = 30 + 40°

(hình 2.8)

Nước đưa vào bể với tốc độ V = l + l1,5

m/s tạo ra dòng rối để trộn đều dung dịch

hoá chất với nước Từ đáy, nước dâng lên

theo thân bể với tốc độ Vạ = 2,5mm/s, sau

đó chui qua khe hở đục lỗ chảy ngập vào

máng vòng chung quanh và ra ngoài

Thời gian nước lưu trong bể không vượt

quá 2 phút

- Bể trộn có tấm chắn đục lỗ thực chất

là một cái máng, bên trong có 3 tấm chắn

thẳng đứng có đục nhiều hàng lỗ để tạo ra

nhiều xoáy nước làm cho chất phản ứng được trộn đều với nước (hình 2.9) Tốc độ nước qua lỗ (kích thước d, = 20 + 100mm) lấy bằng vị = lm/s, tốc độ nước ở cuối máng tron v,, = 0,6m/s Tổng diện tích của lỗ lấy bằng 30 + 35% diện tích của tấm chắn Tổn thất thuỷ lực qua mỗi tấm chắn có thể 2 new 2 > po 2g | | ! =Š | I ! { a 2 Lhhhhhihhdbkidhededideddedhhdided hhh hed bh Ake be| Hinh 2.7: Thiét bi vong chan nuoc 1 Ống dẫn nước; 2 Vòng chắn; 3 Ống dẫn hoa chat; 4 Joang cao su; 5 Vanh Hình 2.8: Bể trộn đứng thu nước bằng máng

1 Nước vào; 2 Ống đưa nước sang bể phan ứng, 3 Ong dẫn hoá chất; 4 Máng thu nước; 5 Ống xả

tính theo công thức:

m (2.2)

Trang 25

Trong đó: vị - Vận tốc nước chảy qua lỗ, m/s;

H - Hệ số lưu lượng qua lỗ, phụ thuộc vào tỉ số giữa đường kính lỗ (d,) va

chiều dày tấm chan (8): d,/5, có thể tham khảo bang 2.1;

g - Gia t6c trong trudng, g = 9,81m/s”

Bảng 2.1 Hệ số lưu lượng 2 qua 1d ụ 0,75 0,71 0,65 0,62 J NN Z ® NY ⁄ 0.9 0 00 0 5 Hình 2.9: Bể trộn có tấm chắn đục lỗ

1 Nước vào, 2 Ống dẫn hoá chất; 3 Xả tràn; 4 Tấm chắn đục lỗ; 5 Nước ra

- Bể trộn vách ngang có cửa thu hẹp có cấu tạo máng hình chữ nhật, bên trong có 3 vách ngăn có cửa thu hẹp (hình 2.10) Nhờ có các cửa thu co hẹp đặt so le nhau giữa các

vách ngăn mà tạo nên chuyển động xáo trộn chất phản ứng (hoá chất - phèn) với nước

xử lí Tốc độ nước chảy qua máng v,, > 0,6m/s, tốc độ nước chảy qua cửa thu vụ = lm/s

Tổn thất áp lực qua mỗi tấm chắn lấy khoảng h = 0,13m Khoảng cách giữa 2 vách ngăn lấy bằng 2 lần chiều rộng bể

Ngoài ra người ta cũng còn dùng bể trộn có vách ngăn xiên

4 Bể trộn cơ khí là dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra đòng chuyển động rối Năng lượng cần thiết để cánh khuấy chuyển động trong nước tính theo công thức sau: _

P=5ICjfv`, W (2.3)

Trong đó: Cạ - Hệ số sức cản của nước, lấy phụ thuộc vào chiều rộng và chiều dai

cánh khuấy; SỐ

f - Diện tích hữu ích của cánh khuấy, tính theo diện tích vuông góc với chiều chuyển động của cánh khuấy, m';

Trang 26

Hình 2.10: Bể trộn có vách ngăn ngang

1 Nước vào; 2 Ống dẫn hoá chất; 3 Ống xả tràn; 4 Vách ngăn ngang

Việc khuấy trộn thường được tiến hành trong các bể trộn hình vuông hoặc hình tròn

với tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2:1 (hình 2.11) Nước và hoá chất cho vào phía

dưới đáy bể, sau khi hoà trộn được lấy ra ở phía trên mặt bể và đưa sang bể phản ứng

Hình 2.11: Thiết bị trộn bằng cơ học

1 Nước nguồn; 2 Ống dẫn hoá chất; 3 Cánh khuấy; 4 Trục quay;

5 Bộ phận truyền động; 6 Nước sang bể phản ứng

Tốc độ quay của cánh khuấy lấy phụ thuộc vào cấu tạo cánh khuấy Ví dụ, cánh khuấy kiểu tuốc bin, tốc độ quay trên trục 300 + 1500 vòng/phút; kiểu cánh phẳng, tốc độ quay 50 + 500 vòng/phút

Phương pháp khuấy trộn cơ học có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp khuấy trộn thuỷ lực, có thể điều chỉnh được cường độ khuấy theo ý muốn, thời gian khuấy trộn

ngắn hơn nên dung tích bể nhỏ và vật liệu làm bể tiết kiệm hơn Khuyết điểm của

phương pháp khuấy trộn cơ học là cần có máy khuấy và các thiết bị cơ khí, đòi hỏi trình độ quản lí và vận hành cao

Trang 27

Bể trộn cơ khí áp dụng cho các trạm xử lí có công suất vừa và lớn, có mức độ cơ giới và tự động cao

2.3.2 Quá trình tạo bông keo tụ

Sau khi chất keo tụ được trộn đều trong nước, giai đoạn thuỷ phân đã kết thúc và

trạng thái ổn định của hệ keo trong nước đã phá vỡ thì chuyển sang giai đoạn hình thành

bông keo tụ kích thước lớn mà thường được thực hiện trên bể phản ứng Bể phản ứng có

chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc

và dính kết giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo nên những bông cặn đủ lớn Những bông cặn này sẽ được giữ lại ở bể lắng

Có nhiều loại bể phản ứng được sử dụng như: Bể phản ứng tạo bông keo dùng năng lượng thuỷ lực và bể phản ứng tạo bông keo dùng năng lượng cơ khí

1 Bể phản ứng tạo bông keo dùng năng lượng thuỷ lực

Năng lượng được dùng trong quá trình phản ứng tạo bông keo là năng lượng của dòng nước kết hợp với cách cấu tạo thêm trong thiết bị

Tuỳ theo cách cấu tạo và vận hành, người ta chia thành bể phản ứng xoáy, bể phản

ứng dùng vách ngăn, và bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng a) Bể phẩn ứng xoáy hình trụ

Bể phản ứng xoáy hình trụ gồm một ống hình trụ đặt ở tâm bể lắng đứng Loại bể này thường áp dụng cho tram xử lí có công suất nhỏ (đến 3000mỶ/ng) Nước đã trộn hoá chất được bơm vào theo đường tiếp tuyến với chu vị của bể, do tốc độ qua vòi phun lớn, nước chảy quanh thành bể tạo thành chuyển động xoáy từ trên xuống dưới Các lớp nước với những bán kính quay khác nhau, tốc độ chuyển động khác nhau tạo điều kiện tốt cho

các hạt keo và cặn bẩn va chạm kết dính vào nhau để trở nên bông cặn lớn hơn Hình 2.12 giới thiệu bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp với bể lắng đứng

Đường kính bể tính theo công thức sau:

_ {| Qt

g0nHn 7m (2.4)

Trong đó: Q - Lưu lượng nước cần xử lí, m”⁄h;

[ - Thời gian lưu của nước ở trong bề, thường lấy từ 15 + 20 phút;

Trang 28

™ ro Hình 2.12: Bể lắng đứng với ngăn phan ứng xoáy hình trụ; a) Bể phản ứng xoáy hình trụ; b) Vùng lắng; chứa cặn;

1 Nước vào; 2 Vòi phun xoáy nước; 3 Cấu tạo hướng dòng; 4 Nước ra

Trong đó: Q - Lưu lượng nước vào bể, mỶ/s; p - Khối lượng riêng của nước, kg/mỶ;

v- Vận tốc nước qua vòi phun, m/s;

W - Thể tích của bể phản ứng, mỶ: h - Hệ số nhớt động học của nước

Tổn thất áp lực tại vòi phun xác định theo công thức:

h=0,06vˆ, m (2.6)

Để triệt tiêu chuyển động xoáy và phân phối nước đều vào bể lắng, người ta đặt một

khung chắn ở dưới đáy bể phản ứng Khung chắn có ô hình vuông, kích thước 0,5 x 0,5m

Chiều cao khinig chắn lấy bằng 0,8m Ngoài ra, theo đường chu vi bể có thể đặt các

vách ngăn hướng dòng xếp hình nan quạt Khoảng cách giữa các vách ngăn tại đường chu vi bể phản ứng lấy bằng 0,4 + 0,6m ¡

b) Bể phỉn ng xoáy hình cơn

Bể phản ứng xốy hình côn (hình 2.13) có dạng như một cái phéu lớn Nước đưa vào

Trang 29

tốc độ dòng chảy phân bố không đều trên cùng mặt phẳng ngang Tốc độ có giá trị lớn khi càng gần tâm bể và dòng chảy luôn có xu hướng phân tán dân ra phía thành bể Đồng thời do ma sát, dòng chảy ở chung quanh bị dòng chảy ở tâm lôi kéo theo lên Sự

chuyển động thuận nghịch đó tạo ra các đòng xoáy nhỏ phân bố đều trong bể, làm tăng

hiệu quả khuấy trộn Bông keo tạo ra có kích thước tăng dần theo chiều nước chuyển động và không bị phá vỡ do dòng chảy giảm dần tốc độ Nước và bông keo được thu

gom trên mặt bể, rồi chuyển sang bể lắng Tổn thất áp lực trong bể tính cho 4 mỗi m chiéu cao bé lay trong khoang : 20 + 50mm 4 | Góc giữa thành nghiêng của bể lấy bằng 50° + 70°

Bể phản ứng xoáy hình côn có ưu

điểm là: hiệu quả cao, dung tích nhỏ, 3

tồn thất áp lực thấp Khuyết điểm của J

bể là tính toán thiết kế cấu tạo bộ phận 1

thu nước trên mặt bể đảm bảo thu đều

và không phá vỡ bông cặn gặp nhiều ' 1 (| > 5

khó khăn Ngoài ra, do hình dáng cấu —t fA 4 |

tạo đặc biệt, khó xây dựng bằng bê tông 1 A

cốt thép —/

Chí ‘i i lể

7

mà b nl ane inet “em i en Hình 2.13: Bể phản ứng xốy hình cơn

d ung cho những nhà máy nước có cong P ung oay an c n e LẬP i Ống đưa nước vào; 2 Ống thu nước sang bể lắng: 3 Van xả kiệt, 4 Bộ phận tách khí suất nhỏ TỦ

Thời gian nước lưu trong bể lấy từ 6 + 10 phút, tốc độ nước đưa vào bể khoảng

0/7 +1,2m/s, tốc độ tại mặt cắt nước ra khỏi bể 4 + Smm/s Tốc độ nước chảy trơng ống

hoặc máng dẫn sang bể lắng không lớn hơn 0,Im/s để, đảm bảo cho bông cặn không bị

phá vỡ Khoảng cách dẫn nước sang bể lắng càng ngắn càng tốt

Nước trước khi vào bể phản ứng xoáy hình côn cân phải được tách hết khí hoà tan để tránh hiện tượng bọt khí dang lên trong bể có thể phá vỡ bông cặn lớn đã hình thành

c) Bế phản ứng có vách ngăn

Nguyên lí cấu tạo cơ bản là dùng vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng chảy Khi dòng chảy đổi chiều, giữa các lớp nước có sự thay đổi vận tốc, gây hiện tượng xoáy và tạo ra hiệu quả khuấy trộn Các hạt cặn vận chuyển lệch nhau đễ va chạrn và kết

dính với nhau, tạo thành bông cặn cử |

Bể thường được cấu tao hình chữ nhật, bên trong có các vách ngăn hướng dòng nước

chuyển động zíczắc theo phương nằm ngang hoặc thẳng đứng Hình 2.14 giới thiệu cấu

trúc bể phản ứng có vách ngăn hướng dòng theo phương ngang, hình 2.15 - theo phương

thằng đứng

Trang 30

Nước từ bể trộn đi vào bể phản ứng, chạy dọc theo các vách ngăn đi qua các chỗ

ngoặt rồi ra khỏi bể Số lượng các vách ngăn tính theo dung tích bể, thời gian lưu nước trong bể và tốc độ dòng chảy giữa các vách ngăn

Thời gian lưu nước lấy khoảng 20 + 40 phút tuỳ theo chất lượng nước

Tốc độ dòng chảy quyết định cấu tạo của bể Nếu tốc độ khơng đổi cho tồn bể, thì chọn khoảng cách giữa các vách ngăn bằng nhau và tốc độ nước chọn trong khoảng

0,2 + 0,3m/s

Để tránh sự phá vỡ bông cặn, bể thường được xây dựng cho tốc độ giảm dần từ

0,3m/s ở đầu bể và 0,1m/s ở cuối bể

Bể phản ứng có vách ngăn thông thường có từ 8 + 10 chỗ ngoặt đổi chiều dòng chảy Chiều sâu trung bình của bể Hụ, = 2 + 3m Độ dốc đáy lấy vào khoảng 0,02 + 0,03 Dé

tiện cho việc sử dụng, sửa chữa và cọ rửa, khi khoảng cách giữa các ngăn > 0,7m cấu tạo

bể phản ứng có vách ngăn ngang, còn nếu khoảng cách ngăn nhỏ hơn 0,7m cấu tạo bể phản ứng có vách thẳng đứng T ee Tp —~— — — —Ì— —— — — 1 —Ị — —T" —~ — Ti 5 vee MAT CATI-I h i H H 4 Ly FF res i ⁄⁄⁄22⁄⁄Á re es Serr SESE ÿ ss LA} CATAL CS | i ; MAT BANG Hình 2.14: Bể phản ứng có vách ngăn ngang ,

_ 1 Muong dẫn nước; 2 Mương xả nước; Hình 2.15: Bể phản ứng có vách thẳng đứng

3 Cửa dẫn nước vào; 4 Cửa dẫn nước ra; 1, Cửa dẫn nước vào; 2 Cửa dẫn nước ra; 5 Van xả cặn; 6 Vách ngăn hướng dòng 3 Mương dẫn nước; 4 Ống xá cặn

Trang 31

Cường độ khuấy trộn tính theo gradient vận tốc:

'G= [nv; +(n-1)v3]Qp „s1 (2.7) \ 2.vu

Trong đó: n - Số vách ngăn, _

(n - 1) - Số chỗ ngoặt đổi chiều dòng chảy;

vị - Tốc độ dòng chảy giữa các vách ngăn, (m/S); v, - Tốc độ dờng chảy giữa các chỗ ngoặt, (m/s);

Q, v, p, u - Các đại lượng lấy theo công thức (2.4) và (2.5)

Tổn thất áp lực trong bể, tính theo công thức:

h=0,15V , m (2.8)

với: v - Tốc độ nước qua ché ngoat, m/s

Ưu điểm của bể phan ứng có vách ngăn là cấu tạo đơn giản, dễ lắp ghép và vận hành Khuyết điểm là khối lượng xây dựng lớn (nhiều vách ngăn, bể phải đủ chiều cao để khắc phục tổn thất áp lực toàn phần)

d) Bé phan ứng có lớp cặn lơ lửng

Nước vào bể qua ống phân phối đều đặt ở đáy bể Đáy bể có cấu tạo hình phễu, nên tốc độ dâng của dòng chảy được giảm dần và phân đều trên toàn bộ bề mặt Khi qua hết phan đáy, nước đã được khuấy trộn và hình thành các bông cặn nhỏ Các bông cặn nhỏ này tiếp tục hấp thụ các hạt cặn nhỏ và lớn dần lên, khi đến bề mặt bể các bông cặn sẽ bị

đòng chảy cuốn tràn qua bể lắng

Hiệu quả phản ứng của loại bể này phụ thuộc vào việc phân phối đều tốc độ dâng của đòng chảy Nếu tốc độ quá lớn sẽ không đủ thời gian lưu để kết bông tối ưu, nếu tốc độ

quá bé thì các bông cặn sẽ lớn có thể lắng lại trong bể Tốc độ dòng chảy lấy phụ thuộc

vào hàm lượng cặn của nguồn nước (bảng 2.2)

Trang 32

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thường được xây dựng liền phía trước với bể lắng ngang Nước được đưa sang bể lắng bằng vách chảy tràn, tốc độ chảy tràn nhỏ hơn 0,05m/s để tránh phá vỡ bông keo Sau vách ngăn sử dụng tấm hướng dòng ngập sâu bằng 1/4 chiều sâu bể lắng Khoảng cách từ tường ngăn hướng dòng đến vách ngăn chảy

tràn tính theo tốc độ dòng chảy qua đó nhỏ hơn 0,03m/s Bể phản ứng tạo bông thường

thiết kế có bề rộng bằng bề rộng bể lắng ngang

Để phân phối đều nước vào bể, người ta đặt các ống phân phối dọc theo đáy bể,

khoan hai hàng lỗ phân phối phía dưới Hướng tâm lỗ tạo góc 45 so với phương thẳng đứng Đường kính lỗ phân phối lấy lớn 25mm, khoảng cách giữa các lỗ 300 + 500m Tốc độ nước trong phần đầu ống phân phối 0,5 + 0,6m/s, qua lỗ phân phối 1,5m/s Tổng diện tích lỗ phân phối lấy bằng 30% + 40% diện tích mặt cắt ngang ống phân phối

Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối tính theo hệ phân phối trở lực bé Tổn thất áp lực trong lớp nước chứa cặn lấy từ l đến 2cm tính cho 1m chiều cao cột nước

Hình 2.16 giới thiệu cấu tạo bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm cấu tạo đơn giản, không cần máy móc cơ

khí, không tốn chiều cao xây dựng Nhưng có khuyết điểm là do không thể điều chỉnh

được cường độ khuấy trộn nên chỉ áp dụng cho các nguồn nước có nhiệt độ ồn định Hình 2.16: Bể ¿ phản ứng có lớp cặn lơ lửng

1 Bể lắng; 2 Ống xả cặn bể lắng; 3 Ống phân phối nước vào bể, 4 Vách ngăn hướng dòng;

5 Ống dẫn nước vào; 6 Vành đo lưu lượng; 7 Van xả cặn bể lắng; 8 Ống xả cặn bể phản ứng 2 Bể phản ứng bông keo dùng năng lượng cơ học

Quá trình tạo bông kết tủa diễn ra nhờ năng lượng của cánh khuấy, đây là bộ phận

chính của bể phản ứng Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục

quay và toàn bộ được đặt theo phương nằm ngang hay thẳng đứng (hình 2.17)

Trang 33

a a | 0,15+0,20 " a N Bể ' a a in | | lắng UU a IT 0,15+0,20 ' I Lj Lj 4 Ỹ

Hình 2.17: Bể phản ứng tạo bông keo dùng năng lượng cơ học

1 Mương phân phối nước vào; 2 Buồng phản ứng; 3 Trục quay; 4 Cánh khuấy; 5 Vách ngăn

Kích thước cánh khuấy được chọn phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo của bể phản ứng Guồng cánh khuấy có cấu tạo gồm trục quay và các bản cánh đặt đối xứng ở hai hoặc bốn phía quanh trục Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều sâu bể 0,3 + 0,4m Kích thước bản cánh khuấy được tính với

tỉ lệ của tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt ngang bể là 15 + 20% Tốc độ

quay của guồng khuấy lấy từ 3 + 5 vòng/phút Tốc độ quay của cánh khuấy tính theo công thức:

vị = = , m/s (2.9)

Trong đó:

R - Bán kính chuyển động của cánh khuấy, tính từ mép ngoài của cánh đến tâm của trục quay;

n - Số vòng quay của cánh khuấy trong một phút (vòng/phút)

Trang 34

Khi cánh khuấy chuyển động trong nước sẽ cuốn nước theo với tốc độ bằng 1/4 tốc độ của cánh khuấy Như vậy tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với

nước là:

| V=V,-V,=V,- 1/4 Vị =0,75V,

Do đó: V =0,75 ae „ mm (2.10)

Trong đó: V - Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước, m/s; V¡ - Tốc độ quay của cánh khuấy, m/s;

Vạ - Tốc độ nước cuốn theo khi cánh khuấy quay, m/s

Bể phản ứng dùng năng lượng cơ học thường được chia thành nhiều ngăn với mặt cắt

ngang dòng chảy có dạng hình vuông, kích thước cơ bản 3,6 x 3,6m, 3,9 x 3,9m hoặc 4,2 x 4,2m Số ngăn phụ thuộc vào công suất của trạm xử lí Dung tích của bể tính theo thời gian lưu nước 10 + 30 phút Để tạo điều kiện cho quá trình tạo bông cặn đạt kết quả cao và các bông tạo ra không bị gradient vận tốc lớn phá vỡ, thường mỗi ngăn được chia thành nhiều buồng bằng các vách ngăn hướng dòng theo phương thẳng đứng Mỗi buồng đặt một guồng cánh khuấy với cấu tạo sao cho cường độ khuấy trộn giảm dân từ buồng đầu đến buồng cuối, tương ứng với độ lớn dần của bông cặn Trên thực tế, việc giảm cường độ khuấy trộn giữa các buồng phản ứng kế tiếp nhau được thực hiện bằng cách giảm dần số vòng quay của cánh khuấy Nói chung, cấu tạo bể phải đảm bảo điều kiện phân phối đều nước vào các ngăn Khi cần thiết có thể cách li từng ngăn riêng biệt để bảo dưỡng sửa chữa

Nước từ bể phản ứng được dẫn bằng ống hoặc máng sang bể lắng Vận tốc vào

khoảng 0,15 + 0,3m/s tương ứng với gradient vận tốc trong ống dẫn lớn hơn 20s"

Ưu điểm của bể phản ứng dùng năng lượng cơ học là có khả năng điều chỉnh cường

độ khuấy trộn theo ý muốn Nhược điểm là cần máy móc cơ khí chính xác và điều kiện

quản lí vận hành phức tạp Vì vậy nó được áp dụng cho các nhà máy công suất lớn, mức

độ cơ giới hoá cao

Trang 35

Chuong 3

QUA TRINH LANG VA TUYEN NOI

Trong môi trường nước fĩnh hay chuyển động với tốc độ nhỏ, các hat can co ti trong lớn hay bé hơn tỈ trọng của nước, dưới tác dụng của lực trọng trường xảy ra các quá trình

lắng và tuyển nổi theo quy luật tự nhiên Lắng và tuyển nổi là những quá trình xử lí cơ

bản trong công nghệ xử lí nước

3.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA Q TRÌNH LẮNG

Người ta nghiên cứu quy luật lắng đối với:

- Các hạt không thay đổi hình dạng và độ lớn trong quá trình lắng, như các hạt phù

sa, cát trong các nguồn nước đục - các hạt cặn đơn lẻ, kiểu lắng sơ bộ không dùng phèn

- Các hạt "không ổn định" có khả năng dính kết, thay đổi hình dạng và độ lớn trong

quá trình lắng; các hạt bông cặn hình thành trong quá trình keo tụ và các hạt không đồng nhất

3.1.1 Lắng các hạt đơn lẻ |

Trong môi trường nước tĩnh, các hạt rắn đơn lẻ có trọng lượng riêng lớn sẽ chuyển

động rơi thẳng đứng Chuyển động của hạt rắn sẽ tăng tốc dần cho đến khi lực ma sát

của chất lỏng cân bằng với lực rơi của hạt thì hạt tiếp tục lắng xuống với tốc độ không

đổi dưới tác động của lực quán tính Tuy nhiên, thời gian đó ngắn khoảng 0,2 + 0,5 giây, không đáng kể đối với tổng thời gian lắng (lớn hơn 30 phút) Phương trình cân bằng lực tác dụng lên hạt có thể viết như sau: P-F=l (3.1) † nd? P=mg=——( ~Pa)g8 oo (3.2) F=9,p,u'd? (3.3) nd? du I= ma =——(p, 6 (Dị —pạ) dt -p,) — (3.4) 3.4 Trong đó:

m - Khối lượng của hạt cặn;

d - Đường kính của hạt cặn hình cầu; pọạ - Khối lượng riêng của nước;

p¡ - Khối lượng riêng của hạt rắn;

Trang 36

g - Gia tốc trọng trường @o - Hệ số sức cản của nước;

u - Tốc độ lắng của hạt rắn;

a - Gia tốc rơi của hạt rắn

Thay các giá trị của phương trình 3.2, 3.3 và 3.4 vào phương trình (3.1) ta có: nd? 242 nd? du — 6 (Pp, _ Po )g _ ®oÐo U d* =—— 6 (Pì _ Po) dt — ( 3.5 ) Vì tốc độ rơi của hạt coi như là không đối, hay giá trị = =0, nên phương trình (3.5) sẽ có dạng: m6, -p.)8=9.Pou7d? (3.6) Rut ra: | Po = < 8 ¬ : (3.7) eho? 8 ~ | (3.8) Hé sé stic can @, không phải là đại lượng cố định, nó phụ thuộc vào số Râynôn, xác định theo công thức: poud u Với: u - Hệ số nhớt động học của nước - Re= (3.9)

Giá trị Re thay déi thi gid tri ca @, thay déi theo Khi Re < 1, qué trinh ling xay ra

Trang 37

Khi Re quá lớn, Re > 500 qué trinh lang dién ra 6 trạng thái rối Lúc đó lực nhớt hồn tồn khơng có ảnh hưởng tới sự rơi của hạt Hệ số sức cản là hằng số không phụ thuộc vao Re: 9, = 0,4

Chúng ta đã xét đối với hạt rắn hình cầu, nhưng trong thực tế, các hạt lại có kích thước bất kì Do đó khi tính toán, phai lấy theo kích thước tương đương của hạt bằng cách nhân thêm hệ số có tính đến ảnh hưởng của hình dạng hạt

„ Do các hạt có tốc độ lắng như nhau, nên trong một thời gian t, toàn bộ lượng cặn (các

hat rắn) phân bố đều trong khối nước sẽ lắni# hết Thời gian càng dài, lượng cặn nhỏ và ở xa cũng có thể lắng xuống được : Gọi E là hiệu suất lắng đạt được qua thời gian lắng t, ta có: G _ucÍt t 9 _ mut (3.12) G, cfh h Trong đó: G - Lượng cặn lắng xuống đáy ống nghiệm sau thời gian t; o

G, - Tổng lượng cặn trong nước trước khi lắng;

c - Nồng độ cặn trong nước làm thí nghiệm; 7 f - Diện tích tiết điện ngang của ống nghiệm;

h - Chiều cao phần lắng của ống nghiệm Từ đó rút ra: u= E~ (3.13) u chính là độ lớn thuỷ lực của tập hợp hạt đồng nhất, hay còn gọi là tốc độ lắng của các hạt căn 3.1.2 Lắng các hạt “khong 6n định" có khả năng dính kết

Khi hàm lượng cặn lớn, nhất là đối với nước chứa nhiều hạt với kích thước khác nhau

và tốc độ lắng khác nhau, trong quá trình lắng chúng sẽ va chạm, hấp phụ và kết dính

với nhau tạo thành hạt bông cặn thay đổi hình dáng kích thước và tốc độ lắng Kết quả là ở phần trên bể lắng, tốc độ lắng nhỏ, càng sâu xuống phía dưới tốc độ lắng càng lớn vì

kích thước hạt càng lớn

Do các bông cặn lớn dân lên, nên lực cản ma sát đo nước chuyển động ngược chiều cũng tăng theo tỉ lệ với kích thước của bông cặn Khi bông cặn lớn đến một kích thước

nhất định, lực ma sát đủ lớn để phá vỡ bông cặn làm cho kích thước của bông cặn không tăng được nữa lừ thời điểm đó, tốc độ lắng sẽ không thay đổi và hiệu quả lắng không tăng thêm, dù thời gian lắng có thể kéo dài - :

Như vậy, quá trình lắng các hạt "không ổn định” có tạo bông keo tụ, ở mỗi độ sâu

khác nhau sẽ có một đường cong tích luỹ biểu thị tần suất phân bố tốc độ lắng quan hệ

giữa tốc độ và mật độ cặn Sa

Trang 38

Bằng con đường thực nghiệm, người ta đã chứng minh là hiệu quả lắng như nhau nếu, đạt được sự tương quan giữa thời gian lắng và chiều-cao lắng theo quan hệ sau:

bó hy n |

i-(? (3.14) Trong đó: n - Chỉ số mũ, có giá trị nhỏ hơn 1, thường n = 0,2 + 0,5 (trị số lớn dùng ‘cho trường hợp bông keo kích thước lớn) Số mũ n biểu hiện mức độ

ảnh hưởng của sự không ổn định của các hạt cặn

- Thời gian lắng thực tế, h;

t„ - Thời gian lắng nước trên mô hình, h; h, - Chiều cao của bể lắng thực tế, m;

hạ - Chiều cao mô hình lắng, m

3.2 CÁC LOẠI BỂ LẮNG

3.2.1 Bể lắng đứng

Khi xử lí nước không dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng chảy sẽ lắng xuống đáy bể Còn các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng chảy, sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng chảy lên phía trên mặt bể Đối với nước có dùng chất keo tụ, tức là trong nước có chứa các hạt cặn kết dính, thì ngoài các hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ dâng của dòng chảy sẽ lắng xuống, còn có những hạt keo kết bông từ những hạt cặn nhỏ cũng rơi lắng Nguyên nhân là do trong quá trình các hạt cặn nhỏ bị dòng chảy đẩy-lên trên, chúng va chạm dính kết với nhau và tăng dân kích thước, cho đến khi có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng

chảy thì lắng xuống Như vậy lắng kẹo tụ trong bể lắng đứng có hiệu quả lắng cao hơn

so với lắng tự nhiên

Trong công nghệ xử lí nước cấp, bể lắng đứng thường bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ (phần ống trung tâm) Bể lắng đứng có dạng một bể chứa đáy vuông hoặc

tròn, xây bằng gạch hay bằng bê tông cốt thép, gồm 3 phần: ống trung tâm làm nhiệm vụ keo tụ và hình thành bông cặn (phần phản ứng); phần lắng, nước chuyển động từ đưới lên,

làm nhiệm vụ lắng nước; phần đáy bể có dạng hình phễu - dùng để chứa cặn (hình 3.1)

Nguyên tắc làm việc của bể lắng đứng như sau: Đầu tiên nước chảy vào ống trung tâm, chuyển động xuống dưới đi qua bộ phận hãm làm triệt tiêu chuyển động xoáy rồi

vào vùng lắng Trong vùng lắng, nước chuyển động từ đáy lên mặt bể, trong khi đó các

hạt cặn lại rơi lắng từ trên xuống đáy bể Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố

trí xung quanh và được đưa sang bể lọc

Diện tích tiết diện ngang của vùng one xac dinh theo công thức:

=B sáv N° „ mẺ (3.15)

d

Trang 39

» o 0,9H ees | Hình 3.1: Bể lắng đứng i ° a) Phần phản ứng; b) Phân lắng; ¢) Phân chứa cặn; 1 Ống dẫn nước vào; 2 Vòi phun xoáy nước;

3 Cấu tạo bộ phận hướng dòng chảy; 4 Ống dẫn nước ra

Trong đó: Q - Lưu lượng tính toán, m° “h;

vạ - Tốc độ dâng của dòng chảy, mm/s;

N - Số lượng bể lắng đứng (không nhỏ hơn 2 bé);

B - Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể, lấy trong giới hạn từ 1,3 + 1,5 Đường kính của bể: p-,|fŒ+94 „m — (.16) T 3 Trong đó: f - Diện tích tiết diện ngang của phần phản ứng xoáy hình trụ Chiều cao vùng lắng xác định tuỳ thuộc vào cao trình của dây chuyền công nghệ, có thể lấy H = 2,6 + 5m

Phần chứa cặn của bể lắng đứng thường làm hình chóp hoặc hình nón với góc giữa

các tường nghiêng là 70 + 80° Phải dự kiến khi xả cặn bể không ngừng làm việc Thời

glan giữa 2 lần xả cặn không nhỏ hơn 6 giờ đối với nước có hàm lượng cặn tới

1000mg/1 Khi hàm lượng cặn trong nước lớn hơn 1000 mg/l, khong quá 24 giờ Thời lan giữa 2 lần xả cặn xác định theo công thức:

W NS

Trang 40

Trong đó: W, - Dung tích phần chứa cặn của bể, có thể xác định theo công thức: 2 2 iu nais s3 4 (3.18) Ở đây: hạ - Chiều cao phần hình nón so với mặt phẳng nằm ngang; D - Đường kính của bể, m; d - Đường kính phần đáy hình nón hoặc hình chóp, m, lấy bằng đường kính ống xả cặn; N - Số lượng bể lắng đứng:

ö - Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, lấy theo TCXD 33-85;

C - Ham lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng, lấy khoảng 10 + 12mg/]; Cynax - Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng (kể cả lượng cặn tự nhiên và

lượng hoá chất đưa vào nước), mg/l |

Việc thu nước đã lắng ở bể lắng đứng nhờ máng đặt xung quanh bể Đường kính ống

xả cặn lấy bằng 150 + 200mm

-_ 3.2.2 Bể lắng ngang

Bể lắng ngang có dạng một bể chứa, mặt bằng hình chữ nhật, làm bằng gạch hay

bằng bê tông cốt thép (hình 3.2), gồm 4 phân: Ngăn phân phối nước, ngăn lắng, ngăn chứa cặn và ngăn thu nước Ngăn phân phối nước thường đi liền với bể phản ứng có bể rộng 0,7 + 2,0m phụ thuộc vào công suất xử lí Nước từ ngăn phân phối đi qua vùng lắng, cặn rơi vào vùng chứa và đọng lại Nước sau khi lắng đi qua tường thu đục lỗ vào

máng thu và sang bể lọc Thu nước có thể theo hình thức thu nước ở cuối bể và cũng có thể thu nước bề mặt Bề rộng máng thu lấy bằng hoặc bé hơn máng phân phối

-_ Bể lắng ngang về nguyên tắc có thể cấu tạo một hay nhiều tầng

_ Ngoài bể lắng ngang thông thường, người ta còn dùng bể lắng ngang cải tiến áp dụng cho nhiều loại nguồn nước, nhiều loại công suất khác nhau như loại bể lắng ngang có

kết hợp với ngăn phản ứng trong môi trường hạt và thu nước phân tán bề mặt ở 2/3 cuối

bể, bể lắng ngang có lớp cặn lơ lửng

Để bể lắng ngang làm việc có hiệu quả, phải xác định kích thước vùng lắng hợp lí

Định dạng
Số trang	314
Dung lượng	13,98 MB